თუთია

თუთია (ქიმიური სიმბოლო — Zn) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეოთხე პერიოდის, მეთორმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეორე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIბ) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 30, ატომური მასა — 65.38, tდნ — 419.53 °C, tდუღ — 907 °C, სიმკვრივე — 7.14 გ/სმ3. მყიფე გარდამავალი მოვარდისფრო-თეთრი ფერის ლითონი (ფერმკთალდება ჰაერზე, იფარება თუთიის ოქსიდის თხელი ფენით).
ისტორია
თუთიისა და სპილენძის შენადნობი — თითბერი — ცნობილი იყო ჯერ კიდევ ძველ საბერძნეთში, ძველ ეგვიპტეში, ინდოეთში (VII ს.), ჩინეთში (XI ს.). დიდი ხნის განმავლობაში ვერ ხერხდებოდა სუფთა ნივთიერების — თუთიის გამოყოფა. 1746 წელს ანდრეას სიგიზმუნდ მარგრაფმა შეიმუშავა წმინდა თუთიის მიღების ხერხი — მისი ჟანგის (ოქსიდის) გახურებით ნახშირთან ერთად უჰაერო სივრცეში თიხის ცეცხლგამძლე ჭურჭელში თუთიის ორთქლის შემდგომი კონდენსაციით მაცივრებში. სამრეწველო მოცულობით თუთიის გამოდნობა დაიწყო XVII საუკუნეში.
სახელწოდების წარმოშობა
სიტყვა «ცინკუმი» პირველად გვხვდება პარაცელსის შრომებში, რომელმაც უწოდა ამ ლითონს «zincum» ან «zinken» წიგნში Liber Mineralium II. ეს სიტყვა ალბათ მომდინარეობს სიტყვა -დან, რომელიც ნიშნავს «კბილანას» (ლითონური თუთიის კრისტალები ჰგავს ნემსებს).
ბუნებაში
თუთიის ყველაზე გავრცელებული მინერალია — სფალერიტი. მინერალის ძირითადი კომპონენტია — თუთიის სულფიდი ZnS, ამ მინერალში სხვადასხვაგვარი მინარევები ამ ნივთიერებას აძლევს სხვადასხვაგვარ ელფერს. სწორედ ამიტომ ამ მინერალს უწოდებენ მატყუარა თუთიას. მატყუარა თუთიას თვლიან პირველად მინერალად, საიდანაც წარმოიქმნებოდა თუთიის ყველა სხვა მინერალი: სმიტსონიტი ZnCO3, ცინკიტი ZnO, კალამინი 2ZnO · SiO2 · Н2O. ალთაის მთებში ხშირად გვხვდება ზოლებიანი მადანი — მატყუარა თუთიისა და შპატის ნარევი.
დედამიწის ქერქში მასის მიხედვით თუთიის შემცველობა არის — 8,3%, ამოფრქვეულ ქანებში მისი შემცველობა შედარებით მეტია (1,3%), ვიდრე მჟავე ნიადაგებში (6%). ცნობილია თუთიის 66 მინერალი, მათ შორის ყველაზე მნიშვნელოვანია — ცინკიტი, სფალერიტი, ვილემიტი, კალამინი, სმიტსონიტი, ფრანკ-ლინიტი ZnFe2O4. თუთია — ენერგიული წყლის მიგრანტია, განსაკუთრებულად დამახასიათებელია მისი მიგრაცია თერმულ წყლებში ტყვიასთან ერთად. ამ წყლებიდან ილექება თუთიის სულფიდები, რომელსაც გააჩნია სამრეწველო მნიშვნელობა. თუთია ასევე ენერგიულად მიგრირებს გრუნტის წყალქვეშა წყლებში, მის მთავარ დამლექავს წარმოადგენს H2S, უფრო ნაკლებ როლს ასრულებს თიხით სორბცია და სხვა პროცესები. თუთია — მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური ელემენტია, ცოცხალ ნივთიერება შეიცავს საშუალოდ 5% თუთიას, თუმცა არის ორგანიზმი-კონცენტრატები (მაგალითად, ზოგიერთი სახის ია).
საბადოები
თუთიის საბადოები ცნობილია ავსტრალიაში და ბოლივიაში.
