锌合金——特性、存在、化合物、用途

锌是一种化学元素，符号为 Zn，原子序数为 30。在室温下，锌是一种略脆的金属，氧化去除后呈银灰色。它是元素周期表 (IIB) 的元素周期表第 12 组中的第一个元素。在某些方面，锌和镁在化学上相似：两种元素都只有一种正常的氧化态（+2）。锌是地壳中第 24 位最普遍的元素，具有五种稳定同位素。闪锌矿（闪锌矿）是一种硫化锌矿物，是最常见的锌矿石。

物理性质

1. 锌是一种蓝白色、有光泽、抗磁性的金属，在大多数商业等级中具有无光泽的抛光。
2. 它具有六方晶体结构，具有变形类型的六方紧密堆积，并且比铁的密度稍小。
3. 在大多数温度下，金属硬而脆，尽管它在 100 到 150 °C 之间变得柔韧。
4. 在高于 210°C 的温度下，金属会恢复脆性并且可以通过敲打来压碎。
5. 锌是良好的电导体。
6. 锌的金属熔点和沸点较低。除汞和镉外，所有d区金属的熔点最低；出于这个原因，锌、镉和汞通常不像其他 d 区金属那样被视为过渡金属。
7. 许多合金，包括黄铜，都含有锌。众所周知，铝、锑、铋、金、铁、铅、汞、银、锡、镁、钴、镍、碲和钠可以与锌形成二元合金。

发生

锌约占地壳的 75 ppm。在矿石中，该元素通常与铜和铅等其他贱金属结合使用。锌是一种亲硫元素，这意味着它更有可能存在于含硫和其他重硫族元素的矿物中，而不是轻硫族氧或非硫族电负性元素（如卤素）中。其他矿物可用于制造碳酸锌、硅酸锌等。锌储量是地质上确定的矿床，其经济可行性（位置、品位、质量和数量）在确定时确定。由于勘探和矿山开发是一个持续的过程，锌矿的数量不是固定的，锌矿石供应的可持续性不能仅仅通过推断当今锌矿的总矿山寿命来确定。

化合物

锌 (I) 化合物

锌 (I) 化合物不常见，需要庞大的配体来维持其低氧化态。 [Zn ₂ ] ²⁺核存在于大多数锌(I) 化合物中。离子的抗磁特性验证了它的二聚体结构。 [Zn ₂ ] ²⁺离子迅速歧化为锌金属和锌(II)，通过在熔融ZnCl2中冷却金属锌溶液只能形成黄色玻璃。

锌 (II) 化合物

除稀有气体外，大多数准金属和所有非金属都已知二元锌化合物。 ZnO 是一种白色粉末，几乎不溶于中性水溶液，但呈两性，可溶于强碱性和酸性溶液。

合金和矿石

黄铜是一种常见的锌合金，其中铜与 3% 至 45% 的锌合金化，具体取决于黄铜的类型。黄铜比铜更具延展性和强度，并且更耐腐蚀。由于这些特性，它在通讯设备、硬件、乐器和水阀中很有用。镍银、打字机金属、软和铝焊料以及商业青铜都是经常使用的锌合金的例子。锌还被用作现代管风琴管中传统铅/锡合金的替代品。

含有微量铜、铝和镁的锌合金有助于压铸和旋压铸造，特别是在汽车、电气和硬件领域。该合金的低熔点加上其低粘度，可以创造出微观和精致的形状。由于工作温度低，铸件冷却快，组装完成快。 Prestel 由 78% 的锌和 22% 的铝组成，据说其强度几乎与钢一样，但与塑料一样柔韧。由于合金的超塑性，它可以使用陶瓷和水泥压铸件进行成型。由 96% 的锌和 4% 的铝合金制成的冲压模具用于有限的生产运行情况，其中黑色金属模具价格昂贵得令人望而却步。

锌矿石遍布世界各地。硫化锌被称为闪锌矿或闪锌矿（ZnS），一种称为铁镁铁矿的闪锌矿的亚铁版本，碳酸锌被称为炉甘石或菱锌矿，是最普遍的含锌矿物。

锌矿地质复杂。大多数时候，使用水热法，其中水溶液在高温和高压下通过多孔地层溶解锌、铅和其他矿物质，然后以硫化物的形式沉淀。开采矿石的锌百分比通常在 3% 到 10% 之间。几乎所有的矿石都含有方铅矿，一种硫化铅矿物，以及微量的硫化镉。经常发现黄铜矿和铜铁硫化物。方解石、白云石和石英是最普遍的脉石元素。锌矿的地质复杂。在大多数情况下，水热机制用于溶解锌、铅和其他矿物，然后在高温和高压下穿过多孔地层后以硫化物的形式沉淀。开采矿石中的锌浓度通常在 3% 到 10% 之间。方铅矿是一种硫化铅矿物，几乎存在于所有矿石中，还有少量的硫化镉。经常发现黄铜矿和铜铁硫化物。方解石、白云石和石英是最普遍的脉石元素。

用途

1. 这种金属用于工业，例如生产屋顶材料和氧化锌。
2. 金属元素用于多种应用，包括防晒霜、太阳能电池和核反应堆。
3. 该元素有助于控制人体的酶平衡。
4. 它是一种用于油性涂料的白色颜料。
5. 氧化锌的另一个显着应用是作为汽车轮胎制造中使用的橡胶的添加剂。
6. 氧化锌可以耐受高温并防止轮胎在变热时塌陷。

示例问题

问题一：补锌有什么好处？

解决方案：

Zinc, a mineral contained in your body, helps your immune system and metabolism function properly. Zinc is also necessary for wound healing, as well as for your senses of taste and smell. A diversified diet provides your body with enough zinc.

问题2：锌的缺点是什么？

解决方案：

Just as a zinc deficiency can be harmful to one’s health, an excess of zinc can have the opposite impact. Excess zinc consumption is the most common form of zinc poisoning, which can induce both acute and chronic symptoms. Toxic symptoms include nausea and vomiting.

问题3：锌有什么用？

解决方案：

Zinc is required for the human body to grow and sustain itself appropriately. It is present in a variety of systems and biological events and is necessary for immunological function, wound healing, blood clotting, thyroid function, and other functions.

问题4：为什么锌的熔点低？

解决方案：

The d orbital of iron is only partially filled, whereas the d orbital of zinc is totally filled. Regardless of the screening effect, Zn has a substantially larger size than Fe, which means that Zn’s valence electrons are less restricted to the nucleus.

问题5：锌在水中会生锈吗？

解决方案：

When exposed to air and water, zinc, like all ferrous metals, corrodes. Zinc, on the other hand, corrodes steel at a fraction of the pace. Zinc, like other ferrous metals, corrodes or rusts at variable rates depending on its environment.