Cinks

Cinks

Ievads

Par šo ķīmisko elementu – cinku izvēlējos rakstīt, jo esmu lasījis, ka cinks ir viens no svarīgakajiem mikroelementiem, kas nodrošina daudzus dzīvībai svarīgus vielmaiņas procesus un ir nepieciešams normalai cilvēka attīstībai. Tas ir viens no visvairak sastopamajiem mineraliem cilvēka organisma.

Cinks ir iesaistīts daudzos svarīgos bioķīmiskos procesos, bet īpaša nozīme tam ir bērna dzimumnobriešanas un augšanas perioda. Vīriešiem cinks veicina normalu prostatas funkciju, piedalas testosterona sintēzē un spermas izveidē, savukart sievietēm palīdz veiksmīgi iznēsat bērnu un laist to pasaulē veselu, jo ietekmē augļa smadzeņu attīstību.

Cinkam ir arī liela loma redzes veselības saglabašana un uzturēšana, tapēc padomju gados tas tika pievienots gandrīz visiem acu pilieniem. Pieaugušam cilvēkam šis mikroelements ļoti nepieciešams veseliem saistaudiem, skaistiem matiem, adai, nagiem. Cinks veicina arī gamma interferona – vīrusu iznīcinatajas olbaltumvielas – daudzuma palielinašanos, tadējadi stiprina visparējo organisma imunitati.

Mani satrauc, ka visbiežak cinka pietrūkst veģetariešiem, jo viņu ēdienkartē nav iekļauts visbagatīgakais cinka avots – liellopu gaļa un aknas. Mazak šī elementa ir arī smēķētajiem un alkoholiķiem. Ir slimības, kas rosina cinka deficītu – dažas kuņģa un zarnu trakta slimības, nieru, aknu slimības, audzēji. Interesanti, ka cinka daudzums organisma samazinas, lietojot kontracepcijas tabletes un dažadus kortikosteroīdos preparatus. Arī ļoti spēcīga svīšana var izvadīt no organisma pat līdz 3 mg cinka.

Cinka fizikalas īpašības

Cinks ir ķīmiskais elements ar simbolu Zn un atomskaitli 30. Tas ir zilganpelēks, amfotērs metals ar nelielu cietību, trausls, taču 100 - 150º C temperatūra to viegli stiept un velmēt. Ja temperatūra augstaka par 205º C, cinks atkal kļūst trausls. Tas ir izturīgs pret gaisa iedarbību, jo parklajas ar planu cinka oksīda aizsargkartiņu. Sasniedzot viršanas temperatūru, cinks deg ar gaišu, zilganbaltu liesmu, veidojot baltus cinka oksīda dūmus. Cinka sublimacijas siltums ir 131,4 kJ/mol, kas ir gandrīz pusotras reizes mazaks par kalcija sublimacijas siltumu. Tas liecina par vaju ķīmisko saiti metala kristalrežģī starp cinka atomiem, jo d apakšlīmenī nav nesaparotu elektronu, kuri veido papildu saites citu d elementu kristalrežģos. Tadēļ cinkam ir zema kušanas temperatūra, un tas ir viegli gaistošs metals. Cinks ir neizturīgs pret ūdens tvaika iedarbību. Tas reaģē ar skabēm, veidojot saļus un izdalot ūdeņradi, un ar sarmiem, veidojot cinkatus.

Atrašanas daba

Cinks ir samēra aktīvs metals, tapēc daba nav sastopams brīva veida. Kopējais cinka saturs zemes garoza ir 0,01% (pēc masas), un tas atrodas 6 stabilu izotopu veida. Ir arī makslīgi iegūti daudzi radioaktīvie izotopi. Galvenie daba sastopamie cinka savienojumi, no kuriem to arī iegūst, ir minerali cinka mans ZnS un galmejs ZnCO3. Rūdu atradnes koncentrētas noteiktas zemeslodes vietas un satur arī kadmija sulfīdu CdS. Cinks un ta analogi ietilpst arī polimetalisko rūdu sastava.

