الزنك

الزنـــــــــــــــــــك

الزنك Zinc :عنصر كيميائي رمزه Zn، عدده الذري 30، وزنه الذري 65.37، تكافؤه: 2، الأعداد الكتلية لنظائره الطبيعية: 64 66 67 68 70.

البنية الإلكترونية لذرة الزنك: k.L.M.4s2.

وجوده في الطبيعة

يوجد الزنك في الطبيعة بشكل مركبات في خامات ores مختلفة ولا يصادف في حالة حرة، ويوجد في القشرة الأرضية بنسبة 0.02% وزناً وفي مناطق عدة من العالم (الولايات المتحدة أغناها، تليها كندا، ثم روسيا، وأستراليا، والمكسيك، واليابان واليمن).

أهم خاماته

1ـ السفاليريت ZnS: ويأخذ شكل بلورات مكعبية صفراء أو بنية أو سوداء اللون، كثافتها 3.9ـ4.2غ/سم3.

2ـ البيورتسيت ZnS: ويأخذ شكل بلورات سداسية ذات لون بني مسودّ، كثافتها 3.98غ/سم3.

3ـ السميثسونيت (الحجر الزنكي) ZnCO3: ويأخذ شكل بلورات ثلاثية الميل ذات لون أبيض أو بني بحسب الشوائب كثافتها 4.3 ـ 4.5غ/سم3.

كما أن من خاماته الزنكيت ZnO والغانيت Zn(Al2O4)، إضافة إلى خامات أخرى كثيرة.

استخلاص الزنك

يتم الحصول على الزنك بمعالجة خاماته بتركيزها، فمن ترميد خاماته للدرجة 700 ْ س الحاوية على ZnS في أفران خاصة يتشكل ZnO الذي يفيد في الحصول على الزنك المعدني وغاز SO2 الذي يفيد في إنتاج حمض الكبريت. وبتسخين خام السفاليريت المطحون في أفران خاصة بإمرار الهواء الساخن يتحول ZnS إلى ZnO، كما يحضر ZnO بتسخين خام السميثسونيت حتى الدرجة 300سº.

ويحضّر الزنك المعدني بإرجاع ZnO حرارياً بالكربون، أو بالتسخين الشديد لـ ZnS مع الكربون بوجود CaO كمصهور ومع كربيد الكلسيوم، أو في التحليل الكهربائي للمحلول المائي لكبريتات الزنك.

الخواص الفيزيائية

الزنك معدن أبيض فضي لمّاع، كثافته 7.13غ/سم3 عند الدرجة 20 ْس، درجة انصهاره 419.44 ْس، ودرجة غليانه 609 ْس، قساوته بحسب سلم مواس 2.5ـ2.9، له بنية بلورية سداسية متراصة .

يصبح الزنك قابلاً للطرق والسحب عند الدرجة 100ـ150 ْس، ويصبح هشاً عند درجة تزيد على 200 ْس (يتحول إلى مسحوق)، وهو ذو مغنطيسية مغايرة diamagnetic.

الخواص الكيميائية

الزنك أقل فعالية من المعادن القلوية والقلوية الترابية وأكثر فعالية من القصدير والرصاص والنحاس والزئبق والفضة والذهب. يحافظ الزنك على لمعانه زمناً طويلاً في الهواء الجاف بينما تتشكل عليه في الهواء الرطب طبقة رقيقة من الأكسيد والكربونات الأساسية تحميه من الصدأ.

يشتعل الزنك عند التسخين الشديد في الهواء ويحترق بشعلة خضراء مشكلاً ZnO.

يتفاعل الزنك مع الهالوجينات في الهواء الرطب في درجة حرارة الغرفة مشكلاً الهاليدات الموافقة، ويتم التفاعل عند درجة الحرارة العالية في الهواء الجاف أيضاً مشكلاً الهاليدات الموافقة.

ويتفاعل مسحوق الزنك مع مسحوق الكبريت مشكلاً ZnS، ويتفاعل الزنك المعدني مع H2S مشكلاً طبقة حامية من ZnS وينطلق الهيدروجين، ومع النشادر الغازي مشكلاً نتريد الزنك Zn3N2.

أما مع الآزوت والكربون والهيدروجين وعناصر أخرى فلا يتفاعل الزنك مباشرة بينما يتفاعل الزنك المعدني المسخن حتى 440ـ780 ْس مع بخار الفوسفور في جو من الهيدروجين مشكلاً Zn3P2 وZnP2.

يزيح الزنك المعدني المعادن الأقل فعالية (مثل Cu,Ag,Hg,Au,Pt) من محاليل أملاحها. ويرجع حموض الكروم، والمنجنيز، والمولبدين، وأملاح الحديد (III) والقصدير (IV).

مركبات الزنك

يعرف للزنك مركبات بسيطة مستقرة كثيرة، ومركبات معقدة كثيرة يدخل فيها الزنك في بنية الشاردة (الأيون) الموجبة أو السالبة المعقدة. من مركباته:

1ـ المركبات اللاعضوية، ومنها:

ـ هيدريد الزنك ZnH2 وهو مركب غير طيار صلب أبيض، يتفكك إلى عناصره عند تسخينه حتى الدرجة 80 ْس سيئ الانحلال في الإتير، ويتفكك ببطء في الماء، وبسرعة في المحاليل المائية لـ HCl. يحضر بتأثير Zn(CH3)2 على LiAlH4 في الإتير في درجة الحرارة العادية.

ـ أكسيد الزنك ZnO: يصادف في الطبيعة بشكل خام الزنكيت، ويحضر مخبرياً بحرق الزنك المعدني في الهواء أو بتكليس كربونات أو نترات أو أكزالات الزنك.

