sink

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eignir
Almennt
Nafn , tákn , atómnúmer Sink, Zn, 30
Þáttaflokkur Umskipti málmar
Hópur , tímabil , blokk 12 , 4 , d
Útlit bláleit fölgrá
CAS númer

7440-66-6

EB númer 231-175-3
ECHA InfoCard 100.028.341
ATC kóða

A12 CB

Massahluti af umslagi jarðar 0,012% [1]
Atomic [2]
Frumeindamassi 65.38 (2) [3] og
Atómradíus (reiknað) 135 (142) síðdegis
Samgildur radíus 122 síðdegis
Van der Waals radíus 139 síðdegis
Rafeindastilling [ Ar ] 3 d 10 4 s 2
1. Jónandi orka 9 . 394 197 (6) eV [4] ≈ 906 4 kJ / mól [5]
2. Jónandi orka 17. 96439 (25) eV [4] ≈ 1733. 3 kJ / mól [5]
3. Jónandi orka 39 . 72330 (12) eV [4] ≈ 3 832 . 71 kJ / mól [5]
4. Jónandi orka 59 . 573 (19) eV [4] ≈ 5747. 9 kJ / mól [5]
5. Jónandi orka 82 . 6 (9) eV [4] ≈ 7 970 kJ / mól [5]
Líkamlegt [2]
Líkamlegt ástand fastur
Kristal uppbygging sexhyrndur
þéttleiki 7.14 g / cm3 (25 ° C ) [6]
Mohs hörku 2.5
segulmagn segulmagnaðir ( Χ m = -1,6 · 10 −5 ) [7]
Bræðslumark 692,68 K (419,53 ° C)
suðumark 1180 K [8] (907 ° C)
Molar rúmmál 9,16 10 −6 m 3 mól −1
Uppgufunarhiti 115 kJ / mól [8]
Hiti í samruna 7,4 [9] kJ · mól −1
Hraði hljóðs 3700 m s −1
Sértæk hitaþol 388 [1] J · kg −1 · K −1
Rafleiðni 16.7 · 10 6 A · V −1 · m −1
Hitaleiðni 120 W m −1 K −1
Efnafræði [2]
Oxunarástand 2
Eðlilegir möguleikar −0.7926 V (Zn 2+ + 2 e - → Zn)
Rafeindavald 1,65 ( Pauling kvarði )
Samsætur
samsætu NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP
64 seðlar 48,6 % Stöðugt
65 seðlar {samn.} 244,06 d β + 1.352 65 kú
66 skýringar 27,9% Stöðugt
67 seðlar 4,1% Stöðugt
68 seðlar 18,8% Stöðugt
69 seðlar {samn.} 56,4 mín β - 0,906 69 Ga
70 seðlar 0,6% Stöðugt
Fyrir aðrar samsætur, sjá lista yfir samsætur
NMR eiginleikar
Snúningur
Quantum
númer I		 γ í
rad · T −1 · s −1		 E r ( 1 H) f L kl
W = 4,7 T
í MHz
67 seðlar 5/2 1.677 · 10 7 0.000118 6.26
öryggisleiðbeiningar
GHS merkingar hættulegra efna úr reglugerð (EB) nr. 1272/2008 (CLP) , [11] stækkuð ef þörf krefur [10]

duft

02 - Mjög / afar eldfimt 09 - Hættulegt fyrir umhverfið

hættu

H og P setningar H: 250 - 260 - 410
P: 222 - 210 - 231 til 232 - 280 - 370+ 378 - 273 [10]
Eftir því sem unnt er og venja er SI einingar notaðar.
Nema annað sé tekið fram gilda gögnin um staðlaðar aðstæður .

Sink er efnafræðilegur þáttur með frumstákninu Zn og lotukerfinu 30. Sink er talið meðal umskipti málma , en hefur sérstaka stöðu í því vegna þess að eiginleikar þess eru líkari basískum jarðmálmum vegna lokaðrar d-skeljar . Samkvæmt gamaldags manntali er sinkhópurinn nefndur 2. undirhópur (hliðstætt jarðalkalímálmum sem 2. aðalhópurinn ), samkvæmt núverandi IUPAC flokkun, myndar sink hópur 12 með kadmíum , kvikasilfri og copernicium, sem er á eingöngu við í rannsóknum á bláhvítu brothættum málmi og er meðal annars notað til að galvanisera járn og stálhluta sem og fyrir þakrennur. Sink er nauðsynlegt fyrir allar lífverur og er hluti af mikilvægum ensímum . Nafnið sink kemur frá Zinke, Zind („tann, punktur“), þar sem sink storknar í formi punkts.

saga

Sink var þegar notað sem málmblendi í kopar í fornu fari. Hins vegar var sink ekki uppgötvað og unnið sem sjálfstætt málm fyrr en á 14. öld [12] á Indlandi og kopar frá 17. öld. [13] Galmei var bræða í kopar garðinum byggð á Kassel í 1679. Árið 1743 var fyrsta sink álverið opnað í Bristol . Aðrir komu fram í Efra -Silesíu á 19. öld, e. B. Georg von Giesche eða arftakafyrirtæki þess, á Aachen - Liège svæðinu sem og í Efra -Saxlandi og Westfalen . Á Ruhr svæðinu voru fyrstu skálarnir reistir í Mülheim an der Ruhr árið 1845 og í Borbeck (nú Essen) árið 1847.

Gerast

Sink er tiltölulega algengt frumefni á jörðu með innihald 0,0076% (eða 76 ppm [6] ) í jarðskorpunni . Ef þú pantar frumefnin eftir tíðni er hún í 24. sæti. [6] Það er algengara en kopar eða blý . Þó sink sé sjaldan virðulegt áður, en sem steinefni venjulega viðurkennt. [14] Hingað til eru um 30 skráðar síður fyrir móðurmáls sink þekktar. [15]

Sink finnst aðallega bundið í málmgrýti . Algengustu málmgrýti sem skipta mestu máli fyrir sinkframleiðslu eru sinksúlfíðmalm . Þessir koma náttúrulega annaðhvort sem sphalerite eða wurtzite og innihalda um 65% sink. Annar sink málmgrýti er Calamine , sem vísar í senn smithsonite (einnig sínk silfurbergi) ZnCO 3 (um það bil. 52% sinki) og willemite Zn2 * [SiO-4] [16] . [17] Það eru einnig rarer sink steinefni, svo sem zincite (einnig rautt sink málmgrýti) ZnO (um það bil. 73% sink), hemimorphite Z n 4 (OH) 2 [Si 2 O 7] (54% sink), adamin Zn2 * ( AsO 4 ) (OH) (u.þ.b. 45% sink), minrecordite CaZn [CO 3 ] 2 (um það bil 29% sink) og franklinít (Zn, Fe, Mn) (Fe 2 Mn 2 ) O 4 (16% sink) . Alls eru yfir 300 sink steinefni þekkt (eins og frá og með 2010). [18]

Miklar innistæður eru til í Norður -Ameríku (Bandaríkjunum, Kanada), Ástralíu, Alþýðulýðveldinu Kína og Kasakstan. Það voru einnig sinkmalminnstæður í Þýskalandi, til dæmis í Brilon , á Eschweiler-Stolberg svæðinu í Rínarlandi , á Rammelsberg í Harz fjöllunum , Freiberg eða nálægt Ramsbeck í Sauerland . Yfir jörðu má finna sjaldgæfar plöntur á þessum svæðum sem vaxa sérstaklega vel á sinkríkum jarðvegi, svo sem gulu kalamínagnirnar , sem er kennd við gamla nafnið á sinkgrýti, smithsonite ( calamine ).

Ríki með mesta fjármagnið

Rosh Pinah náman í Namibíu (námuvinnsla á sinki / blýgrýti) Heimstákn
Zink Mine Scorpion, Namibíu Heimstákn

Sinkmalm er aðallega unnið í Alþýðulýðveldinu Kína , Ástralíu , Perú , Indlandi , Bandaríkjunum , Mexíkó og Kanada . Í Evrópu eru sumar sinknámur enn virkar á Írlandi , Póllandi , Finnlandi , Búlgaríu og Svíþjóð . Heildarframleiðsla á sinki nam 13,4 milljónum tonna árið 2015, önnur 14 milljónir tonna fengust úr endurvinnslu . [19] Mikilvægasta fyrirtækið til að endurheimta sink er svissneski Nyrstar .

Sinkmalmframleiðsla í þúsundum tonna (2017) [20]
staða landi fjárhagslegur stuðningur Varasjóðir
1 Alþýðulýðveldið Kína Alþýðulýðveldið Kína Alþýðulýðveldið Kína 5.100 41.000
2 Perú Perú Perú 1.400 28.000
3 Ástralía Ástralía Ástralía 1.000 64.000
4. Bandaríkin Bandaríkin Bandaríkin 730 9.700
5 Mexíkó Mexíkó Mexíkó 680 20.000
6. Kasakstan Kasakstan Kasakstan 360 13.000
7. Kanada Kanada Kanada 340 5.400
8. Svíþjóð Svíþjóð Svíþjóð 260 3.800

Útdráttur og framsetning

Sink er aðallega fengin úr sink súlfíð málmgrýti. Til að nota þetta verður fyrst að breyta þeim í sinkoxíð. Þetta er gert með því að steikja í loftinu. Til viðbótar við sinkoxíðið myndast mikið magn af brennisteinsdíoxíði sem hægt er að vinna frekar að brennisteinssýru .

Ef Smithsonite er notað sem hráefni er hægt að gera þetta með því að brenna með losun koldíoxíðs .

Blautur (rafefnafræðilegur) og þurr (málmvinnslu) útdráttur af sinki

Hægt er að framkvæma frekari vinnslu með tveimur mögulegum aðferðum, blautu og þurru aðferðinni. Í dag fæst aðeins um 10% af sinkmagni heimsins með þurru ferli . [21] The sink oxíð er blandað saman við fínt möluðu kolum og hitað í a aðdáandi skafti bræðsluofni (Imperial beint niður í bræðsluofninn) til að 1100-1300 ° C [22] . Í því ferli myndast kolmónoxíð upphaflega. Þetta dregur síðan úr sinkoxíðinu í málm sink. Samkvæmt jafnvægi í Boudouard myndast kolmónoxíð úr koldíoxíðinu sem myndast.

Minnkun á sinki
Boudouard jafnvægi

Þar sem hitastig í ofninum er yfir suðumarki sink, sleppir sinkið sem gufu efst í ofninum. Nú er blýi úðað þarna inn og sinkið þéttist út.

Hrásinkið sem myndast inniheldur mikið magn óhreininda, einkum blý, járn og kadmíum . Hráa sinkið er hægt að hreinsa frekar með brotinni eimingu . Á fyrsta stigi er hráafurðin hituð á þann hátt að aðeins sink og kadmíum gufa upp en járn og blý eru eftir. Hægt er að aðskilja kadmíum og sink við hvert annað með þéttingu. Sink þéttist við hærra hitastig og myndar 99,99% hreint sink. Kadmíum er rokgjarnara og er safnað á annan stað en kadmíumryk. Sem aukaafurð eimingarinnar er fínt duftformað sink, þekkt sem sinkryk, framleitt . [23]

Blautt ferli er notað þegar ódýrari rafmagn er í boði. Fyrir ferlið er hráa sinkoxíðið leyst upp í þynntri brennisteinssýru. Óhreinindi frá göfgari málmum eins og kadmíum falla út með sinkdufti. Síðan er lausnin að nota blýskauta og álskautsskaut rafgreint . Eins og með þurrferlið, þá myndast 99,99% hreint rafgreiningarsink við bakskautið.

eignir

Líkamlegir eiginleikar

Sink er bláhvítt grunnmálmur sem er frekar brothætt við stofuhita og yfir 200 ° C. Hins vegar er það á milli 100 og 200 ° C frekar sveigjanlegt og auðvelt að afmynda það. Brot hennar er silfurhvítt. Sink kristallast í sexhyrndum lokuðum kúlum . Hins vegar er þetta teygt hornrétt á kúlulaga lögin, fjarlægðin milli sinkatómanna er aðeins frábrugðin (í einu lagi 264,4 pm, milli laganna 291,2 pm [22] ).

Efnafræðilegir eiginleikar

Í loftinu myndar sink veðurþolið hlífðarlag úr sinkoxíði og karbónati (Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 ). Þess vegna, þrátt fyrir fágæta eiginleika þess, er það notað sem tæringarvörn ( galvaniseruðu járn). Sink leysist upp í sýrum með myndun sink (II) sölta og í basa við myndun sinkats , [Zn (OH) 4 ] 2− . Undantekning er sink með mjög mikla hreinleika (99,999%), sem hvarfast ekki við sýrur. Nær undantekningalaust er sink til staðar í efnasamböndum þess í + II oxunarástandi .

Efnafræðilega er sink einn af grunnmálmunum ( redox möguleiki -0,763 volt). Þetta er hægt að nota, til dæmis, til að aðgreina fleiri eðalmálma úr söltum þeirra af Elemental lækkun , eins og sýnt er hér með því að nota dæmi um ummyndunina á koparsalts :

Í duftformi er sink sjálfkveikjandi (pyrophoric) fast efni. Við stofuhita getur það hitnað í loftinu án þess að nota orku og að lokum kviknað í. Viðbúnaður til að kveikja fer meðal annars mjög mjög eftir kornastærð og dreifingarstigi. Við snertingu við vatn myndar sinkduft eldfimar lofttegundir sem geta kviknað af sjálfu sér. [10]

Samsætur

31 samsætur frá Zn 54 til Zn 85 og ellefu kjarnorkuhverfur eru þekktar af sinki. [24] Þar af fimm, samsæturnar 64 Zn, 66 Zn, 67 Zn, 68 Zn og 70 Zn, eru stöðugar og náttúrulegar. Það eru engar geislavirkar náttúrulegar samsætur. Algengasta samsætan er 64 Zn með 48,63% af náttúrulegu samsætuhlutfallinu . Þar á eftir koma 66 Zn með 27,90%, 68 Zn með 18,75%, 67 Zn með 4,10%og sjaldgæfustu náttúrulega samsætan 70 Zn með hlutdeildina 0,62%. [24] The stöðugt gervi samsæta er beta og gamma emitter (K / β + rotnun) 65 Z n með helmingunartíma í 244 daga. Þetta og kjarna -ísómer 69m þjóna sem sporefni . Eina náttúrulega samsætan sem hægt er að greina með NMR litrófsgreiningu er 67 Zn.

→ Listi yfir sink samsætur

nota

Sink, kristallað brot og sublimated.
Heimssinkframleiðsla

Árið 2018 voru framleidd yfir 13,5 milljónir tonna af sinki. [25] Af þeim voru 47% [25] notuð til tæringarvarnar járn og stálvörur með galvaniseruðu . Mikilvægustu notkunarsvæðin hvað varðar neyslumagn eru málmblöndur þess, helst þær sem eru með kopar, svo sem kopar , eða með áli, annaðhvort sem AlZn málmblöndu eða með marktækt hærra sinkinnihald en AlZn, sem er notað fyrir hluta úr sandsteypu og varanleg mótsteypa . Stöðluðu magnesíumblöndurnar innihalda einnig allt að 5% sink. Stöðluðu fínu sinksteypta málmblöndurnar , sem aðallega eru steyptar í steypuferli, en einnig í sandi og kælimótum, eru miklu mikilvægari. Sinkblöndur eru einnig unnar í valsað efni eins og sinkplötur.

Tæringarvörn

Sink hefur lengi verið notað sem tæringarvörn (ryðvörn) fyrir stál- og járnhluta með því að galvanisera þá , þ.e þekja þá með málmhúð af sinki. Sinkið verndar á virkan og óvirkan hátt gegn tæringu, þ.e. annars vegar myndar það hindrun og hins vegar verndar það einnig útsett nálæg járnflöt og lagagalla fyrir tæringu með því að virka eins og fórnarskaut .

Sinkhúðun er hægt að gera á mismunandi vegu. Aðferðir eru galvaniserun , galvanísku galvanisering, vélræn húðun , úða galvaniserun og sinkflögur húðun . Þeir eru mismunandi hvernig á að bera sinklagið, þykktina og þar með endingu.

