Оксид цинка

Оксид цинка (окись цинка) ZnO — бесцветный кристаллический порошок (кристаллы гексагональной сингонии), нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании. В природе встречается в виде минерала цинкита.

Свойства

Физические свойства

• Теплопроводность: 54 Вт/(м·К).

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости.

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.

Химические свойства

При температурах 1350 - 1800 °C 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.

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, Na2[Zn(OH)4], Ba2[Zn(OH)6] и др.):

[ Zn ( OH ) 3 ] − + OH − ⟶ [ Zn ( OH ) 4 ] 2 − ⋅ {displaystyle {ce {[Zn(OH)3]- + OH- -> [Zn(OH)4]^2-.}}}

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

ZnO + 4 NH 3 + H 2 O ⟶ [ Zn ( NH 3 ) 4 ] ( OH ) 2 ⋅ {displaystyle {ce {ZnO + 4NH3 + H2O -> [Zn(NH3)4](OH)2.}}}

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

ZnO + 2 NaOH ⟶ Na 2 ZnO 2 + H 2 O ; {displaystyle {ce {ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O;}}} ZnO + CoO ⟶ CoZnO 2 ⋅ {displaystyle {ce {ZnO + CoO -> CoZnO2.}}}

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

ZnO + B 2 O 3 ⟶ Zn ( BO 2 ) 2 ; {displaystyle {ce {ZnO + B2O3 -> Zn(BO2)2;}}} ZnO + SiO 2 ⟶ ZnSiO 3 ⋅ {displaystyle {ce {ZnO + SiO2 ->ZnSiO3.}}}

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 Zn(CH3COO)2;
  • гидроксида Zn(OH)2;
  • карбоната ZnCO3;
  • нитрата Zn(NO3)2.
• Окислительным обжигом сульфида ZnS.
• С помощью гидротермальный синтез
• 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 косметических кремах для загара и 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 (в настоящее время (2007 г.) вытесняется нетоксичным диоксидом титана TiO2).
• 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 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 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

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. 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, ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни.