Zinok (Zincum, Zn) je chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zn a protónové číslo 30. Zinok je mäkký ľahko taviteľný kov, používa sa od stredoveku. Zinek, Zn, je průmyslově významný, lehce tavitelný kov. Nachází se ve 12. skupině periodické tabulky prvků.
Zloženie atómu a základné pojmy
Atóm - základná stavebná častica chemických látok. - chemicky najmenšia častica, ktorá môže vstupovať do chemickej reakcie - skladá sa z dvoch častí: 1. atómového jadra 2. elektrónového obalu
Atómové jadro obsahuje protóny a neutróny (spoločne ich nazývame nukleóny). Všetky atómy majú v jadre protóny a ich počet je charakteristický pre každý prvok. Počet protónov sa rovná počtu elektrónov a atóm je navonok elektricky neutrálny. Počet protónov v jadre atómu - zhoduje sa s poradovým číslom prvku v PSP.
Protón je mikročastica, ktorá je nositeľom kladného elementárneho náboja. Označujeme ho p+ (pokojová hmotnosť je m = 1,6726·10⁻²⁴ g a náboj je Q =1,602·10⁻¹⁹ C). Neutrón je elektricky neutrálna mikročastica, veľkosťou a hmotnosťou sa rovná protónu. Označujeme ho n0 (pokojová hmotnosť m = 1,6750·10⁻²⁴ g. Náboj Q = 0 C).
Nukleónové (hmotnostné) číslo A (zapisuje sa vľavo hore pri značke prvku) - udáva počet protónov a neutrónov (nukleónov) v jadre atómu. Neutrónové číslo N udáva počet neutrónov v jadre. A = Z + N.
Prečítajte si tiež: Štruktúra kyseliny askorbovej
Atóm zinku: konkrétne čísla a izotopy
Zinok má protónové číslo Z = 30, čo znamená, že v jadre atómu zinku je 30 protónov a v elektrónovom obale pri neutrálnej forme 30 elektrónov. Napríklad · počet protónov = 12 · počet neutrónov = 13 · počet elektrónov = 12 - tento príklad ilustruje všeobecné pojmy Z, N a A.
Izotopy - súbor atómov s rovnakým protónovým, ale rôznym nukleónovým číslom. Sú to atómy toho istého prvku, ktoré sa líšia počtom neutrónov v jadre atómu. Jadro 67Zn je kvadrupolárné a má veľmi nízku citlivosť. Poskytuje široké signály. Jelikož je většina NMR sond vyrobena ze slitiny zinku je ve spektru patrný i široký signál sondy.
Elektrónový obal a konfigurácia
Elektrónový obal obsahuje elektróny. Elektróny sú mikročastice, ktoré sú nositeľom záporného elementárneho náboja. Označuje sa e-. Hmotnosť elektrónu je 1836-krát menšia ako je hmotnosť protónu (pokojová hmotnosť m = 9,110·10⁻²⁶ g).
Elektrónová vrstva (sféra) - tvoria ju orbitaly (obsahujú elektróny), ktoré majú rovnakú hodnotu hlavného kvantového čísla. Valenčná vrstva (sféra) - posledná vrstva v atóme, na ktorej ležia elektróny, najvzdialenejšia od jadra. Valenčné elektróny - elektróny, ktoré ležia na valenčnej vrstve.
Elektrónová konfigurácia atómu - usporiadanie elektrónov daného atómu v jednotlivých orbitaloch. Kvantové čísla - charakterizujú stav elektrónu v orbitale.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Kvantové čísla a typy orbitalov
Hlavné kvantové číslo - n: Vyjadruje energiu a veľkosť orbitalu, číslo sféry, na ktorej sa elektrón nachádza. Nadobúda celočíselné hodnoty 1, 2, ...7. (elektrónové vrstvy sa označujú aj veľkými písmenami K, L, M, N, O, P, Q)
Vedľajšie kvantové číslo - l: Udáva tvar a energiu orbitalu. orbital s p d f hodnota 0 1 2 3
Magnetické kvantové číslo - m: Udáva smerovú orientáciu orbitalu v magnetickom poli. Jeho hodnota je daná číslom l. Pre dané l nadobúda magnetické kvantové číslo hodnoty m = -l,.., 0,...+l to jest (2l+1 hodnôt).
Spinové číslo - s: Určuje spin elektrónu, teda smer rotácie elektrónu okolo vlastnej osi. Má dve hodnoty s = ½ alebo s = -½. Ak elektrón rotuje v smere zľava doprava, s = ½ , ak elektrón rotuje v smere sprava doľava s = -½.
Typy orbitalov: s - guľovo symetrický (1 kus na sféru); p - začínajú od druhej sféry L, sú 3 a majú tvar priestorovej osmičky; d - začínajú od tretej sféry M a je ich 5; f - začínajú od štvrtej sféry a je ich 7.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
Chemické vlastnosti zinku
Zinok vytváří sloučeniny v oxidačních stavech I a II. Zinečnaté jsou běžnější a stabilnější. Sloučeniny v oxidačním stavu I jsou, podobně jako rtuťné soli, tvořeny iontem Zn2+. Sloučeniny v oxidačním čísle I sú u zinku poměrně vzácné a vyžadují velký ligand, který tento nízký oxidačný stav stabilizuje.