Heitt dýfa galvaniseruðu (stykki galvaniseruðu) framhlið grunnskólans við vatnsturninn í Karlsruhe

Elsta galvaniserunaraðferðin er ósamfelld varmgalvanisering (lotugalvanisering). Formeðhöndlaðir og forsmíðaðir stálíhlutir (t.d. svalagrind) eru sökktir í bað með fljótandi sinki. Á þriðja áratugnum var samfelld hitagalvanisering (ræmur galvaniserun) í fyrsta skipti notuð sem afbrigði af ferlinu, þar sem stálræmur eru galvaniseraðar sem hálfunnnar vörur í samfelldu ferli og aðeins síðan áfram unnar. Hóp galvanisering skapar sink lög sem eru venjulega á bilinu 50 til 150 míkrómetrar og, allt eftir andrúmslofti, vernda gegn tæringu í áratugi. Strip-galvaniseruðu blöð eru með mjög þunnt sinklag á bilinu 7 til 25 µm og ná því aðeins verulega styttri verndartíma. Lengd verndar heitgalvaniseruðu stáli má lengja enn frekar með viðbótarhúð (tvíhliða kerfi). [26]

Í galvanísku ferlinu er sinklaginu beitt með rafgreiningu . Til að gera þetta er vinnustykkinu dýft í súra eða grunnlausn af sinki ásamt stykki af hreinu sinki. Síðan er DC spenna beitt, þar sem vinnustykkið myndar bakskautið og sinkhlutinn rafskautið . Sink myndast á vinnustykkinu með því að minnka sinkjónir. Á sama tíma er hreint sink í rafskautinu oxað og rafskautið leysist upp í ferlinu. Búið er til þétt sinklag sem er í reynd 2,5 til 25 µm. [26] og er því marktækt lægra en með stöðugri varmgalvaniseringu. Fræðilega séð gæti sinklagið einnig verið komið á þykkt heitt dýfa galvaniseruðu lagi í galvanísku ferlinu. Hins vegar væri þetta ekki lengur hagkvæmt vegna tímalengdar (u.þ.b. 0,5 µm á einni mínútu) og orkukostnaðar.

Þegar um úðagalvanisering er að ræða er sinkið brætt og síðan úðað á vinnustykkið með því að nota þjappað loft . Hitauppstreymi er lægra en við hitagalvanisering. Þetta getur verið mikilvægt fyrir viðkvæm efni. Ef sinkið er borið vélrænt á vinnustykkið er það kallað málun . Ein aðferð sem er notuð til að galvanisera litla hluta, svo sem skrúfur , er að skerpa . Sinklagið verður til við dreifingu sinks í járn vinnustykkisins. [27] Önnur möguleg leið til að bera sinklag á er sinkúða.

Sink er notað sem fórnarskaut til að vernda stærri stálhluta. Hluturinn sem á að vernda er leiðandi tengdur sinkinu. Galvanísk fruma er búin til með sinki sem rafskaut og hlutinn sem bakskaut. Þar sem grunn sinkið er nú ívilnandi oxað og leysist hægt upp í vinnslunni helst stálhlutinn óbreyttur. Svo lengi sem sink er til staðar er stálbitinn þannig varinn gegn tæringu.

Hvítu og lituðu litarefnin byggð á sink efnasamböndum hafa einnig það hlutverk að verja gegn tæringu. Sink efnasambönd eru einnig hluti af fosfatefnunum ( fosfötunum ) sem gera ferla eins og að binda málmplötu fyrst og fremst möguleg.

Sink í rafhlöðum

Sink-mangandíoxíðfruma í kafla

Málm sink er eitt mikilvægasta efnið fyrir neikvæðar rafskaut ( rafskaut ) í óhlaðanlegum rafhlöðum og er notað í iðnaðarskala. Dæmi eru alkalí-mangan rafhlöður , sink-kolefnis rafhlöður , sink-loft rafhlöður , silfuroxíð-sink rafhlöður og kvikasilfuroxíð-sink rafhlöður . Sink var einnig notað sem rafskaut í mörgum sögulegum galvanískum frumefnum . Má þar nefna rafsúluna , Daniell frumefnið og Bunsen frumefnið . Sink er einnig notað í minna mæli fyrir neikvæðar rafskaut í rafgeymum (endurhlaðanlegar rafhlöður).

Ástæðan fyrir útbreiddri notkun sink í rafhlöðum felst í blöndu af eðlisfræðilegum og rafefnafræðilegum eiginleikum með góða umhverfisaðstaðan og tiltölulega lágan kostnað. Sink er gott afoxunarefni með mikla fræðilega getu (0,82 Ah / g). Vegna lítils staðlaða möguleika kringum -0,76 V eða -1.25 V í basískum miðli, tiltölulega háum spenna cell er hægt að ná. Að auki hefur sink góða rafleiðni og er nægilega stöðugt í vatnslausnum.

Áður var sameinað sink með kvikasilfursinnihaldi allt að 9 prósent notað til að draga úr tæringu sink í rafhlöðunni og til að bæta rafefnafræðilega eiginleika. Af umhverfisástæðum hefur þessari framkvæmd verið hætt að öllu leyti, að minnsta kosti í iðnríkjum. Árið 2006 verður sameinað sinkduft aðeins notað í sink-loft og silfuroxíð-sink hnappafrumur .

Skautið í sink-kolefnis rafhlöðum er í laginu eins og sink dós. Bollarnir eru framleiddir með því að taka margs konar djúpa teikningu úr sinkblaði eða með skyndilegri aflögun (enskri höggpressu ) á kringlóttum eða sexhyrndum diskum úr þykku sinkblaði (svokallaðir hvelfingar ). Til að bæta formanleika og hindra tæringu inniheldur sinkið sem notað er í þessum tilgangi lítið magn af kadmíum , blýi og / eða mangani . In Alkali-Mangan-Batterien wird Zinkpulver als aktives Material in der Anode verwendet. Es wird meist durch Verdüsung von geschmolzenem Zink im Luftstrahl hergestellt. Zur Hemmung der Korrosion werden dem Zink geringe Mengen anderer Metalle beigemischt, z. B. Blei, Bismut , Indium , Aluminium und Calcium .