მიღება
თუთია ბუნებაში როგორც თვითნაბადი ლითონი არ გვხვდება. თუთიას მოიპოვებენ პოლიმეტალური მადნებიდან, რომლებიც შეიცავს 1-4 % Zn სულფიდის სახით, ასევე Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. მადანს ამდიდრებენ სელექტური ფლოტაციით, რის შედეგადაც იღებენ თუთიის და მასთან ერთად ტყვიის, სპილენძის, და ზოგჯერ პირიტის კონცენტრატებს. თუთიის კონცენტრატს მოწვავენ ღუმელებში, სადაც თუთიის სულფიდები გადაჰყავთ ოქსიდში ZnO; ამასთან წარმოქმნილი გოგირდოვანი აირი SO2 იხარჯება გოგირდმჟავის წარმოებისთვის. ZnO ოქსიდიდან სუფთა თუთიას მიიღებენ ორი ხერხით. პირომეტალურგიული (დისტილაციური) ხერხით, რომელიც თავიდანვე იყო მიღებული, გახურებულ გამომწვარ კონცენტრატს ღუმელში მარცვლოვან სტრუქტურამდე ამყოფებენ, ხოლო შემდეგ აღადგენენ ნახშირით ან კოქსით 1200—1300 °C-ზე: ZnO + С = Zn + CO. ამ დროს წარმოქმნილი ლითონის ორთქლს აკონდენსირებენ და ასხამენ. თავიდან აღდგენას აწარმოებდნენ გამომწვარი თიხის რეტორტებში, რომელსაც ხელით ემსახურებოდნენ, მოგვიანებით დაიწყეს ვერტიკალური მექანიკური კარბორუნდის რეტორტების გამოყენება, შემდგომში — ელექტრო ღუმელები; ტყვია-თუთიის კონცენტრატებიდან თუთიას მიიღებენ ელექტრო ღუმელებში. მწარმოებლობა თანდათანობით იზრდებოდა მაგრამ იზრდებოდა მინარევებიც 3 %-მდე, მათ შორის ძვირადღირებული კადმიუმიც. დისტილაციურ თუთიას წმინდავენ ლიკვაციით (ანუ თხევადი ლითონის რკინისა და ტყვიის გამოყოფით 500 °C-ზე), სადაც აღწევენ 98,7 %-იან სიწმინდეს. უფრო რთული და ძვირი გაწმენდის რექტიფიკაციის გამოყენების შემთხვევაში უფრო წმინდა 99,995 %-იან თუთიას იძლევა კადმიუმის გამოყოფის საშუალებას.
თუთიის მიღების ძირითადი ხერხია — ელექტროლიტური (ჰიდრომეტალურგიული) ხერხი. გახურებულ გამომწვარ კონცენტრატს ამუშავებენ გოგირდმჟავათი; მიღებულ სულფატურ ხსნარს წმენდენ მინარევებისაგან და აბაზანებში ახდენენ მის ელექტროლიზს. თუთია ჯდება ალუმინის კათოდზე, საიდანაც მას ყოველდღე აცილებენ და ადნობენ ინდუქციურ ღუმელებში. ჩვეულებრიბ ელექტროლიტური თუთიის სიწმინდეა 99,95 %, კონცენტრატიდან მისი გამოყოფის პროცენტია (ნარჩენების გადამუშავების გათვალისწინებით) 93-94 %. წარმოების ნარჩენებისაგან მიიღებენ თუთიის სულფატს, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; ასევე ზოგჯერ In, Ga, Ge, Tl.
ფიზიკური თვისებები
სუფთა სახით თუთია - საკმაოდ პლასტიკური მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია. გააჩნია ჰექსაგონალური მესერი რომლის პარამეტრებია а = 0,26649 ნმ, с = 0,49431 ნმ, სივრცული ჯგუფი - P 63/mmc, Z = 2. ოთახის ტემპერატურის პირობებში მყიფეა, თუთიის ფირფიტის გადაღუნვისას ისმის კრისტალიტების ხახუნის ტკაცანი (ჩვეულებრივ უფრო მაღალია, ვიდრე «კალის ძახილი»). 100—150 °C-ის დროს თუთია პლასტიკურია. მინარევები, თუნდაც უმნიშვნელო მკვეთრად ზრდის თუთიის სიმყიფეს. თუთიაში საკუთარი მუხტის მატარებლების კონცენტრაციაა 13,1 მ−3
ქიმიური თვისებები
თუთია ტიპური ამფოტერული ლითონია. სტანდარტული ელექტროდული პოტენციალია −0,76 ვ, სტანდარტული პოტენციალების რიგში დგას რკინამდე.
ჰაერზე თუთია იფარება ოქსიდის ZnO-ს თხელი ფენით. ძლიერი გახურებისას იწვის ამფოტერული თეთრი ფერის ოქსიდის ZnO-ს წარმოქმნით:
2Zn + O2 = 2ZnO.
