Најважније из лекције
Општа својства: Цинк (\(\text{Zn}\)) је метал 12. групе d-блока са оксидационим бројем \(+2\). Отпоран је на корозију захваљујући заштитном слоју оксида и карбоната.
Индустријско добијање: Пирометалургијом из сфалерита: \(2\text{ZnS} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{ZnO} + 2\text{SO}_2\), затим \(\text{ZnO} + \text{C} \rightarrow \text{Zn} + \text{CO}\).
Примена: Галванизација (поцинковани лим за олуке и кровове), легуре (месинг: \(\text{Cu}-\text{Zn}\)), цинково белило и цинкова маст (\(\text{ZnO}\)).
Амфотерност: \(\text{Zn}\), \(\text{ZnO}\) и \(\text{Zn}(\text{OH})_2\) реагују и са киселинама и са базама градећи тетрахидроксоцинкатни комплекс \([\text{Zn}(\text{OH})_4]^{2-}\). За разлику од \(\text{Al}(\text{OH})_3\), \(\text{Zn}(\text{OH})_2\) се раствара и у вишку амонијака.
Индустријско добијање: Пирометалургијом из сфалерита: \(2\text{ZnS} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{ZnO} + 2\text{SO}_2\), затим \(\text{ZnO} + \text{C} \rightarrow \text{Zn} + \text{CO}\).
Примена: Галванизација (поцинковани лим за олуке и кровове), легуре (месинг: \(\text{Cu}-\text{Zn}\)), цинково белило и цинкова маст (\(\text{ZnO}\)).
Амфотерност: \(\text{Zn}\), \(\text{ZnO}\) и \(\text{Zn}(\text{OH})_2\) реагују и са киселинама и са базама градећи тетрахидроксоцинкатни комплекс \([\text{Zn}(\text{OH})_4]^{2-}\). За разлику од \(\text{Al}(\text{OH})_3\), \(\text{Zn}(\text{OH})_2\) се раствара и у вишку амонијака.
Цинк (\(\text{Zn}\)) је метал 12. групе d-блока Периодног система елемената (са кадмијумом \(\text{Cd}\), живом \(\text{Hg}\) и коперницијумом \(\text{Cn}\)).
Сребрнастосиве је боје са плавичастим сјајем и добар је проводник топлоте и електрицитета.
У свим својим једињењима цинк има оксидациони број \(+2\) (гради јон \(\text{Zn}^{2+}\)). Везе у једињењима цинка имају изражен ковалентни карактер.
На ваздуху не кородира дубински јер се на његовој површини формира компактан заштитни слој оксида и базног карбоната који спречава даљу корозију.
Цинк је амфотеран метал – реагује са већином киселина, али и са концентрованим воденим растворима јаких база, при чему се ослобађа водоник.
Зашто се челични лимови често превлаче танким слојем цинка (поцинковани лим)?
Због формирања постојаног заштитног површинског слоја оксида и карбоната, цинк штити челик од атмосферске корозије и продужава му трајност.
Главна руда за добијање цинка је сфалерит (\(\text{ZnS}\)). Метал се производи пирометалуршким поступком у два корака:
Превођење сулфидне руде у оксид дејством кисеоника из ваздуха на високој температури:
\[ 2\text{ZnS}(s) + 3\text{O}_2(g) \longrightarrow 2\text{ZnO}(s) + 2\text{SO}_2(g) \]
Редукција цинк-оксида помоћу угљеника (кокса):
\[ \text{ZnO}(s) + \text{C}(s) \longrightarrow \text{Zn}(s) + \text{CO}(g) \]
Најважније примене цинка:
- Заштита гвожђа и челика од корозије (поцинковани лимови за кровове и олуке).
- Израда легура, од којих је најзначајнији месинг (легура бакра и цинка, \(\text{Cu}-\text{Zn}\)).
- Израда кованог новца и декоративних превлака.
Цинк-оксид (\(\text{ZnO}\)) је бели прах, практично нерастворан у води, са израженим амфотерним особинама и ковалентним карактером везе.
