Записи в рубрике 'Аналітична хімія'

Углерод

Углерод (латів. Carboneum), З - хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільних ізотопу 12 З (98,892 %) і 13 З (1,108 %). Углерод відома з давнину. Древесный вугілля служив на відновлення металів з руд, алмаз - як дорогоцінний камінь. Значно пізніше стали застосовуватися графіт виготовлення тиглів і олівців

Коксохимическое виробництво

Основним сырьём для коксохімічної промисловості служать вугілля. Структура й будову вугілля може бути вивчені з допомогою мікроскопа. Груба структура вугілля, обнаруживаемая неозброєним оком, називається макроструктурой. Звичайний мікроскоп дозволяє бачити тонку структуру вугілля, звану микроструктурой

Цинк і сталь

Хай голосно ні називали нашого часу: “століття полімерів”, “століття напівпровідників”, “атомний століття” тощо, щодо справи ми вийшли ще із століття залізного. Цей метал продовжує залишатися основою промисловості. По виплавці чавуну і вони і він судять у мощі держави. А чавун і сталь піддаються корозії, і, попри неабиякі успіхи, досягнуті людством боротьби з “рудим ворогом”, корозія щорічно губить мільйони тонн металу. Нанесення на поверхню сталі та чавуну тонких плівок коррозионностойких металів - найважливіше засіб захисту ось корозії. На місці серед усіх металлопокрытий - і з важливості, і за масштабами - стоять покриття цинкові. На захисту стали йде 40% світового виробництва цинку! Оцинкованные відра, оцинкована жерсть сидять на дахах домов - речі настільки звичні, настільки буденні, що ми, зазвичай, не замислюємося, а чому, власне, вони оцинковані, а чи не хромовані чи нікельовані? Якщо ж виникає такий запитання постає, то “залізна логіка” миттєво видає однозначну відповідь: оскільки цинк дешевше хрому і нікелю. Але річ над однота дешевизні. Цинковое покриття часто виявляється надійнішим, ніж інші, оскільки цинк непросто механічно захищає залізо ось зовнішніх впливів, он його хімічно захищає. Кобальт, нікель, кадмій, олово та інші метали, застосовувані за захистом заліза ось корозії, у низці активності металів стоять після заліза. Це означає, що вони більше стійки, ніж залізо. Цинк і хром, навпаки, активніше заліза. Хром у низці активності майже поруч із залізом (ними лише галій), а цинк - перед хромом. Процеси атмосферної корозії мають электрохимическую природу і пояснюються з електрохімічних позицій. Але у принципі механізмом захисту заліза цинком у тому, що цинк - метал активніший - прежде, ніж залізо, реагує з агресивними компонентами атмосфери. Це є виходить, що цинк виручає залізо, сам гинучи. Ось як: У присутності вологи між залізом і цинком утворюється микрогальванопара, у якій цинк - анод. Саме он і руйнуватиметься при яка виникла электрохимическом процесі, зберігаючи недоторканним основний метал. Навіть якщо взяти покриття порушено - з'явилася, скажімо, подряпина, - ці особливості цинкової захисту та її надійність залишаються незмінними. Адже й у цій ситуації діють микрогальванопара, у якій цинк принесений на поталу, та, крім того, зазвичай, у процесі нанесення покриття залізо і цинк реагують між собою. І найчастіше подряпина оголює саме залізо, а интерметаллическое з'єднання заліза з цинком, досить стійка до дії вологи. Суттєвим є й склад продукту, що утворюється при “самопожертву” цинку. Активний цинк реагує з вологою повітря і водночас із які мають ньому вуглекислим газом. Утворюється захисна плівка складу ZnCO3*Zn(OH)2, має достатню хімічну стійкість, щоб захистити ось реакцій і залізо, і саме цинк. Але якщо цинк кородує серед, позбавленої вуглекислоти, скажімо, в умягченной воді парового казана, то плівка потрібного складу утворитися неспроможна, й у разі цинкове покриття руйнується значно швидше. Які ж завдають цинк на залізо? Способів кілька. Оскільки цинк утворює сплави з залізом, швидко розчиняючи його навіть за невисоких температурах, можна завдає розпилений цинк на підготовлену сталеву поверхню зі спеціального пістолета. Можна цинковий сталь (це найбільш старий спосіб), просто занурюючи їх у розплавлений цинк. До речі, плавиться он при порівняно низької температури (419,5( З). Є, звісно, электролитические способи цинкування. Є, нарешті, метод шерардизации (під назвою винахідника), застосовуваний покриття невеликих деталей складної конфігурації, коли особливо важливо зберегти незмінними розміри. У герметично закритому барабані деталі, пересипані цинкової пилом, витримують протягом кількох годин при 350-375( З. У умовах атоми цинку досить швидко дифундують в основний матеріал; утворюється железоцинковый сплав, шар якого “ покладено” поверх деталі, а “впроваджений” у ній. Вже згадувалося, що з цинком досить плутана. Але одне безперечно: сплав міді цинку - латунь - було отримано набагато раніше, ніж металевий цинк. Найдавніші латунні предмети, зроблені приблизно 1500 році звернувся до н.е., знайдено під час розкопок в Палестині. Приготування латуні відновленням особливого каменю - ??????? (кадмію) вугіллям у присутності міді описано у Гомера, Аристотеля, Плінія Старшого. Зокрема Аристотель писав видобутої Індії міді, яка “відрізняється ось золота лише смаком”. Справді, у досить численної групі сплавів, які мають під назвою латуней, є одна (Л-96, чи томпак), за кольором майже неотличимый ось золота. Між іншим, томпак містить менше цинку, ніж абсолютна більшість латуней: цифра за індексом Л означає процентний вміст міді. Отже, долю цинку у тому сплаві доводиться максимум 4%. Можна припустити, що метал з кадмеи й у давнини додавали в мідь як потім, щоб освітлити її. Змінюючи співвідношення цинку і міді, можна було одержати численні сплави з різні властивості. Невипадково латуні поділені на великі групи - альфа- і бета-латуни. У перших цинку максимум 33%. Чому 33? Зі збільшенням змісту цинку пластичність латуні зростає, але до певної межі: латунь з 33 і більше відсотками цинку при деформировании в холодному стані дає тріщини, 33% Zn - кордон зростання пластичності, кордон, на яких латунь стає тендітній. Втім, могло статися що з основу класифікації латуней перебрали б інший “поріг” - все класифікації умовні, ще й міцність латуней зростає по мер збільшення них змісту цинку, але й до певної межі. Тут межа інший - 47-50% Zn. Міцність латуні, що містить 45% цинку, у кілька разів більше, ніж сплаву, відлитого з рівних кількостей цинку і міді. Широкий діапазон властивостей латуней пояснюється прежде всього хорошою сумісністю міді цинку: вони утворюють серію твердих сплавів з різноманітною кристалічною структурою. Також різноманітно й застосування їх сплавів цієї групи. З латуней роблять конденсаторные трубки і патронні гільзи, радіатори та різноманітну арматури, безліч других корисних речей - всього не перерахує. І що саме особливо важливо. Запроваджений розумних межах цинк завжди покращує механічні властивості міді (її міцність, пластичність, корозійну стійкість). І чи завжди у своїй он здешевлює сплав - адже цинк набагато дешевше міді. Легирование робить сплав дешевшим - таке зустрінеш нечасто. Цинк і у складі другого древнього сплаву на мідної основі. Йдеться в бронзі. Це раніше ділили чітко: мідь плюс олово - бронза, мідь плюс цинк - латунь. Тепер “граны стерлися”. Наприклад, сплав ОЦС-3-12-5 вважається бронзою, але цинку у ньому учетверо більше, ніж олова. До цим порам ми розповідали лише у захисту цинком й у легировании цинком. Але є й світло сплави з урахуванням цього елемента. Хороші ливарні властивості і низькі температури плавлення дозволяють відливати з цих сплавів складні тонкостінні деталі. Навіть різьблення під болти і гайки можна одержувати безпосередньо при литві, якщо маєш справу