Соединения цинка

Соединения цинка – известно более 300 химических соединений Zn, которые имеют различные применения в промышленности, медицине и других отраслях науки. Это переходный металл, который имеет различные формы, известные как аллотропы, которые могут существовать в различных химических соединениях. Наиболее распространенной формой цинка является металлическая форма, но он также может соединяться с другими элементами с образованием ионных соединений.

Ионные соединения образуются, когда один или несколько атомов элемента отдают электроны другому атому, что приводит к положительному и отрицательному заряду. Распространенные ионные соединения цинка включают Zn2 + (ион цинка (II)), ZnCl2 (хлорид цинка) и ZnO (оксид цинка). Другие ионные соединения состоят из цинка в сочетании с галогенидами, такими как Cl−, Br− и I−, образуя такие соединения, как ZnCl4 (тетрахлорид цинка), ZnBr2 (бромид цинка) и ZnI2 (йодид цинка).

Цинк также можно найти в сложных органических соединениях, известных как хелаты или органические кислоты. Они состоят из молекул, в которых один атом цинка связан по меньшей мере с двумя органическими группами, образуя кольцевую структуру, называемую лигандом. Одним из примеров является 2- [1- (дифениламин) этил] пиридин цинковый комплекс, который используется в исследовательских целях из-за его способности избирательно связывать нити ДНК.

Содержание

Химические соединения цинка

Оксид цинка (ZnO). Оксид цинка имеет белый или желтоватый цвет, и широко используется в качестве пигмента и светофильтров. Он также используется в производстве резиновых изделий, косметики, пищевых добавок и медицинских препаратов. Оксид цинка имеет кристаллическую структуру, и обладает высокой термической и электрической проводимостью. Оксид цинка (ZnO) – это один из наиболее распространенных соединений цинка, который используется в качестве солнцезащитного средства, в производстве каучука, керамики и стекла. Он может быть получен путем нагревания цинка в воздухе:

Zn + O2 → ZnO

2.Сульфид цинка (ZnS). Сульфид цинка – это белый или желтый кристаллический порошок. Он обладает полупроводниковыми свойствами и используется в производстве электроники, включая светодиоды, фотоэлементы и дисплеи. Сульфид цинка также используется в качестве пигмента для окрашивания каучука, пластмасс и красок.

3.Сульфат цинка (ZnSO4) – это белый кристаллический порошок, который широко используется в медицине, сельском хозяйстве и производстве бумаги. Он может быть получен путем реакции цинка с серной кислотой:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

В концентрированную серную кислоту добавление металлического цинка приведет к реакции, при которой образуется сульфат цинка и выделяется диоксид серы:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Реакция происходит благодаря тому, что цинк более активен в ряду электрохимических потенциалов, чем водород, который является элементом кислородно-водородной группы. Поэтому цинк может заместить водород и образовать соединение с серной кислотой, а водород будет выделяться в виде газа. Кроме сульфата цинка, образуется и диоксид серы, так как сера не может быть окислена до более высокой степени окисления в кислой среде.

Сульфат цинка является солевым соединением, который имеет широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в гальваническом производстве, производстве красок, медикаментов, удобрений и др. Диоксид серы, выделяющийся при реакции, имеет также промышленное применение в качестве катализатора и исходного вещества при получении серной кислоты.

4.Карбонат цинка (ZnCO3) – это белый порошок, который используется в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс и резины. Он может быть получен путем реакции хлорида цинка с натриевым карбонатом:

ZnCl2 + Na2CO3 → ZnCO3 + 2NaCl

5.Хлорид цинка (ZnCl2). Хлорид цинка – это белый кристаллический порошок, растворимый в воде. Он используется в качестве дезинфицирующего средства и консерванта для древесины, кожи, текстиля и других материалов. Хлорид цинка также применяется в электролитических процессах для очистки металлов, в производстве лакокрасочных материалов и металлообработки. Он может быть получен путем реакции металлического цинка с хлороводородной кислотой:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

6.Нитрат цинка (Zn(NO3)2). Нитрат цинка – это белый кристаллический порошок, растворимый в воде. Он используется в качестве удобрения для растений, а также в производстве пиротехнических смесей, фотографических растворов и других химических реакций.

7.Нитрид цинка (Zn3N2) – это бинарное неорганическое соединение, состоящее из трех атомов цинка и двух атомов азота. Темное твердое вещество, которое обладает полупроводниковыми свойствами и используется в различных электронных приборах, таких как светодиоды, лазеры и солнечные батареи. Нитрид цинка может быть получен путем реакции цинка с азотом при высокой температуре или путем химического осаждения из раствора. Он также может использоваться в качестве катализатора в ряде химических реакций.

