Цинк - Zinc


Из Википедии, свободной энциклопедии

Цинк,   30 Zn
Фрагмент цинка сублимированной и 1cm3 cube.jpg
цинк
Внешность серебристо-серый
Стандартный атомный вес г, станд (Zn) , 65.38 (2)
Цинк в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
-

Zn

Cd
медьцинкгаллий
Атомный номер ( Z ) 30
группа группа 12
период период 4
блок d-блок
категория Элемент   пост-переходный металл , в качестве альтернативы рассматривается как переходный металл
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 10 4s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 692,68  К (419,53 ° С, 787,15 ° F)
Точка кипения 1180 К (907 ° С, 1665 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 7,14 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 6,57 г / см 3
Теплота плавления 7,32  кДж / моль
Теплота парообразования 115 кДж / моль
Молярная теплоемкость 25,470 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 610 670 750 +852 990 1179
Атомные свойства
Окислительные состояния -2, 0, +1, +2 , (ый  амфотерный оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,65
энергия ионизации
  • 1-й: 906,4 кДж / моль
  • 2-й: 1733,3 кДж / моль
  • Третий: 3833 кДж / моль
  • ( Более )
Радиус атома эмпирические: 134  м
радиус Ковалентного 122 ± 4 вечера
Ван-дер-Ваальса радиус 139 часов
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии цинка
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура гексагональной плотной упаковкой (ГЦК)
Шестигранная плотноупакованная кристаллическая структура для цинка
Скорость звука тонкого стержня 3850 м / с (при  комнатной температуре ) (прокат)
Тепловое расширение 30,2 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 116 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 59.0 nΩ · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение диамагнитный
магнитная восприимчивость -11,4 · 10 -6  см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших 108 ГПа
Модуль сдвига 43 ГПа
объемный модуль 70 ГПа
коэффициент Пуассона 0,25
твердость по Моосу 2.5
твердость по Бринеллю 327-412 МПа
Количество CAS 7440-66-6
история
открытие Индийские металлурги (до 1000 г. до н.э. )
Первая изоляция Маргграф (одна тысяча семьсот сорок-шесть)
Признанный в качестве уникального металла пути Rasaratna Samuccaya (800)
Основные изотопы цинка
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
64 Zn 49,2% стабильный
65 Zn син 244 г ε 65 Cu
γ -
66 Zn 27,7% стабильный
67 Zn 4,0% стабильный
68 Zn 18,5% стабильный
69 Zn син 56 мин β - 69 Ga
69 м Zn син 13.8 ч β - 69 Ga
70 Zn 0,6% стабильный
71 Zn син 2,4 мин β - 71 Ga
71m Zn син 4 г β - 71 Ga
72 Zn син 46.5 ч β - 72 Ga
| Рекомендации

Цинк является химическим элементом с символом Zn и атомным номером 30. Это первый элемент в группе 12 в периодической таблице . В некоторых отношениях цинк химически подобен магния : оба элемента демонстрируют только одно нормальное состояние окисления (+2), и Zn 2+ и Mg 2+ ионы имеют одинаковый размер. Цинк является 24 наиболее распространенным элементом в земной коре и имеет пять стабильных изотопов . Наиболее распространенная цинка руда является сфалеритом (цинковая обманка), A сульфид цинка минерала. Крупнейшие работоспособные залежи находятся в Австралии, Азии и Соединенных Штатах. Цинк уточнена пенной флотации из руды , обжига и окончательной экстракции с помощью электричества ( электролиз ).

Латунь , сплав из меди и цинка в различных пропорциях, была использована в начале третьего до н.э. тысячелетия в Эгейском , Ираке , в Объединенных Арабских Эмиратах , Калмыкии , Туркменистан и Грузии , и во втором тысячелетии до нашей эры в Западной Индии , Узбекистан , Иран , Сирия , Ирак и Израиль / Палестина. Цинковый металл не был произведен в большом масштабе до 12 - го века в Индии, хотя он был известен древним римлянам и грекам. Шахты Раджастханов дали определенные доказательства производства цинка, возвращаясь к 6 веку до н.э.. На сегодняшний день самым старым свидетельством чистого цинка происходит от Zawar, в Раджастхане, еще в 9 веке нашей эры , когда процесс дистилляции был применен , чтобы сделать чистый цинк. Алхимики сожжен цинка в воздухе , чтобы сформировать то , что они называют « шерсть философа » или «белый снег».

Элемент был , вероятно , назван алхимика Парацельса после немецкого слова Zinke (зубец, зуб). Немецкий химик Маргграф приписывает открытие чистого металлического цинка в 1746 Работе по Гальвани и Алессандро Вольта обнаружил электрохимические свойства цинка по 1800. коррозия резистентных цинкованиями железы ( горячее цинкование ) является основным приложением для цинка , Другие применения в электрических батарей , малых неструктурных отливок и сплавов , таких как латунь . Разнообразие соединений цинка обычно используется, такие как карбонат цинка и глюконат цинка ( в качестве пищевых добавок), хлорид цинка (в дезодорантах), пиритион цинка (анти - перхоть шампуни), сульфид цинка (в люминесцентных красках), и диметилцинк или диэтилцинк в органической лаборатории.

Цинк является необходимым минералом , в том числе пренатального и постнатальное развитие. Дефицит цинка затрагивает около двух миллиардов людей в развивающихся странах и связан со многими заболеваниями. У детей недостаток вызывает замедление роста, задержка полового созревания, инфекции, восприимчивость и понос . Ферменты с атомом цинка в реактивном центре широко распространены в биохимии, например, алкогольдегидрогеназы в организме человека.

Потребление избытка цинка может вызвать атаксию , летаргию , и дефицит меди .

содержание

Характеристики

Физические свойства

Цинк является голубовато-белым, блестящим, диамагнитен металлом, хотя большинство распространенных коммерческих сортов металла имеет тусклую отделку. Это несколько менее плотным , чем железо , и имеет гексагональную кристаллическую структуру с искаженной форме гексагональной плотной упаковкой , в которой каждый атом имеет шесть ближайших соседей (на 265,9 часов) в своей плоскости и шесть других на большем расстоянии 290,6 м , Металла является твердым и хрупким при большинстве температур , но становится пластичным от 100 до 150 ° С. Выше 210 ° C, металл снова становится хрупким и может быть измельчали путем бить. Цинк является справедливым проводником электричества . Для металла, цинк имеет относительно низкую температуру плавление (419,5 ° С) и точку кипения (907 ° C). Точка плавления является наименьшим из всех d-блок металлов в сторону от ртути и кадмия ; для этого, среди прочих причин, цинка, кадмия, ртути и часто не рассматриваются как переходные металлы , такие как остальной части д-блока являются металлы.

Многие сплавы содержат цинк, в том числе латуни. Другие металлы , давно известные образуют бинарные сплавы с цинком являются алюминий , сурьма , висмут , золото , железо , свинец , ртуть , серебро , олово , магний , кобальт , никель , теллур и натрий . Хотя ни цинк , ни цирконий является ферромагнитным , их сплав ZrZn
2
демонстрирует ферромагнетизма ниже 35 K.

Плитка цинка создает характерный звук при сгибании, похожий на олово крик .

Вхождение

Цинк составляет около 75  частей на миллион  (0,0075%) из земной коры , что делает его 24 - й самый распространенный элемент. Почва содержит цинк в 5-770 частей на миллион в среднем 64 частей на миллион. Морская вода имеет только 30  частей на миллиард и атмосфера, 0,1-4 мкг / м 3 . Элемент обычно находится в сочетании с другими базовыми металлами , такими как медь и свинец в рудах . Цинк является халькофильным , то есть элемент, более вероятно, можно найти в минералах вместе с серой и другими тяжелыми халькогенами , а не с легким халькогеном кислородом или с не халькогеном электроотрицательными элементами , такими , как галогены . Сульфиды образуется корка затвердевает при восстанавливающих условиях атмосферы ранней Земли. Сфалерита , которая является одной из форм сульфида цинка, являются наиболее сильно заминирован цинксодержащими рудами , поскольку его концентрат содержит 60-62% цинка.