з сплавами з урахуванням цинку. Дедалі більше дефіцит свинцю і олова змусив металургів шукати рецептури нових друкарських і антифрикційних сплавів. Доступна, досить м'який і щодо легкоплавкий цинк, природно, привернув увагу насамперед. Майже тридцять років пошукових й дослідних робіт передували появі антифрикційних сплавів на цинкової основі. При невеликих навантаженнях вони помітно поступаються і баббитам і бронзам, але у підшипниках великовантажних автомобілів і залізничних вагонів, угледробилок і землечерпалок вони почали витісняти традиційні сплави. І тут у відносній дешевизні сплавів з урахуванням цинку. Вони чудово витримують великих навантажень на великих швидкостях за умов, коли баббиты починають выкрашиваться... Ще за перших спробах виплавити цинк з руди в середньовічних хіміків виходив білий наліт, що у книгах на той час називали подвійно: або “білим снігом” (nix alba), або “філософської вовною” (lana philosophica). Неважко здогадатися, що це був окис цинку ZnO - речовина, яка є у помешкання кожного міського жителя нашого часу. Цей “сніг”, будучи замішаним на оліфі, перетворюється на цинкові білило - найпоширеніші з-поміж всіх білил. Окис цинку потрібна як для малярних справ, нею широко багато хто користується галузі промисловості. Стекольная - щоб одержати молочного скла і (у "малих дозах) збільшення термостойкости звичайних шибок. У гумової в промисловості й виробництві лінолеуму окис цинку використовують як заповнювач. Відома цинкова мазь насправді не цинкова, а оксиноцинковая. Препарати з урахуванням ZnO ефективні при шкірних захворюваннях. Нарешті, з кристалічною окисом цинку пов'язана один із найбільш великих наукових сенсацій 20-х ХХ століття. У 1924 року одне із радіоаматорів міста Томська встановив рекорд дальності прийому. Детекторным приймачем он у Сибіру приймав передачі радіостанцій Франції та Німеччини, причому чутність була чіткою, ніж у власників одноламповых приймачів. Як могло статися? Річ у тім, що детекторний приймач томського любителя змонтований за схемою співробітника нижегородською радіолабораторії О.В.Лосевая. Лосев встановив, що у коливальний контур належним чином включений кристал окису цинку, то останній посилюватиме коливання високої частоти і навіть порушувати невщухаючі коливання. У Страсбурзі наші “веселі транзисторні дні” таку неординарну подію минуло би, майже непоміченим, але у 1924 року винахід Лосевая уявлялося революційним. Ось що йшлося у редакційній статті американського журналу “Radio-News”, повністю присвяченій роботі нижньогородського винахідника: ”Винахід О.В.Лосевая з Державної радиоэлектрической лабораторії у Росії робить епоху, і тепер кристал замінить лампу!” Автор статті виявився провидцем: кристал справді замінив лампу; щоправда, це лосевский кристал окису цинку, а кристали других речовин. Але, ніби між іншим, серед широко застосовуваних напівпровідникових матеріалів є сполуки цинку. Це її селениды і теллуриды, антимод і арсенід. Ще важливо застосування деяких сполук цинку, прежде всього його сульфіду, покриття світних телеекранів, осцилографів, рентгенівських апаратів. Під впливом короткохвильового випромінювання чи електронного променя сірчистий цинк набуває здатність світитися, причому ця здатність зберігається по тому, як припинилося опромінення. Резерфорд, вперше у зв'язку явищем послесвечения сірчистого цинку, скористався їм для підрахунку вылетающих з ядра альфа-частинок. У нескладному приборчике, спинтарископе, вдаряючись про екран, покритий сульфидом цинку, ці частки кресали спалах, видиму оком. Якщо ж частки падають на екран досить часто, то замість спалахів з'являється постійне світіння. Фармацевти і медики шанують багато сполуки цинку. Після Парацельса до наших днів, у фармакопеї значаться очні цинкові краплі (0,25%-ный розчин ZnSO4). Як