Prezentacja programu PowerPoint

CYNKOWCE – 12 GRUPA

Zn – cynk

(znany od dawna, nazwę nadał Paracelsus z niem. Zinke – zębaty,

poszczerbiony – od kształtu kryształów metalicznego cynku)

Cd - kadm

1817 r., F. Stromeyer – odkryty jako zanieczyszczenie ZnCO

(kalamina); gr. Kadmos – założyciel Teb)

Hg - rtęć

(znany od dawna – odnaleziony w grobowcach egipskich sprzed 1500
BC; łac. Hydrargyrum – płynne srebro)

Cn - copernicium

1996 r., S. Hoffman, V. Ninor, P. Hessburger; w 2010 r zatwierdzono
nazwę na cześć M. Kopernika

CYNKOWCE - WYSTĘPOWANIE

Cynk

ZnS

sfaleryt

hemimorfit, wilemit

(Zn, Fe)Swurcyt

ZnCO

smitsonit

sfaleryt

smitsonit

hemimorfit

wurcyt

CYNKOWCE - OTRZYMYWANIE

Cynk

Czwarty, najbardziej rozpowszechniony metal po Fe, Al i Cu

Produkcja światowa 12 mln ton

70% produkcji cynku pochodzi z kopalni, a 30% z recyklingu

95% cynku produkuje się z rud siarczkowych, głównie sfalerytu

Najwięksi producenci cynku w 2010 r. (w

tonach)

Chiny

Peru

Australia

Indie

USA

Kanada

3 500 000
1 520 000
1 450 000

750 000
720 000
670 000

CYNKOWCE - OTRZYMYWANIE

Cynk

1.- wzbogacanie rud poprzez flotację pianową (uzyskuje się 50% koncentrat)
- prażenie – przekształcone ZnS w tlenek cynku

2ZnS + 3O

→ 2ZnO + 2SO

- pirometalurgiczna redukcja (za pomocą C lub CO) w temp. 950

i oddestylowanie cynku

2ZnO + C → 2Zn + CO

ZnO + CO → Zn + CO

2. Elektrolitycznie: - wymywanie (ługowanie) za pomocą H

ZnO + H

→ ZnSO

+ H

- elektroliza
2ZnSO

+ 2H

O → 2Zn + 2H

+ O

cynk

CYNKOWCE - OTRZYMYWANIE

208

Pb +

278

Cn +

277

Cn +

112

Kadm

-Otrzymywany w analogiczny sposób jak cynk, a następnie rozdestylowywanie
od cynku

-Rugowanie z rudy poprzez dodatek cynku

Rtęć

-Flotacja pianowa i dalsze prażenie i destylacja par rtęci

HgS + O

→ Hg + SO

Copernicum

Najtrwalszym izotopem jest

285

Cn (29s)

kadm

rtęć

CYNKOWCE - ZASTOSOWANIE

Cynk

-galwanizacja blach stalowych – 55% (ochrona antykorozyjna)

-ochrona katodowa

-materiał anodowy w bateriach

-Mosiądze i brązy 16%

mosiądze – 3-45% Zn + Cu
brązy – 85-88% Zn; 4-10% Cu; 2-8% Al

-monety 1 centowe (USA)

-specjalne stopy 21%: (Zamak – Zn, Cu, Mg, Al; niskotopliwy i o niskiej lepkości)

(Prestal – Zn + Al; wytrzymałe jak stal, ale topliwe jak plastik)
tlenek cynkowo-kadmowy – stop półprzewodnikowy

-związki cynku – 8%: tlenek cynku ZnO – jako biały pigment; jako katalizator przy

produkcji gumy; jako półprzewodnik
chlorek cynku ZnCl

– do ochrony ogniowej, do ochrony lasów

dimetylocynk Zn(CH

)

