Оксид цинка

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Окси́д ци́нка (о́кись цинка) — бинарное неорганическое соединение цинка и кислорода с формулой $\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}$, белый кристаллический порошок или бесцветные кристаллы. Кристаллизуется в гексагональной сингонии типа вюрцита. Нерастворим в воде, желтеет при нагревании. В природе встречается в виде минерала цинкита.

Свойства

Физические свойства

• Молекулярная масса: 81,408
• Температура плавления:
  • при давлении 52 атмосферы — около 2000 °C
  • при атмосферном давлении и 1950 °C — возгоняется
• Плотность:
  • в порошке 5,5…5,6 г/см³
  • в виде кристалла 5,61 г/см³.
• Растворимость в воде:
  • при 18 °C — 0,00052 г/100 мл
  • при 29 °C — 1,6Шаблон:E г/100 мл
• Теплопроводность: 54 Вт/(м·К).

Образует кристаллы Шаблон:Крист

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны Шаблон:Nobr Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости.

Эффективная масса носителей заряда Шаблон:Math.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю область видимого спектра.

При температурах Шаблон:Nobr оксид цинка сублимируется, сублимация идет через механизм разложения оксида цинка на цинк и кислород в высокотемпературной зоне и образование оксида в низкотемпературной зоне, скорости сублимации зависят от состава газовой среды, в которой она проводится.

Химические свойства

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три-, тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2[\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_4],$ $\mathrm{B}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2[\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_6]$ и др.):

$[\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_3]{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}⟶[\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_4]{\phantom{A}}^{2-}\cdot$

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶[\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_4](\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2\cdot$

При сплавлении со щелочами и оксидами некоторых металлов оксид цинка образует цинкаты:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O};$

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}⟶\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\cdot$

При сплавлении с оксидом бора и диоксидом кремния оксид цинка образует стеклообразные бораты и силикаты:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_2;$

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot$

При смешивании порошка оксида цинка с концентрированным раствором хлорида цинка образуется быстро (за 2—3 минуты) твердеющая масса — цинковый цемент.

Нахождение в природе

Известен природный минерал цинкит, состоящий в основном из оксида цинка.

Получение

• Сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»).
• Термическим разложением некоторых солей цинка:
  • ацетата $\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}){\phantom{A}}_2$;
  • гидроксида $\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2$;
  • карбоната $\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$;
  • нитрата $\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2$.
• Окислительным обжигом сульфида $\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}$.
• С помощью гидротермального синтеза.
• Извлечением из пылей и шламов заводов чёрной металлургии, особенно перерабатывающих металлолом (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

Применение

Оксид цинка широко применяют в химической и фармацевтической промышленности. Применяется в составе зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в солнцезащитных кремах, в косметических процедурах, в производстве в качестве наполнителя резины, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Применяется в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка применяют при производстве стекла и керамики.

В химической промышленности

• Активатор вулканизации некоторых типов каучуков.
• Вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков.
• Катализатор получения метанола.
• Белый пигмент при производстве красок и эмалей (с начала XXI века вытесняется нетоксичным диоксидом титана $\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$). Был особенно востребован художниками во второй половине XIX века в виде цинковых белил — долго сохнущих красок, необходимых для новой масляной техники alla prima, основанной на письме в один приём.
• Наполнитель и пигмент в производстве:
  • резины;
  • пластмасс;
  • бумаги;
  • парфюмерных и косметических средств.
• Добавка к кормам для животных.
• В производстве стекла и красок на основе жидкого стекла;
• Как один из компонентов преобразователя ржавчины.

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью, что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время пока ещё не используется.

В электронике

Оксид цинка применяется для производства варисторов, которые используются в современных ограничителях перенапряжений (ОПН) взамен морально устаревших газонаполненных разрядников.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров. На основе оксида цинка в комбинации с нитридом галлия создан светодиод голубого цвета.

Тонкие плёнки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры.

Также оксид цинка входит в состав теплопроводных паст, например, пасты КПТ-8.

В медицине

Туба с цинковой мазью

В медицине используется в качестве компонента лекарственных средств наружного применения, используемых в дерматологии. Обладает противовоспалительным, подсушивающим, адсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием.

Применяют в виде присыпки, мази, пасты, линимента, из него делают временные пломбы. Является одним из компонентов ряда комплексных дерматологических и косметических препаратов, таких как «Цинковая мазь», «Паста Лассара» и пр.

Фармакологическое действие обусловлено тем, что оксид цинка образует альбуминаты и денатурирует белки. При нанесении на поражённую поверхность уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов.

Может применяться при дерматите, в том числе пелёночном, опрелостях, потнице, поверхностных ранах и ожогах (солнечные ожоги, порезы, царапины), язвенных поражениях кожи (трофических язвах), пролежнях, экземе в стадии обострения, простом герпесе, стрептодермии.

Безопасность и токсичность

Соединение малотоксично, но его пыль вредна для органов дыхания и может вызвать литейную лихорадку, ПДК в воздухе рабочих помещений — Шаблон:Nobr (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни и литья медных сплавов, содержащих цинк.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Статья «Цинка окись» в Большой советской энциклопедии.

Дополнительная литература

• Шаблон:Cite doi