присипка здавна застосовується цинкова сіль стеаринової кислоти. Феносульфат цинку - хороший антисептик. Суспензия, куди входять інсулін, протамин і хлорид цинку - новий ефективний засіб проти діабету, чинне краще, ніж чистий інсулін. І водночас багато сполуки цинку, прежде всього його сульфат і хлорид, токсичні. Цинк - одне із важливих мікроелементів. І тоді водночас надлишок цинку для рослин шкідливий. Біологічна роль цинку двояка і до кінця вияснена. Встановлено, що цинк - обов'язкова складова частина ферменту крові, карбоангидразы. Цей фермент міститься у еритроцитах. Карбоангидраза прискорює виділення вуглекислого газу легких. З іншого боку, вона допомагає перетворити частина СО2 в іон НСО3, який відіграє важливу роль обміні речовин. Але навряд чи лише карбоангидразой обмежується роль цинку у житті тварин і людини. І коли була така, важко було б засвідчити токсичність сполук цього елемента. Відомо, що значна частина цинку міститься у отруті змій, особливо гадюко і кобр. Але водночас відомо, що солі цинку специфічно пригнічують активність цих самих отрут, хоча, як показали досліди, під впливом солей цинку отрути не руйнуються. Як пояснити таку суперечність? Вважають, що висока зміст цинку в отруті - те засіб, яким змія ось власного отрути захищається. Але таке твердження ще потребує суворої експериментальної перевірки. Чекають з'ясування і з тонкі деталі більшої “цинк життя й”... Бурундучная руда. Найпоширеніший мінерал цинку - сфалерит, чи цинкова обманка ZnS. Різноманітні домішки надають цієї речовини різноманітні кольору. Певне, при цьому мінерал і називають обманкою. Цинковую обманку вважають первинним минералом, з яких утворилися інші мінерали цього елемента: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту “бурундучную” руду - суміш цинкової обманки і бурого шпату. Шматок такий руди видали справді нагадує принишклого смугастого звірка. Не ніч під Івана Купала. По старовинним переказам, папороть цвіте лише ніч під Івана Купала, і охороняє цю квітку нечиста сила. Насправді папороть як споровое рослина не цвіте взагалі, але слова “папоротеві квіти” можна зустріти зі сторінок безумовно серйозних наукових журналів. Так називають характерні візерунки цинкових покриттів. Ці візерунки виникають завдяки спеціальним добавкам сурми (до 0,3%) чи олова (до 0,5%), які вводять у ванни гарячого цинкування. На деяких заводах “квіти” отримують інакше, - притискаючи гарячий оцинкований лист до рифленому транспортеру.

Цинк

Цинк (Zn) в таблиці Менде-лєєва має порядковий номер 30. Он перебуває у четвертому періоді другої групи. Атомний вагу - 65,37. Розподіл електронів по верствам 2-8-18-2. Цинк є синювато - білий метал, плавящийся при 419? З, а при 913? З преобертовий у пар; щільність його дорівнює 7,14 г/см3. При звичайної температурі цинк досить крихкий, але за 100-110( З он добре гнеться і прокочується в листи. На повітрі цинк покривається тонким шаром окису чи основного карбонату, предохраняющим його ось подальшого окислення. Вода майже діє цинк, хоча он і слід у низці напруг значно лівіше водню. Це тим, що що настає лежить на поверхні цинку при взаємодії його із жовтою водою гидроокись практично нерастворима і перешкоджає подальшому перебігу реакції. У розбавлених ж кислотах цинк легко розчиняється із заснуванням відповідних солей. З іншого боку, цинк подібно бериллию і другим металам, що створює амфотерные гідроокису, розчиняється в лугах. Якщо нагріти цинк надворі до температури кипіння, то пари його спалахують і згоряють зеленовато-белым полум'ям, створюючи окис цинку. Соединения цинку та її сплави відомі людству з глибокої давнини, металевий ж цинк було отримано значно пізніше, ніж залізо, свинець і олово. Ця обставина пояснюється лише тим, що це звичайні способи плавки руди з вугіллям не дозрівали