Оксид цинка: физические и химические свойства, методы получения и области применения

Оксид цинка – это белый кристаллический порошок, состоящий из молекул цинка и кислорода (ZnO).

Модификации ZnO

Оксид цинка 1 не существует в природе. Значительно более стабильным является оксид цинка II (ZnO). Оксид цинка II образуется при соединении металлического цинка с кислородом при нагревании до 800-1000 °C. Формула оксида цинка II (ZnO) указывает на то, что цинк в нем имеет степень окисления II.

Оксид цинка 2 – оксид цинка II(ZnO) в данном соединении цинк находится в степени окисления +2. Он является наиболее распространенной формой данного соединения.

Оксид цинка 3 – оксид цинка III (Zn2O3) также не является стабильным соединением, и его существование вызывает споры среди ученых. Некоторые исследования указывают на то, что Zn2O3 может быть получен при определенных условиях, например, при электрохимическом окислении ZnO в кислотной среде. Однако другие исследования указывают на то, что данное соединение может быть скорее смесью ZnO и ZnO2. В любом случае, оксид цинка III не имеет широкого промышленного применения и не является так же важным, как ZnO.

Оксид цинка 4 – оксид цинка IV (ZnO2) не существует в природе, и его синтезировать довольно сложно. Фактически, многие источники утверждают, что оксид цинка IV не существует вообще, так как он термодинамически нестабилен и разлагается до оксида цинка II (ZnO) и кислорода (O2) при нагревании.

Цинка оксид 5. Максимальная степень окисления цинка, которая может быть достигнута в оксиде, равна 4. Поэтому такой модификации не существует.

 Оксид цинка – физические свойства

1. Точка плавления: 1975°C.
2. Точка кипения: 2360°C.
3. Плотность: 5,61 г/см³.
4. Растворимость: практически нерастворим в воде и нерастворим в этиловом спирте, но растворим в кислотах и щелочах.
5. Химическая формула: ZnO.
6. Молекулярный вес: 81,38 г/моль.
7. Кристаллическая структура: шестигранная решетка (wurtzite).
8. Индекс преломления: 2,008 – 2,029.
9. Электрические свойства: полупроводник с широкой запрещенной зоной (около 3,3 электрон-вольт)
10. Магнитные свойства: Zno не обладает магнитными свойствами.

Химические свойства оксида цинка 

Степень окисления атома цинка в оксиде цинка (ZnO) равна +2.

Валентность (валентная составляющая) атома в оксиде Zn (оксид цинка валентность) также равна +2. Это связано с тем, что атом цинка в данном соединении образует две ковалентные связи с кислородом, каждая из которых вносит заряд -1, тогда как у атома цинка заряд +2. Валентность атома цинка в оксиде соответствует заряду его ядра.

Оксид цинка, какой оксид –  ZnO является основным оксидом.

Оксид цинка (ZnO) –  химические свойства:

1. Свойства основания: оксид цинка взаимодействует с кислотами, образуя соли и воду.

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.

2. Свойства окислителя: ZnO может взаимодействовать с некоторыми веществами, выступая в роли окислителя. С металлами низкой активности, такими как медь и серебро: 2Ag + ZnO → 2AgO + Zn Cu + ZnO → CuO + Zn.
3. Нерастворимость в воде: Zno практически не растворим в воде, но может образовывать слабый основной раствор в щелочах.
4. Свойства катализатора: ZnO может быть использован в качестве катализатора при реакциях, таких как дегидрирование алканов, превращение метанола в водород и углекислый газ, а также гидрогенирование органических соединений. Например: CH3OH + ZnO → Zn + H2O + CH2O (превращение метанола в формальдегид)
5. Свойства редокс-систем: ZnO может взаимодействовать с другими веществами в редокс-реакциях, таких как восстановление металлов или окисление соединений. Например: ZnO + C → Zn + CO (восстановление оксида цинка углеродом) 2ZnO + 2CO → 2Zn + 2CO2 (восстановление оксида цинка угарным газом) ZnO + H2 → Zn + H2O (восстановление оксида цинка водородом).

