Оксид цинка

...гареуловители поставим. Курорт будет, а не город. Окись цинка тоже собираемся улавливать. Уловленный продукт пойдет в лакокрасочную промышленность.^[1]

Окись цинка, некоторые другие окислы металлов, глина и многие минералы в сухом виде не пахнут. Но стоит добавить воды…^[2]

При нагревании этих веществ на газовой горелке вы увидите, как окись цинка станет желтеть, а окись железа почернеет. Если охладить пробирки, то цвет веществ станет прежним.^[3]

Палитра древних <первобытных> художников была удивительно богатой: они употребляли красную краску и жёлтую, почти канареечную, и белую, и коричневую, и черную, и фиолетовую. Рецепты изготовления ими красок не установлены, но предполагают, что красную и коричневую они получали из гематита, желтую ― из серного колчедана <пирита>, белую ― из окиси цинка.^[4]

...цинковая руда «обманывала» первых металлургов. Получить из нее металл обычным способом (обжиганием на воздухе и прокалива��ием с углём) никак не удавалось: вместо металла на остывшем шлаке получался белый налёт. Обманутые в своих ожиданиях металлурги и назвали это белое вещество пренебрежительно «nihil album» ― «белое ничто».^[5]

О том, что цинк улетучивался, древние металлурги не догадывались. А пары цинка, сгорая на воздухе, давали снова белую окись, некоторое количество которой и оставалось на шлаке. Это и есть «белое ничто».^[5]

Незначительные добавки окиси галлия заметно влияют на свойства окисей многих металлов. Так, примесь Ga₂O₃ к окиси цинка значительно уменьшает её спекаемость.^[6]

Окружной врач Ролов отличался крутым нравом. Так, в 1817 году он приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на шенебекской фабрике Германа. По внешнему виду препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк! (Окись цинка до сих пор применяют при кожных заболеваниях; из нее делают мази, присыпки, эмульсии.)^[7]

Штромейеру послали не только окись цинка, но и другие цинковые препараты с фабрики Германа, в том числе ZnC0₃, из которого эту окись получали. Прокалив углекислый цинк, Штромейер получил окись, но не белую, как это должно было быть, а желтоватую, владелец фабрики объяснял окраску примесью железа, но Штромейера такое объяснение, не удовлетворило.^[7]

В свободном виде новый элемент представлял собой белый металл, мягкий и не очень прочный, сверху покрытый коричневатой пленкой окисла. Металл этот Штромейер назвал кадмием, явно намекая на его «цинковое» происхождение: греческим словом καδμεία издавна обозначали цинковые руды и окись цинка.^[7]

Ещё при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налёт, который в книгах того времени называли двояко: либо «белым снегом» (nix alba), либо «философской шерстью» (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO ― вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней.^[8]

Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала «Radio news», целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: «Изобретение О. В. Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!» Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевские кристаллы окиси цинка ― кристаллы других веществ.^[8]

...в ощутимых объёмах мы умели получать нитевидные кристаллы только оксида цинка и карбида кремния.^[9]

...наночастицы оксида цинка, содержащиеся в кремах от загара, делают их токсичными по отношению к клеткам кишечника в большей степени, чем обычные кремы.^[10]

Исходя из предположения, что присутствие окиси, возможно, умерит расщепляющее действие хлористого цинка, реакция между метилфосгеновым эфиром и цинкметилом была повторена с добавкой окиси магния или окиси цинка. Однако эти опыты были безуспешны, и взаимодействие протекало, как и раньше.^[11]

Эти кристаллы невозможно ни очистить, ни сохранить, и поэтому они не могли быть исследованы более подробно. На воздухе они теряют свой блеск, при слабом нагревании выделяют небольшое количество жидкости, при более сильном нагревании образуется белый дым и распространяется запах гари; в конечном итоге возгоняется хлористый цинк, и остается серая масса, состоящая из окиси цинка, металлического цинка и угля. При нагревании с доступом воздуха эта масса превращается в чистую окись цинка. В безводном эфире кристаллы частично растворяются, однако при этом образуется газ; вода разлагает кристаллы с выделением тепла и с образованием довольно значительного количества газа. Водный раствор содержит летучий продукт, состоящий из уксуснокислого и хлористого цинка.^[11]

