无机化学展示之锌的故事

锌的概述单质的性质及用途锌的重要化合物及其性质拓展锌是人类自远古时就知道其化合物的元素之一。锌矿石和铜熔化制得合金——黄铜,早为古代人们所利用。但金属状锌的获得比铜、铁、锡、铅要晚得多，一般认为这是由于碳和锌矿共热时，温度很快高达1000℃以上，而金属锌的沸点是907℃，故锌即成为蒸气状态，随烟散失，不易为古代人们所察觉，只有当人们掌握了冷凝气体的方法后，单质锌才有可能被取得。世界上最早发现并使用锌的是中国，在10~11世纪中国是首先大规模生产锌的国家。明朝末年宋应星所著的《天工开物》一书中有世界上最早的关于炼锌技术的记载。生产过程非常简单，将炉甘石（即菱锌矿石）装满在陶罐内密封，堆成锥形，罐与罐之间的空隙用木碳填充，将罐打破，就可以得到提取出来的金属锌锭。另外，我国化学史和分析化学研究的开拓者王链（1888—1966）在1956年分析了唐、宋、明、清等古钱后，发现宋朝的绍圣钱中含锌量高，提出中国用锌开始于明朝嘉庆年间的正确的科学结论。锌的实际应用可能比《天工开物》成书年代还早。主要矿物为闪锌矿、红锌矿、菱锌矿。用途：用于电镀锌以及制造黄铜、锰青铜、白铁、干电池以及航天飞机上的轻合金以及作其他金属的保护层。锌粉是有机合成工业的重要还原剂。制备：将锌矿石在反焰炉中煅烧成氧化锌后，与焦炭在冶金炉中炼成锌，或用硫酸浸出成硫酸锌后用电解法沉积锌。原子序数30第四周期ⅡB族稳定同位素64，66，67，68，70价电子结构+Ⅱ原子半径3d¹º4s²常见氧化态125/pm(共价)电负性1.65EºZn2+/Zn-0.76锌制造干电池：以氧化银为正极，锌为负极，氢氧化钾做电解质优点：比容量高、内阻小、工作电压高而平稳应用：宇宙空间技术的主电源或应急电源扣式锌电池用于助听器、计算器、电子手表锌的标准电势：酸性-0.7618VZn2+========Zn碱性-1.245VZnO22-=========Zn熔点：419.73ºc沸点：907℃硬度：2.5密度：7.14g/cm3比热：0.39J/gK蒸发热:115.3KJ/mol熔化热:7.322KJ/mol导电率:0.166X106/cm导热系数:1.16W/cmK颜色：银白略带蓝色有光泽金属有延展性，含少量杂质则变脆.良好的传热、导电性,-272.1℃时形成超导体.1、室温时在空气中较稳定，在潮湿空气中生成一层灰色碱式碳酸锌，可作保护膜。2、锌燃烧时有蓝绿色火焰。3、高温时跟水蒸汽反应放出氢气。加热时可跟卤素，硫等反应。4、易与酸反应，但高纯锌反应慢，若加入少量硫酸铜溶液，或跟铜、镍、铂等金属接触时，反应加快。单质2Zn+O2==2ZnO(1273K)Zn+X2===ZnX2(X=F、Cl、Br、I)(加热条件下)3Zn+2P====Zn3P2(873K)Zn+S===ZnS(加热条件下)Zn+4NH3+2H2O=====[Zn(NH3)4](OH)2+H2↑Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑氧化锌（俗称锌白）氧化锌为白色粉末，不溶于水，是一种著名的白色颜料，其优点是遇H2S气体不变黑。ZnO的生成热较大，较稳定，加热升华而不分解。ZnO有收敛性和一定的杀菌能力，医药上制成软膏使用。ZnO还可作催化剂。硫化锌硫化锌是一种白色不溶于水的金属硫化物。由于硫化锌能溶于0.1mol.L-1盐酸，所以往中性锌盐溶液中通以H2S气体，ZnS沉淀不完全，因在沉淀过程中[H+]浓度增加，阻碍了ZnS的进一步沉淀。但ZnS不溶于醋酸Zn2++H2S=====ZnS↓+2H+ZnS可作白色颜料，它同BaSO4共沉淀得到的混合晶体ZnS·BaSO4叫做锌钡白，俗称立德粉，是一种优良的白色颜料。氢氧化锌在锌盐溶液中加入适量强碱，可以得到其氢氧化物：ZnCl2+2NaOH======Zn(OH)2↓+2NaCl氢氧化锌是两性氢氧化物，溶于强酸成锌盐，溶于强碱而成为四羟基合物，有的称为锌酸盐。Zn(OH)2+2H+======Zn2++2H2OZn(OH)2+2OH-======Zn(OH)42-因为在Zn(OH)2的饱和溶液中存在如下平衡：加酸，平衡向左移动，生成Zn2+。加碱，平衡向右移动，生成四羟基合物。氢氧化锌还可溶于氨水中，这一点与Al(OH)3不同，能溶解是由于生成了氨配离子：Zn(OH)2+4NH3=====[Zn(NH3)4]2++2OH-Zn(OH)2加热时容易脱水变为ZnO。在Zn2+盐中加入Na2CO3溶液，得到的是碱式碳酸锌的白色沉淀，而不是Zn(OH)2：Zn2++3CO32-+2H2O=====Zn(OH)2·CO3↓+2HCO3-氯化锌无水氯化锌是白色容易潮解的固体，其熔点不高(638K)，熔体导电率不高，在酒精和其它有机溶剂中能溶解。这说明它有明显的共价性。它的溶解度很大，吸水性很强，有机化学中常用它作为去水剂和催化剂。氯化锌的浓溶液中，由于生成配合酸-羟基二氯合锌酸而具有显著的酸性，它能溶解金属氧化物：ZnCl2+H2O=====H[ZnCl2(OH)]FeO+2H[ZnCl2(OH)]=====Fe[ZnCl2(OH)]2+H2O在焊接金属时用ZnCl2清除金属表面的氧化物就是根据这一性质。焊接金属用的“熟镪水”就是氯化锌的浓溶液。焊接时它不损害金属表面，而且水分蒸发后，熔化的盐覆盖在金属的表面，使之不再氧化，能保证焊接金属的直接接触。生理调节：锌是很多酶的组成成分，也是某些酶的激活剂。例如：锌参与糖代谢，每一个胰岛素分子内含有两个锌原子，锌与胰岛素的产生、分泌、贮存以及胰岛素的活性有密切的关系;参与红细胞运送氧气和二氧化碳有关的酶中也有锌。促进生长：锌与核酸及蛋白质的合成及对细胞的生长有密切的关系。含锌酶参与代谢;锌还是维持皮肤正常生长所必需的元素。缺锌影响生长发育，·骨骼生长与营养物质缺锌可使毛发色素变淡、指甲上出现白斑。促进性功能发育：锌是促进性器官发育的关键元素，长期缺乏锌，男子到了青春期，第二性功能低下，严重者可造成男性不育症。女性可出现月经不调或闭经。孕妇缺锌可造成胎儿畸形、脑功能不全。儿童和青少年处在发育旺盛时期，缺锌不仅可使生长停滞，而且第二性征发育不全。促进伤口愈合：对伤口或皱裂很深的口子，外科常采用氧化锌软膏，治疗效果较好。手术后的病人吃适量含锌的药物，伤口便愈合得快些。这是因为锌可以维持上皮粘膜组织的正常粘合，所以伤口愈合快。维持正常的暗视能力：锌与维生素A还原酶的合成及维生素A的代谢有关，锌可提高暗光视觉，改善夜间视力。保持正常味觉和食欲：唾液内有一种唾液蛋白，称为味觉素，其分子内含有两个离子。锌通过味觉素影响味觉和食欲，味觉素还是口腔粘膜上皮细胞的营养素。缺锌后，口腔粘膜上皮细胞就会大量脱落，脱落的上皮细胞能掩盖和阻塞乳头中的味蕾小孔，使食物难以接触味蕾小孔，自然难以品尝出食物的滋味，从而使食欲降低，甚至出现异食癖。提高免疫能力：锌可提高免疫能力，缺锌可造成机体内一些免疫功能降低，如呼吸道容易反复感染，皮肤易生苔癣等。锌与代谢成人体内含锌约2～3g，存在于所有组织中，3～5%在白细胞中，其余在血浆中。头发含锌量约为125～250μg·g-1，其量可反映人体锌的营养状况。锌主要在小肠内吸收，先来自胰脏的一种小分子量的能与锌结合的配结合的配体结合，进入小肠粘膜，然后和血浆中的白蛋白或运铁蛋白结合，随血流进入门脉循环。人们平均每天从膳食中摄入约10～15mg的锌，吸收率一般为20～30%。锌的吸收率可因食物中的含磷化合物植酸而下降，因植酸与锌生成不易溶解的植酸锌复合物而降低锌的吸收率。植酸锌还可与钙进一步生成更不易溶解的植酸锌的-钙复合物，使锌的吸收率进一步下降。纤维素亦可影响锌的吸收，植物性食物锌的吸收率低于动物性食物，这与其含有维生素和植酸有关。锌的吸收率还部分地决定于锌的营养状况。体内锌缺乏时，吸收率增高。锌的需要量和来源人体对于锌的需要量因生理条件而异，妊娠、授乳和生长均可使需要量增加。这可从上述锌的生理功用中得到解释。同时，人体对于锌的需要量也因膳食组成而异，膳食中谷类食物所占的比率较高时，锌的供应量也要求增加。因谷类食物的植酸和纤维素可减低锌的吸收率。锌的摄入量应来自含有足够动物蛋白的平衡膳食。锌的来源广泛，普遍存于各种食物，但动植物性食物之间，锌的含量和吸收利用率很大差别。动物性食物含锌丰富且吸收率高。儿童体内缺锌，会出现厌食、性情忧郁、反应迟钝、智力低下及发育不良等症状。以般认为锌的毒性很低、因此允许在食品和食品容器中使用某些锌化合物，如：镀锌罐头。食品中过量地存在锌会使人感到不适，因为有苦涩的味道，会引起呕吐和腹泻。怎么没有什么好吃的？讨厌死了~~心情郁闷·····1+1=？我不会啊····