Какие с оксидом цинка реагируют вещества

Кислоты: реагирует с кислотами, образуя соответствующие цинковые соли и воду. Например:

ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O

Металлы. Оксид цинка взаимодействует с некоторыми металлами, образуя соответствующие цинковые сплавы.

ZnO + Cu → Zn + CuO

Вода: ZnO может растворяться в воде, образуя щелочную среду из-за образования гидроксида цинка. Реакция происходит следующим образом:

ZnO + H2O → Zn(OH)2

Карбонаты: ZnO может реагировать с карбонатами, образуя соответствующие цинковые карбонаты. Например:

ZnO + CO2 + H2O → ZnCO3 · 2H2O

Оксид цинка +и оксид натрия

Реакция между оксидом цинка (ZnO) и оксидом натрия (Na2O) происходит при нагревании с образованием соединения натрия и цинка – натрийцинкат (Na2ZnO2):

ZnO + Na2O → Na2ZnO2

Уравнение реакции можно сократить наименьшими целыми числами:

2 ZnO + Na2O → Na2ZnO2

Взаимодействие цинка +с оксидами

2 Fe2O3 + 3 Zn → 3 Zn

Цинк может взаимодействовать с оксидами алюминия (Al2O3) и меди (CuO), образуя соответствующие соли цинка:

2 Al2O3 + 3 Zn → 3 ZnO + 4 Al

Zn + CuO → ZnO + Cu.

Образование продуктов реакции зависит от конкретных условий реакции, таких как температура, давление, наличие катализаторов и т.д.

Сульфид цинка оксид цинка

Сульфид цинка (ZnS) и  ZnO могут реагировать между собой, образуя оксисульфид цинка (ZnO·ZnS), который является соединением оксида и сульфида цинка. Реакция может происходить при нагревании сульфида цинка в присутствии кислорода или воздуха:

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO·ZnS.

Также оксид и сульфид цинка могут реагировать в присутствии кислоты, например, соляной кислоты или серной кислоты, образуя соответствующие соли и выделяя газы:

ZnS + 2 HCl → ZnCl2 + H2S↑

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

Здесь ZnCl2 и ZnSO4 представляют собой хлорид цинка и сульфат цинка, соответственно.

Оксид цинка +и гидроксид натрия

Реакция между оксидом цинка (ZnO) и гидроксидом натрия (NaOH) приводит к образованию гидроксида цинка (Zn(OH)2) и натрия цинката (Na2ZnO2):

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O

2ZnO + 2NaOH + 2H2O → 2Na[Zn(OH)4]

При этом, если количество NaOH ограничено, то в результате образуется гидроксид цинка (Zn(OH)2):

ZnO + NaOH + H2O → Na[Zn(OH)3]

Эти реакции показывают, что оксид может реагировать с гидроксидом натрия, образуя гидроксид цинка и натрия цинкат.

Оксид цинка +с серой

Рассматриваемое соединение может реагировать с серой при высоких температурах, образуя сульфид цинка:

ZnO + S → ZnS + O.

Реакция оксида цинка с кислотой

Оксид цинка (ZnO) реагирует с соляной кислотой (HCl), образуя соответствующую соль и воду. Оксид цинка уравнение реакции:

ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O

В данной реакции ZnO выступает в роли основания, принимая на себя протон от кислоты, и образуя соль цинка (ZnCl2) и воду (H2O). Оксид нейтрализует кислоту. Эта реакция происходит быстро и с выделением тепла.