Нитрид цинка (Zn3N2) – химические и физические свойства:

Твердое вещество: Нитрид цинка – темное твердое вещество (кристаллический порошок или монокристаллы).
Полупроводниковые свойства: Нитрид цинка является полупроводником с широкой запрещенной зоной шириной около 2,5 электрон-вольта. Это означает, что он имеет высокую электрическую изоляцию в отсутствие внешнего возбуждения, но может проводить электрический ток при наличии достаточного возбуждения.
Химически стабилен: Нитрид цинка стабилен при нормальных условиях температуры и давления. Он не растворяется в воде, но может растворяться в кислотах и щелочах.
Высокотемпературный материал: Нитрид цинка имеет высокую температуру плавления и может выдерживать температуры до 1000 градусов Цельсия без распада.
Светоизлучение: Нитрид цинка может светиться, когда на него действует электрический ток, или при освещении ультрафиолетовым светом. Это свойство используется в производстве светодиодов и лазеров.
Катализатор: Нитрид цинка может быть использован в качестве катализатора в некоторых химических реакциях, таких как превращение алканов в алкены или окисление алканов.

8.Ацетат цинка (Zn(CH3COO)2). Ацетат цинка – это белый кристаллический порошок, растворимый в воде и спирте. Он используется в качестве промежуточного продукта в производстве красителей, лаков, смазок и других химических соединений. Он может быть получен путем реакции цинка с уксусной кислотой:

Zn + 2CH3COOH → Zn(CH3COO)2 + H2.

9.Фосфат цинка (Zn3(PO4)2). Фосфат цинка – это белый кристаллический порошок, растворимый в кислотах. Он используется в качестве противоокислительного и антикоррозионного покрытия на металлах, включая железо и алюминий. Он применяется в качестве катализатора в реакциях полимеризации.

Фосфаты цинка – это группа соединений, которые содержат цинк и фосфорную кислоту. Среди них наиболее распространенным является трибазический фосфат цинка (Zn3(PO4)2), который имеет множество применений в промышленности и медицине.

Трибазический фосфат цинка может быть получен путем реакции цинка с фосфорной кислотой:

3Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + 3H2

Он является белым кристаллическим порошком, который не растворяется в воде и слабых кислотах, но растворим в сильных кислотах и щелочах. Этот соединение используется в качестве катализатора в химической промышленности, в качестве фосфорного удобрения в сельском хозяйстве, а также в медицине для производства зубных паст, обезболивающих препаратов и других медицинских препаратов.

Кроме трибазического фосфата цинка, существует еще несколько других фосфатов цинка, таких как монобазический фосфат цинка (Zn(H2PO4)2) и дибазический фосфат цинка (ZnHPO4), которые имеют более ограниченное применение в промышленности и науке.

Монобазический фосфат цинка можно получить путем реакции цинка с монобазической фосфорной кислотой:

Zn + H2PO4^- → Zn(H2PO4)2 + H2

Дибазический фосфат цинка может быть получен путем реакции цинка с дибазической фосфорной кислотой:

Zn + HPO4^2- → ZnHPO4 + H2

Оба этих соединения также являются белыми кристаллическими порошками, которые имеют ограниченное применение в промышленности.

10.Гидроксид цинка .Гидроксид цинка (Zn(OH)2) – это белый порошок, который образуется при реакции гидроксида натрия (NaOH) с солью цинка (ZnCl2):

ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl.

Гидроксид цинка не растворим в воде, но легко растворяется в кислотах и щелочах. Он обладает амфотерными свойствами, то есть может действовать как кислота или щелочь в зависимости от условий реакции.Гидроксид цинка применяется в качестве пигмента в красках и лаках, а также как заполнитель и загуститель в различных материалах, таких как каучук, пластмассы, бумага и т.д. Он также используется в медицине в качестве антисептика и адсорбента.Существует еще один гидроксид цинка, известный как дигидроксид цинка (Zn(OH)2), который образуется при более низких pH, например, при реакции цинка с хлоридной кислотой (HCl). Дигидроксид цинка также используется в качестве пигмента и заполнителя, но его применение ограничено из-за его низкой устойчивости в щелочных растворах.

11.Гидроксоцинкаты (также известные как основные соли цинка) – это класс неорганических соединений цинка, которые образуются в результате реакции гидроксида цинка (Zn(OH)2) с кислотой. Гидроксоцинкаты могут иметь различные структуры в зависимости от условий реакции и соотношения между ионами металла и гидроксид-ионами.

Например, при реакции гидроксида цинка с серной кислотой (H2SO4) образуется основная соль – ZnSO4•Zn(OH)2:

Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4•Zn(OH)2 + 2H2O

Этот комплекс представляет собой сложную структуру, в которой ионы цинка связаны с сульфат-ионами и гидроксид-ионами.

Гидроксоцинкаты используются в качестве пигментов и заполнителей в различных приложениях, включая краски, пластмассы, каучуки, бумагу и т.д. Они также могут использоваться в качестве катализаторов и в других химических процессах.