Zinkblech im Bauwesen

Dachdeckung aus Zinkblech (Toruń)

Wichtige Zinkprodukte sind auch Halbzeuge , meist in Form von Blechen aus legiertem Zink / Titanzink. Titanzinkblech wird als Werkstoff im Bauwesen verwendet. Heute kommt fast ausschließlich Titanzink zum Einsatz, das korrosionsfester, weniger spröde und dadurch mechanisch deutlich belastbarer ist als unlegiertes Zink bzw. das bis in die 1960er Jahre übliche Zinkblech, dass im sogenannten Paketwalzverfahren hergestellt wurde. Gewalztes, massives Titanzinkblech wird hauptsächlich zur Dacheindeckung, als Fassadenbekleidung, für die Dachentwässerung ( Regenrinnen , Fallrohre), für Abdeckungen z. B. von Gesimsen oder Außenfensterbänken oder für Anschlüsse und Dachkehlen eingesetzt. Es hält bis zu 100 Jahre und muss in dieser Zeit weder gewartet noch repariert werden, wenn es fachgerecht verarbeitet wurde. Die Verarbeitung erfolgt durch das Klempnerhandwerk .

Zinkblech sollte nicht verwechselt werden mit feuerverzinktem Stahlblech, das fälschlicherweise auch des Öfteren Zinkblech oder Weißblech genannt wird.

Legiertes Zinkblech wird in Coils oder in Tafeln geliefert. Für die Dachdeckung werden oft Metallbahnen ( Schare ) verwendet, die zwischen 40 und 60 Zentimeter breit sind und bis zu 16 Meter lang sein können. Die Materialdicke ist unterschiedlich, meist beträgt sie 0,7 Millimeter. Die Verbindung der einzelnen Blechteile erfolgt bei kleinteiligen Elementen meist durch Löten, bei Dachdeckungen meist durch doppeltes Falzen (Doppelstehfalzdeckung). Aufgrund der Wärmeausdehnung von legiertem Zink von 22·10 −6 /K müssen die Verbindungen und Anschlüsse der Zinkprofile Materialbewegungen zulassen.

Moderne Architekten verwirklichen mit Titanzink extravagante Ideen. Daniel Libeskind hat z. B. das Jüdische Museum Berlin oder die Libeskind-Villa in Datteln mit einer Fassade aus Bauzink ausgestattet. Zaha Haddid wählte den Werkstoff für das Transport Museum in Glasgow, das die Verformungseigenschaften des Werkstoffes eindrucksvoll zeigt.

Zinkdruckguss

Auto aus Zinkdruckguss mit Anguss und nicht entgratet

Zinkdruckguss ist die gebräuchliche Bezeichnung für im Druckgießverfahren hergestellte Teile aus Feinzink-Gusslegierungen. Diese Legierungen erbringen weitaus bessere Werte der Gussteile, als es beim Vergießen von reinem Zink möglich ist. Die Legierungen sind genormt. Viel verwendet wird die Legierung GD ZnAl4Cu1 (Z 410). Zinkdruckguss ermöglicht – wie jedes Druckgießverfahren – die Fertigung großer Stückzahlen. Die Gussteile zeichnen sich durch hohe Maßhaltigkeit aus, besitzen sehr gute mechanische Werte und sind für eine Oberflächenbehandlung wie Vernickeln oder Verchromen gut geeignet. Das Spektrum der Anwendungen umfasst Automobil-Zubehörteile und solche im Maschinen- und Apparatebau, ferner Beschläge aller Art, Teile für die Sanitärindustrie, für Feingeräte- und Elektrotechnik, für Metallspielwaren und viele Gebrauchsgegenstände im Haushalt.

Münzprägung

Da Zink als Münzmetall vergleichsweise wenig kostet, wurde es in Notzeiten, zuletzt in den beiden Weltkriegen, in Form von Zinklegierungen zur Münzprägung verwendet, teilte sich diese Verwendung als sog. „Kriegsmetall“ aber mit Münzen aus einer Aluminiumlegierung. Seit 1982 besteht auch der US-Cent (Penny) im Kern aus Zink.

Analytik

Analysenreines Zinkpulver dient als Urtitersubstanz nach Arzneibuch zur Einstellung von EDTA - Maßlösungen .

Organische Chemie

In der Organischen Synthese dient Zink verschiedenen Zwecken. So fungiert es als Reduktionsmittel und kann als solches in unterschiedlicher Weise aktiviert sein. [28] Ein Beispiel ist die Clemmensen-Reduktion von Carbonylverbindungen mit amalgamiertem Zink. Des Weiteren lassen sich Allylalkohole zu Alkenen reduzieren [29] , Acyloine zu Ketonen . [30] Die Reduktion der aromatischen Nitrogruppe kann in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen zu unterschiedlichen Produkten führen: Arylamin, Arylhydroxylamin [31] , Azoaren [32] , N,N' -Diarylhydrazin.