мети; щоб відновити цинк, їх треба швидко нагріти до температури близько 1000 градусів, та заодно он кипить і у вигляді парів втрачається разом із димовими газами. Тільки коли навчили конденсувати пари цинку в глиняних посудинах, стало можливих отримання металу у вільному стані. Вважають, що така дистилляционный спосіб отримання вільного цинку уперше був в винайдена Китаї. Латунь (сплав міді з цинком) був відомий грекам, індусам і другим народам Сходу, хто її виготовлення різних предметів домашнього побуту, художнього лиття і прикрас. Окремі предмети з латуні, які стосуються періоду за 1500 років до н.е., знайшли в Палестині. Приготування латуні відновленням особливої землі кадмію (так називалися у минулому багато мінерали, містять цинк, різниця між які робили) вугіллям у присутності міді описують Аристотель (384- 322 рр. до н.е.), Пліній Старший (23-79 рр. н.е.) і Гомер. Пліній Старший і Диоскрид з Аназарбуса описують лікарських препаратів, що містять сполуки цинку. Ліки ці вживалися для загоєння ран і за лікуванні очних хвороб. У доісторичних дакийских руїнах в Трансільванії був найден ідол, відлитий з сплаву, що містить близько 87% цинку. Одержання металевого цинку з галмея Zn4(Si2O7)*H2O вперше описує Страбон (60-20 рр. до н.е.). Цинк у період називали тутией чи фальшивим сріблом. Завдяки важкою виробленні цинку з руд в X-XI ст. н.е. мистецтво отримання цинку у Європі було втрачено, і он увозився сюди під назвою індійського олова із Китаю і Індії. Наприкінці XIII ст. н.е. італійський мандрівник Марк Поло описав спосіб отримання металевого цинку в Персії. У 1637 року метод виплавки цинку та її властивості описуються в китайської книзі “Циен конг кан в”. Здається, що коли метод отримання описаний у літературі, його легко могли запозичити інші народи і застосувати у собі Батьківщині. Але це змагань не вийшло. Економічна та культурна роз'єднаність народів, слабкі транспортні зв'язку, а головне, прагнення багатьох учених описувати відкриття незрозумілою языке-все це перешкоджало швидкому поширенню технічних досягнень. Вдруге отримання цинку у Європі став відомий на початку XVI століття, як у способі його виплавки згадують у своїх творах Георг Агрікола (1494-1555) і Теофраст Парацельс. Проте після цього цинк у Європі був великий рідкістю, що тривало до майже кінця XVIII У. Назва ж “цинк” відбувається ось латинського слова, що означає більмо чи білий наліт, і вперше є у Парацельса в 1530 року. Роберт Бойль назвав цинк “спелтером”. В Україні цинк И.Шлаттер (1736) називав “туцией”, Ломоносов (1742) ввів назва “цинк”, але це не користувалося успіхом і цинк найчастіше називали “шпиаутер”. У 8-му виданні “Основ хімії” (1906) Д.І. Менделєєв вживає сучасне назва цинку, але вбрання з цим ставить за дужках й те його название-”шпиаутер”. Із цього можна укладе, що за часів Менделєєва стару назву цинку було чимало поширене. У XVI столітті було здійснено перші спроби виплавляти цинк в заводських умовах. Але виробництво “не пішло”, технологічні труднощі виявилися непереборними. Цинк намагалися отримувати так само, як та інші метали. Рыжую обпікали, перетворюючи цинк в окис, потім цей окис відновлювали вугіллям... Цинк, природно, відбудовувалося, взаємодіючи з вугіллям, але ... не выплавлялся. Не выплавлялся оскільки цей метал вже у плавильної печі випаровувався - температура його кипіння всього 906( З. На печі був повітря. Зустрічаючи його, пари активного цинку реагували з киснем, і знову утворювався вихідний продукт-окись цинку. Наладит цинкове виробництво Європі вдалося лише по тому, як руду стали відновлювати в закритих ретортах без доступу повітря. Приблизно так само ж “чорнової” цинк отримують користь зараз, а очищають його рафинированием. Пирометаллургическим способом здобувають нині приблизно половину виробленого у світі