თუთიის ოქსიდი რეაგირებს როგორც მჟავეების ხსნარებთან:
ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
ისე ტუტეების ხსნარებთან:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2О,
ჩვეულებრივი სიწმინდის თუთია აქტიურად რეაგირებს მჟავეების ხსნარებთან:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑,
Zn + H2SO4(გაზავ.) = ZnSO4 + H2↑
და ტეტეების ხსნარებთან:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑,
ჰიდროქსოცინკატების წარმოქმნით. ძალიან წმინდა თუთია მჟავეებისა და ტუტეების ხსნარებთან არ რეაგირებს. ურთიერქმედება იწყება სპილენძის სულფატის CuSO4 ხსნარის რამდენიმე წვეთის დამატებით.
გახურებისას თუთია რეაგირებს ჰალოგენებთან ჰალოგენიდების წარმოქმნით ZnHal2. ფოსფორთან თუთია წარმოქმნის ფოსფიდებს Zn3P2 და ZnP2. გოგირდთან და მის ანალოგებთან — სელენთან და ტელურთან - სხვადასხვაგვარ ჰალკოგენიდების წარმოქმნით, ZnS, ZnSe, ZnSe2 და ZnTe.
წყალბადთან, აზოტთან, ნახშირბადთან, სილიციუმთან და ბორთან თუთია უშუალოდ არ რეაგირებს. ნიტრიდს Zn3N2 მიიღებენ თუთიისა და ამიაკის ურთიერთქმედებით 550—600 °C ტემპერატურის პირობებში.
წყლის ხსნარებში თუთიის იონები Zn2+ წარმოქმნიან აკვაკომპლექსებს [Zn(H2O)4]2+ და [Zn(H2O)6]2+.
გამოყენება
წმინდა ლითონური თუთია გამოიყენება კეთილშობილი ლითონების აღსადგენად, რომლებსაც იღებენ მიწისქვეშა გატუტებით (ოქრო, ვერცხლი). ამას გარდა, თუთია გამოიკენება ვერცხლისა და ოქროს გამოსაყოფად (და სხვა ლითონების) შავი ტყვიიდან, თუთიის ინტერმეტალიდების სახით ვერცხლთან და ოქროსთან (ე.წ. «ვერცხლის ქაფი»), რომელიც შემდგომ მუშავდება აფინაჟის ჩვეულებრივი მეთოდებით.
გამოიყენება ფოლადის დასაცავად კოროზიისაგან (მექანიკური ზემოქმედებისაგან თავისუფალი ზედაპირების მოთუთიება, ან მეტალიზაცია — ხიდებისათვის, ტანკების, მეტალოკონსტრუქციებში).
თუთია გამოიყენება როგორც უარყოფითი ელექტროდის მასალა დენის ქიმიურ წყაროებში, ანუ ბატარეებში და აკუმულატორებში, მაგალითად: მანგანუმ-თუთიის ელემენტი, ვერცხლი-თუთიის აკუმულატორი (ემძ 1,85 ვ, 150 ვტ·სთ/კგ, 650 ვტ·სთ/დმ³, მცირე წინაღობა და კოლოსალური განმუხტვის დენი) ვერცხლისწყალი-თუთიის ელემენტი (ემძ 1,35 ვ, 135 ვტ·სთ/კგ, 550—650 ვტ·სთ/დმ³), ქრომ-თუთიის ელემენტი, თუთია-ქლორვერცხლის ელემენტი, ნიკელ-თუთიის აკუმულატორი (ემძ 1,82 ვოლტი, 95—118 ვტ·სთ/კგ, 230—295 ვტ·სთ/დმ³), ტყვია-თუთიის ელემენტი, თუთია-ქლორის აკუმულატორი, თუთია-ბრომის აკუმულატორი და სხვა.
ძალიან მნიშვნელოვანია თუთიის როლი თუთია-ჰაერის აკუმულატორებში, რომლებიც გამოირჩევიან კამაოდ მაღალი კუთრი ენერგოტევადობით. ისინი პერსპექტიულნი არიან ძრავების დასაქოქად (ტყვიის აკუმულატორი — 55 ვტ·სთ/კგ, თუთია-ჰაერის — 220—300 ვტ·სთ/კგ) და ელექტრომობილებისათვის (გარბენი 900 კმ-მდე).
თუთია შედის ბევრი სარჩილავი მასალის შემადგენლობაში მათი დნობის ტემპერატურის დასაწევად.