Помимо основных солей, существуют также двойные соли гидроксоцинкатов, такие как Zn3(AsO4)2•4Zn(OH)2, которые образуются в результате реакции между гидроксидом цинка и арсенатом натрия (Na3AsO4).

12.Селенид цинка (ZnSe) – это неорганическое химическое соединение между цинком (Zn) и селеном (Se). Оно представляет собой кристаллический твердый материал, который обладает полупроводниковыми свойствами.

Селенид цинка может быть получен различными способами, включая реакцию элементарного селена и цинка при высоких температурах, химическое осаждение из растворов соединений цинка и селена, а также методы испарения и конденсации.

Селенид цинка широко используется в электронике и оптике, в частности в производстве светодиодов (LED) и лазеров в инфракрасной области спектра. Он также может быть использован в качестве фоточувствительного материала в солнечных батареях и других приложениях, связанных с преобразованием энергии.

Селенид цинка является важным материалом для различных научных и промышленных исследований в области полупроводниковой физики и электроники.

13. Латунь – это сплав меди и цинка (обычно с содержанием цинка от 5% до 45%). Она является одним из наиболее распространенных металлических материалов в промышленности и строительстве благодаря своей прочности, коррозионной стойкости, способности к хорошей обработке и отличным декоративным свойствам.

Латунь имеет золотистый цвет и может быть отливкой, штамповкой, ковкой или прессованием. Она используется во многих различных промышленных и бытовых приложениях, включая трубопроводы, фитинги, вентили, части для автомобилей, музыкальные инструменты, украшения и т.д.

Одним из преимуществ латуни является ее химическая стойкость к коррозии. Она обладает высокой степенью стойкости к атмосферной коррозии, а также к многим химическим средам, включая воду, масла и ряд других растворов.

Латунь также имеет хорошие механические свойства, что позволяет ей выдерживать высокие нагрузки при сжатии, изгибе или растяжении. Она также легко обрабатывается и формируется, что делает ее очень популярным материалом для механических частей и деталей.

Латунь – это универсальный материал, который сочетает в себе прочность, декоративность и химическую стойкость. Она имеет широкое применение в различных отраслях промышленности и является важным материалом для многих производственных процессов.

Органические соединения цинка

Цинк может формировать органические соединения, называемые органоцинковыми соединениями. Эти соединения имеют общую формулу RZnR’, где R и R’ представляют собой органические группы, такие как алкилы, ароматические соединения или алкины.

Некоторые примеры органоцинковых соединений включают диэтилцинк (Et2Zn) и триметилцинк (Me3Zn). Эти соединения обладают важными применениями в синтезе органических соединений и катализе реакций.

Органоцинковые соединения также могут использоваться в качестве прекурсоров для депозиции пленок из тонких пленок цинка на различных поверхностях.

Диэтилцинк – это органическое соединение, состоящее из цинка, углерода и водорода, с формулой C4H10Zn. Это бесцветная, легко воспламеняющаяся жидкость, которая имеет специфический запах и является высоко реактивным соединением.

Диэтилцинк широко используется в синтезе органических соединений, таких как кетоны, альдегиды, акрилаты и другие, а также в качестве катализатора в различных химических реакциях. Он также используется в качестве компонента в рядах промышленных процессов, таких как производство полимеров и изготовление светодиодов.

Однако следует отметить, что диэтилцинк является очень опасным соединением и может вызвать серьезные химические ожоги, отравления и взрывы. Поэтому его использование требует специальной осторожности и профессионального обучения.

Триметилцинк также широко используется в синтезе органических соединений, например, в качестве катализатора при синтезе полимеров, резиновых изделий и фармацевтики.

Как и диэтилцинк, триметилцинк является опасным соединением и может вызывать серьезные ожоги и отравления, поэтому его использование также требует специальной осторожности и профессиональной подготовки.

Соединения, которые встречаются в природе

Сфалерит (цинковый блестящий): это минерал, состоящий из сульфида цинка (ZnS). Он обычно имеет желтую, коричневую или чёрную окраску и является наиболее распространенным источником цинка в мире.
Смитсонит: это минерал, состоящий из оксида цинка и меди (Zn,Cu)2O. Он имеет чёрную или тёмно-коричневую окраску и встречается в различных геологических формациях.
Цинковый карбонат (сподумен): это минерал, состоящий из цинкового карбоната (ZnCO3). Он имеет белый, серый или зеленоватый цвет и встречается в различных горных породах.
Халкозин: это минерал, состоящий из сульфида меди и цинка (Cu,Zn)S. Он имеет чёрный или тёмно-серый цвет и встречается в различных геологических формациях.
Цинковые соли: цинк образует множество солей, таких как цинковый хлорид (ZnCl2), цинковый сульфат (ZnSO4) и др. Они могут встречаться в природе или быть синтезированы и использованы в различных промышленных процессах.

Активность цинка определяет возможность вступать в реакции с большим количеством различных элементов. Поэтому соединения цинка так многочисленны и разнообразны.