Реакция оксида цинка (ZnO) с азотной кислотой (HNO3) приводит к образованию цинкового нитрата (Zn(NO3)2) и воды (H2O):

ZnO + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + H2O

Реакция оксида цинка с серной кислотой (H2SO4) может происходить при различных условиях. В зависимости от концентрации серной кислоты и температуры, могут образовываться различные продукты. При растворении ZnO в разбавленной серной кислоте (H2SO4) образуется сульфат цинка (ZnSO4) и вода (H2O):

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

Однако при нагревании концентрированной серной кислоты с оксидом цинка может происходить более сложная реакция, которая приводит к образованию оксида дицинка (Zn2O2SO4) и воды:

2ZnO + 2H2SO4 → Zn2O2SO4 + 2H2O

Эта реакция может использоваться для получения Zn2O2SO4 в лабораторных условиях.

Оксид цинка, гидроксид цинка реакция

Реакция между оксидом цинка и водой приводит к образованию гидроксида цинка:

ZnO + H2O → Zn(OH)2.

Гидроксид цинка можно также получить при нейтрализации раствора цинковой соли (например, цинкового нитрата) щелочью:

Zn(NO3)2 + 2 NaOH → Zn(OH)2 + 2 NaNO3

Обратная реакция, т.е. распад гидроксида Zn на оксид и воду, происходит при нагревании:

Zn(OH)2 → ZnO + H2O

Цинк, оксид цинка, хлорид цинка, гидроксид цинка – что общего и в чем различие

Все перечисленные вещества содержат цинк в своем составе.

Цинков оксид (ZnO) – это белый порошок, который используется в качестве пигмента и наполнителя в различных промышленных областях, а также в косметике и солнцезащитных средствах.

Цинка хлорид (ZnCl2) – это белый порошок, который используется в качестве дезинфицирующего средства, в производстве клеев и пластмасс, а также в качестве катализатора в химических реакциях.

Цинковый гидроксид (Zn(OH)2) – это белый порошок, который используется в качестве коагулянта для очистки воды, а также в производстве красок и лаков.

Однако химически эти вещества различаются в своей структуре и свойствах.

Цинк оксид (ZnO) – это соединение цинка с кислородом. Оно имеет кристаллическую структуру и обладает свойствами полупроводника.

Хлорид цинка (ZnCl2) – это соль, состоящая из ионов цинка и хлорида. Она имеет высокую растворимость в воде и обладает высокой степенью гигроскопичности.

Гидроксид цинка (Zn(OH)2). Гидроксид цинка образуется в результате реакции цинка с водой. Он является слабой щелочью и обладает свойствами коагулянта.

Все перечисленные вещества содержат цинк, они имеют разную химическую структуру и свойства, что делает их уникальными в различных применениях.

Эти соединения имеют широкое применение в различных отраслях промышленности и быта благодаря свойствам цинка, таким как его антибактериальные и противовоспалительные свойства, а также способность улучшать состояние кожи и волос.

Гидроксид цинка, оксид цинка – вода

Гидроксид цинка (Zn(OH)2), оксид цинка (ZnO) и вода (H2O) – это все соединения цинка и кислорода или воды.

Химически, гидроксид цинка и оксид цинка являются соединениями цинка с кислородом, но различаются по количеству связанных с ним атомов водорода. Гидроксид цинка содержит два атома водорода, а оксид цинка не содержит водорода вообще.

С практической точки зрения, гидроксид цинка и оксид цинка имеют различные свойства и применения. Гидроксид цинка используется в качестве антибактериального и противогрибкового средства в косметике, в то время как оксид цинка используется в качестве солнцезащитного средства в косметике и других продуктах для защиты от УФ-лучей.

Вода, с другой стороны, является важнейшим растворителем, участвует во многих химических реакциях и не имеет никакого отношения к цинку и его соединениям.

Оксид цинка может реагировать с водой, образуя цинковый гидроксид.

ZnO + H2O → Zn(OH)2

При добавлении воды к оксиду цинка, образуется цинковый гидроксид. Эта реакция является экзотермической, то есть выделяет тепло.

Цинк, оксид цинка, нитрат цинка – гидроксид

Все вещества содержат элемент цинк (Zn), но являются разными соединениями с разными свойствами.

Цинковый оксид (ZnO) – это белый порошок, который используется в качестве пигмента в косметике и красках, а также в производстве резиновых изделий, керамики, стекла и других материалов. Он также используется в медицине как противовоспалительное и противомикробное средство.

Цинковый нитрат (Zn(NO3)2) – это белый кристаллический порошок, который используется в качестве катализатора, в производстве пищевых добавок и удобрений, а также в медицине для лечения грибковых инфекций и как антисептик.

Цинковый гидроксид (Zn(OH)2) – это белый кристаллический порошок, который используется в качестве катализатора, в производстве красителей и пластмасс, а также как антисептик и противогрибковое средство.

Все три соединения содержат цинк, который является химическим элементом с атомным номером 30 в периодической таблице элементов. Также все три соединения имеют сходные физические свойства, такие как белый цвет и не растворимость в воде, но каждое из них имеет уникальные свойства и применения в различных отраслях промышленности и медицине.

Цинк, оксид цинка и нитрат цинка могут быть использованы для получения гидроксида цинка. Один из способов получения гидроксида цинка – это растворение цинка или оксида цинка в кислоте и последующее осаждение гидроксида цинка добавлением гидроксида натрия или другого щелочного раствора:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑.

ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.

Zn(NO3)2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaNO3.

Полученный осадок гидроксида цинка можно затем отфильтровать, высушить и использовать в различных приложениях, таких как производство резиновых изделий, лаков, красок и других промышленных продуктов.

Оксид цинка – методики получения

1. Обжиг цинковых руд: Этот метод включает нагревание цинковых руд в печах до температуры около 1000 градусов Цельсия. В результате обжига образуется ZnO, который может быть выделен из продуктов обжига.
2. Химический метод: ZnO может быть получен путем реакции гидроксида цинка или карбоната цинка с кислотами или щелочами. Например, растворение карбоната цинка в серной кислоте:

ZnCO3 + H2SO4 → ZnSO4 + CO2 + H2O

1.Электрохимический метод: Оксид цинка образуется путем электролиза водных растворов солей Zn, таких как сульфат Zn. При электролизе водного раствора сульфата цинка на аноде образуется кислород, а на катоде — металлический цинк. При этом образуется оксид цинка в виде белого порошка:

2ZnSO4 + 2H2O → 2ZnO + 2H2SO4 + O2

2.Промышленный метод: ZnO также может быть получен в результате промышленного процесса горения цинковых испарителей. В результате горения образуется тонкодисперсный порошок цинкового оксида, который может быть отделен от продуктов горения.

3.Метод золь-гель: Этот метод включает диспергирование цинковой соли в органическом растворе, за которым следует обработка смеси органического раствора и цинковой соли теплом или ультразвуком. В результате образуется цинковый оксид в виде геля, который может быть затем отожжен для получения ZnO.

Оксид цинка – области применения

1. Производство резин и пластмасс: применяется в качестве заполнителя и стабилизатора при производстве резин и пластмасс.
2. Производство керамики: используется в качестве главного компонента при производстве электрокерамики, которая применяется в электронике и других отраслях.
3. Производство стекла: применяется в качестве катализатора при производстве стекла –  окна, зеркала и другие изделия.

4. Косметическая и фармацевтическая промышленность  – используется в качестве ингредиента в косметических и фармацевтических продуктах, таких как кремы, лосьоны, пудры и прочее, благодаря его свойствам защиты кожи от ультрафиолетовых лучей и антисептическим свойствам.
5. Производство красок – в производстве красок, покрытий и пигментов, благодаря своей белизне и способности усиливать яркость цветов.
6. Производство аккумуляторов: используется в качестве катализатора и проводника при производстве аккумуляторов.
7. Производство катализаторов: в качестве катализатора в химических реакциях, таких как производство синтетических материалов и других органических соединений.
8. Ветеринарная медицина.