Другие минералы источника для цинка включают смитсонит (цинк карбонат ), гемиморфит (цинк силикат ), вюрцит (другой сульфид цинка), а иногда hydrozincite (основной карбонат цинка ). За исключением вюрцита, все эти другие минералы образовались в результате выветривания первичных сульфидов цинка.

Выявленные мировые запасы цинка составляют около 1.9-2.8 млрд тонн . Крупные месторождения находятся в Австралии, Канаде и Соединенных Штатах, с самыми большими запасами в Иране . Самый последняя оценка сырьевой базы для цинка (соответствует оговоренной минимальным физическим критериям , связанным с текущими горнодобывающими и производственными практиками) была сделана в 2009 году и рассчитано , чтобы быть примерно 480 Мт Запасы цинка, с другой стороны, геологически определены рудные тела , чья пригодность для восстановления экономически на основе (местонахождение, сорт, качество и количество) в момент определения. Поскольку разведка и разработка шахты представляет собой непрерывный процесс, объем запасов цинка не фиксированное число и устойчивость цинковой руды поставок нельзя судить просто экстраполировать комбинированную жизнь шахты современных цинковых рудников. Эта концепция также подтверждаются данными из геологической службы США (USGS), которая иллюстрирует , что , хотя производство рафинированного цинка возросло на 80% за период с 1990 по 2010 год, резерв время жизнь для цинка остается неизменным. Около 346 миллионов тонн было добыто на протяжении всей истории в 2002 году, и ученые подсчитали , что около 109-305 миллионов тонн в использовании.

Изотопы

Пять стабильных изотопов цинка встречается в природе, с 64 Zn , причем наиболее распространенного изотопа (49,17% природное содержание ). Другие изотопы , обнаруженные в природе 66
Zn
(27,73%), 67
Zn
(4,04%), 68
Zn
(18,45%), и 70
Zn
(0,61%). Наиболее распространенный изотоп 64 Zn и редкие 70 Zn , теоретически нестабильные на энергетическом основании, хотя их предсказанный полураспад превышает 4,3 × 10 18  лет и 1,3 × 10 16  лет , а это означает , что их радиоактивность можно пренебречь для практических целей.

Несколько десятков радиоизотопов были охарактеризованы. 65
Zn
, который имеет период полураспада 243.66 дней, является наименее активным радиоизотоп, а затем 72
Zn
с периодом полураспада 46,5 часа. Цинк имеет 10 ядерных изомеров . 69m Zn , имеет самый длинный период полураспада, 13,76 ч. Верхний индекс т указывает на метастабильный изотоп. Ядро метастабильного изотопа находится в возбужденном состоянии , и вернется в основное состояние , испуская фотон в виде гамма - лучей . 61
Zn
имеет три возбужденных метастабильных состояний и 73
Zn
, имеет два. Изотопы 65
Zn
, 71
Zn
, 77
Zn
и 78
Zn
каждый имеет только одно возбужденное метастабильное состояние.

Наиболее распространенный тип распада из радиоактивного изотопа цинка с массовым числом ниже , чем 66 захват электрона . Продукт распада в результате захвата электронов является изотопом меди.

п
30
Zn
+
е -
п
29
Cu

Наиболее распространенный тип распада радиоактивного изотопа цинка с массовым числом выше , чем 66 бета - распад- ), который производит изотоп галлия .

п
30
Zn
п
31
Ga
+
е -
+
ν
е

Соединения и химия

Реактивность

Цинк имеет электронную конфигурацию из [Ar] 3d 10 4s 2 и является членом группы 12 в периодической таблице . Это умеренно химически активный металл и сильный восстановитель . Поверхность чистого металла тускнеет быстро, в конце концов , образуя защитный пассивирующий слой основного карбоната цинка , Zn
5
(ОН)
6
(СО 3 )
2
,помощью реакции с атмосфернымдиоксидом углерода. Этот слой помогает предотвратить дальнейшую реакцию с воздухом и водой.

Цинк горит в воздухе с ярким голубовато-зеленым пламенем, испуская пары оксида цинка . Цинк легко реагирует с кислотами , щелочами и другими неметаллами. Исключительно чистый цинк реагирует только медленно при комнатной температуре с кислотами. Сильные кислоты, такие как хлористо - водородная или серная кислота , можно удалить пассивирующий слой и последующую реакцию с газом воды с выделением водорода.

Химии цинка преобладают состояния +2 окисления. Когда соединения в этом состоянии окисления образуются, внешний Shell сек электроны теряются, получая голый ион цинка с электронной конфигурацией [Ar] 3d 10 . В водном растворе октаэдрический комплекс, [Zn (H
2
O) 6 ] 2+
является преобладающим видом. Возгонка цинка в комбинации с хлоридом цинка при температурах выше 285 ° С указывает на образование Zn
2
Cl
2
, соединение цинка с состоянием +1 окисления. Нет соединений цинка в окислении заявляет, кроме +1 или +2 известны. Расчеты показываютчто соединение цинка с состоянием окисления +4, вряд ли существует.

Химия Цинк аналогична химии конце первого ряда переходных металлов, никеля и меди, хотя она имеет заполненную d-оболочку и соединения являются диамагнитным и в основном бесцветным. Ионные радиусы цинка и магния , случается, почти идентичны. Из - за этого некоторые из эквивалентных солей имеют одинаковую кристаллическую структуру , а в других случаях , когда ионный радиус является определяющим фактором, химический состав цинка имеет много общего с этим магния. В других отношениях, существует мало сходство с поздними переходными металлами первого ряда. Цинк имеет тенденцию образовывать связи с большей степенью ковалентности и гораздо более устойчивые комплексы с N - и S - доноры. Комплексы цинка в основном 4- или 6 - координатах , хотя 5-координатные комплексы известны.

Цинк (I) соединения

Цинк (I) соединения являются редкими и нуждаются в объемистых лигандов , чтобы стабилизировать состояние низкого окисления. Большинство цинка (I) соединения содержат формально [Zn 2 ] 2+ ядро, которое аналогично [Hg 2 ] 2+ димерный катион , присутствующий в ртути (I) соединений. Диамагнитная природа иона подтверждает его димерную структуру. Первый цинк (I) , соединение , содержащее связь Zn-Zn, 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 , также является первым dimetallocene . [Zn 2 ] 2+ ион быстро диспропорционирует в металлический цинк и цинка (II), и было получено только желтое стекло только путем охлаждения раствора металлического цинка в расплавленном ZnCl 2 .

Цинк (II) соединения

Листы из ацетата цинка, образованные при медленном испарении
ацетат цинка
Белый порошок сосредоточенными на стеклянной пластине
хлорид цинка

Бинарные соединения цинка , как известно , для большинства металлоидов и всех неметаллов , за исключением инертных газов . Оксида ZnO , представляет собой белый порошок , который практически не растворим в нейтральных водных растворах, но амфотерные , растворение в обоих сильных основных и кислотных растворов. Другие халькогенидов ( ZnS , ZnSe и ZnTe ) имеют различные применения в электронике и оптике. Pnictogenides ( Zn ,
3
Н
2
,Zn
3
Р
2
,Zn
3
Как
2
иZn
3
Sb
2
), пероксид (ZnO
2
), гидрид (ZnH
2
) и карбид (ZnC
2
) также известны. Из четырехгалогенидов, ZnF
2
имеет наиболее ионный характер,то время как другие (ZnCl
2
,ZnBr
2
, иZnI
2
) имеют относительно низкие точки плавления и считаются имеющими более ковалентный характер.