Cinka iegūšana

Cinks pieskaitams pie sen pazīstamiem metaliem. Vispirms to pazina sakausējuma ar varu – ka misiņu. Pirmie misiņa priekšmeti izgatavoti aptuveni 1500. gadu p. m. ē. Tie atrasti Palestīna. Šadus priekšmetus aprakstījis Homērs un Aristotelis.

Lielakaja daļa cinka rūdu cinka saturs ir samēra mazs, tapēc rūdas iepriekš bagatina, iegūstot cinka koncentratu, tad cinka koncentratu apdedzina. Šaja procesa cinka sulfīds parvēršas par cinka oksīdu:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

Apdedzinašanai izmanto daudzklonu krasnis vai šahtveida krasnis. Pēdējos gados cinka rūdu apdedzinašanai plaši izmanto apdedzinašanu verdoša slanī.

No apdedzinata koncentrata cinku iegūst, to reducējot ar koksu un aizvadot izveidojušos cinka tvaikus.

Cita metode cinka reducēšanai ir ta elektrolītiska izdalīšana no cinka sulfata. Cinka sulfatu iegūst, iedarbojoties uz apdedzinato koncentratu ar sērskabi.

Tatad cinka iegūšanas procesa ir vairakas stadijas:

rūdas bagatinašana

apdedzinašana (iegūst ZnO)

reducēšana (pirometalurģiska reducēšana 1300…1400⁰C temperatūra):

ZnO + CO Zn + CO₂

Cinks izdalas tvaiku veida (t_virš = 907⁰C), tadēļ reducēšana jaizdara slēgta trauka un inerta vidē. Pēc atdzesēšanas cinks kristalizējas putekļu veida. Daļu cinka putekļu izmanto ar spēcīgu reducētaju (metalotermija) un metalu virsmas piesatinašanai ar cinku, daļu – parkausē un pēc vajadzības attīra. No kadmija cinku attīra, frakcionēti destilējot (Cd t_virš = 767⁰C), bet no citiem piemaisījumiem, - elektrolītiski rafinējot no sulfatu šķīdumiem.

Ķīmiskas īpašības

Cinka atoma radiuss (0,139 nm) ir neliels salīdzinajuma ar kalcija atoma radiusu (0,197 nm), tadēļ cinka atomam japievada vairak enerģijas (I_{1 jon Zn} = 9,39 V) neka kalcija atomam (I_{1 jon Ca} = 6,11 V), lai atrautu elektronu no atoma. Līdz ar to cinks ir vajaks reducētajs neka kalcijs un pēc ķīmiskam īpašībam atšķiras no IIA apakšgrupas elementiem.

Sausa gaisa cinks parklajas ar planu un izturīgu oksīda vai hidroksokarbonata kartiņu, kura to pasarga no talakas oksidēšanas. Mitra gaisa CO₂ klatbūtnē cinks lēni oksidējas līdz (ZnOZ)₂CO₃, tadējadi zaudējot savu spožumu. Ja cinku stipri karsē gaisa, tad ta tvaiki uzliesmo un sadeg ar zaļganu liesmu, veidojot baltu ZnO. Ar halogēniem un sēru cinks reaģē paaugstinata temperatūra; reakcija rodas attiecīgi ZnHal₂ un ZnS. Slapeklis, ogleklis un ūdeņradis ar cinku praktiski nereaģē, lai gan cinks spriegumu rinda atrodas stipri pirms ūdeņraža. Tas izskaidrojams tadējadi, ka cinka hidroksīds, kas izveidojies uz ta virsmas, cinkam reaģējot ar ūdeni, praktiski ir nešķīstošs un kavē reakcijas talaku norisi. Cinks viegli šķīst atšķaidītas skabēs, veidojot attiecīgus saļus. Bez tam cinks līdzīgi Berilijam un citiem metaliem, kuri veido amfotērus hidroksīdus, šķīst sarmos. Lai gan cinkam ir negatīvs elektroda potencials, tas ar ūdeni parastajos apstakļos nereaģē, jo uz ta virsmas veidojas nešķīstoša ZnO un Zn(OH)₂ aizsargkartiņa. Cinks viegli reaģē ar neoksidējošam skabēm, izdalot H₂ un šķīduma veidojot Zn²⁺ jonus:

Zn + 2H⁺ Zn²⁺ + H₂

Cinks reaģē ar slapekļskabi, reducējot NO₃- jonu līdz NO₂, NO, N₂ vai NH₄+ atkarība no skabes koncentracijas. Analogi noris rakcija ar puskoncentrētu sērskabi, izdalot H₂S, un ar koncentrtu sērskabi, izdalot SO₂, piemēram:

4Zn + 5H₂SO₄ 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Ta ka ZnO un Zn(OH)₂ ir amfotēri savienojumi, tad Zn reaģē ar sarmu ūdens šķīdumiem, piemēram:

Zn + 2HOH + 2NaOH Na₂ Zn(OH)₄ + H₂

veidojot cinkatus un izdalot ūdeņradi.

Cinka svarīgakie savienojumi

Visiem cinka savienojumiem piemīt amfotērs raksturs, un cinka oksidēšanas pakape tajos ir +2. Cinka oksīds ZnO ir ūdenī nešķīstoša balta, kristaliska viela. To iegūst, dedzinot putekļveida cinku vai termiski sadalot cinka hidroksīdu, karbonatu vai nitratu, piemēram:

2Zn(NO₃)₂ 2ZnO + 4NO₂ + O₂

Cinka oksīds ZnO (sadalīšanas temperatūra 1950⁰C) un hidroksīds Zn(OH)₂ ir amfotēri savienojumi. Tapēc tie reaģē ar skabēm un sarmiem, veidojot šķīduma attiecīgi cinka jonus Zn²⁺ un cinkatjonus Zn(OH)₄ . Cinka oksīdu (ZnO) izmanto baltas eļļas krasas (cinka balta) izgatavošanai, ka arī medicīna un kosmētika (no ta izgatavo dažadas ziepes). Cinka oksīdu izmanto arī par pildvielu plastmasu un kaučuka ražošana.

Cinks veido kompleksu savienojumu arī ar NH₃. Tadēļ Zn(OH)₂ var izšķīdinat amonjaka ūdens šķīduma:

Zn(OH)₂ + 6NH₃ Zn(NH₃)₆ (OH)₂

Cinks un ta analogi veido dažadus cinkatus, kadmatus un hidrargiratus. Ta, piemēram, Zn(OH)₂ viegli šķīst sarmos, un tad rodas šķīstoši hidroksocinkati:

Zn(OH)₂(c.) + 2KOH(izšķ.) = K₂[Zn(OH)₄](izšķ.)

Arī cinka saļi ir divējadi – tadi saļi, kuros Zn2+ joniem ir bazisks raksturs (ZnCl₂, ZnSO₄, ZnS), un savienojumi, kuros tiem ir skabs raksturs (Na₂ZnO₂, K₂ Zn(CN)₄ ). No pirma veida saļiem praktiski lieto šķīstošo ZnSO₄ · 7H₂O (elekrolītu gatavošanai) un ZnCl₂. ZnCl₂ šķīdumu salskabē lieto metinamo virsmu attīrīšanai no oksīdiem (dzelzij, varam, misiņam), piemēram:

CuO + ZnCl₂ + 2HCl CuCl₂ + ZnCl₂ + H₂O

Visi hlorīdi un arī H₂O metinašanas temperatūra ir gaistoši un tadēļ uz metinamas virsmas nepaliek. No nešķīstošiem saļiem praktiska nozīme ir cinka sulfīdam (ZnS), kurš ir viens no nedaudziem sulfīdiem, kas ir balta krasa. Cinka sulfīdu iegūst, sarmu metalu sulfīdiem vai amonija sulfīdam iedarbojoties uz cinka saļiem:

Zn²⁺ + S^2- =ZnS¯

ZnS kopa ar BaSO₄ lieto balta pigmenta «litopona» ražošanai. Ja uz ZnS uznes aktīvus komponentus (Cu, Bi, Pb, lantanoīdus), var iegūt luminiscējošas krasas. Lumisiscējošam vielam piemīt spēja ierosinašanai izmantoto enerģiju atdot lēni. Aktivēta ZnS elektroni viegli pariet ierosinata stavoklī un, atgriežoties pamatstavoklī, izstaro gaismu.