Im metallorganischen Bereich bieten Zinkorganyle gegenüber Grignard-Verbindungen Selektivitätsvorteile, da sie in der Regel weniger reaktiv sind und mehr funktionelle Gruppen tolerieren – ein Umstand, von dem die Reformatzki-Reaktion [33] Gebrauch macht. Die Organyle lassen sich auf direkte Weise oder durch Transmetallierung herstellen. In Gegenwart asymmetrisch komplexierender Auxiliare , von denen mitunter katalytische Mengen ausreichen, ist eine stereoselektive Addition möglich. Der Effekt der Chiralitätsverstärkung wurde beobachtet. [28]

Nicht zuletzt ist die Halogeneliminierung [34] [35] und Dehalogenierung [36] möglich. Die Simmons-Smith-Reaktion [37] zählt zu den selteneren Präparationsmethoden. Die Zeitschrift Organic Syntheses verzeichnet eine Reihe von Synthesen, in denen elementares Zink als Reagenz dient. [38]

Herstellung von Wasserstoff

Zink wird im sogenannten Solzinc-Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff genutzt. Dafür wird in einem ersten Schritt Zinkoxid thermisch durch Sonnenenergie in Zink und Sauerstoff aufgespalten, und in einem zweiten Schritt wird das so gewonnene Zink mit Wasser zu Zinkoxid und Wasserstoff umgesetzt.

Biologische Bedeutung

Zink ist ein Spurenelement für Menschen, [39] Tiere, [40] Pflanzen [41] und Mikroorganismen . [42]

Wirkung im Körper

Zink zählt zu den unentbehrlichen ( essentiellen ) Spurenelementen für den Stoffwechsel . Es ist Bestandteil einer Vielzahl von Enzymen , beispielsweise der RNA-Polymerase und der Carboanhydrase . Zink erfüllt im Körper viele verschiedene Funktionen. So nimmt es Schlüsselrollen im Zucker- , Fett- und Eiweißstoffwechsel ein und ist beteiligt am Aufbau der Erbsubstanz und beim Zellwachstum . Sowohl das Immunsystem als auch viele Hormone benötigen Zink für ihre Funktion. [43] Zink dämpft überschießende (dh unangemessene, den Körper schädigende) Abwehrreaktionen des Immunsystems. [44] Zink ist ebenfalls Bestandteil von Zinkfingerproteinen , die wichtige Transkriptionsfaktoren sind. Im Blut ist Zink überwiegend an Albumin gebunden. [45]

Empfohlene Tagesdosis

Die empfohlene Tagesmenge für Zink lag 1996 laut Weltgesundheitsorganisation für erwachsene Männer bei 15 mg, für Frauen bei 12 mg, für präpubertäre Kinder bei 10 mg und für Säuglinge bei 5 mg. [46] Weil der Körper weniger Zink aufnehmen kann als vermutet – nur 30 Prozent können absorbiert werden –, empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung eine Aufnahme von Zink für erwachsene Männer auf 14 mg pro Tag, für erwachsene Frauen auf 8 mg pro Tag (mittlere Phytatzufuhr, damit moderate Zinkabsorption). [47] [48] Phytat in Lebensmitteln hemmt die Zinkaufnahme im Körper. [48] Bei Schwangeren ist der Bedarf erhöht: Im ersten Trimester liegt er bei 9 mg Zink pro Tag, ab dem 4. Monat bei 11 mg Zink pro Tag. Dieser gipfelt bei stillenden Müttern auf einen täglichen Wert von 13 mg Zink. [48] In den Großbritannien sollen täglich durch Nahrung 7 mg Zink für Frauen und 9,5 mg Zink für Männer aufgenommen werden, die Zinkaufnahme soll aber nicht 25 mg pro Tag überschreiten. [49]

Der empfohlene Tolerable Upper Intake Level (zulässige obere Aufnahmemenge, UL) der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit liegt bei 25 mg Zink pro Tag, [50] das Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes of the Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National Academy of Sciences , betrachtet für Erwachsene 40 mg/Tag als UL. [51] [52] DasBundesinstitut für Risikobewertung sieht eine Höchstmenge an Zink in Nahrungsergänzungsmittel (NEM) bei 6,5 mg und empfiehlt bei NEM mit über 3,5 mg Zink auf die tägliche Einnahme weiterer zinkhaltiger NEM zu verzichten. [53] Daneben betrachtet es 25 mg/Tag ebenfalls als UL. [53]

Eine Zufuhr von mehr als 100 mg pro Tag ist nicht empfehlenswert, ab 200 mg können Symptome wie Übelkeit , Erbrechen , Durchfall oder auch Kopfschmerzen, Lethargie oder Reizbarkeit auftreten. [49] [54] Beim Menschen führt die Aufnahme von Zink ab etwa 2 g zu akuten Vergiftungserscheinungen. [55] Eine anhaltende erhöhte Zinkzufuhr (50–150 mg/Tag) kann ua zu Kupfermangel [49] und Störungen in der Blutbildung führen. [56]

Zinkpräparate sollten nur bei Zinkmangel (siehe unten) und erhöhtem Zinkbedarf (z. B. nach Operationen , Traumata oder Verbrennungen ) eingenommen werden. [57] [58]

Wird Zink in hoher Dosis aufgenommen, indem z. B. beim Brennschneiden verzinkter Stähle Zinkdämpfe eingeatmet werden, so entsteht das sogenannte „ Zinkfieber “. Dabei entwickelt der Vergiftete grippeähnliche Symptome mit zum Teil starken Fieberanfällen. Die Symptome klingen im Allgemeinen nach 1–2 Tagen wieder ab.