Уже вызывает некоторые сомнения то обстоятельство, что учитывается лишь одно свойство пахучих веществ ― форма их молекул. Остается открытым вопрос, почему все вещества, обладающие запахом, имеют между собой столько общего в других, самых разных областях. Существуют и факты, которые не объясняет ни одна из теорий. Окись цинка, некоторые другие окислы металлов, глина и многие минералы в сухом виде не пахнут. Но стоит добавить воды… Впрочем, кому не знаком запах сырой глины?^[2]

Окись ртути ― красного цвета, при нагревании чернеет, сернистый кадмий ― жёлтый при комнатной температуре, при нагревании становится буро-красным. Можно самому проделать опыты по изменению цвета. Для этого надо, например, поместить в пробирку окись цинка (белого цвета) и в другую пробирку ― красную окись железа. При нагревании этих веществ на газовой горелке вы увидите, как окись цинка станет желтеть, а окись железа почернеет. Если охладить пробирки, то цвет веществ станет прежним.^[3]

Знаете ли вы, почему самый распространенный цинковый минерал носит название цинковой обманки? Другое его название ― сфалерит ― также не более почтительно. «Сфалерос» по-гречески значит ненадежный, обманчивый. Дело в том, что, имея все внешние признаки обычных металлических руд, цинковая руда «обманывала» первых металлургов. Получить из нее металл обычным способом (обжиганием на воздухе и прокаливанием с углём) никак не удавалось: вместо металла на остывшем шлаке получался белый налёт. Обманутые в своих ожиданиях металлурги и назвали это белое вещество пренебрежительно «nihil album» ― «белое ничто».^[5]

Что же такое ― это «ничто»? Восстановим цепь химических превращений руды. Итак, сначала происходил окислительный обжиг. Затем, при прокаливании с углём, окись цинка восстанавливалась. Но куда же запропастился ожидаемый металл? Цинк восстанавливается значительно труднее, чем такие известные в то время металлы, как железо, олово, свинец, медь, и при температ��ре процесса (более 1000° C) он просто испаряется, так как кипит при 913°C. О том, что цинк улетучивался, древние металлурги не догадывались. А пары цинка, сгорая на воздухе, давали снова белую окись, некоторое количество которой и оставалось на шлаке. Это и есть «белое ничто».^[5]

Незначительные добавки окиси галлия заметно влияют на свойства окисей многих металлов. Так, примесь Ga₂O₃ к окиси цинка значительно уменьшает её спекаемость. Зато растворимость <металлического> цинка в таком окисле намного больше, чем в чистом.^[6]

Окружной врач Ролов отличался крутым нравом. Так, в 1817 году он приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на шенебекской фабрике Германа. По внешнему виду препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк! (Окись цинка до сих пор применяют при кожных заболеваниях; из нее делают мази, присыпки, эмульсии.) Чтобы доказать свою правоту, строгий ревизор растворил заподозренный окисел в кислоте и через этот раствор пропустил сероводород: выпал жёлтый осадок… Сульфиды мышьяка как раз жёлтые!.. Владелец фабрики стал оспаривать решение Ролова. Он сам был химиком и, собственноручно проанализировав образцы продукции, никакого мышьяка в них не обнаружил. Результаты анализа он сообщил Ролову, а заодно и властям земли Ганновер. Власти, естественно, затребовали образцы, чтобы отправить их на анализ кому-либо из авторитетных химиков. Решили, что судьей в споре Ролова и Германа должен выступить профессор Фридрих Штромейер, занимавший с 1802 года кафедру химии в Геттингенском университете и должность генерального инспектора всех ганноверских аптек. Штромейеру послали не только окись цинка, но и другие цинковые препараты с фабрики Германа, в том числе ZnC0₃, из которого эту окись получали. Прокалив углекислый цинк, Штромейер получил окись, но не белую, как это должно было быть, а желтоватую, владелец фабрики объяснял окраску примесью железа, но Штромейера такое объяснение, не удовлетворило. Закупив побольше цинковых препаратов, он произвел полный их анализ и без особого труда выделил элемент, который вызывал пожелтение. Анализ говорил, что это не мышьяк (как утверждал Ролов), но и не железо (как утверждал Герман). Это был новый, не известный прежде металл, по химическим свойствам очень похожий на цинк. Только гидроокись его в отличие от Zn(OH)₂ не была амфотерной, а имела ярко выраженные основные свойства. В свободном виде новый элемент представлял собой белый металл, мягкий и не очень прочный, сверху покрытый коричневатой пленкой окисла. Металл этот Штромейер назвал кадмием, явно намекая на его «цинковое» происхождение: греческим словом καδμεία издавна обозначали цинковые руды и окись цинка.^[7]

Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налёт, который в книгах того времени называли двояко: либо «белым снегом» (nix alba), либо «философской шерстью» (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO ― вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней. Этот «снег», будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила ― самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности. Стекольная ― для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель.^[8]

В том же XIII веке были предприняты первые попытки выплавлять его <цинк> в заводских условиях. Но производство «не пошло», технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно так же, как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись; затем эту окись восстанавливали углем. Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но… не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся ― температура его кипения всего 906°C. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт ― окись цинка.^[8]

Кремницкие белила, белоснежные или китайские белила, цинковая серая, цинковые цветы, цинкграу. Цинковые белила представляют собой безводную окись цинка — ZnO (99%). Очень тонкий, лёгкий порошок ослепительно белого цвета со слабым голубовато-зеленоватым оттенком. Неорганический пигмент белого цвета, выпускаемый в виде порошка, форма частиц — от зернистой до игольчатой.
В природе окись цинка существует в виде минерала цинкит. В большинстве случаев цинкит содержит ещё примесь — до 12% окиси марганца. Месторождения его не��ногочисленны (в основном Северная Америка). Выделение из цинкита окиси цинка нерентабельно, к тому же существует много способов получения окиси цинка, например, при сжигании металлического цинка и цинковых отходов.^[12]:159

А. Краденову (Чембары). Пойдите к знакомому аптекарю и попросите его сделать следующую мазь: две части окиси цинка, три резорцина, пятнадцать ― перуанского бальзама и тридцать ― ляполина. Эта жидкая ароматическая мазь при легком втирании в поражённые экземой или чесоткой места делает иногда чудеса.^[13]

Из неприятных явлений идиосинкразии после люминала отмечена скарлатинозная сыпь, сопровождающаяся высокой температурой и шелушением кожи. Валериановая терапия, введенная итальянцами, лечение окисями цинка (Парацельс), слабым раствором нитроглицерина, экстрактом индийской конопли распространения не получили, но могут быть применяемы в промежутках между бромистым лечением.^[14]

Ещё несколько шагов ― и вы в «коридоре». Как и главный зал, он тоже весь в подтёках кальцита, и снова здесь фантасмагория красок. Здесь снова распластавшиеся на потолке олень, коровы, кони. …Палитра древних художников была удивительно богатой: они употребляли красную краску и жёлтую, почти канареечную, и белую, и коричневую, и черную, и фиолетовую. Рецепты изготовления ими красок не установлены, но предполагают, что красную и коричневую они получали из гематита, желтую ― из серного колчедана <пирита>, белую ― из окиси цинка. Что же касается чёрной, ее испокон веков делали из сажи.^[4]

Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролёты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет? Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски ― все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дёшева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет ― тоже скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть немарки и в то же время опрятны.^[8]

Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а окисно-цинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях. Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций двадцатых годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема. Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников. Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О. В. Лосева. Лосев установил, что если в колебательный контур определенным образом включён кристалл окиси цинка, то последний будет усиливать колебания высокой частоты и даже возбуждать незатухающие колебания. В наши «весёлые транзисторные дни» такое событие прошло бы почти незамеченным, но в 1924 году изобретение О. В. Лосева представлялось революционным.^[8]

Можно предвидеть, что конечным итогом интеграции науки и производства будет создание единых научно-производственных комплексов, объединяющих усилия вузов, институтов и промышленных или сельскохозяйственных предприятий. Прообразом таких отношений может явиться договор о долговременном сотрудничестве, заключенный между СКНЦ и ростовским химическим заводом имени Октябрьской революции. Договор предполагает участие кафедр вузов в совершенствовании технологии производства неорганических пигментов (окиси цинка, ультрамарина, титановых белил и др.), разработку мер по защите окружающей среды от загрязнения отходами производства, использованию их, в частности, для нужд сельского хозяйства.^[15]