ـ هيدروكسيد الزنك Zn(OH)2: يوجد في الحالة البلورية في أشكال خمسة هي ,(ε,δ,γ,β,α)، قليل الانحلال في الماء. ينحل في الحموض والأسس، ويتشكل من معالجة أملاح الزنك بالقلويات.

ـ هاليدات الزنك ZnX2 مركبات بلورية لا لون لها تنحل جيداً في الماء، وتتميع بسرعة في الهواء (ما عدا ZnF2 فهو صعب الانحلال).

ـ كبريتيد الزنك ZnS: يصادف في الطبيعة بشكل خام السفاليريت أو البيورتسيت، ويحضر مخبرياً بتسخين مزيج من مسحوق الزنك أو ZnO أو ZnCO3 مع الكبريت، أو بإمرار مزيج الآزوت مع CS2 فوق الزنك المسخن حتى الإحمرار، أو بمعالجة محاليل أملاح الزنك بكبريتيد الأمونيوم بوسط تراوح درجة حموضته pH بين 2و3. كبريتيد الزنك مركّب أبيض غير مبلور، سيئ الانحلال في الماء والقلويات وحمض الأكزاليك، وينحل جيداً في الحموض المعدنية مع انطلاق H2S.

ـ كبريتات الزنك ZnSO4.7H2O: وهي بلورات لا لون لها، تنحل بسهولة في الماء، سيئة الانحلال في الكحول، تترسب بطريقة بلورة محاليل الزنك المعدني أو أكسيد أو هيدروكسيد الزنك في حمض الكبريت الممدد.

2ـ المركبات العضوية المعدنية، ومنها:

ـ دي ميتل الزنك Zn(CH3)2: سائل لا لون له ذو رائحة كريهة، يحترق تلقائياً في الهواء ويتفكك في الماء، يتصلب في الدرجة29 ْس.

ـ دي إيتيل الزنك Zn(C2H5)2: سائل يتصلب في الدرجة 300 ْس، مستقر ولكنه فعال في درجة الحرارة التي تزيد على 200 ْس، يتحول إلى Zn(C2H5)2O2 بالأكسدة في الهواء، يتفاعل مع الماء والكحول.

استعمالات الزنك ومركباته

يستعمل الزنك المعدني لتغطية الصفائح والأسلاك الحديدية لحمايتها من الصدأ، ولاستخلاص الفضة من مركبات الرصاص الكبريتية. ويدخل في صنع السبائك (الأشابات)، مثال ذلك الشِبه Cu 70% ، Zn 30% ) brass ). ويستعمل في تحضير الهيدروجين نتيجة تفاعله مع محلول HCl، وفي إزاحة المعادن (المعادن الأقل فعالية) من محاليل أملاحها، مثلاً إزاحة Ag أو الذهب من محاليل K[Au(CN)2], K[Ag(CN)2] أو الرصاص من محاليل Pb(CH3COO)2, Pb(NO3)2، ومُرجعاً في تفاعلات كيميائية كثيرة، وفي تحضير مصهورات متعددة، وفي تصنيع الهياكل والتصاميم المختلفة عن طريق تحضير رقائق بسيطة للغاية من الزنك، وفي تصنيع العلب المستخدمة في حفظ المواد الغذائية. وفي الصناعات التعدينية لترسيب بعض العناصر النادرة.

أما مركبات الزنك فتستعمل في مجالات كثيرة إذ يستعمل أكسيد الزنك (يسمى أبيض الزنك) مادة مالئة، وفي الصناعات المطاطية والخزفية، وفي مواد التجميل، ومادة ملونة، كما يستعمل وسيطاً في اصطناع الكحول الميتيلي. وتستعمل كبريتات الزنك في تحضير غالبية مركبات الزنك، ويحضر منها إلكتروليتات لعملية الطلي الغلفاني، وتفيد في تصنيع خيوط الفسكوز، وفي حماية الأشجار من التعفن، وفي تصنيع المستحضرات الطبية. أما كلوريد الزنك ZnCl2 فيفيد في تجفيف المواد المختلفة. ويستعمل كبريتيد الزنك في صناعة الأصبغة، ولتصنيع الشاشات الحساسة التي تصطدم بها أشعة رونتجن، والإشعاعات الصادرة عن المواد المشعة.

الدور الاقتصادي

توجد خامات الزنك في كثير من البلدان. ويستفاد من 40% من الإنتاج العالمي للزنك في حماية الحديد والفولاذ من التآكل، وينبع دوره الاقتصادي من استعمالاته كمعدن ومن استعمالات مركباته المختلفة.

الدور الحيوي للزنك

يدخل الزنك في تركيب عدد من الخمائر، وهو ضروري لتصنيع الإنسولين، ويعد الجزء المكوّن لخميرة الأنهيدراز، التي تلعب دوراً مهماً في عملية التنفس. كما تبيّن أن نقص الزنك في الغذاء يظهر في بطء نمو الأطفال والأنيميا (فقر الدم)، وقد ظهر بطء نمو الأطفال في عام 1960 في إيران والهند، نتيجة نقص الزنك في الطعام. الزنك ضروري للجسم لأنه يكسب الجسم الحي مناعة ضد انتقال العدوى، كما أن نقصه يسبب في الجسم اضطرابات عصبية، وأمراضاً جلدية لذلك تستخدم مركبات الزنك في تحضير بعض الأدوية المستخدمة للأمراض النفسية، ويستخدم الزنك حديثاً لتحضير بعض العقاقير المخففة للاضطرابات السمعية مثل طنين الأذن، وتضاف مركباته مع أدوية أخرى