– w syntezie organicznej

        siarczek cynku ZnS – luminofor (np. do zegarków)
        siarczan cynku – do produkcji farb i lakierów
        pirytionian cynku – szampony przeciwłupieżowe

ochrona katodowa

moneta 1 centowa z cynku

pokryta miedzią

CYNKOWCE - ZASTOSOWANIE

Kadm

(jest toksyczny)

-Akumulatory Cd/Ni – ogniwa alkaliczne – 86%

-Powłoki ochronne – 6% - pokrycia stali, które dodatkowo są chromowane

-Jako bariera kontrolna neutronów w rozszczepieniu jądrowym

-Związki:

tlenek kadmu – CdO – produkcja ekranów TV
siarczek kadmu – CdS – do fotoprzewodzących powłok w fotokopiarkach
jako pigment
selenek kadmu – CdSe – czerwony pigment
telurek kadmu – CdTe – ogniwa słoneczne

-Lasery helowo-kadmowe – w mikroskopach fluorescencyjnych

CdS

akumulatory Cd/Ni

CYNKOWCE - ZASTOSOWANIE

Rtęć

-produkcja chemikaliów
* proces Castnera-Kellera – sód/chlor i NaOH
* katalizator przy produkcji aldehydu octowego i chlorku winylu
* oksyrtęciowanie HgCl

-medycyna
* wypełnienia dentystyczne
* konserwowanie szczepionek
* środek antyseptyczny – Merbromin
* termometry
* leki dermatologiczne (dawniej w chorobach wenerycznych)

-analityka
* elektrody kalomelowe – w elektrochemii
* monometry próżniowe

-urządzenia elektryczne i elektroniczne
* lampy rtęciowe
* lampy fluorescencyjne
* przełączniki rtęciowe

termometr rtęciowy

plomby amalgamatowe

lampa rtęciowa

Właściwości

• reaktywność cynkowców maleje



•

rozpuszcza się w kwasach utleniających

•

reagują z rozcieńczonymi kwasami z wydzieleniem H

•

rozpuszcza się w alkaliach – cynkany

•

– metale elektrododatnie, a

– metal szlachetny

• ZnCl

i CdCl

są jonowe, a HgCl

– kowalencyjny

• liczby koordynacyjne dla

4, 5 i 6, a dla

– 2

•

cynk

odgrywa rolę w procesach biologicznych, a

silnie trujące

CYNKOWCE Zn, Cd, Hg

(n-1)d

Właściwości

• związki na +II stopniu utlenienia, dla

rtęci

są także na +I (dimery

[Hg-Hg]

)

• energie jonizacji są wyższe niż dla berylowców (mniejsze atomy i zapełnione

orbitale d), ale wysoka energia solwatacji więc

cynk

owce tworzą jony M

• rtęć

wykazuje tendencję do tworzenia związków kowalencyjnych

• niepodobne do metali przejściowych (zapełnione orbitale d)

- nie wykazują zmiennej wartościowości
- nie dają widm d-d (związki w większości białe)
- są miękkie (

rtęć

, jedyny metal ciekły)

- niskie temperatury topnienia i wrzenia
- są bardziej reaktywne od miedziowców
- minimalne podobieństwo do berylowców, ale szlachetniejsze są

cynk

owce

są bardzo podobne i różnią się od

(w przeciwieństwie do ogólnej

tendencji TM)

CYNKOWCE Zn, Cd, Hg

(n-1)d

DLACZEGO RTĘĆ JEST CIEKŁA?

- temperatury krzepnięcia Zn, Cd i Hg wynoszą odpowiednio 419,5

C; 321,1

C oraz -38,8

- cynk i kadm ma całkowicie wypełnione orbitale s i d, a rtęć także f

- tworzenie wiązań metalicznych i krzepnięcie metalu zależą od stopnia zapełnienia orbitali

- w większości metali część elektronów tworzy gaz, zdelokalizowanych elektronów

- w atomach rtęci elektrony na powłoce f otaczają jądro (silnie ekranowane) i trudniej

powstaje wiązanie metaliczne (rtęć 16 razy słabiej przewodzi prąd niż cynk i 13 razy

słabiej niż Cd oraz 60 razy słabiej niż Ag)

ZWIĄZKI CYNKOWCÓW

Tlenki

ZnO amfoteryczny, CdO i HgO zasadowe

ZnO i CdO sublimują (kowalencyjne)

HgO w wyniku ogrzewania (500

C) rozkłada się

w niskich temp. białe, a w wyższych barwne (defekty sieci krystalicznej)

Halogenki

sole

cynku

są uwodnione, a halogenki higroskopijne

fluorki MF

są białymi substancjami stałymi o silniejszym charakterze jonowym i lepszej

rozpuszczalności w wodzie (w porównaniu do innych halogenków)

ZWIĄZKI RTĘCI (+I)

Halogenki

[Hg

ulega hydrolizie [Hg

+ H

 2HF + [Hg

](OH)

pozostałe halogenki nierozpuszczalne w wodzie

[Hg

](NO

)

O i [Hg

](ClO

)

O – rozpuszczalne w wodzie

brak wodorotlenków i siarczków

Hg(+I)

- dysproporcjonacja i wytrącanie

Hg(+II)

Otrzymywanie

HgCl

+ Hg

 [Hg

]Cl

wykrywanie: reakcja z NH

OH – czarny osad

jony

Hg(+I)

tworzą niewiele kompleksów (duży rozmiar jonu i dysproporcjonacja)

jon

rtęci(I)

ma strukturę

[Hg-Hg]

ZWIĄZKI CYNKOWCÓW

Kompleksy

łatwo tworzą kompleksy z amoniakiem, aminami, jonami halogenkowymi i CN

kompleksy Hg(II) są znacznie trwalsze i najczęściej LK=2, np. [Hg(NH

)

]Cl

nietypowy K

[HgI

] – odczynnik Nesslera do oznaczania amoniaku

dla Zn i Cd LK=4 [Zn(py)

], [Cd(py)

]

LK=5 [CdCl

]

-3

LK=6 [M(H

]

, [M(NH

)

]

, itp

ZWIĄZKI METALOORGANICZNE

Związki R

Zn i R

Cd można otrzymać stosując odczynniki Grignarda,

litoorganiczne lub rtęcioorganiczne

Zn i R

Cd są mniej reaktywne od związku Grignarda – alkilowanie selektywne

Związki R

Hg i RHgX są znacznie odporniejsze na działanie wody i powietrza niż

związki cynku;
stosuje się je do otrzymywania związków metaloorganicznych litowców i
berylowców;
są silnie toksyczne – fungicydy i pestycydy

ZWIĄZKI CYNKOWCÓW

CdCl

+ 2RMgCl

 CdR

+ 2MgCl

ZnCl

+ 2RLi

 ZnR

+ 2LiCl

Zn + HgR

 ZnR

+ Hg

CdR

+ CdI

 2RCdI

Zn + EtOH

 RZnOEt + RH

EtI + Zn

EtZnI

atmosf era oboj ęt na

Zn + ZnI

Zn Zn

ZWIĄZKI CYNKOWCÓW

HgCl

+ RMgBr

 RHgCl +½MgCl

+ ½MgBr

RHgCl + RMgBr

 R

Hg + ½MgCl

+ ½MgBr

HgX

+ RH

 RHgX + HX

+ (CH

COO)

 C

HgOOCCH

octan fenylortęci

Hg + 2Na

 2RNa + Hg

Cd + 2CH

COOCl

+ CdCl

H gCl

C=C

C H gCl

TOKSYCZNOŚĆ KADMU

Źródła narażenia na kadm

- pożywienie

(10-20 μg/dobę)

- woda < 1 μg/l

- papierosy

1 papieros = 1 μg Cd (10% dostaje się do płuc podczas palenia)

Główne źródła narażenia

- żywność:

mięso, ryby, owoce

5-15 μg/kg

zboża, rośliny korzenne

> 25 μg/kg

podroby

~ 100 μg/kg

skorupiaki

~ 100 μg/kg

- narażenie zawodowe:

- produkcja chlorku winylu
- produkcja barwników do tworzyw sztucznych
- produkcja stopów metali
- produkcja akumulatorów Ni/Cd
- produkcja powłok antykorozyjnych

- narażenie środowiskowe

TOKSYCZNOŚĆ RTĘCI

Główne źródła narażenia na rtęć

- narażenie środowiskowe : elektrownie węglowe

spalanie odpadów (głównie medycznych)
odpady przy produkcji materiałów wybuchowych,

farb

okrętowych, lamp rtęciowych

- żywność:

woda (dimetylortęć)
ryby (halibut, makrela, szczupak, okoń), o niskiej zawartości (sardynka,
łosoś dziki, tilapia)

- wypełnienie zębów:

plomby amalgamatowe (dorośli, którzy mają 4 wypełnienia są
narażeni na zatrucie)

- szczepionki:

rtęć jako konserwator – szczepionki przeciw grypie zawierają 25 μg Hg,
a dopuszczalna dawka to 0,1 μg/kg ciała

- konserwanty do ziarna

CHEMIA BIONIEORGANICZNA

- ok. 25 pierwiastków ma kluczowe znaczenie dla życia; 11 z nich to pierwiastki główne,

a pozostałe to śladowe

- pierwiastki główne wchodzą w skład cząsteczek biologicznych (C, N, O, P, S), jonów

– w roztworach lub w kompleksach z biocząsteczkami (Na, Mg, Ca, Cl) – i ciał stałych,

takich, jak , np. kości (Ca(PO

)

- niezbędne do życia pierwiastki bloku d (np. Fe, Zn, Cu) są składnikami metaloenzymów,

zaangażowanych w transport i metabolizm O

oraz pełniących szereg funkcji

katalitycznych w procesach redox i reakcjach kwas - zasada

- Cytochromy, Fe
- Białka żelazo-siarkowe

- Niebieskie miedzio-
proteiny, Cu

- Chlorofil, Mg

- Fotosystem II, Mn

Przenośniki
elektronów

METALOBIOCZĄSTECZKI

Białka

Inne ligandy

Transport i magazynowanie

Gospodarka
metalami

Gospodarka
tlenem

- Ferrytyna, Fe
- Transferyna, Fe
- Ceruloplazmina, Cu

- Mioglobina, Fe
- Hemoglobina, Fe
- Hemoerytryna, Fe
- Hemocyjanina, Cu

Transport

i magazynowanie
metalu

Fotoredoks

Enzymy

Hydrolazy

Oksydoreduktazy

Izomerazy i

syntetazy

- Fosfatazy, Mg, Zn, Cu

- Aminopeptydazy, Mg, Zn,

- Karboksypeptydazy, Zn

- Oksydazy, Fe, Cu

- Reduktazy, Fe, Cu, Mo

- Nitrogenazy, Fe, Mo, V

- Hydroksylazy, Fe, Cu, Mo

- Hydrogenazy, Fe, Ni

- Dysmutaza ponadtlenkowa Fe, Cu, Mn

- Witamina B

, koenzym, Co

- Syderofory, Fe

Szkielet Ca, Si

- Na, K, transfer

Inne funkcje

NIEZBĘDNE DO ŻYCIA I TOKSYCZNE PIERWIASTKI

Postać chemiczna i funkcja

Pierwiastki główne

Pierwiastki śladowe

kowalencyjnie związane atomy w

biocząsteczkach i polimerach

H, C, N, O, P, S

, As

, Si

, Se, I

jony w roztworze wodnym, czasami

skomplekoswane z biocząsteczkami

, Na

, Mg

, Cl

, K

, Ca

składniki nieorganicznych ciał stałych

C, O, P, Ca

F, Si, Fe

składniki metaloprotein lub innych

wyspecjalizowanych cząsteczek

V, Cr, Mn, Fe, Co,

Ni, Cu, Zn, Mo, W1

metale o działaniu toksycznym

Be, Cd, Hg, Tl, Pb

BIOLOGICZNE ZNACZENIE PIERWIASTKÓW

PRZEJŚCIOWYCH

Pierwiastek

Znaczenie biologiczne

Niektóre skutki niedoboru

Składnik enzymów

oddechowych (cytochromów, peroksydaz,

katalazy). Składnik hemoglobiny, mioglobiny oraz

koenzymów uczestniczących w tworzeniu ATP.

Zaburzenia oddychania

komórkowego. Niedokrwistość (anemia), słaby wzrost,

ospałość, osłabiona odporność na infekcje, bóle głowy,

zaburzenia wchłaniania witamin z grupy B, arytmia serca,

upośledzenie funkcji poznawczych.

Uczestniczy w różnych etapach syntezy białek,

składnik enzymów oddechowych. Składnik

wielu enzymów odpowiedzialnych m.in.

za metabolizm białek (składnik wielu

proteinaz), węglowodanów i tłuszczów.

Składnik insuliny (odgrywa także ważną rolę w jej

magazynowaniu w trzustce), reguluje

stężenie witaminy A. Jest wykorzystywany w

formowaniu tkanki kostnej, jest potrzebny

do wzrostu i naprawy tkanek (przyspiesza gojenie

ran). Reguluje równowagę kwasowo-zasadową

organizmu (składnik anhydrazy węglanowej). Jest

niezbędny do prawidłowego

funkcjonowania układu odpornościowego.

Odpowiada za ostrość smaku i słuchu.

Niedokrwistość (anemia), powolne gojenie ran,

choroby skóry, włosów (np. łysienie, łamliwość włosów)

i paznokci (łamliwość paznokci). Nowotwory, zanik mięśni,

zahamowanie wzrostu i rozwoju, opóźnienie dojrzałości

płciowej (zaburzenia rozwoju i

czynności gonad), niepłodność u samców, upośledzenie

funkcji poznawczych.

Aktywator enzymów uczestniczących w

syntezie ATP, wpływa na działanie pompy sodowo-

potasowej, uczestniczy w metabolizmie glukozy,

pobudza produkcję glutationu.

Osłabiony wzrost

Składnik witaminy B

(kobalaminy), biorącej

udział w procesie tworzenia erytrocytów (jest

niezbędna w biosyntezie hemoglobiny). Aktywator

niektórych enzymów

Niedokrwistość (anemia), zaburzenia krzepnięcia krwi,

zaburzenia syntezy białek i kwasów nukleinowych

Pierwiastek

Znaczenie biologiczne

Niektóre skutki niedoboru

Wchodzi w skład enzymów

oddechowych (np. oksydaza

cytochromowa i oksydaza askorbinowa). Wraz

z żelazem uczestniczy w syntezie hemu (składnik

hemoglobiny) i melaniny. Występuje

w ceruloplazminie (białko osocza krwi). U

niektórych bezkręgowców (np. mięczaków) jest

składnikiem błękitnej hemocyjaniny (odpowiednik

hemoglobiny).

Zaburzenia oddychania

komórkowego. Niedokrwistość (anemia), brak apetytu,

ospałość, biegunka, zaburzenia ruchu (niedowłady).

Niedobór występuje rzadko.

Aktywator i składnik grup

prostetycznych niektórych enzymów, np. enzymów

oddechowych

(dehydrogenaza

izocytrynianowa, karboksylaza pirogronianowa) .

Aktywator arginazy(enzym cyklu mocznikowego).

Jest konieczny do prawidłowego

rozwoju tkanek (zwłaszcza kostnej) oraz do

funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego.

Współdziała z witaminami B (B

)

oraz cytochromami, zwiększa asymilację miedzi.