თუთიის ჟანგი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში როგორც ანტისეპტიკური საშუალება და ანთების საწინააღმდეგო საშუალება. ასევე თუთიის ჟანგი გამოიყენება საღებავების — თუთიის მათეთრებელის წარმოებისათვის.
თუთია — თითბერის მნიშვნელოვანი შემადგენელი კომპონენტია. თუთიის ალუმინის და მაგნიუმის შენადნობები (თამ, ZAMAK) შედარებით მაღალი მექანიკური და ძალიან მაღალი სამსხმელო თვისებებით ფართოდ გამოიყენება მანქანათმშენებლობაში ზუსტი ჩამოსხმისათვის. კერძოდ, იარაღის წარმოებაში, შენადნობიდან ZAMAK (-3, -5) ზოგჯერ ასხამენ ფისტოლეტის ჩამკეტს, განსაკუთრებულად გათვლილს სუსტ ან ტრავმატულ ვაზნებზე. ასევე თუთიის შენადნობებისგან ასხამენ ყველანაირ ტექნიკურ ფურნიტურას, როგორიცაა ავტომობილის სახელურები, კარბურატორის კორპუსები, მასშტაბური მოდელები და სხვადასხვაგვარი მინიატურები, ასევე სხვა ნაკეთობებისათვის, რომლებიც საჭიროებენ ზუსტ ჩამოსხმას დასაშვები სიმტკიცის პირობებში.
თუთიის ქლორიდი — მნიშვნელოვანი ფლუსია ლითონის მასალების სარჩილავად და კომპონენტია ფიბრის წარმოებაში.
თუთიის სულფიდი გამოიყენება დროებითი ქმედების ლუმინოფორების და სხვადასხვაგვარი ლუმინესცენტების (ZnS და CdS-ის ნარევის საფუძველზე) სინთეზისათვის. თუთიისა და კადმიუმის სულფიდების საფუძველზე არსებობს ლუმინოფორები, რომლებიც გამოიყენება ელექტრონულ მრეწველობაში მოქნილი მნათი პანელების და ეკრანების დამზადებაში როგორც ელექტროლუმინოფორები.
თუთიის ტელურიდი, სელენიდი, ფოსფიდი და სულფიდი - ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარებში.
თუთიის სელენიდი გამოიყენება ძალიან დაბალი შთანთქმის კოეფიციენტის მქონე ოპტიკური მინის დასამზადებლად საშუალო ინფრაწითელ დიაპაზონში, მაგალითად ნახშირორჟანგის ლაზერებში.
თუთიის სხვადასხვა გამოყენებაზე მოდის:
მოთუთიება — 45-60 %
მედიცინა (თუთიის ოქსიდი როგორც ანტისეპტიკი) — 10 %
შენადნობების წარმოება — 10 %
საბურავების წარმოებაში — 10 %
ზეთის საღებავებში — 10 %
მსოფლიო წარმოება
მსოფლიოში თუთიის წარმოება 2009 წელს შეადგინა 11,277 მლნ ტ, რაც 3,2 %-ით ნაკლებია ვიდრე 2008 წ.
თუთიის მწარმოებელი ქვეყნების სია 2006 წელს («აშშ-ის გეოლოგიური კვლევების» საფუძველზე):
ბიოლოგიური როლი
თუთია:
საჭიროა სპერმის და მამაკაცის ჰორმონების წარმოქმნისათვის
საჭიროა ვიტამინი E-ს მეტაბოლიზმისათვის, რომელიც წარმოადგენს სქესობრივი ჰორმონების წინამორბედს და ერთვება ტესტოსტერონის წარმოებაში.
მნიშვნელოვანია პროსტატის ნორმალური მოქმედებისათვის.
მონაწილეობს ორგანიზმში სხვადასხვა ანაბოლიტიკური ჰორმონების სინთეზში, მათ შორის ინსულინის, ტესტოსტერონის და ზრდის ჰორმონის.
საჭიროა ორგანიზმში ალკოჰოლის დაშლისათვის, რადგანაც შედის ალკოჰოლდეჰიდროგენაზების შემადგენლობაში.