Cinka hlorīdu ZnCl₂ grūti iegūt bezūdens stavoklī. Parasti taja ir aptuveni 5% ūdens un gidroksohlorīda. Cinka hlorīda šķīdumu izmanto metalu kodinašanai. Lodēšanas procesa tas veicina metala virsmas attīrīšanu no oksīdu kartiņas lodēšanas momenta. Šaja paša nolūka metalu lodēšana un metinašana lieto amonija tetrahlorocinkatu (NH₄)₂ ZnCl₄

No cinka un ta analogu savienojumiem ūdenī šķīst halogenīdi (izņēmumi ir ZnF₂, HgBr₂ un HgI₂), sulfati, nitrati un daži citi savienojumi. Daudzi no tiem šķīst arī organiskajos šķīdinatajos.

Nobeigums

Rakstot šo referatu un meklējot literatūru uzzinaju, ka cinka dabīgais avots ir augsne, bet mūsdienu sliktaja ekoloģiskaja situacija cinka saturs augsnē ir niecīgs. Tadēļ arī cinka daudzums darzeņos ir nepietiekams  un to nepieciešams uzņemt cita veida. Cinka deficīts bērniem var būt sliktas apetītes,  anoreksijas, samazinata svara, augšanas traucējumu un aizkavētas dzimumnobriešanas iemesls.  Pieaugušajiem cinka deficīts var izraisīt matu izkrišanu, nagu lūšanu, adas problēmas, spēku izsīkumu, redzes traucējumus, sliktu brūču dzīšanu, vīriešiem prostatas funkciju izmaiņas un palielinašanos (adenoma).

Lasot literatūru, esmu sapratis, kapēc ir svarīgi lietot vitamīnu un mikroelementu kompleksus – tadi antioksidanti ka selēns, cinks, C vitamīns, E vitamīns un citi darbojas savstarpēji, papildinot cits cita funkcijas organisma. Neskatoties uz to, ka vienai uzturvielai jau piemīt spēcīgas aizsargspējas, tas lietošana kombinacija ar citiem vitamīniem un mikroelementiem tikai uzlabos kopīgo efektu. Uztura bagatinašana ar dažadu grupu elementiem ir tikpat svarīga ka ikdienas diētas daudzveidība.

Uzzinaju arī, ka cinks ir nepieciešams arī būvniecība ka noteicošais materials metala konstrukcijas ir tērauds, turklat izmantotais materials dažadiem ražotajiem neatšķiras. Parasti tas ir auksti velmētas, karsti cinkotas tērauda loksnes, kas tiek piegadatas loksnēs vai ruļļos. Piemēram, ir ražotaji, kuri profilus valcē jau pilnība sagatavotam loksnēm ar parklajumu. Pastav arī citada tehnoloģija, kur vispirms izvalcē profilus, bet pēc tam loksni parklaj ar nepieciešamo parklajumu.
Ka interesantu, atturīgu un gaumīgu materialu ar plašu pielietojuma spektru arhitekti nosauc alucinku - cinka un alumīnija sakausējumu. Tas ir nerūsējošs, viegls un plaši tiek izmantots gan jumtiem, gan fasadēm, gan iekštelpas.
Šie materiali nav lēti, tapēc būvniecība netiek tik plaši pielietoti ka, piemēram, Eiropa.

Izmantota literatūra

Ahmetovs N. Neorganiska Ķīmija. – Rīga.: Zvaigzne, 1978. – 547.–552. lpp.

Brunere V., Kamzole L., Blūms A., Kacens J. Ķīmija Augstskolu3.

Inženiertehniskajam Specialitatēm. – Rīga.: Zvaigzne,1980. – 316.–319. lpp.

Gļinka N. Visparīga Ķīmija. – Rīga.: Zvaigzne, 1981. – 586.–591. lpp.

Zommers K. Ķīmijas rokasgramata. – Rīga.: Zvaigzne, 1981. – 172. - 274. lpp.