Этот “снег”, будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила - самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности.
Стекольная - для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а оксиноцинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.
Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема. Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников. Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В. Лосева.
Лосев установил, что если в колебательный контур определенным образом включен кристалл окиси цинка, то последний будет усиливать колебания высокой частоты и даже возбуждать незатухающие колебания. В наши “веселые транзисторные дни” такое событие прошло бы почти незамеченным, но в 1924 году изобретение Лосева представлялось революционным. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала “Radio-News”, целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: ”Изобретение О.В.Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!” Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ. Но, между прочим, среди широко применяемых полупроводниковых материалов есть соединения цинка. Это его селениды и теллуриды, антимод и арсенид.
Еще более важно применение некоторых соединений цинка, прежде всего его сульфида, для покрытия светящихся экранов телевизоров, осциллографов, рентгеновских аппаратов. Под действием коротковолнового излучения или электронного луча сернистый цинк приобретает способность светиться, причем эта способность сохраняется и после того, как прекратилось облучение. Резерфорд, впервые столкнувшись с явлением послесвечения сернистого цинка, воспользовался им для подсчета вылетающих из ядра альфа-частиц. В несложном приборчике, спинтарископе, ударяясь об экран, покрытый сульфидом цинка, эти частицы высекали вспышку, видимую глазом. А если частицы падают на экран достаточно часто, то вместо вспышек появляется постоянное свечение.
Биологическая роль цинка
Фармацевты и медики жалуют многие соединения цинка. Со времен Парацельса до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO4). Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Феносульфат цинка - хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка - новое эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.
Цинк - один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для растений вреден.
Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательная составная часть фермента крови, карбоангидразы.
Этот фермент содержится в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в легких. Кроме того, она помогает превратить часть СО2 в ион НСО3, играющий важную роль в обмене веществ.
Но вряд ли только карбоангидразой ограничивается роль цинка в жизни животных и человека. И если бы было так, то трудно было бы объяснить токсичность соединений этого элемента.
Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие?
Считают, что высокое содержание цинка в яде - это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки. Ждут выяснения и многие тонкие детали общей проблемы “цинк и жизнь”.
Это интересно!
Бурундучная руда.
Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит, или цинковая обманка ZnS. Разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы этого элемента: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую “бурундучную” руду - смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.
Не в ночь под Ивана Купалу
По старинным преданиям, папоротник цветет лишь в ночь под Ивана
Купалу, и охраняет этот цветок нечистая сила. В действительности папоротник как споровое растение не цветет вообще, но слова “папоротниковые цветы” можно встретить на страницах вполне серьезных научных журналов. Так называют характерные узоры цинковых покрытий. Эти узоры возникают благодаря специальным добавкам сурьмы (до 0,3%) или олова (до 0,5%), которые вводят в ванны горячего цинкования. На некоторых заводах “цветы” получают иначе, - прижимая горячий оцинкованный лист к рифленому транспортеру.
Демонстрационные опыты с цинком
Реактивы. Водный (0,4-1%-ный) раствор ацетата свинца Pb(CH3COO)2, металлический цинк Zn в виде пластины или полосы размером 10150 мм, водный (30%-ный) раствор уксусной кислоты CH3COOH.
Посуда и приборы. Стеклянный цилиндр или высокий химический стакан емкостью 1–2 л, стеклянная палочка, капроновая леска или прочная бечевка, мелкозернистая наждачная бумага, капельница для уксусной кислоты, фильтровальная бумага.
Описание опыта. Цинковую полоску сначала зачищают наждачной бумагой, а затем протирают фильтровальной бумагой. Слегка надрезают и загибают ее края, а затем привязывают ее леской (бечевкой) к стеклянной палочке. В цилиндр на 3/4 его объема наливают раствор ацетата свинца, добавляют несколько капель уксусной кислоты, чтобы уменьшить гидролиз соли. В раствор опускают цинковую пластинку – так, чтобы под ней оставался слой раствора высотой 5–6 см, а стеклянную палочку с привязанной ниткой кладут на горловину цилиндра. Цилиндр с раствором и цинковой полоской оставляют на неделю, стараясь не перемещать его, не встряхивать и не перемешивать раствор.