цинку, а іншу половину-гидрометаллургическим. Слід мати у вигляді, що суто цинкові руди у природі майже зустрічаються. Соединения цинку (зазвичай 1-5% враховуючи метал) входять до складу поліметалевих руд. Отримані під час збагаченні руди цинкові концентрати містять 48-65% цинку, до 2% міді, до 2% свинцю, до 12% заліза. І плюс доли відсотка розсіяних і рідкісних металів... Складний хімічний і мінералогічний склад руд, містять цинк, був однота з причин їхнього, якими цинкове виробництво народжувалося важко. У переробці поліметалевих руд і ще є невирішені проблеми... Але повернімося до пирометаллургии цинку - у цьому виявляються суто індивідуальні особливості цього елемента. При різкому охолодженні пари цинку відразу ж потрапляє, минаючи ліквідність, перетворюються на тверду пил. Це трохи ускладнює виробництво, хоча елементарний цинк вважається нетоксичним. Часто буває треба зуміти зберегти цинк саме у вигляді пилу, а чи не перерплавлять їх у зливки. У піротехніку цинковую пил застосовують, щоб отримати блакитне полум'я. Цинковая пил використовується у виробництві рідкісних і шляхетних металів. Зокрема, таким цинком витісняють золото і срібло з ціанистих розчинів. Хоч як парадоксально, але за отриманні самого цинку (і кадмію) гидрометаллургическим способом застосовується цинкова пыль-для очищення розчину сульфату міді кадмію. Але це ще все. Ви будь-коли замислювалися, чому металеві мости, прольоти заводських цехів та інші великогабаритні вироби з металу найчастіше забарвлюють в сірого кольору? Головна складова частина застосовуваної в усіх цих випадках фарби - усе й ж цинкова пил. Змішана з окисом цинку і лляним олією, перетворюється на фарбу, яка чудово охороняє ось корозії. Ця фарба до тому ж дешева, пластична, добре прилипає до металу і відшаровується при температурних перепадах. Мишачий колір скоріш гідність, ніж недодостаток. Вироби, що покривають таким забарвленням, не бути марки й те водночас охайні. На властивості цинку сильно позначається ступінь його чистоти. При 99,9 і 99,99% чистоти цинк добре розчиняється в кислотах. Але варто “додасть” ще одне дев'ятку (99,999%), і цинк стає нерастворимым в кислотах навіть за сильному нагріванні. Цинк такий чистоти вона й великий пластичністю, може бути витягати в тонкі нити. А звичайний цинк можна прокотити в тонкі листи, лише нагрівання його 100-150( З. Нагретый до 250( З повагою та вище, аж до точки плавлення, цинк знову стає тендітним - відбувається чергова перебудова його кристалічною структури. Листовой цинк широко застосовують у виробництві гальванічних елементів. Перший “вольтов стовп” складалася з кружалець цинку і міді. І на сучасних хімічних джерелах струму негативний електрод найчастіше робиться з цинку. Значительна роль цього елемента у поліграфії. З цинку роблять кліше, дозволяють відтворити у пресі малюнки і фотографії. Спеціально приготовлений і оброблений типографський цинк сприймає фотозображення. Це зображення у потрібних місцях захищають фарбою, і майбутнє кліше протравливают кислотою. Зображення набуває рельєфність, досвідчені гравери підчищають його, роблять відбитки, і потім ці кліше йдуть у друковані машини. До поліграфічного цинку пред'являють особливі вимоги: прежде всього он повинен мати мелкокристаллическую структуру, особливо у поверхні зливка. Тому цинк, готовий до поліграфії, завжди виливають у зачинені форми. Для “вирівнювання” структури застосовують відпал при 375( із наступним повільним охолодженням й одержання гарячої прокаткою. Суворо лімітують і присутність у такому металі домішок, особливо свинцю. Якщо його багато, не можна буде витравити кліше оскільки це потрібно. Якщо ж свинцю менше 0,4%, важко отримати потрібну мелкокристаллическую структуру. Ось у цій крайці і “ходять” металурги, прагнучи задовольнити запити поліграфії.