В слабых основных растворах , содержащих Zn 2+
ионы, гидроксид Zn (OH)
2
формы в виде белогоосадка. Всильных щелочных растворах, этот гидроксид растворяется с образованием цинкатов ([Zn (OH) 4 ] 2-
). Нитрата цинка (NO 3 )
2
, хлоратZn (ClO - 3 )
2
, сульфатZnSO
4
, фосфатцинка
3
(PO 4 )
2
, молибдатZnMoO
4
, цианидцинка (CN)
2
, АрсенитZn (ASO2)
2
, арсенатZn (ASO 4 )
2
· 8H
2
O
и хромат ZnCrO
4
(один из немногих цветных соединений цинка) несколько примеров других распространенных неорганических соединений цинка. Одним из наиболее простых примеров сорганическим соединениемцинка является ацетат (Zn (O
2
CCH 3 )
2
).

Цинкорганические соединения являются те , которые содержат ковалентные связи цинка-углерод. Диэтилцинк (
2
Н 5 )
2
Zn
) представляет собой реагент в синтетической химии. Впервые он был зарегистрирован в 1848 г. в результате реакции цинка ийодистого этила, и был первым соединениемизвестно, содержат металл-углеродсигмасвязь.

Тест на цинк

Cobalticyanide бумага (тест Rinnmann для Zn) может быть использована в качестве химического индикатора для цинка. 4 г K 3 Co (CN) 6 и 1 г KClO 3 растворяют в 100 мл воды. Бумага окунают в раствор и сушат при 100 ° С. Одна капля образца упала на сухую бумагу и нагревают. Зеленый диск указывает на присутствие цинка.

история

Древнее использование

Большой черный чашеобразная ведро на подставке.  Ковш инкрустация вокруг своей вершины.
Поздняя Римская латунь ведро - Hemmoorer Eimer из Warstade, Германии, второй в третьем веке нашей эры

Различные единичные примеры использования нечистого цинка в древности были обнаружены. Цинковых руд были использованы , чтобы сделать цинк-медный сплав латуни тысячи лет до открытия цинка в качестве отдельного элемента. Иудейская латунь с 14 - го по 10 - й века до н.э. , содержит 23% цинка.

Знание того , как производить медь распространилась в Древней Греции в 7 веке до н.э., но были сделаны несколько сортов. Украшения из сплавов , содержащих 80-90% цинка, с свинца, железа, сурьмы и других металлов, составляющих остаток, было обнаружено , что в 2500 лет. Возможный доисторическая статуэтка , содержащая 87,5% цинка была обнаружена в Дачиане археологических раскопок.

Самые старые известные таблетки были сделаны из hydrozincite карбонатов цинка и смитсонита. Таблетки были использованы для воспаленных глаз и были найдены на борту римского судна Relitto дель Pozzino , разрушен в 140 году до нашей эры.

Производство меди было известно римлянам примерно 30 г. до н. Они сделали латунь нагревания порошкообразного каламина (цинк силикатного или карбонат), древесный угля и медь вместе в тигле. В результате каламина латунь была затем либо литой или забиваются в форму для использования в вооружении. Некоторые монеты поражали римлянами в Христианской эре сделаны из того, что, вероятно , каламином латунь.

Страбон писал в до н.э. 1 (но процитировать теперь потеряла работу века до нашей эры историка 4 Феопомпа ) упоминает «каплю ложной серебры» , которые при смешивании с медным макияжем латунью. Это может относиться к небольшим количествам цинка , который является побочным продуктом плавок сульфидных руд. Цинк в таких остатков в плавильных печах, как правило , выбрасывают , как это считалось, что ничего не стоит.

Цинк таблетка Берна является датировкой обета доски римской Галлии из сплава , который главным образом цинк.

Чарака Самхита , как полагают, были написаны между 300 и 500 г. н.э., упоминает металл , который при окислении, производит pushpanjan , как полагают, оксид цинка. Цинковые шахты в Zawar, недалеко от Удайпура в Индии, были активны с Маурьевым периода ( с.   322 и 187 г. до н.э.). Выплавка металлического цинка здесь, однако, по- видимому, началось около века нашей эры 12. По некоторым оценкам, это место произвело оцененные миллиона тонн металлического цинка и оксида цинка с 12 по 16 вв. Другая оценка дает общий объем производства 60000 тонн металлического цинка за этот период. Rasaratna Samuccaya , написанный приблизительно в 13 - м веке н.э., упоминает два типа цинксодержащих руд: один , используемые для извлечения металла , а другой , используемых в медицинских целях.

Ранние исследования и именование

Цинк отчетливо признается в качестве металла под обозначением Yasada или Jasada в медицинском лексиконе , приписываемый индуистский король Маданапал (из династии Така) и написано о годе 1374. плавильных и добычах неочищенного цинка за счетом уменьшения каламина с шерстью и другой органической вещества было сделано в 13 - м веке в Индии. Китайцы не не научились техники до 17 - го века.

Различные алхимические символы для элемента цинка

Алхимики сжигали металлический цинк в воздухе и собирали полученный оксид цинка на конденсаторе . Некоторые алхимики назвали этот оксид цинка Lana Philosophica , латинский «шерсть философа», потому что он собирается в мохнатых пучках, в то время как другие считали это выглядело , как белый снег , и назвали его Никс альбома .

Название металла, вероятно , первый документально Парацельс , швейцарские рожденный немецким алхимик, который сослался на металл в качестве «цинка» или «ZINKEN» в своей книге Liber Mineralium II , в 16 - м века. Слово, вероятно , происходит от немецкого Zinke , и , предположительно , означает «зуб , как, заостренные или зазубренные» (металлические кристаллы цинка имеют игольчатую внешний вид). Zink может также означать «олово как» из - за его отношения к немецким Зинн означающего олова. Еще одна возможность заключается в том, что слово происходит от персидского слова سنگ Сенг означает камень. Металл был также называют индийским оловом, tutanego, каламином и Spinter.

Немецкий металлург Либавия получили количество того , что он назвал «calay» Малабар из грузового судна захваченного с португальцев в 1596 Libavius описывался свойство образца, которые , возможно, были цинк. Цинк регулярно импортируется в Европу с Востока в 17 - м и начале 18 веков, но порой очень дорого.

Изображение старого головы человека (профиль).  Человек имеет вытянутое лицо, короткие волосы и высокий лоб.
Маргграф дается кредит на первый изолируя чистого цинка

изоляция

Металлический цинк был выделен в Индии 1300 г. н.э., гораздо раньше , чем на Западе. Перед тем как он был выделен в Европе, он был завезен из Индии в 1600 г. н. Postlewayt в универсальном словарь , современный источник предоставления технологической информации в Европе, не говоря уже о цинке до 1751 года, но был изучен элемент до этого.

Фламандский металлург и алхимиком П. М. де Respour сообщил , что он извлекается металлический цинк из оксида цинка в 1668 К началу 18 - го века, Этьен Франсуа Жоффруа описал , как оксид цинка , конденсируется в виде желтых кристаллов на железные прутья , помещенные выше цинковой руды , который будучи плавили. В Великобритании Джон Лейн , как говорят, проводили эксперименты на выплавку цинка, вероятно , в Landore , до его банкротства в 1726 году.

В 1738 году в Великобритании, чемпион Уильяма запатентовал процесс извлечения цинка из каламина в вертикальной ретортах стиля плавильной печи. Его техника напоминала используемый в Zawar цинковых рудников в Раджастане , но никаких доказательств не предполагает , что он посетил Восток. Процесс воителя был использован через 1851.

Немецкий химик Андреас Маргграф обычно получает кредит для обнаружения чистого металлического цинка, хотя шведского химик Антон фон тампон был дистиллированный цинка из каламина четыре года назад. В своем эксперименте 1746, Маргграф нагревает смесь каламина и древесный угль в закрытом сосуде без меди , чтобы получить металл. Эта процедура стала коммерчески нецелесообразен с 1752.

Позже работа

Роспись мужчина средних лет, сидя за столом, носить парик, черный пиджак, белую рубашку и белый шарф.
Гальванизация была названа в честь Луиджи Гальвани .