Leistungssteigerung

Eine 2005 auf einer Konferenz der US-amerikanischen Gesellschaft für Ernährungswissenschaften in San Diego vorgestellte Studie deutet darauf hin, dass Kinder, die täglich die doppelte empfohlene Tagesdosis Zink erhalten (20 mg), eine deutliche Verbesserung der geistigen Leistungsfähigkeit erfahren. Zink verbesserte das visuelle Gedächtnis , die Leistungen in einem Wortfindungstest und die Konzentrationsfähigkeit . [59]

Mangelerscheinungen

Das Spurenelement kann im Körper nicht gespeichert werden, es muss regelmäßig von außen zugeführt werden. Aufgrund von falschen Ernährungsgewohnheiten ist Zinkmangel auch in westlichen Ländern nicht selten, insbesondere bei Säuglingen, Senioren, Jugendlichen und Frauen im gebärfähigen Alter. [60] Es wird geschätzt, dass weltweit zwei Milliarden Menschen an Zinkmangel leiden und dass dieser Mangel mitverantwortlich für den Tod von einer Million Kindern pro Jahr ist. [45]

Zinkmangel führt zu einer Unterfunktion der Keimdrüsen , Wachstumsstörungen und Blutarmut . Ein niedriger Zinkspiegel äußert sich oft auch durch eine verringerte Abwehrfunktion, Haarausfall , trockene Haut und brüchige Nägel. [61] Zinkmangel kann zu Unfruchtbarkeit beim Mann führen. [62] „Bei einem Mangel an Zink kommt es [..] zu einer reduzierten Geruchs- und Geschmacksempfindung.“ [63] Zinkmangel wird häufig durch einen hohen Kupferspiegel verursacht (z. B. bei reichlichem Trinkwassergenuss aus häuslichen Kupferrohrnetzen), da Zink und Kupfer Antagonisten sind. [64] Selbiges gilt für Eisen , z. B. durch eine sehr eisenreiche Ernährung oder die Einnahme von eisenhaltigen Medikamenten. [65] Die Aufnahme von Zink (wie auch anderen Metallionen) aus dem Darm wird ebenfalls durch phytinsäurehaltige Nahrungsmittel vermindert. [66]

Bei Haushunden treten zink-reaktive Dermatosen auf.

Zink in Pflanzen

Die Arten Calluna , Erica und Vaccinium können auf Zink-reichen Böden wachsen, da eine Aufnahme überschüssiger Zinkionen durch Mykorrhiza gemindert wird. [67] Zinkmangel in Böden gehören zu den häufigsten Spurenelementmangeln in landwirtschaftlich genutzten Pflanzen und kommt gehäuft in Böden mit hohem pH-Wert vor. [68] Landwirtschaftlich genutzte Zinkmangelböden kommen hälftig in der Türkei und Indien vor, zu einem Drittel in China, sowie in weiten Teilen Westaustraliens. [41] Pflanzen mit Zinkmangel sind empfänglicher für Pflanzenkrankheiten. Zink kommt in Böden vor allem als Witterungsprodukt von Steinen vor, aber auch menschengemacht wie durch Erzeugung fossiler Energie , Bergbauabraum, Phosphatdünger , Pestizide wie Zinkphosphid , Kalkstein, Gülle, Sedimente der Kanalisation, sowie Korrosion verzinkter Metalle. Überschüssiges Zink ist für Pflanzen toxisch, wobei das seltener vorkommt. [41]

Zinkgehalt in Lebensmitteln

Nahrungsmittel, die viel Zink enthalten

Folgende Nahrungsmittel sind gute Zinkquellen:

Erdnüsse enthalten zwar relativ viel Zink (ca. 3 mg pro 100 g), aber wie andere Hülsenfrüchte auch viel Phytinsäure , welche die Aufnahme behindert. [66] Gleiches gilt für Ölsaaten und Vollkornprodukte .

Tabelle für Lebensmittel mit [69] [70]

sehr viel Zink pro 100 g viel Zink pro 100 g durchschnittlich viel Zink pro 100 g wenig Zink pro 100 g
Austern 7,0–160,0 mg Paranüsse 4,0 mg Hirse 3,4 mg Huhn 1,0 mg
Leber (Kalb, Schwein, Rind) bis zu 6,3 mg (Schwein) Lamm 2,3–6,0 mg Knäckebrot 3,1 mg Fisch 0,4–1,1 mg
Sojamehl 5,7 mg Linsen (getrocknet) 3,7 mg Nudeln (ungekocht) 3,1 mg Gemüse 0,2–1,0 mg
Emmentaler 30 % o. 45 % FiTr. 4,6 mg Sojabohnen (getrocknet) 0,7–4,2 mg Walnuss 2,7 mg Joghurt 0,3–0,5 mg
Haferflocken 4,0–4,5 mg Mais 2,5–3,5 mg Vollkornkekse 2,7 mg Kartoffel 0,4–0,6 mg
Butterkäse , Tilsiter , Gouda , Edamer 3,5–4,0 mg Erdnüsse (geröstet) 3,0–3,5 mg Camembert 2,7 mg Vollmilch 0,4 mg
Rindfleisch 3,0–4,4 mg Weizenmischbrot 3,5 mg Bohnen (weiß) 2,6 mg Obst 0,1–0,5 mg

Zink als Heilmittel

Zinkhaltige Salben werden bei der Wundheilung und Hautausschlägen ( Ekzeme ) angewendet. [71] Beispiele für pharmazeutisch genutzte Zinksalze sind Zinkacetat , Zink acexamat , Zinkchlorid , Zinkgluconat , Zinkoxid , Zinkstearat , Zinksulfat , Zink undecylenat .

Zink wirkt auf den Stoffwechsel der Darmzellen dahingehend, dass weniger Kupfer resorbiert wird. Zinksalze (z. B. Zinksulfat , Zinkacetat ) eignen sich daher als Arzneistoffe in der Behandlung des Morbus Wilson , einer Erkrankung, bei der der Kupferstoffwechsel in der Leber gestört ist und es dadurch zu einer vermehrten Ansammlung von Kupfer in der Leber, dem Auge, dem Zentralnervensystem und anderen Organen kommt.