Reaguje se silnými minerálními kyselinami za vzniku vodíku, čehož se využívá při laboratorní přípravě malých množství vodíku. Za laboratorní teploty nereaguje se vzduchem, ani s vodou. Organozinečnaté sloučeniny se využívají jako reagenty v organické chemii.
Výroba, výskyt a minerály
Hlavným minerálom a rudou pre priemyselnú výrobu zinku je sfalerit, chemicky sulfid zinočnatý ZnS. Nejběžnější zinkou rudou je sfalerit ZnS, další je potom smithsonit ZnCO3. Ďalším minerálom zinku je smithsonit (predtým kalamín), uhličitan zinočnatý ZnCO3 a oxid zinočnatý - zinkit. Vzácne sa v prírode môžeme stretnúť aj elementárnym, kovovým zinkom.
Objem jeho výroby je čtvrtý nejvyšší, hned po železe, mědi a hliníku. V zemskej kôre je pomerne bohato zastúpený. Priemerný obsah činí približne 100 mg/kg. Aj v morskej vode je jeho koncentrácia značne vysoká - 0,01 miligramu v jednom litri.
Historický vývoj predstáv o atóme
V 5. storočí p.n.l. - Demokritos a Leukipos prvýkrát použili pomenovanie atóm, z gr. atomos - nedeliteľný. Tvrdili, že každá látka je zložená z atómov, ktoré sú nezničiteľné, maličké, neviditeľné a nedeliteľné.
V 18. storočí John Dalton vytvoril prvú ucelenú teóriu - Daltonovu atómovú teóriu. Daltonova atómová teória mala niekoľko bodov: - prvky sú zložené z malých, neviditeľných častíc - atómov. Atómy jedného prvku sú rovnaké, atómy rôznych prvkov sa líšia hmotnosťou a veľkosťou. - Počas chemickej reakcie nastáva vzájomné spájanie, oddeľovanie a prestupovanie atómov. - Spájaním atómov dvoch a viacerých prvkov vznikajú chemické zlúčeniny.
V 19. storočí vznikol Thomsonov model atómu. Thomson tvrdil, že atóm je guľa, v ktorej je kladný náboj vykompenzovaný záporným elektrickým nábojom. Vytvoril tak „model hrozienkového koláča“.
Rutherford bombardoval kovovú fóliu alfa časticami. Väčšina z nich kovovou fóliou prešla bez zmeny smeru a málo alfa častíc sa odrazilo späť. Z toho usúdil, že alfa častica musela naraziť na kladný elektrický náboj, ktorý zaberá veľmi malú časť atómu, ale v ktorom je sústredených až 99% hmotnosti atómu. Kladnú časť atómu nazval jadro. Rutherford vytvoril planetárny model atómu, podľa ktorého okolo kladne nabitého jadra obiehajú záporne nabité elektróny ako planéty okolo Slnka.
Bohrov model atómu - 1913: elektrón sa v atóme nachádza len v stavoch s určitou energiou. Elektrón sa môže pohybovať okolo jadra len po takých kruhových dráhach, ktorých dĺžka sa rovná celistvému násobku vlnovej dĺžky elektrónu. Atóm vyžaruje energiu, iba keď elektrón preskakuje z vyššej energetickej sféry na nižšiu. Rozdiel energií sa vyjadruje ΔE = E2 - E1, pričom E2> E1.
Kvantovo-mechanický model atómu (1924-27) vytvorili Louis de Broglie, Ernest Schrodinger, Heisenberg a Max Born. Kvantovo-mechanický model atómu hovorí, že pre elektrón nemôžeme v danom časovom okamihu určiť súčasne presnú polohu a hybnosť. Tento model umožňuje vypočítať pravdepodobnosť, s akou sa elektrón vyskytuje v určitej oblasti atómu. Výpočet tejto pravdepodobnosti výskytu elektrónu v okolí bodu daného súradnicami x,y,z v čase t nám umožňuje Schrodingerova rovnica pre vlnovú funkciu Ψ (psí). Ψ = f (x,y,z,t)
Lepší spôsob zobrazenia atómov
Fyzikálne a aplikované vlastnosti zinku
Zinok slúži ako súčasť rôznych zliatin. Sloučeniny v oxidačních stavech I a II. Zinečnaté sú běžnější a stabilnější. Organozinečnaté sloučeniny se využívají jako reagenty v organické chemii.
Reaguje se silnými minerálními kyselinami za vzniku vodíku, čehož se využívá při laboratorní přípravě malých množství vodíku. Za laboratorní teploty nereaguje se vzduchem, ani s vodou.
Tabuľka: vybrané minerály a zloženie
| Minerál | Chemický vzorec | Poznámka |
|---|---|---|
| Šfalerit (sfalerit) | ZnS | Hlavná ruda pre priemyselnú výrobu zinku |
| Smithsonit (kalamín) | ZnCO3 | Uhličitan zinočnatý |
| Zinkit | ZnO | Oxid zinočnatý |
Jelikož je většina NMR sond vyrobena ze slitiny zinku je ve spektru patrný i široký signál sondy. B. W. Epperlein, H. Krueger, O. Lutz, A. Schwenk, „Fourier transform nuclear magnetic resonance studies of zinc-67“ Z.