Брат Уильям воителя, Джон, запатентовал процесс в 1758 году для прокаливания сульфида цинка в оксид , используемый в процессе пиролизного. До этого только каламин может быть использован для производства цинка. В 1798 году Иоганн Кристиан Ruberg усовершенствовал процесс плавки путем создания первой горизонтальной реторты плавильной печи. Жан-Жак Даниэль Доний построен другой вид горизонтального цинкового завода в Бельгии , который обрабатывается еще больше цинка. Итальянский врач Гальвани обнаружил , что в 1780 году , соединяющие спинной мозг из свежеприготовленного расчлененный лягушки к железной рейке , прикрепленной латунный крючок вызвал ногу лягушки дергаться. Он неправильно думал , что он обнаружил способность нервов и мышц , чтобы создать электричество и называется эффект « животное электричество ». Гальванический элемент и процесс гальванизации оба были названы по имени Луиджи Гальвани, и его открытия проложили путь для электрических батарей , гальванизации и катодной защиты .

Друг Гальвани, Алессандро Вольта , продолжил исследование влияния и изобрел кучу Voltaic в 1800. Основной единицей кучи Вольты была упрощенный гальваническим элементом , выполненный из пластин меди и цинка , разделенных электролитом и соединенных проводником внешне. Блоки были сложены в ряд , чтобы сделать клетку Voltaic, который произвел электричество, направляя электроны от цинка к меди и цинка позволяет корродировать.

Немагнитный характер цинка и его отсутствие цвета в растворе задерживается открытие его значимости для биохимии и питания. Это изменилось в 1940 году , когда карбоангидразы , фермент , который моет двуокись углерода из крови, было показано, что цинк в его активном центре . Пищеварительного фермента карбоксипептидазы стал вторым известным цинк-содержащий фермент , в 1955 году.

производство

Добыча и переработка

Ведущие страны выхода цинка 2014
Ранг Страна Тонны
1 Китай 5000000
2 Австралия 1500000
3 Перу 1300000
4 Индия 820000
5 Соединенные Штаты 700000
6 Мексика 700000
Карта мира показывая, что около 40% цинка производится в Китае, 20% в Австралии, 20% в Перу, и 5% в США, Канаде и Казахстане каждый.
Доля производства цинка в 2006 году по странам
тенденция Мировое производство

Цинк является четвертым наиболее распространенным металлом в использовании, уступая только железо , алюминий и медь с годовым производством около 13 миллионов тонн. Крупнейший в мире производитель цинка Nyrstar , слияние австралийской OZ Minerals и бельгийского Umicore . Около 70% мирового цинка происходит от добычи, в то время как остальные 30% поступают от переработки вторичного цинка. Коммерчески чистый цинк известен как Special High Grade, часто сокращенно ГСП , и 99,995% чистоты.

Во всем мире, 95% новых цинка добывается из сульфидных рудных месторождений, в которых сфалерит (ZnS) , почти всегда смешивают с сульфидами меди, свинца и железа. Цинковые мины разбросаны по всему миру, с основными направлениями , являющихся Китай, Австралия и Перу. Китай произвел 38% мирового производства цинка в 2014 году.

Цинк металла производится с использованием экстрактивной металлургии . Руду тонко измельчают, а затем положить через пенной флотации для разделения минералов из пустой породы (на свойстве гидрофобности ), чтобы получить сульфид цинка рудного концентрата , состоящей из приблизительно 50% цинка, 32% серы, 13% железа, 5% SiO
2
.

Обжарка преобразует сульфид цинка концентрат оксида цинка:

2 ZnS + 3 O
2
→ 2 ZnO + 2SO
2

Диоксид серы используют для производства серной кислоты, которая необходима для процесса выщелачивания. Если отложения карбоната цинка, силикат цинка, или цинк шпинели (подобно Skorpion депозит в Намибии) используются для производства цинка, обжиг может быть опущен.

Для дальнейшей обработки используются два основных метода: Пирометаллургия или электролиз . Пирометаллургия уменьшает оксид цинка с углеродом или окисью углерода при температуре 950 ° C (1740 ° F) в металл, который , как дистиллированные пары цинка , чтобы отделить его от других металлов, которые не являются летучими при этих температурах. Паров цинка собирают в конденсаторе. Уравнения ниже описывают этот процесс:

2 ZnO + С → 2 Zn + CO
2
ZnO + CO → Zn + СО
2

В электролизе , цинк выщелачивают из концентрата руды серной кислотой :

ZnO + Н
2
SO
4
ZnSO
4
+Н
2
O

И, наконец, цинк уменьшается электролизом .

2 ZnSO
4
+ 2Н
2
O
→ 2 Zn + 2Н
2
SO
4
+O
2

Серная кислота регенерирует и возвращает на стадию выщелачивания.

Когда оцинкованный сырье подают в электрической дуговой печи , цинк извлекают из пыли с помощью ряда процессов, в преимущественной вельц процесса (90% в 2014 г.).

Воздействие на окружающую среду

Уточнение сульфидных руд цинка производит большие объемы диоксида серы и кадмий паров. Смелтер шлак и другие остатки содержат значительные количества металлов. Около 1,1 миллиона тонн металлического цинка и 130 тысяч тонн свинца были добыты и плавили в бельгийских городах Ли Calamine и пломбира между 1806 и 1882. отвалами прошедшего горными работами выщелачиванием цинка и кадмием, а также отложениями реки Гелом содержат нетривиальные количества металлов. Около двух тысяч лет назад, выбросы цинка от добычи и выплавки составил 10 тысяч тонн в год. После увеличения в 10 раз по сравнению с 1850 г. выбросы цинка достигли 3,4 млн тонн в год в 1980 - х годах и снизились до 2,7 млн тонн в 1990 - х годах, хотя изучение арктической тропосферы 2005 обнаружило , что концентрация там не отражает снижение. Антропогенные и природные выбросы происходят в соотношении 20 : 1.

Цинк в реках , протекающих через промышленных и горнодобывающих районах может достигать 20 частей на миллион. Эффективная очистка сточных вод значительно сокращает это; Лечение вдоль Рейна , к примеру, пониженные уровни цинка до 50 частей на миллиард. Концентрации цинка как низко как 2 частей на миллион отрицательно влияет на количество кислорода , что рыба может нести в их крови.

Панорама с участием крупного промышленного завода на море, в передней части гор.
Исторически ответственность за высокий уровень металла в реке Дервент , цинковые работы на Lutana является самым крупным экспортером в Тасмании, генерируя 2,5% от государства ВВП , и производить более 250 000 тонн цинка в год.

Почвы , загрязненные с цинком от добычи, переработки, или внесение удобрений с цинксодержащих шламов может содержать несколько граммов цинка на килограмм сухой почвы. Уровни цинка в избытке 500 частей на миллион в почве влияет на способность растений поглощать другие основные металлы , такие как железо и марганец . Уровни цинка в 2000 частей на миллион частей на миллион до 180,000 (18%) были зарегистрированы в некоторых образцах почвы.

Приложения

Основные области применения цинка включает в себя (номера указаны для США)

  1. Гальваническая (55%)
  2. Латунь и бронза (16%)
  3. Другие сплавы (21%)
  4. Разное (8%)

Антикоррозийная и аккумуляторы

Объединять удлиненные кристаллы различных оттенков серого.
Горячий поручень оцинкованных кристаллическая поверхность

Цинк наиболее часто используется в качестве анти - коррозионного агента, и цинкование (покрытие из железа или стали ) является наиболее знакомой формой. В в Соединенных Штатах 2009 года, 55% или 893,000 тонн цинкового металла использовали для гальванизации.

Цинк является более реакционноспособным , чем железо или сталь и , следовательно , будет привлекать почти все местное окисление , пока он полностью не корродирует прочь. Защитный поверхностный слой из оксида и карбоната ( Zn ,
5
(ОН)
6
(СО
3
)
2
)
образует как цинк корродирует. Эта защита продолжается даже послеслой цинка поцарапанно деградируеттечением временикак цинк разъедает прочь. Цинка наносится электрохимическимиливиде расплавленного цинкапомощьюгорячего цинкованияили распыления. Гальванизации используются на связь цепи ограждения, ограждение, подвесные мосты, lightposts, металлические крыши, теплообменники и кузова автомобилей.