Eine oft zitierte Metastudie des indischen Institute of Medical Education and Research, die belegen sollte, dass Zink bei Erkältungskrankheiten eine mildernde und die Krankheitsdauer verkürzende Wirkung habe, wies so schwerwiegende Mängel auf, dass sie durch die Cochrane Collaboration zurückgezogen wurde. [72] Ältere Untersuchungen konnten eine positive Wirkung ebenfalls nicht nachweisen. [73] [74]

2004 gaben die World Health Organization (WHO) und die United Nations Children's Fund (UNICEF) eine Stellungnahme zur Behandlung akuter Diarrhöe (Durchfall) ab, in der sie die gemeinsame Behandlung mit Zink und oraler Rehydrationslösung (ORS) empfahlen. [75] Auch eine Meta-Analyse der Cochrane Collaboration stellte eine positive Wirkung von Zink bei der Behandlung von Diarrhöe bei Kindern fest, eingeschränkt auf Kinder über sechs Jahren und aus Regionen mit potenzieller Zink-Unterversorgung. [76]

Nachweis

Ein einfacher Zinknachweis beruht auf dem Erhitzen einer Probe mit wenigen Tropfen einer verdünnten Lösung eines Cobaltsalzes auf einer Magnesiarinne im Bunsenbrenner. Ist Zink zugegen, ist nach kurzer Zeit das so genannte Rinmans Grün zu erkennen.

Die quantitative Bestimmung kann mittels Komplexometrie mit einer EDTA -Maßlösung erfolgen. Zur Spurenbestimmung kommen die verschiedenen Methoden der Polarographie in Frage. Im Ultraspurenbereich setzt man die Graphitrohr- AAS ein. Zink ist ein relativ leicht flüchtiges Element, weshalb Matrixmodifizierer wie Palladium - und Magnesiumnitrat von Bedeutung sind, weil sie die mögliche Pyrolysetemperatur heraufsetzen. Alternativ bieten sich die Invers voltammetrie oder die ICP-MS als äußerst empfindliche instrumentelle Methoden an.

Verbindungen

Oxide

Zinkoxid bildet farblose, hexagonale Kristalle . Es wird als Pigment , in Farben , Kautschuk , Fotokopierpapier und Chemikalien verwendet. Weitere Verwendungen finden sich in Bodenbelägen , Gläsern , Emails , Geweben , Kunststoffen , Schmiermitteln , bei der Herstellung von Kunstseide und in Arzneimitteln . [77]

Halogenide

Zinkchlorid ist weiß und stark hygroskopisch . Es wird in Flussmitteln zum Löten und Schweißen , zum Brandschutz , als Holzschutzmittel , als Ätzmittel , zur Herstellung von Pergamentpapier , Kunstseide , Aktivkohle , Kaltwasserleimen, Zement und Golfbällen , als Elektrolyt in Trockenbatterien , als Korrosionsinhibitor bei der Wasseraufbereitung , als Mittel bei der Vulkanisation von Kautschuk und für viele andere Zwecke verwendet.

Zinkfluorid hat eine Rutil - Kristallstruktur in der Raumgruppe P 4 2 / mnm (Raumgruppen-Nr. 136) Vorlage:Raumgruppe/136 . [78] Es wird zur Fluorierung organischer Verbindungen , zur Herstellung von Leuchtstoffen , zum Konservieren von Holz , für galvanische Bäder, zum Verzinken von Stahl , zur Herstellung von Keramik , in Medikamenten sowie in Glasuren und Emails für Porzellan verwendet. [77]

Weitere anorganische Verbindungen

Zinksulfid in Form von Sphalerit (Zinkblende)
Zinksulfid in Form von Wurtzit

Zinksulfid kommt in der Natur als Sphalerit (Zinkblende) und als Wurtzit vor. Es wird als Pigment für Farben , Öltücher , Linoleum , Leder und Zahngummi, in weißem und opakem Glas , Kunststoffen , Fungiziden , als Halbleiter , Fotoleiter für Solarzellen , als Leuchtstoff in Fernseh- und Röntgenbildschirmen sowie in Leuchtzifferblättern von Uhren verwendet.

Zinksulfat wird als Reagens in der analytischen Chemie , zum Bleichen von Papier , bei der Herstellung von Kunstseide , als Brandschutzmittel , in Düngemitteln und als Nahrungsergänzungsmittel benutzt.

Zinkcarbonat wird als feuerfester Füllstoff für Kautschuk - und Kunststoffzusammensetzungen , als Futtermittelzusatz , als Pigment , in Kosmetika und bei der Herstellung von Zinksalzen, Porzellan , Keramik und Kautschuk eingesetzt.

Zinkcyanid ist giftig und umweltschädlich. Es wird zum Plattieren , zur Herstellung von Insektiziden , zum Galvanisieren , zum Entfernen von Ammoniak aus dem Produktionsgas, zur Goldgewinnung , als chemisches Reagens , in der Medizin und in der chemischen Analyse verwendet. [77]

Organische Verbindungen

Zinkacetat
Strukturformel von basischem Zinkacetat

Zinkacetat ist ein farbloser Feststoff und wird in der Holzkonservierung, als Beizmittel beim Färben , als Lebensmittelzusatz , als Futtermittelzusatz , als Bestandteil von Klebstoffen , als Glasur für Porzellan und als Reagens für die Prüfung auf Albumin , Tannin und Phosphat verwendet. [77]

Zinkstearat ist das Zinksalz der Stearinsäure und gehört zu den Metallseifen . Es besteht aus einem Zink- Ion und zwei langkettigen Stearat -Ionen.

Literatur

Weblinks

Commons : Zink – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Zink – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Zink – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

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