Перспективно использование ртути в сплавах с цезием в качестве высокоэффективной рабочей жидкости в ионных двигателях.

До середины XXв. ртуть широко использовалась в барометрах и манометрах.

Вакуумные насосы ртути были основными источниками вакуума в XIX и начале XX вв.

Раньше ртуть использовалась для позолота поверхностей путём слияния, но теперь этот метод был оставлен из-за токсичности ртути.

Соединения ртути использовались в производстве шляп для производства войлока.

Металлургия. Металлическая ртуть используется для производства ряда важных сплавов.

Раньше различные амальгамы металлов, особенно амальгамы золота и серебра, широко использовались в ювелирных изделиях, при изготовлении зеркал.

Металлическая ртуть служит катодом для электролитического производства ряда активных металлов, хлора и щелочей. Теперь вместо ртутных катодов используется электролиз с диафрагмой.

Ртуть используется для обработки вторичного алюминия (см. Слияние).

Меркурий хорошо подходит для золота, поэтому его обрабатывают золотосодержащими глинами для отделения этих металлов от них. Эта технология распространена, в частности в Amazon.

Химическая индустрия. Соли ртути использовали в качестве катализатора для промышленного производства ацетальдегида из ацетилена (реакция Кучерова), но теперь ацетальдегид получают прямым каталитическим окислением этана или этилена.

Сельское хозяйство. Высокотоксичные соединения ртути, такие как хлорид ртути (I) (каломель), хлорид ртути (II) (хлорид ртути), ртутная кислота и другие, используются для заправки семян и в качестве пестицидов.

1.8.10. Цинк

Историческая справка. Цинк является элементом вторичной подгруппы второй группы четвёртого периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 30. Он обозна-

чается символом Zn (Latin Zincum).

Цинковый сплав с медью – латунь – уже был известен в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время невозможно было отделить чистый цинк. В 1746 году А. С. Маргграф разра-

53

ботал метод получения чистого цинка путём прокаливания смеси его оксида и угля без доступа к воздуху в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе цинковая плавка началась в XVII в.

Физико-химические характеристики. В чистом виде – довольно пла-

стичный серебристо-белый металл. Имеет гексагональную решётку с параметрами a = 0,26649 нм, c = 0,49431 нм, пространственную группу P 63 / mmc, Z = 2. При комнатной температуре хрупкий, при изгибе пластины возникает треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «плач олова»). При 100…150 °C цинк является пластиком. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Собственная концентрация носителей заряда в цинке составляет 13,1×1028 м–3.

Цинк является типичным примером амфотерных соединений, образующих металл. Амфотерными соединениями являются соединения цинка ZnO и Zn (OH)2. Стандартный потенциал электрода составляет –0,76 В,

вдиапазоне стандартных потенциалов он расположен до железа.

Ввоздухе цинк покрыт тонкой плёнкой оксида ZnO. При сильном нагревании ожоги образуют амфотерный белый оксид ZnO.

Оксид цинка реагирует как с кислотными растворами, так и с щелочами.

Цинк обычной чистоты активно реагирует с кислотными растворами и щелочными растворами, образуя гидроксисукцинаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начина-

ется, когда добавляют несколько капель раствора CuSO4 сульфата меди. Применение. Чистый металлический цинк используется для извле-

чения драгоценных металлов, добытых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из свинцового свинца в виде интерметаллидов из цинка с серебром и золотом (так называемая «серебряная пена»), которые затем обрабатываются обычными методами рафинирования.

Он используется для защиты стали от коррозии (поверхности гальванизации, не подверженные механическим воздействиям, или металлизация – для мостов, резервуаров, металлических конструкций).

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, т.е. в батареях и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебро-цинковая батарея

(ЭДС 1,85 В, 150 Вт ч/кг, 650 Вт h/dm3, низкое сопротивление и колоссальные токи разряда), элемент ртутно-цинковый (ЭДС 1,35 В, 135 Втч/кг, 550…650 Вт ч/дм3), диоксисульфат-ртутный элемент, иод-цинковый элемент, медь – оксидная гальваническая ячейка (ЭДС 0,7…1,6 В,

54

84…127 Вт ч/кг, 410…570 Вт ч/дм3), элемент хромоцинка, серебристый элемент из цинк-хлора, никель-цинковая батарея (ЭДС 1,82 В, 95… 118 Вт ч/кг, 230…295 Вт ч/дм3), свинцово-цинковые элементы, цинкхлорная батарея, цинк-бром-аккумулятор и др.

Очень важна роль цинка в батареях с цинковым воздухом, которые имеют очень высокую удельную энергию. Они перспективны для запуска двигателей (свинцовый аккумулятор – 55 Вт ч/кг, цинковый воздух – 220…300 Вт ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится во многие сплавы припоя, чтобы уменьшить их температуру плавления.

Оксид цинка широко используется в медицине в качестве антисептического и противовоспалительного препарата. Также оксид цинка используется для производства краски – цинковый белый.

Цинк является важным компонентом латуни. Цинковые сплавы с алюминием и магнием (CAM, ZAMAK) из-за относительно высоких механических и очень высоких литейных свойств очень широко используются в технике для точного литья. В частности, оружие сплава ZAMAK (–3, –5) иногда отливают с помощью пистолетных затворов, специально предназначенных для использования слабых или травматических картриджей. Также из цинковых сплавов используются всевозможные технические аксессуары, такие как автомобильные ручки, карбюраторные шкафы, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие продукты, требующие точной отливки с приемлемой прочностью.

Хлорид цинка является важным потоком для пайки металлов и компонентом в производстве волокна.

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров во времени и различных видов люминесцентных веществ на основе смеси ZnS и CdS. Фосфоры на основе сульфидов цинка и кадмия также используются в электронной промышленности для производства светящихся гибких панелей и экранов в виде электролюминофоров и композиций с коротким временем вспышки.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка являются широко используемыми полупроводниками.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стекол с очень низким коэффициентом поглощения в ближнем инфракрасном диапазоне, например в двуокиси углерода.

Различные применения цинка: гальванизация – 45…60%, медицина (оксид цинка в качестве антисептика) – 10%, производство сплавов – 10%, производство резиновых шин – 10%, масляные краски – 10%.

55

1.8.11. Сера

Сера является элементом 16-й группы (в соответствии с устаревшей классификацией – основной подгруппы группы VI) третьего периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 16. Она проявляет неметаллические свойства. Указывается символом S (латинская сера). В соединениях водорода и кислорода содержится в составе различных ионов, образуется много кислот и солей. Многие серосодержащие соли слабо растворяются в воде.

История открытия. Сера в природном состоянии, а также в виде соединений серы известна с древних времён. С запахом горящей серы, удушающим эффектом газообразного диоксида серы и отвратительным запахом сероводорода человек встречался, вероятно, в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась священниками в составе священных благовоний на религиозных церемониях. Сера считалась продуктом сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов. Очень давно сера использовалась в составе различных горючих смесей для военных целей. Гомер уже описал «сернистые пары», смертельный эффект от выбросов горючей серы. Сера, вероятно, была частью «греческого огня», который напугал противников.

ВVIII веке китайцы начали использовать его в пиротехнических смесях, в частности в смеси порошкового типа. Горючесть серы, лёгкость, с которой она сочетается с металлами для образования сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняет, почему она считалась «принципом воспламеняемости» и обязательным компонентом металлических руд. Пресвитер Теофил (XII в.) описывает метод окислительного обжига сульфидной медной руды, известный даже в Древнем Египте.

Впериод арабской алхимии возникла ртуть-серная теория состава металлов, согласно которой сера считалась обязательным компонентом (отцом) всех металлов. Позже «принцип горючести» стал одним из трёх принципов алхимиков, а затем и основой теории флогистонов. Элементарный характер серы был установлен Лавуазье в его экспериментах по горению. С введением пороха в Европе началось освоение добычи естественной серы, а также разработка метода его получения из пиритов; последний был распространён в Древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом, точное время обнаружения серы не установлено, но, как сказано выше, этот элемент использовался до нашей эры и, следовательно, был знаком людям с древних времён.

56