Относительная реакционная способность цинка и его способности привлекать к себе окислению делает его эффективным расходуемый анод в катодной защиты (CP). Например, катодная защита подземного трубопровода может быть достигнуто путем подключения анодов , изготовленных из цинка к трубе. Цинк действует как анод (отрицательный конец), медленно разъедает прочь , как она проходит электрический ток к стальному трубопроводу. Цинк также используется для катодно защиты металлов, которые подвергаются воздействию морской воды. Цинковая диск крепится к железному рулю корабля будет медленно разъедать , а руль остается неповрежденным. Аналогичным образом , цинк вилка прилагается к пропеллеру или металлической защитной решетке для киля судна обеспечивает временную защиту.

С стандартным электродным потенциалом (SEP) из -0.76 вольт , цинк используют в качестве материала анода для батарей. (Более реактивная лития (сентябрь -3,04 В) используются для анодов в литиевых батареях ). Порошкообразный цинк используется таким образом в щелочных батарей и корпуса (который также служит в качестве анода) из цинк-углеродных батарей формируется из листового цинка. Цинк используется в качестве анода или топлива от батареи цинка воздуха / топливного элемента. Цинк-церий батарея редокса - поток также опирается на основе цинка отрицательного полупериода клетку.

сплавы

Широко используемый сплав цинка из латуни, меди , в котором легировании где -то от 3% до 45% цинка, в зависимости от типа латуни. Латунь в целом является более пластичной и сильнее , чем медь, и имеет превосходную коррозионную стойкость . Эти свойства делают его полезным в оборудовании связи, оборудования, музыкальных инструментов и воды клапанов.

Шаблон Mosaica состоит из компонентов, имеющих различные формы и оттенки коричневого.
Литая латунная микроструктура при увеличении 400x

Другие широко используемые сплавы цинка включают никель серебро , пишущую машинку металл, мягкий и алюминиевый припой и коммерческую бронзу . Цинк также используется в современном органе в качестве замены традиционного сплава свинца / олова в трубах. Сплавы 85-88% цинка, 4-10% меди и 2-8% алюминия найти ограниченное применение в определенных типах машин подшипников. Цинк является основным металлом в американских один цент монеты (пенсы) с 1982 г. Ядро цинка покрывают тонким слоем меди , чтобы создать видимость медной монеты. В 1994 году 33,200 тонн (36,600 коротких тонн) цинка были использованы для производства 13,6 млрд гроши в Соединенных Штатах.

Сплавы цинка с небольшими количествами меди, алюминия и магния могут быть использованы в литье под давлением , а также центробежного литья , особенно в автомобильной, электротехнической и аппаратных промышленности. Эти сплавы продаются под названием Zamak . Примером этого является цинк алюминий . С низкой температурой плавления с низкой вязкостью сплава делает возможным производство небольших и сложных форм. Низкая рабочая температура приводит к быстрому охлаждению литых изделий и быстрого производства для сборки. Другой сплав, выпускаемый под торговой маркой Prestal, содержит 78% цинка и 22% алюминия, и , как сообщается, почти столь же сильным , как сталь , но , как податливый , как пластмасса. Это сверхпластичности сплава позволяет ему быть отлиты с использованием штампа отливок , изготовленных из керамики и цемента.

Подобные сплавы с добавлением небольшого количества свинца может быть холодной прокатке в листы. Сплав цинка 96% и 4% алюминий используется для изготовления штампов для низкого производственного цикла , для которого из черных металлов Штампы были бы слишком дорого. Для фасадов зданий, кровли и других приложений для листового металла , образованных глубокой вытяжкой , профилирование или изгибающего , цинковые сплавы с титаном , используются и медью. Нелегированный цинк слишком хрупкий для этих производственных процессов.

В плотном, недорогом, легко обрабатываемом материале, цинк используются в качестве ведущей замены. В результате свинцовых проблем , цинк появляется в весах для различных применений , начиная от рыбалки остатков шин и маховиков.

Кадмий теллурид цинка (CZT) представляет собой полупроводниковый сплав , который может быть разделен на массив небольших устройств зондирования. Эти устройства похожи на интегральную схему и могут обнаружить энергию входящих гамма - фотоны. Когда за поглощающую маской, массив датчиков CZT можно определить направление лучей.

Другие промышленные применения

Белый порошок на стеклянной пластине
Оксид цинка используется в качестве белого пигмента в красках .

Примерно одна четверть всей продукции цинка в Соединенных Штатах в 2009 году было потреблено в соединениях цинка; различные которые используются в промышленном масштабе . Оксид цинка широко используются в качестве белого пигмента в красках и в качестве катализатора при производстве резины , чтобы расходовать тепло. Оксид цинка используется для защиты резиновых полимеров и пластмасс от ультрафиолетового излучения (УФ). В полупроводниковых свойствах оксида цинка делают его полезным в варисторах и копировальной продукции. Цикл цинка-оксид цинка представляет собой два этапа термохимический процесс , основанный на цинка и оксида цинка для получения водорода .

Хлорид цинка часто добавляют в древесину в качестве антипирена , а иногда и в качестве древесины консервантом . Он используется в производстве других химических веществ. Цинк метил ( Zn (CH 3 )
2
) используется в ряде органическихсинтезов. Сульфид цинка(ZnS)используется влюминесцентныхпигментовнапример, на руках часы,рентгеновскогои телевизионных экранов, исветящихся красок. Кристаллы ZnS используется влазерахкоторые работают в серединеинфракраснойчасти спектра. Сульфат цинкаявляется химическим веществом вкрасителяхи пигментах. Цинк пиритиониспользуется внеобрастающихкрасках.

Порошок цинка иногда используется в качестве пропеллента в модели ракет . Когда сжатая смесь из 70% цинка и 30% серы порошков прокаливают там насильственная химическая реакция. Это приводит к сульфид цинка, вместе с большим количеством горячего газа, тепла и света.

Цинк металлический лист используется для изготовления цинковых стержней .

64
Zn
, наиболее распространенный изотоп цинка, очень восприимчив к нейтронной активации , будучи трансмутируется в высоко радиоактивные 65
Zn
, который имеет период полураспада 244 дней и производит интенсивное гамма - излучение . Из - за этого, оксид цинка , используемый в ядерных реакторах в качестве антикоррозионного агента обедняется 64
Zn
, перед использованием, это называется обедненным оксидом цинка . По той же причине, цинк был предложен в качестве посола материала для ядерного оружия ( кобальт является другим, более известными засолками материала). Кожух из изотопно обогащенного 64
Zn
, будет облучают интенсивный поток нейтронов высокой энергии от взрыва термоядерного оружия, образуя большое количество 65
Zn
, значительно увеличивая радиоактивность этого оружия выпадений . Такое оружие не известно, когда - либо были построены, испытаны, или используется.

65
Zn
, используется в качестве изотопного индикатора , чтобы изучить , как сплавы, содержащие цинк изнашиваются, или путь и роль цинка в организме.

Цинк дитиокарбаматных комплексов используются в качестве сельскохозяйственных фунгицидов ; они включают Zineb , метирам, пропинеб и зира. Нафтенат цинка используется в качестве консерванта древесины. Цинк в виде ZDDP , используются в качестве противоизносной присадки для металлических деталей в моторном масле.