В том же, 1921 г., исследуя вольтамперные хаpaктеристики кристаллических цинкитных (ZnO) детекторов, Лосев наблюдает участки отрицательного сопротивления и на «научно технической беседе в лаборатории» сообщает об открытии генерации и усиления электромагнитных колебаний на контакте металла с кристаллом окиси цинка при пропускании через него электрического тока. О. В. Лосеву удалось установить, что детектор из цинкита даёт устойчивые колебания при приложении к нему напряжения менее 10 вольт. Электрические хаpaктеристики контакта оказались столь стабильными, что, изменяя напряжение на контакте и устанавливая его в области значений, чуть меньше напряжения начала генерации, Лосеву удалось получить значительное усиление электрических колебаний, не сопровождающееся сколько нибудь значительными шумами. Далее, в первой статье о детекторе генераторе Лосев пишет: «Точка кристалла, на которой получались колебания, совершенно другая, чем та, на которой происходило наилучшее детектирование без приложенного извне напряжения».^[16]

Цинк широко применяется также при производстве сплавов (латуни, мельхиора), типографских материалов, проката, оксида цинка. В США для получения сплавов ежегодно расходуется около 31,4% потребляемого в стране цинка, производства проката ― 5,6%, оксида цинка ― 6,4%.^[17]

12 апреля 1977 года в ВИАМе был издан приказ о создании теплозащиты для «Бурана», а к декабрю того же года И. С. Силаев, в то время заместитель министра авиационной промышленности, поставил перед институтом задачу выпустить первые сто плиток. В лаборатории решили взять за основу не нитевидные кристаллы (очень интересные монокристаллические структуры с удельной прочностью, близкой к теоретической, но это требует отдельного подробного рассказа), а аморфные кварцевые волокна. Причина была в том, что в ощутимых объёмах мы умели получать нитевидные кристаллы только оксида цинка и карбида кремния.^[9]

Учёные из Университета Юты в США провели исследование по изучению воздействия частиц оксида цинка различного размера на клетки кишечника, помещенные в искусственную питательную среду, и доказали, что наночастицы оксида цинка, содержащиеся в кремах от загара, делают их токсичными по отношению к клеткам кишечника в большей степени, чем обычные кремы. Авторы исследования показали, что частицы размером меньше 100 нанометров при непосредственном контакте с клеткой могут вызывать ее смерть вдвое чаще, чем более крупные частицы. Оксид цинка в форме обычного порошка, согласно выводам ученых, также оказывает токсическое воздействие на организм человека, так как содержит в себе не только крупные частицы микрометрового размера, но и наноразмерные частицы, хотя и в существенно меньшем количестве. Из расчетов ученых следует, что токсическое воздействие на клетки кишечника может проявиться уже при попадании в организм человека всего двух граммов крема от загара.^[10]

Рассматриваются вопросы запуска технологического участка для напыления электродов на стеклянную подложку для магнитооптического управляемого транспаранта. Нужно пылить медь, алюминий и окись цинка. <...> Ситуация немного прояснилась. Мы свои исследования приспосабливаем под имеющуюся материально-техническую базу. У нас платят за промежуточный результат, а у японцев ― за конечный. Не выполнил ― не получил.^[18]

— Вот тоже задымлённость, — продолжал Поскребин. Сейчас это незаметно. Вы зимой приезжайте, снег у нас чёрный как сажа. Из литейного цеха в воздух окись цинка летит. Вредно. Была у нас высоченная кирпичная труба. Она поднимала гарь высоко в небо, где ветер рассеивал её, относя подальше, и город дышал относительно чистым воздухом. В тридцатых годах решили трубу разломать, как пережиток капитализма. Разломали. Поставили низкую железную трубу, и город стал коптиться, как окорок, подвешенный в дымоходе.^[1]

— Не так давно началось строительство новой трубы, то есть такой, какая была раньше. Строим её, кстати, на прежнем фундаменте. Когда кончим, город вздохнёт полной грудью. К тому же гареуловители поставим. Курорт будет, а не город. Окись цинка тоже собираемся улавливать. Уловленный продукт пойдет в лакокрасочную промышленность.
Приятно было слушать хорошие разговоры. Жаль только, что велись они в неопределённо будущем времени.^[1]

по воздуху… Обронена косынка
студёной синей зыби в подворотне
и как ни обходи ― все в небо угодишь
всё в то же небо с примесями цинка
затёками белил и громыханьем крыш
под поступью стопы Господней!..^[19]