鋅（Zinc），元素周期表第四周期12族（鋅分族）的一種金屬元素。元素符號Zn，原子序數30，相對原子質量65.39。鋅是白色金屬，屬六方晶系，比較脆。相對密度為7.14g/cm，熔點419.53℃，沸點907℃。電阻率5.916x10Ω·m（20℃）。鋅的化學性質活潑，在空氣中表面生成緻密氧化膜。單質鋅有兩性，易與酸、鹼反應。和酸反應放出氫氣，生成鋅離子，和鹼反應生成鋅酸根。鋅的氧化態為+2。重要化合物有氧化鋅、硫化鋅、氯化鋅等。自然界中主要以閃鋅礦存在（主要成分為ZnS），經高溫煅燒被氧化為氧化鋅，再用焦炭還原得單質鋅。
金屬鋅主要用於鍍鋅板和精密鑄造。鋅片和鋅板用於製造乾電池和印刷工業。由於鋅能與許多有色金屬組成合金，故廣泛用於機械工業及國防工業上，其中最重要的是銅鋅合金。
鋅的氧化物多用於顏料工業和橡膠工業；氯化鋅可用作木材的防腐劑；硫酸鋅可用於製革、紡織和醫藥等工業。
基本介紹
- 中文名：鋅
- 外文名：zinc
- 分子量：65.38
- CAS登錄號：7440-66-6
- 熔點：419.53 ℃
- 沸點：907 ℃
- 密度：7.14 g/cm
- 套用：電池、汽車、電力、電子及建築等
研究簡史,理化性質,物理性質,化學性質,製備方法,套用領域,工業用途,醫療用途,分布情況,安全措施,環境危害,健康危害,毒理資料,儲存運輸,儲存方法,運輸方法,
研究簡史
13世紀，印度人用諸如木炭之類的無機物還原菱鋅礦（碳酸鋅，ZnCO3）得到了金屬鋅。
亞歷山德羅·伏打
1668年，佛蘭德的冶金家P.Moras de Respour，從氧化鋅中提取了金屬鋅，但歐洲認為鋅是由德國化學家Andreas Marggraf在1746年發現的。
1738年，英國開始用下冷凝式煉鋅。
1869年Raulin發現鋅存在於生活機體中，並為生活機體所必需。1963年報告了人體的鋅缺乏病，於是鋅開始列為人體必需營養素。鋅的生產過程非常簡單，將爐甘石（即菱鋅礦石）裝滿在陶罐內密封，堆成錐形，罐與罐之間的空隙用木炭填充，將罐打破，就可以得到提取出來的金屬鋅錠。
理化性質
物理性質
鋅為ⅡB族元素，原子序數為30，相對原子質量為65.38。金屬鋅是銀白色略帶藍灰色的金屬，在常溫下密度為7.1g/cm，熔點和沸點分別為419.53℃和907℃。
鋅粒
鋅的晶體結構為密排六方晶格，有α、β、γ三種結晶狀態，轉化溫度分別為170℃和330℃。鋅在常溫下延展性差，加熱至100—150℃時延展性變好，當加熱到250℃時則失去延展性而變脆。
鋅在熔點附近的蒸氣壓很小，液體鋅蒸氣壓隨溫度的升高急劇增大，在熔點—沸點範圍內，鋅蒸氣壓（Pa）與溫度的關係式如下：
lgp = -6620/T-1.255lgT+14.465
密度 | 7.25g/cm |
硬度 | 2.5 |
熔點 | 419.53℃ |
沸點 | 907℃ |
金屬色彩 | 銀白 |
化學性質
- 鋅與空氣的反應
金屬鋅在潮濕的空氣中會失去光澤。鋅在空氣中燃燒可以生成白色的氧化鋅（Ⅱ）。如果延長加熱的時間，氧化鋅會變成黃色。
- 鋅與鹵素單質的反應
二溴化鋅（ZnBr2）和二碘化鋅（ZnI2）可以通過金屬鋅和溴、碘單質的直接反應而生成。
- 鋅與酸的反應
金屬鋅可以緩慢溶於稀酸中，生成含有Zn（Ⅱ）離子的溶液和氫氣。實際上Zn（Ⅱ）在溶液中是以配離子Zn（H2O）6的形式存在的。
金屬鋅和硝酸等氧化性酸的反應非常複雜，反應產物取決於反應時的條件。
- 鋅與鹼的反應
製備方法
金屬鋅可以實現工業化生產，因此通常無需在實驗室中製備它。大部分的鋅都是從其硫化物中提煉的。在工廠中烘烤硫化鋅，可生成氧化鋅（ZnO）。再用碳還原之，可生成金屬鋅。但在實際生產中，需要精妙的技術以確保產品中不含有其他氧化物雜質。
鋅製品
還有一種生產方法，就是電解。把粗製氧化鋅溶於硫酸中，生成硫酸鋅（ZnSO4）的溶液，其中的主要雜質是鎘。通過加入鋅粉，可把鎘沉澱為金屬鎘而互相分離。用鋁做陰極、鉛銀合金做陽極電解硫酸鋅溶液，可以生成鍍在鋁表面的純鋅，在陽極會放出氧氣。
用區域精煉法可以以粗鋅得到高純鋅，可以製得99.9999%的單晶鋅。
套用領域
工業用途
鋅是十分重要的有色金屬原料之一，有良好的金屬性能（壓延性、耐磨性和抗腐蝕性），能與多種金屬製成物理與化學性能更加優良的合金，被廣泛套用於汽車、建築、船舶、輕工搪瓷、醫藥、印刷、纖維等多個領域；同時具有優良的電化學性能，在腐蝕防護、電池製造等領域有著極為廣泛的套用。金屬鋅的消費量在有色金屬中僅次於銅和鋁，是國家經濟和社會發展的重要物質基礎。