Амфотерно понашање \(\text{ZnO}\):
1. Реакција са киселинама (понаша се као базни оксид): \[ \text{ZnO}(s) + 2\text{HCl}(aq) \longrightarrow \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \] 2. Реакција са јаким базама (понаша се као кисели оксид, гради комплексни тетрахидроксоцинкатни јон \([\text{Zn}(\text{OH})_4]^{2-}\)): \[ \text{ZnO}(s) + 2\text{NaOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{Na}_2[\text{Zn}(\text{OH})_4](aq) \]
1. Реакција са киселинама (понаша се као базни оксид): \[ \text{ZnO}(s) + 2\text{HCl}(aq) \longrightarrow \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \] 2. Реакција са јаким базама (понаша се као кисели оксид, гради комплексни тетрахидроксоцинкатни јон \([\text{Zn}(\text{OH})_4]^{2-}\)): \[ \text{ZnO}(s) + 2\text{NaOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{Na}_2[\text{Zn}(\text{OH})_4](aq) \]
\(\text{ZnO}\) се може добити термичким разлагањем цинк-хидроксида, цинк-карбоната или цинк-нитрата:
\[ 2\text{Zn}(\text{NO}_3)_2(s) \xrightarrow{\Delta} 2\text{ZnO}(s) + 4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g) \]
Примена \(\text{ZnO}\): као бели пигмент у уљаним бојама (цинково белило), у медицини за лечење кожних обољења (цинкова маст), у стоматологији за израду цемената и отисних маса, као и у индустрији стакла и порцелана.
Дејством стехиометријске количине алкалног хидроксида на водени раствор соли цинка таложи се бели, слабо растворан цинк-хидроксид (\(\text{Zn}(\text{OH})_2\)):
\[ \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\text{OH}^-(aq) \longrightarrow \text{Zn}(\text{OH})_2(s) \]
Амфотерност хидроксида: Додатком вишка јаке базе талог се раствара услед настајања тетрахидроксоцинкат(II) анјона:
\[ \text{Zn}(\text{OH})_2(s) + 2\text{NaOH}(aq) \longrightarrow \text{Na}_2[\text{Zn}(\text{OH})_4](aq) \]
Са воденим раствором амонијака такође долази до таложења \(\text{Zn}(\text{OH})_2\), али се за разлику од \(\text{Al}(\text{OH})_3\), талог цинк-хидроксида раствара у вишку амонијака услед грађења стабилног комплексног тетрааминцинк(II) јона:
\[ \text{Zn}(\text{OH})_2(s) + 4\text{NH}_3(aq) \longrightarrow [\text{Zn}(\text{NH}_3)_4]^{2+}(aq) + 2\text{OH}^-(aq) \]
Задаци за вежбање
Лаки задатак: Који оксидациони број има цинк у својим једињењима и како гласи хемијска формула његове главне сулфидне руде?
Цинк у свим једињењима има оксидациони број \(+2\) (гради \(\text{Zn}^{2+}\) јоне). Главна руда је сфалерит, чија је хемијска формула \(\text{ZnS}\).
Средњи задатак: Напишите једначине хемијских реакција којима се приказује амфотерни карактер цинк-оксида (\(\text{ZnO}\)) у реакцији са хлороводоничном киселином и у реакцији са раствором натријум-хидроксида.
1. Са киселином:
\[ \text{ZnO}(s) + 2\text{HCl}(aq) \longrightarrow \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \]
2. Са базом:
\[ \text{ZnO}(s) + 2\text{NaOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{Na}_2[\text{Zn}(\text{OH})_4](aq) \]
Тешки задатак: У две епрувете се налазе свеже исталожени хидроксиди: у једној \(\text{Zn}(\text{OH})_2\), а у другој \(\text{Al}(\text{OH})_3\). Како се помоћу воденог раствора амонијака може експериментално утврдити у којој се епрувети налази цинк-хидроксид?
У обе епрувете треба додати вишак воденог раствора амонијака (\(\text{NH}_3(aq)\)):
- Талог \(\text{Zn}(\text{OH})_2\) ће се растворити у вишку амонијака градећи растворан комплексни јон \([\text{Zn}(\text{NH}_3)_4]^{2+}\).
- Талог \(\text{Al}(\text{OH})_3\) се не раствара у вишку амонијака (јер је амонијак слаба база и не гради аминске комплексе са алуминијумом).