კვების პროდუქტებში თუთიის შემცველობა
პროდუქტებს შორის რომლებსაც ადამიანი იყენებს საკვებად, ყველაზე მეტ თუთიას შეიცავს — ხამანწკა. თუმცა გოგრა, კვახი თუთიას შეიცავს 26 %-ით ნაკლებს ვიდრე ხამანწკა. მაგალითად, თუკი შეჭამთ 45 გრამ ხამანწკას ადამიანი მიიღებს იმდენივე თუთიას, რამდენსაც შეიცავს 60 გრამი გოგრის თესლი. პრაქტიკულად ყველა პურის მარცვლეული შეიცავს თუთიის საკმარის რაოდენობას და ადვილად ათვისებად ფორმაში. ამიტომაც, ადამიანის ორგანიზმის ბიოლოგიურ მოთხოვნილებას თუთიაზე მთლიანად აკმაყოფილებს მარცვლეული კულტურების მოხმარება კვებაში.
თუთიის შემცველობა:
~0,25 მგრ/კგ — ვაშლი, ფორთოხალი, ლიმონი, ლეღვი, გრეიფრუტი, ყველა ხორციანი ხილი, მწვანე ბოსტნეული კულტურები, მინერალური წყალი.
~0,31 მგრ/კგ — თაფლი.
~2—8 მგრ/კგ — ჟოლო, შავი მოცხარი, ფინიკი, ბოსტნეულის უმრავლესობა, ზღვის თევზების უმრავლესობა, მჭლე საქონლის (ძროხის) ხორცი, რძე, გაწმენდილი ბრინჯი, ჩვეულებრივი და შაქრის ჭარხალი, სატაცური, ნიახური, პომიდორი, კარტოფილი, თალგამი ზამთრის ბოლოკი, პური.
~8—20 მგრ/კგ — ზოგირთი მარცვლეული კულტურა, საფუარი, ხახვი, ნიორი, გაუწმინდავი ბრინჯი, კვერცხი.
~20—50 მგრ/კგ — შვრიის და ქერის ფქვილი, კაკაო, ბადაგი, კვერცხის გული, ბოცვერის და წიწილის ხორცი, კაკალი, ბარდა, ლობიო, ოსპი, მწვანე ჩაი, მშრალი საფუარი, კალმარები.
~30—85 მგრ/კგ — საქონლის ღვიძლი, თევზის ზოგი სახეობა.
~130—202 მგრ/კგ — ხორბლის ქატო, აღმოცენებული ხორბლის მარცვლები, გოგრის თესლი, მზესუმზირის თესლი.
თუთიის დეფიციტის ძირითადი გამოვლინება
თუთიის ნაკლებობა ორგანიზმში იწვევს მთელ რიგ ფუნქციის მოშლილობას. მათ შორის გაღიზიანებას, მოთენთილობას, დაღლილობას, მეხსიერების დაკარგვას, დეპრესიულ მდგომარეობას, თვალთახედვის დაქვეითებას, სხეულის მასის შემცირებას, ზოგი ელემენტის დაგროვებას ორგანიზმში (რკინის, სპილენძის, კადმიუმის, ტყვიის), ინსულინის დონის დაწევას, ალერგიულ დაავადებებს, ანემიას და სხვას.
თუთიის შემცველობის შესაფასებლად ორგანიზმში განსაზღვრავენ მის შემცველობის რაოდენობას თმებში, სისხლში ან მის შრატში.
ტოქსიკურობა
ორგანიზმში დიდი ხნის განმავლობაში დიდი რაოდენობით თუთიის მარილების, განსაკუთრებულად სულფატების და ქლორიდების მიღებამ, შეიძლება გამოიწვიოს მოწამლვა Zn2+-ის იონების ტოქსიკურობის გამო. ZnSO4-ის თუთიის სულფატის 1 გრამი საკმარისია, რათა გამოიწვიოს მოწამლვის მძიმე ფორმა. ყოფაცხოვრებაში თუთიის ქლორიდები, სულფატები და ოქსიდები შეიძლება წარმოიქმნან საკვები პროდუქტების თუთიის ან მოთუთიებულ ჭურჭელში შენახვისას.
ZnSO4-ით მოწამლვა იწვევს სისხლის ანემიას, ზრდის შეფერხებას და უშვილობას.
თუთიის ოქსიდით მოწამლვა ხდება მისი ორთქლის ჩასუნთვის გამო. ის ვლინდება პირში მოტკბო გემოს გაჩენით, აპეტიტის დაქვეითებით ან სრული გაქრობით, ძლიერი წყურვილით. ჩნდება დაღლილობა, მოთენთილობა, მკერდის არეში შებოჭვა დაწოლითი ტკივილით, მძინარობა და მშრალი ხველა.
იხილეთ აგრეთვე
თუთიის გამომდნობი ქვეყნების სია
ცინკატები
რესურსები ინტერნეტში
თუთია Webelements-ზე
თუთია ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
თუთია და თუთიის ანოდები
სქოლიო