Гидроксид цинка

Zn(OH)₂

Гидроксид цинка — ярко выраженный амфотерный гидроксид.

Видеофрагмент: «Получение гидроксида цинка»

Получение: к раствору хлорида цинка приливаем раствор гидроксида натрия.

Внешний вид: белый гелеобразный осадок.

Физические свойства

Гидроксид цинка представляет собой соединение с ярко выраженными амфотерными свойствами, чьи физические характеристики определяются уникальным сочетанием электронной структуры и особенностей кристаллического строения. Материал демонстрирует сложное полиморфное поведение, существующее в нескольких кристаллических модификациях, каждая из которых обладает специфическими физико-химическими параметрами.

Термическое поведение гидроксида цинка характеризуется сложной картиной фазовых превращений. Дифференциальный термический анализ выявляет две последовательные эндотермические стадии дегидратации:

1. Удаление адсорбированной воды при 80-120°C
2. Разложение с образованием ZnO в интервале 125-180°C
   Калориметрические измерения определяют энтальпию дегидратации как 108 кДж/моль, что согласуется с теоретическими расчетами ab initio.

Магнитные свойства Zn(OH)₂ обусловлены наличием парамагнитных дефектов и примесей. Чистые образцы проявляют диамагнитное поведение, однако, при наличии кислородных вакансий наблюдается слабый парамагнетизм.

Получение

1. Ионный обмен с выпадением нерастворимого гидроксида

2. Разложение гидроксокомплексов при разведении

3. Ионный обмен с выпадением осадка

Применение

Гидроксид цинка занимает особое место в современной материаловедении благодаря уникальному сочетанию амфотерных свойств, контролируемой растворимости и способности к структурным превращениям. Его применение охватывает широкий спектр промышленных и научных областей, где ключевую роль играют как фундаментальные химические свойства, так и специфические физические характеристики этого соединения.

В области функциональных материалов Zn(OH)₂ служит важным прекурсором для синтеза широкого класса цинксодержащих соединений. Термическая обработка при контролируемых условиях позволяет получать наноразмерный ZnO с заданной морфологией, что особенно востребовано в производстве:

• Пьезоэлектрических преобразователей, где ориентация кристаллов существенно влияет на коэффициент электромеханической связи
• Прозрачных проводящих покрытий с сопротивлением 10⁻³–10⁻⁴ Ом·см
• Люминофоров, демонстрирующих квантовый выход до 85% в видимой области спектра

Процесс термического разложения описывается уравнением:
Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O (ΔH = +108 кДж/моль)
Кинетика превращения существенно зависит от кристаллографической ориентации частиц, что позволяет управлять текстурой получаемого оксида.

В электрохимических системах гидроксид цинка находит применение в нескольких ключевых направлениях:

1. В цинк-воздушных аккумуляторах как промежуточная форма при регенерации электродов
2. В щелочных батареях для стабилизации цинкового анода
3. В суперконденсаторах на основе гибридных Zn(OH)₂/графеновых материалов

Каталитические применения Zn(OH)₂ основаны на его способности образовывать активные поверхностные комплексы. Материал демонстрирует исключительную эффективность в:

• Фотокаталитическом разложении органических загрязнителей (конверсия >90% за 60 мин)
• Синтезе метанола из CO₂ (селективность 75-80%)
• Окислении углеводородов при мягких условиях

В медицинских технологиях Zn(OH)₂ применяется благодаря своей биосовместимости и контролируемому высвобождению ионов цинка. Основные направления включают:

• Антимикробные покрытия с эффективностью против S. aureus >99,9%
• Системы доставки лекарств с pH-зависимым высвобождением
• Стоматологические цементы с временем схватывания 5-7 мин

Экологические применения основаны на исключительной сорбционной способности материала. Zn(OH)₂ эффективно удаляет:

• Тяжелые металлы (емкость по Pb²⁺ достигает 3,2 ммоль/г)
• Фосфат-ионы (до 98% при pH 6,5-7,5)
• Органические красители (адсорбция до 1,1 г/г)