Органическая химия

Добавление дифенилцинка до альдегида

ЦИНКОРГАНИЧЕСКАЯ химия является наукой соединений, содержащих углерод-цинковых связей, описывающих физические свойства, синтез, и химической reactions.Many цинкорганических соединений являются важными. Среди важных приложений

  • Франкленд-Duppa реакция , в котором оксалат эфир (ROCOCOOR) вступает в реакцию с алкилгалогенидом R'X, цинком и соляной кислотой с образованием альфа-гидроксикарбоновых эфиров RR'COHCOOR
  • Реакцию Реформатского , в которой альфа-гало-эфиры и альдегиды превращаются в бета-гидрокси-сложные эфиры
  • Реакции Симмонса-Смит , в котором йодид карбеноидного (иодметили) цинк вступает в реакцию с алкеном (или алкиным) и преобразует их в циклопропана
  • Реакции присоединения цинкорганических соединений с образованием карбонильных соединений
  • Реакция Барбье (1899 г.), который является цинк эквивалент магния реакции Гриньяра и является лучшим из двух. В присутствии воды, образование магнийорганического галогенида потерпит неудачу, тогда как реакция Барбье может иметь место в воде.
  • С другой стороны, organozincs гораздо меньше , чем нуклеофильного Grignards, и они стоят дорого и трудно справиться. Коммерчески доступные diorganozinc соединения являются диметилцинк , диэтилцинк и дифенилцинк. В одном исследовании, активный цинкорганическое соединение получают из более дешевых броморганических предшественников
  • Муфта Негиши также является важной реакция для образования новых углерода-углеродных связей между ненасыщенными углеродными атомами в алкенах, аренах и алкин. Эти катализаторы являются никель и палладий. Ключевая стадия в каталитическом цикле является transmetalation , в котором галогенид цинка обменивается его органический заместитель для другого галогена с металлическим центром палладия (никель).
  • Муфта Фукуяма еще одна реакция сочетания, но он использует тиоэфир в качестве реагента и производит кетона.

Цинк нашел множество применений в качестве катализатора в органическом синтезе в том числе асимметрического синтеза, быть дешевой и легко доступна альтернативой драгоценных металлов комплексов. Полученные результаты (выход и ЭЭ ) , полученные с помощью хиральных катализаторов цинка сопоставимы с результатами, полученными с палладий, рутений, иридий и другие, и цинк становится металлический катализатор выбора.

Биологически активная добавка

ДЖИЭНСИ цинка 50 мг таблетки. Сумма превышает то , что считается безопасный верхний предел в Соединенных Штатах (40 мг) и Европейского Союза (25 мг)
Скелетная химическая формула плоского соединения с участием атома Zn в центре, симметрично связан с четырьмя атомами кислорода.  Эти кислороды дополнительно подключены к линейному СНУ цепи.
Глюконат цинка является одним соединением , используемым для доставки цинка в качестве пищевой добавки .

В большинстве одиночной таблетке, более-счетчик, ежедневно витаминов и минеральных добавок, цинк входит в таких формах , как оксид цинка , ацетат цинка , или глюконат цинка . Цинк , как правило , считается антиоксидантом. Тем не менее, это окислительно - восстановительный инертным и , таким образом , может служить такой функции лишь косвенно. Как правило, добавки цинка рекомендуется там , где существует высокий риск дефицита цинка (такие как страны с низким и средним уровнем дохода) в качестве превентивной меры.

Дефицит цинка был связан с большим депрессивным расстройством (MDD), и могут добавки цинка быть эффективным лечением.

Цинк служит простым, недорогим, и важным инструментом для лечения диареи у детей в развивающихся странах. Цинк истощается в организме во время поноса , но недавние исследования показывают , что пополняя цинк с 10 до 14-дневного курса лечения может уменьшить продолжительность и тяжесть эпизодов диареи , а также могут предотвратить будущие эпизоды до тех пор , как три месяца.

Обзор Cochrane заявил , что люди , принимающие добавки цинка может быть меньше шансов для перехода к возрастной макулярной дегенерации .

Цинк добавка является эффективным средством для лечения акродерматит enteropathica , генетическое заболевание влияет на всасывание цинка , который ранее был смертельным для пострадавших детей.

Гастроэнтерит сильно ослабляется при приеме внутрь цинка, возможно , путем непосредственного антимикробного действия ионов в желудочно - кишечном тракте , или путем поглощения цинка и повторного высвобождения из иммунных клеток (все гранулоциты выделяют цинк), или оба.

В 2011 году исследователи сообщили, что добавление большого количества цинка в образце мочи маскируется обнаружения наркотиков. Исследователи не проверяли ли устно потребляя цинк биологически активную добавку может иметь тот же эффект.

Цинк является отрицательным аллостерическая модулятор ГАМК рецептора .

простуда

Цинковые добавки (часто ацетат цинка или глюконата цинка пастилки ) представляют собой группу биологически активных добавок , которые обычно используются для лечения простуды . Использование добавок цинка в дозах, превышающих 75 мг / сут в течение 24 часов с момента появления симптомов было показано , чтобы уменьшить продолжительность симптомов простуды примерно на 1 день. Из - за отсутствия данных, нет достаточных доказательств , чтобы определить , является ли профилактическое применение снижает добавок цинка вероятность заражения простудой. Побочные эффекты с добавками цинка по рту включают плохой вкус и тошноту . Интраназальное применение цинка , содержащие назальный спреев было связанно с потерей обоняния ; следовательно, в июне 2009 года, за продуктами и лекарствами США (USFDA) предупредил потребителей прекратить использование продуктов интраназально цинка.

Человек риновирусы  - наиболее распространенный вирусный возбудитель в организме человека - являются преобладающей причиной простуды. Гипотетический механизм действия , с помощью которого цинк уменьшает тяжесть и / или продолжительность симптомов простуды является подавлением носового воспаления и прямым ингибированием риновирусного связывании рецептора и риновирусной репликации в слизистой оболочке носа .

Местное применение

Местные препараты цинка включают те , которые используются на коже, часто в виде оксида цинка . Препараты цинка может защитить от солнечных ожогов летом и обветренность в зимний период . Наносят тонким слоем на площади пеленок младенца ( промежность ) с каждым изменением пеленок, он может защитить от опрелостей .

Взаимодействующие цинка используется в зубных пастах и жидкостях для полоскания рта , чтобы предотвратить неприятный запах изо рта .

Цинк пиритион широко включен в шампунях для предотвращения перхоти.

Биологическая роль

Цинк является важным микроэлементом для человека и других животных, для растений , так и для микроорганизмов . Цинк необходим для функции более 300 ферментов и 1000 факторов транскрипции , и сохраняется и передается в металлотионеинах . Это является вторым наиболее распространенными следами металла в организме человека после железа , и это единственный металл , который появляется во всех классах ферментов .

В белках, ионы цинка часто скоординированы с аминокислотными боковыми цепями аспарагиновой кислоты , глутаминовой кислоты , цистеина и гистидина . Теоретическое и компьютерное описание этого цинка связывания белков (так же как и других переходных металлов) трудно.

Примерно 2-4  грамма цинка распространяются по всему телу человека. Большинство цинка в мозге, мышцах, костях, почках и печени, с наибольшей концентрацией в простате и части глаза. Сперма особенно богата цинк, ключевой фактор железы функции и репродуктивные органы роста.

Цинк гомеостаз тела в основном контролируется кишечником. Здесь ZIP4 и особенно TRPM7 были связаны с кишечным поглощением цинка , необходимое для постнатального выживания.

В организме человека, биологические роли цинка повсеместно. Она взаимодействует с «широким спектром органических лигандов », и имеет роль в метаболизме РНК и ДНК, сигнальной трансдукции и экспрессии гена . Он также регулирует апоптоз . Исследование 2006 подсчитали , что около 10% белков человека (2800) , потенциально связывать цинк, в дополнение к сотням более , что транспорт и перевозки цинка; аналогичный в Silico исследования в растении Резуховидки Таль найдены 2367 цинк-родственные белки.

В головном мозге , цинка хранится в специфических синаптических везикул с помощью глутаматэргических нейронов и могут модулировать возбудимость нейронов. Он играет ключевую роль в синаптической пластичности и поэтому в процессе обучения. Цинк гомеостаз также играет важную роль в функциональной регуляции центральной нервной системы . Дисрегуляция цинка гомеостаза в центральной нервной системе , что приводит к чрезмерной концентрации синаптического цинка , как полагают, индуцирует нейротоксичность через митохондриального окислительного стресса (например, путем разрушения определенных ферментов , участвующих в цепи переноса электронов , в том числе сложной I , комплекс III , и -кетоглутарата дегидрогеназа ), то нарушение регуляция гомеостаза кальция, глутаматергические нейроны эксайтотоксичности и интерференция с внутринейрональными трансдукциями сигнала . L- и D-гистидин облегчают поглощение мозга цинка. SLC30A3 является основным цинка Транспортер участвует в коре головного цинка гомеостаза.

Ферменты

Взаимосвязанные полосы, в основном желтого и синего цвета с несколькими красными сегментами.
Лента - схема человеческой карбоангидразы II, с атомом цинка видна в центре
Витой группа, с одной стороны окрашены в синий цвет, а другой серый.  Его два конца соединены через некоторые химические частицы до зеленого атома (цинк).
Цинковые пальцы помогают прочитать последовательности ДНК.

Цинк является эффективной кислотой Льюиса , что делает его полезным каталитический агентом в гидроксилирования и других ферментативных реакциях. Металла также имеет гибкую геометрию координации , что позволяет использовать его белки быстро перейти конформации выполнять биологические реакции. Два примера цинксодержащих ферментов карбоангидразы и карбоксипептидазы , которые являются жизненно важными для процессов двуокиси углерода ( CO
2
) регулирование и переваривание белков, соответственно.

В крови позвоночных, карбоангидраза преобразует CO
2
в бикарбонат и тот же фермент превращает бикарбонат обратно вCO
2
для выдоха через легкие. Без этого фермента, это преобразование будет происходить примерно один миллион раз медленнее при нормальной кровирН7 или требует рН 10 или более. , Не связаннойβ-карбоангидразы требуется в установках для формирования листа, синтез индолуксусной кислоты(ауксинов) испиртового брожения.

Карбоксипептидазы расщепляют пептидные связи в процессе переваривания белков. Координат ковалентной связи образуются между концевым пептидом и C = O группой , присоединенной к цинку, что дает углеродному положительный заряд. Это помогает создать гидрофобный карман на фермент вблизи цинка, который привлекает неполярная часть белка переваривается.

сигнализации

Цинк был признан в качестве посыльного, способного активировать сигнальные пути. Многие из этих путей обеспечения движущей силы в аномальном росте рака. Они могут быть направлены через ZIP транспортеров .

Другие белки

Цинк служит чисто структурную роль в цинковых пальцев , поворотами и кластеров. Цинковые пальцы образуют части некоторых факторов транскрипции , которые являются белками , которые распознают последовательности оснований ДНК во время репликации и транскрипции ДНК . Каждый из девяти или десяти Zn 2+
ионы в цинковый палец помогает поддерживать структуру Палец путем связывания с координационно четырех аминокислот в фактора транскрипции. Фактор транскрипции , обтекает спираль ДНК и использует свои пальцы , чтобы точно связываться с ДНК - последовательностью.

В плазме крови , цинк связан с и транспортируется альбумином (60%, с низким сродством) и трансферрин (10%). Поскольку трансферрина также транспортирует железо, избыточное железо уменьшает всасывание цинка, и наоборот. Подобный антагонизм существует с медью. Концентрация цинка в плазме крови остается относительно постоянной независимо от приема цинка. Клетки в слюнной железы, предстательной железы, иммунной системы и кишечника использование сигнализации цинка для связи с другими клетками.

Цинк может быть проведена в металлотионеина запасов в пределах микроорганизмов или в кишечнике или печени животных. Металлотионеин в клетках кишечника способен регулировать поглощение цинка на 15-40%. Тем не менее, недостаточное или чрезмерное потребление цинка может быть вредным; Избыток цинк особенно ухудшает поглощение меди , потому что металлотионеин поглощает оба металлов.

Человеческий переносчик дофамина содержит высокого сродство внеклеточного цинк сайт связывания , который, после связывания цинка, ингибирует допамин обратного захват и усиливает амфетамин индуцированного отток допамина в пробирке . Человеческий переносчик серотонина и норадреналин Транспортер не содержит цинк сайтов связывания. Некоторые EF-рука кальций - связывающие белки , такие как S100 или NCS-1 , также способны связывать ионы цинка.

Диетические рекомендации

Институт медицины США (IOM) обновлена Оценочные Средние требования (колоса) и Рекомендуемые диетические пособиях (АРР) для цинка в 2001 году в настоящее время проушины для цинка для женщин и мужчин в возрасте от 14 и до 6,8 и 9,4 мг / день соответственно. АРР являются 8 и 11 мг / сут. РАР выше , чем Уши с тем чтобы определить суммы , которые будут охватывать человек выше , чем средние требования. РДА для беременности составляет 11 мг / сут. РДА для лактации составляет 12 мг / сут. Для детей в возрасте до 12 месяцев RDA составляет 3 мг / сут. Для детей в возрасте 1-13 лет RDA увеличивается с возрастом от 3 до 8 мг / сут. Что касается безопасности, то МОМ устанавливает верхний допустимый уровень потребления (ULS) для витаминов и минералов , когда доказательства достаточно. В случае цинка взрослого UL составляет 40 мг / сут (ниже для детей). Собирательно уши, АРРЫ, ИскИны и ULS упоминаются как Диетический номер Потребление (DRIs).

Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) относится к коллективному набору информации как Диетические эталонных значений, с справочном населения Intake (PRI) вместо АРР, и средняя потребность вместо EAR. AI и UL определяются так же , как и в Соединенных Штатах. Для людей в возрасте 18 лет и старше расчеты PRI сложны, так как EFSA установил более высокие и более высокие значения как фитата содержание рациона увеличивается. Для женщин, PRIS увеличение от 7,5 до 12,7 мг / день в качестве впускных фитата увеличивается от 300 до 1200 мг / день; для мужчин диапазон составляет 9,4 до 16,3 мг / сут. Эти Прис выше , чем в США АРР. ЕУБП рассмотрел тот же вопрос безопасности и установить его UL при 25 мг / день, что значительно ниже , чем значение , США.

Для продуктов питания США и диетических целей дополнения к маркировке количество в порции выражается в процентах от суточной нормы (% DV). Для целей маркировки цинка 100% от суточной нормы составил 15 мг, а на 27 мая 2016 года был пересмотрен до 11 мг. Таблица старых и новых взрослых суточных значений обеспечиваются при Ссылка суточного потребления . Продукты питания и дополнения компаний до 1 января 2020 не соответствуют изменениям.

Диетическое потребление

Несколько пластин, полные различных злаков, фруктов и овощей на столе.
Пищевые продукты и специи , содержащие цинк

Продукты животного происхождения, таких как мясо, рыба, моллюски, птицы, яйца и молочные продукты содержат цинк. Концентрация цинка в растениях изменяется в зависимости от уровня в почве. При адекватном цинка в почве, пищевые растения , которые содержат наиболее цинка являются пшеница (зародыш и отруби) и различные семена, в том числе кунжута , мака , люцерны , сельдерея и горчицы . Цинк также найден в бобах , орехах , миндале , цельные зерна , семена тыквы , семена подсолнечника и черной смородины . Завод фитинаты особенно найдены в бобовых и зерновых культурах и мешать абсорбции цинка.

Другие источники включают обогащенных продуктов питания и биологически активные добавки в различных формах. В 1998 году обзор был сделан вывод , что оксид цинка, один из наиболее распространенных добавок в Соединенных Штатах, и карбонат цинка почти нерастворимы и плохо всасываются в организме. В этом обзоре цитируется исследований , в которых были обнаружены концентрации цинка в плазме ниже у испытуемых , которые потребляли оксид цинка и карбонат цинка , чем в тех , кто принимал ацетат цинка и сульфатные соли. Для укрепления, однако, обзор 2003 рекомендуется зерновые (содержащие оксид цинка) в качестве дешевого, стабильный источник , который так же легко , как поглощается более дорогих форм. Исследование 2005 установлено , что различные соединения цинка, в то числе оксида и сульфата, не показало статистически значимые различия в поглощении при добавлении в фортификантах кукурузы лепешки.