Jest potrzebny do rozmnażania i laktacji

Zaburzenia oddychania

komórkowego. Osłabienie wzrostu i płodności,

wychudzenie, deformacje odnóży, osłabienie tkanki

łącznej.

Wzmaga działanie insuliny, składnik czynnika

tolerancji glukozy. Obniża poziom

cholesterolu we krwi

Wzrost stężenia cholesterolu

we krwi, niewłaściwa asymilacja glukozy.

Niezbędny do prawidłowego działania

wielu enzymów (np. oksydazy aldehydowej,

dehydrogenazy ksantynowej).

Osłabiony wzrost

Składnik ureazy – enzymu rozkładającego mocznik

na amoniak

i dwutlenek węgla

Osłabiony metabolizm azotu i

żelaza.

BIOLOGICZNE ZNACZENIE PIERWIASTKÓW

PRZEJŚCIOWYCH, CD

ZAPOTRZEBOWANIE I WYSTĘPOWANIE

ŻELAZO

Dzienne zapotrzebowanie na ten pierwiastek zależy od płci i wieku i leży w przedziale 8-18 mg

Najlepszym źródłem żelaza są:

chuda wołowina, mięso indyka, wątróbka, sardynki z puszki, płatki

śniadaniowe, gotowana fasola, suszone figi, ziarno sezamu, świeże zielone warzywa

Przyswajalność żelaza z jedzenia można zwiększyć poprzez jednoczesne spożywanie witaminy C z
owoców cytrusowych, jagód, kiwi, papryki, ziemniaków. Do codziennych posiłków warto też
wprowadzić natkę pietruszki, koperek czy dziką różę.
Żeby wzrosło przyswajanie żelaza, potrzeba minimum 500 mg witaminy C.

CYNK

Wchodzi w skład aż 59 proc. enzymów, jest niezbędny do syntezy białek oraz kwasów
nukleinowych. Przyspiesza gojenie się ran. Niedobór powoduje zaburzenia smaku i węchu. Ma
istotne znaczenie przy profilaktyce przerostu gruczołu krokowego.

Dziennie człowiek potrzebuje około 12 mg cynku

. Znaczącym źródłem cynku są

mięso zwierząt,

ryby, ostrygi, jaja, drożdże piwne, warzywa i ziarna zbóż

CHROM

Wpływa – poprzez pobudzanie aktywności komórek trzustki – na produkcję insuliny, a więc
aktywnie uczestniczy w przemianach węglowodanów i stąd jego znaczenie w profilaktyce i leczeniu
cukrzycy.

Dzienne zapotrzebowanie na ten pierwiastek wynosi dla dorosłych (w zależności od

źródeł) 50 do 200 μg

. Pokarmy pozwalające uzupełnić niedobory chromu to

drożdże piwne,

brokuły, sok winogronowy, mięso indycze i owoce morza

KOBALT

Jest potrzebny do tworzenia witaminy B

. W przyrodzie występuje dość powszechnie,

rzadko więc mamy do czynienia z przypadkami jego niedoboru.
Najwięcej kobaltu zawierają

wątróbka, cynaderki i buraki

MANGAN

Wchodzi w skład wielu enzymów, inne zaś uaktywnia. Wpływa na przemiany tłuszczów i
cholesterolu oraz hormonów płciowych, reguluje pracę układu nerwowego.

Dzienne zapotrzebowanie mieści się między 2,5 a 5 mg

Mangan znajduje się w

ziarnach zbóż, orzechach, warzywach liściastych oraz w

herbacie

MIEDŹ

Jest niezbędna do wytwarzania krwinek czerwonych, bierze udział w tworzeniu kości.

Dzienne zapotrzebowanie na ten pierwiastek to 1,5 do 3 mg

Powszechnie występuje w większości produktów spożywczych, najwięcej miedzi
zawierają

warzywa i owoce

ZAPOTRZEBOWANIE I WYSTĘPOWANIE

Document Outline