Пластинка цинка постепенно покрывается красивыми длинными темно-серыми кристаллами свинца:
Pb(CH3COO)2 + Zn = Pb + Zn(CH3COO)2
образуя “сатурново дерево” (“сатурн” алхимический символ свинца). С течением времени кристаллы увеличиваются в размере.
Данная реакция протекает самопроизвольно, поскольку значение разности потенциалов окислительно-восстановительных пар Pb2+/Pb (0,126 В) и Zn2+/Zn ( 0,763 В) больше нуля: Δε = 0,637 В.
Примечание. Если вместо цинковой пластины использовать гранулу металла, то получится “волосатый” шар из кристаллов свинца.
«Горение цинка»
Нагревают немного цинка на древесном угле в окислительном пламени паяльной лампы. Металл расплавится и при высокой температуре начнет испаряться. Одновременно, однако, он будет сгорать с появлением голубовато-белого пламени. На поверхности около пламени выпадет оксид цинка; в нагретом состоянии он желтого цвета, а в холодном — белый.
«Обнаружение цинка»
Для обнаружения цинка осадим гидроксид цинка едким натром из раствора, содержащего цинк, отфильтруем осадок и накалим его с помощью паяльной лампы на кусочке угля, добавив несколько капель очень сильно (!) разбавленного раствора хлорида или нитрата кобальта.
Цинк обнаружится по зеленому окрашиванию пламени, которое вызовет образующийся смешанный оксид цинка — кобальта (зелень Ринманна).
Этот опыт можно провести проще. К исследуемому раствору добавляют несколько капель раствора соли кобальта. Затем окунают в него полоску фильтровальной бумаги, ждут, пока впитавшийся раствор высохнет, сжигают полоску в несветящемся пламени бунзеновской горелки и прокаливают золу. При наличии цинка также появится зеленая окраска. При этих схемах определений возможны помехи, если присутствуют некоторые другие элементы. Так алюминий с кобальтом дают голубой цвет, который иногда мешает определению зеленой окраски присутствующего одновременно цинка.
«Взаимодействие цинка с кислотами, щелочами и аммиаком»
Реактивы. Цинк (гранулы), разбавленная (20%-ная) серная кислота H2SO4, водный (20%-ный) раствор гидроксида натрия, концентрированный водный раствор аммиака NH3.
Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (3 шт.).
Описание опыта. В стаканы помещают гранулы цинка. В один из стаканов наливают по палочке разбавленную серную кислоту, а в другой – раствор гидроксида натрия. В обоих стаканах наблюдают растворение металла и выделение водорода:
Zn + 2 H3O+ = Zn2+ + H2↑ + 2 H2O
Zn + 2 H2O + 2 OH = [Zn(OH)4]2 + H2↑
В третий стакан добавляют концентрированный раствор аммиака. Наблюдается растворение металла и выделение газа:
Zn + 4 (NH3 . H2O) = [Zn(NH3)4]2+ + 2OH + H2↑ + 2 H2O
«Амфотерность гидроксида цинка»
Реактивы. Водный (10–15%-ный) раствор хлорида цинка ZnCl2, разбавленная (10%-ная) серная кислота H2SO4, водный (10%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH, концентрированный водный раствор аммиака NH3.
Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (4 шт.), стеклянные палочки.
Описание опыта. В стакан наливают 50–75 мл раствора хлорида цинка. Небольшими порциями по стеклянной палочке добавляют раствор гидроксида натрия до образования осадка гидроксида цинка Zn(OH)2. Полученную суспензию делят на четыре порции, три из которых помещают в отдельные стаканы. Одну порцию оставляют для сравнения. К суспензии в одном из стаканов добавляют избыток раствора гидроксида натрия. Во второй стакан приливают раствор серной кислоты, в третий – концентрированный раствор аммиака. Во всех случаях наблюдают растворение осадков за счет реакций: