Цинкат натрия: свойства и применение соединения

Цинкат натрия – удивительное химическое соединение, обладающее рядом уникальных особенностей. Этот материал находит применение в различных областях науки и техники, однако далеко не все знают о его свойствах и способах получения.

История открытия цинката натрия

Впервые цинкат натрия был получен в 1849 году немецким химиком Робертом Бунзеном в результате взаимодействия металлического цинка с гидроксидом натрия. Однако в то время еще не был установлен точный химический состав этого соединения.

В 1898 году профессор Токийского университета Дзедзи Иимура определил, что формула цинката натрия – Na2ZnO 2. Позже было выяснено, что в водных растворах на самом деле присутствует гидроксоцинкат натрия Na2[Zn(OH)4].

Химический состав и строение цинката натрия

Цинкат натрия представляет собой комплексный оксид, состоящий из атомов цинка, натрия и кислорода. Его молекулярная формула – Na2ZnO 2.

В кристаллической решетке атомы цинка находятся в тетраэдрическом окружении четырех атомов кислорода. Атомы натрия окружены шестью атомами кислорода, образуя октаэдры.

Физические и химические свойства цинката натрия

Цинкат натрия представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде с образованием щелочных растворов. Водные растворы цинката натрия состоят в основном из гидроксоцинката Na2[Zn(OH)4].

При нагревании происходит потеря кристаллизационной воды с образованием безводного цинката натрия Na2ZnO 2.

Цинкат натрия проявляет свойства сильного электролита, полностью диссоциируя в водных растворах на ионы Na+ и [Zn(OH)4]2−.

Получение цинката натрия

Существует несколько основных способов получения цинката натрия:

1. Растворение в гидроксиде натрия оксида цинка, гидроксида цинка или металлического цинка
2. Сплавление оксида цинка или гидроксида цинка с гидроксидом натрия
3. Электролиз водного раствора, содержащего ионы цинка и натрия

Наиболее распространенный метод – растворение оксида или гидроксида цинка в избытке горячего (90-100°C) водного раствора гидроксида натрия по реакции:

ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O

При этом образуется насыщенный раствор гидроксоцинката натрия, из которого затем можно выделить кристаллы цинката или оксоцинката натрия.

Также перспективным является электрохимический метод получения цинката натрия из водных растворов, содержащих соединения цинка и натрия.

Применение цинката натрия

Благодаря своим уникальным свойствам, цинкат натрия находит широкое применение в различных областях:

• Производство красителей, пигментов, катализаторов
• Гальванопокрытия
• Синтез органических соединений
• Аналитическая химия
• Ядерная энергетика

Особенно ценны свойства водных растворов цинката натрия, обладающих высокой щелочностью, электропроводностью и способностью растворять амфотерные оксиды металлов.

Перспективным направлением является использование цинката натрия в процессах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Цинкат натрия осаждает катионы металлов в форме труднорастворимых соединений.

Также велики перспективы применения цинката натрия в производстве аккумуляторов и химических источников тока.

Токсичность цинката натрия

Несмотря на широкое применение, цинкат натрия обладает умеренной токсичностью. Основной путь поступления токсичных веществ в организм при контакте с цинкатом натрия – пероральный и ингаляционный.

При проглатывании соединений цинката натрия возможно раздражение слизистых оболочек пищеварительного тракта, головные боли, тошнота. При вдыхании пыли цинката натрия отмечается раздражение дыхательных путей.

По степени воздействия на организм цинкат натрия относится к 3 классу опасности (умеренно опасные вещества).

Меры безопасности при работе с цинкатом натрия

При работе с цинкатом натрия необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Использование средств индивидуальной защиты (халат, перчатки, респиратор)
• Проведение работ в вытяжном шкафу
• Герметичная упаковка и маркировка емкостей с цинкатом натрия
• Регулярное проведение инструктажа по технике безопасности

При попадании цинката натрия на кожу необходимо промыть пораженный участок большим количеством воды. При попадании в глаза требуется немедленно промыть их под струей воды в течение 10-15 минут.

Хранение цинката натрия

Цинкат натрия хранят в плотно закрытой таре из инертных материалов, в сухом, прохладном и хорошо вентилируемом помещении при температуре не выше 25°С вдали от источников тепла и несовместимых веществ.

Несовместимые материалы: кислоты, перекиси, соли тяжелых металлов.

Срок годности цинката натрия составляет 1 год при соблюдении условий хранения. По истечении срока годности цинкат натрия подлежит утилизации в соответствии с СанПиНом.

Утилизация отходов цинката натрия

Отходы цинката натрия относятся к 3 классу опасности. Сброс отходов цинката натрия в канализацию запрещается.

Допустимы следующие способы обезвреживания и утилизации отходов цинката натрия:

1. Нейтрализация кислотой с получением нерастворимых солей цинка
2. Закачка в глубокие подземные горизонты
3. Включение в состав строительных материалов

Перспективы развития производства цинката натрия

В настоящее время основной объем производства цинката натрия приходится на предприятия Китая, США и Западной Европы.

Ожидается, что в ближайшие 10 лет потребление цинката натрия будет ежегодно расти на 3-5%. Это обусловлено расширением областей его применения.

Перспективным является создание опытно-промышленного производства цинката натрия в России с использованием отечественных технологий и оборудования.

Также возможно импортозамещение цинката натрия путем локализации производств в странах ЕАЭС.