鹼性鋅錳電池
- 防腐材料
在鋼材和鋼材製品的表面形成鍍鋅層。鍍鋅有優良的抗大氣腐蝕性能，在常溫下表面易生成一層保護膜，因此鋅最大的用途是用於鍍鋅工業，用於鋼材和鋼結構件的表面鍍層（如鍍鋅板），廣泛用於汽車、建築、船舶和輕工等行業。
21世紀後，西方國家開始嘗試直接用鋅合金板做屋頂覆蓋材料，其使用年限可長達120—140年，而且可回收再用，而用鍍鋅鐵板作屋頂材料的使用壽命一般為5—10年。同時，鋼帶熱浸鍍鋅量有顯著增長。
- 鋅的合金
鋅能與許多金屬形成性質優良的合金材料。黃銅是銅與鋅的合金，青銅是銅、錫、鋅形成的合金，而銅、錫、鉛、鋅則形成耐磨合金。這些合金在機械工業、國防工業和交通運輸業中被廣泛套用。高純鋅製造的Ag—Zn電池，體積小而能量高，多用於飛機和航天的儀表上。
鋅自身的強度和硬度並不高，但加入鋁、銅和鈦等合金元素後，其強度和硬度大大提高。鋅合金的加工性比較優良，道次加工率可達60%—80%。中壓性能優越，可進行深拉延，並具有自潤滑性，延長了模具壽命，可用釺焊或電阻焊或電弧焊（需在氦氣中）進行焊接，表面可進行電鍍、塗漆處理，切削加工性能良好。在一定條件下具有優越的超塑性能。
鋅與銅、錫、鉛組成的黃銅，用於機械製造業。含少量鉛鎘等元素的鋅板可製成鋅錳乾電池負極、印花鋅板、有粉腐蝕照相制板和膠印印刷板等。
鋅—銅—鈦合金的綜合機械性能已接近或達到鋁合金、黃銅和灰鑄鐵的水平，其抗蠕變性能大幅度被提高。鋅銅鈦合金已廣泛套用於汽車、建築、電氣設備、家用電器及玩具等的零部件生產。
- 鋅電池
鋅是負電性金屬，標準電位為-0.76V；由於鋅價廉易得，在化學電源中鋅是套用最多的一種負極材料，如鋅-二氧化錳乾電池、鋅-空氣電池、鋅-銀蓄電池等。
鋅錳電池中鋅作為負極活性物質，兼作電池的容器和負極引電體，是決定電池貯存性能的主要材料。鋅-空氣電池又稱鋅氧電池，是金屬空氣電池的一種，鋅空氣電池比能理論值是1350W·h/kg，最新的電池比能量已達到了230W·h/kg，幾乎是鉛酸電池的8倍；鋅可與NH4CI發生作用，放出H正離子，鋅-MnO2電池正是利用鋅的這個特點。
醫療用途
氧化鋅還可用於醫藥、橡膠、油漆等工業。
分布情況
在自然界中不存在鋅的單質，但是有很多種重要的鋅礦，如閃鋅礦（硫化鋅，ZnS）、菱鋅礦（碳酸鋅，ZnCO3）、晶石（也是碳酸鋅，ZnCO3）和鐵閃鋅礦（含有硫化亞鐵的硫化鋅，ZnS/FeS）。鋅廣泛分布於全世界，在北美洲和大洋洲有重要的鋅沉積層。
黃銅
據美國地質調查局2006年統計，世界已查明的鋅資源量約為19億噸。按2000年世界鋅礦山產量868.86萬噸計，現有鋅儲量和儲量基礎靜態保證年限分別為20多年和40多年。
中國鋅礦儲量居世界第一位，已探明保有儲量為9278萬噸。鋅保有儲量主要集中在雲南（2500萬噸）、內蒙古（1272.50萬噸）、甘肅（783.94萬噸）、廣西（680.78萬噸）、湖南（650.69萬噸）、廣東（634.37萬噸）和四川（502.05萬噸）七省區，占全國總保有儲量的71%。
安全措施
環境危害
鋅會導致植物發育遲緩和衰老。
健康危害
重金屬鋅的危害常表現在過量引起的急性中毒表現為嘔吐、腹瀉、頭痛和肌肉收縮失調。慢性中毒主要表現在與其他礦物質元素的相互拮抗所產生的後果，如影響鈣的吸收和銅的代謝。有關疾病包括癌症、貧血、腎臟病、急性心肌梗死、類風濕關節炎、痤瘡、動脈硬化、血栓性脈管炎、冠心病、視覺減退、脫髮、皮膚乾燥無光、易生粉刺、白內障、兒童多動症、牙周病、克山病、口腔潰瘍和肝脾腫等。鋅會導致人體免疫力降低、動脈硬化、影響骨骼生長發育。
毒理資料
金屬鋅無毒，但是會刺激人的皮膚，並且非常容易引起火災。絕大多數種類的普通鋅鹽沒有顯著的毒性，但是少數鋅鹽會致癌。有些鋅化合物可用於生產食品。工業廢氣中排放的鋅會導致肺癌。
儲存運輸
儲存方法
儲存於陰涼、乾燥、通風良好的專用庫房內，遠離火種、熱源。庫溫不超過32℃，相對濕度不超過75%。包裝密封。應與氧化劑、酸類、鹼類、胺類、氯代烴等分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
運輸方法
鋅錠起運時包裝要完整，裝載應保險。運送過程中要保證容器不走漏、不坍毀、不掉落、不損壞。禁止與氧化劑、食用化學品等混裝混運。運送途中應防曝曬、雨淋，防高溫。