дефицит

Почти два миллиарда людей в развивающихся странах испытывают дефицит цинка. Группы риска включают детей в развивающихся странах и пожилых людей с хроническими заболеваниями. У детей, это приводит к увеличению инфекций и диареи и способствует гибели около 800 тысяч детей во всем мире в год. Всемирная организация здравоохранения выступает добавки цинка для тяжелой недостаточности питания и диареи. Цинковые добавки помогают предотвратить болезни и снизить смертность, особенно среди детей с низкой массой тела при рождении или замедленный рост. Однако, добавки цинка не следует вводить отдельно, поскольку многие в развивающихся странах имеют ряд недостатков, и цинк взаимодействует с другими микроэлементами. В то время как недостаток цинка, как правило , из - за недостаточного пищевого рациона, оно может быть связано с мальабсорбции , акродерматит enteropathica , хроническое заболевание печени, хроническое заболевание почек, серповидно - клеточная анемия, диабет, злокачественные опухоли, и других хронических заболеваний.

В Соединенных Штатах федеральное обследование потребления продуктов питания определяется, что для женщин и мужчин в возрасте старше 19 лет, средний расход был 9,7 и 14,2 мг / день соответственно. Для женщин, 17% потребляется меньше, чем EAR, для мужчин 11%. Проценты ниже EAR увеличивается с возрастом. Самый последнее опубликованное обновление (NHANES 2013-2014) сообщило о сокращении среднего - 9,3 и 13,2 мг / день - снова потребление снижается с возрастом.

Симптомы легкого дефицита цинка разнообразны. Клинические исходы включают депрессии роста, диарею, импотенцию и задержку полового созревания, алопецию , глаза и кожу поражение, нарушение аппетита, изменение познавательного, нарушение иммунной функции, дефекты в утилизации углеводов и репродуктивный тератогенез . Дефицит цинка угнетает иммунитет, но чрезмерное цинка делает также.

Несмотря на некоторые проблемы, западные вегетарианцы и веганы не страдают больше от откровенного дефицита цинка , чем мясоеды. Основные растительные источники цинка включает вареные сушеные бобы, морские овощи, обогащенные зерновые, соевые продукты, орехи, горох и семена. Тем не менее, фитинаты во многих из цельного зерна и волокон могут препятствовать поглощению цинка и маргинальное потребление цинка имеют мало изучены эффекты. Цинка хелатор фитат , найденный в семенах и зерновых отрубях , может способствовать цинку мальабсорбции. Некоторые данные свидетельствуют о том, что больше , чем в США RDA (8 мг / день для взрослых женщин; 11 мг / день для взрослых мужчин) могут быть необходимы в тех , чья диета с высоким содержанием фитатами, например, некоторые вегетарианцев. В Европейском органе по безопасности пищевых продуктов руководящих принципов (EFSA) пытаются компенсировать это, рекомендуя высокое потребление цинка , когда потребление диетического фитата больше. Эти соображения должны быть сбалансированы с нехваткой адекватных цинка биомаркеров и наиболее широко используемый показатель, цинка в плазме крови, обладает низкой чувствительностью и специфичностью .

рекультивация почвы

Виды Calluna , Эрика и Vaccinium могут расти в почвах цинка металлсодержащих, поскольку транслокация токсичных ионов предотвращаются действием ericoid микоризных грибов .

сельское хозяйство

Дефицит цинка , как представляется, наиболее распространенный дефицит микроэлементов в культурных растениях; это особенно распространено в высоком рН почвы. Цинк-дефицитная почва будет культивируется в пахотных землях около половины Турции и Индии, треть Китая, и большинство из Западной Австралии. Значительные ответы на удобрения цинка были зарегистрированы в этих областях. Растения , которые растут в почвах, цинк-дефицитных более восприимчивы к болезни. Цинк добавляется к почве главным образом через выветривание горных пород, но люди добавили цинк через сжигание ископаемого топлива, шахтные отходы, фосфорные удобрения, пестициды ( фосфид цинка ), известняк, навоз, осадку сточной вод и частицы из оцинкованных поверхностей. Избыток цинка является токсичным для растений, хотя токсичность цинка является гораздо менее распространены.

Меры предосторожности

токсичность

Хотя цинк является необходимым условием для хорошего здоровья, избыток цинка может быть вредным. Чрезмерное поглощение цинка подавляет меди и железа поглощения. Свободный ион цинка в растворе чрезвычайно токсичен для растений, беспозвоночных и даже позвоночных рыб. Free Ion активность Модель хорошо разработана в литературе, и показывает , что только микромолярные количество свободного иона убивает некоторые организмы. Недавний пример показал , 6 мкмоль убивает 93% всех дафний в воде.

Свободные ионы цинка является мощной кислотой Льюиса до такой степени , что коррозионным . Желудок кислота содержит соляную кислоту , в которой металлический цинк легко растворяется , чтобы дать коррозионный хлорид цинка. Проглатывание пост-1982 Американский один цент часть (97,5% цинка) может привести к повреждению слизистой желудка через высокую растворимость иона цинка в кислой среде желудка.

Опыт показывает , что люди , принимающие 100-300 мг цинка ежедневно могут страдать индуцированный дефицитом медью . В 2007 году судебный отметил , что пожилые люди , принимающие 80 мг ежедневно были госпитализированы мочевых осложнений чаще , чем тех , кто принимал плацебо. Уровни 100-300 мг может помешать использованию меди и железа или отрицательно влияют на уровень холестерина. Цинк более 500 частей на миллион в почве препятствует поглощению растений других основных металлов, таких как железо и марганец. Условие называет цинк качает или «цинк ознобы» может быть вызваны при вдыхании паров цинка в то время пайки или сварки оцинкованных материалов. Цинк является общим компонентом протеза крема , который может содержать от 17 до 38 мг цинка на грамм. Инвалидности и даже смерти от чрезмерного употребления этих продуктов были востребованы.

США пищевых продуктов и медикаментов (FDA) утверждает , что повреждения цинка нервные рецепторы в носу, в результате чего аносмия . Доклады обоняния также наблюдались в 1930 - х годах , когда препараты цинка были использованы в неудачной попытке предотвратить полиомиелита инфекции. 16 июня 2009 года FDA заказал удаление цинка на основе интраназального холодных продуктов с полок магазинов. FDA говорит , потеря обоняния может быть опасной для жизни , потому что люди с ослабленным запахом не могут обнаружить утечку газа или дыма, и не могут сказать , если пища испорчена , прежде чем они есть.

Недавние исследования показали, что местный антимикробный цинк пиритион является мощным теплового шока ответ индуктор , что может привести к нарушению целостности геномную с индукцией PARP -зависимой энергетического кризиса в культивированных человеческих кератиноцитов и меланоцитов .

Отравление

В 1982 году Монетный двор США начал чеканку пенсы , покрытые медью , но в первую очередь , содержащих цинк. Гроши цинка представляют опасность цинкового токсикоза, который может быть смертельным. Один зарегистрированного случай хронического приема 425 пенсов (более 1 кг цинка) привели к смерти из - за желудочно - кишечный тракт бактериального и грибкового сепсис . Другой пациент , который попадет 12 грамм цинка показал только вялость и атаксию (полное отсутствие координации движений мышц). Несколько других случаях сообщалось о людях , страдающих цинковую интоксикацию проглатывания цинковых монет.

Пенниа и другие мелкие монеты иногда заглатывание собак, требуя ветеринарное удаление посторонних предметов. Содержание цинка некоторых монет может привести к токсичности цинка, обычно со смертельным исходом у собак через тяжелую гемолитическую анемию и печень или почки повреждение; рвота и понос возможны симптомы. Цинк обладает высокой токсичностью в попугаях и отравление часто может привести к летальному исходу. Потребление фруктовых соков , хранящихся в оцинкованных банках привело к массовым попугаям отравлений с цинком.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ East India Company судноперевозящее груз почти чистого металлического цинка с Востока затонуло у побережья Швеции в 1745 году ( Emsley 2001 , стр. 502)
  2. ^ Электрический ток будет естественно течь между цинком и стальюно в некоторых случаях инертные аноды используются с внешнего источника постоянного тока.

Рекомендации

Список используемой литературы

внешняя ссылка