Zink

Physikalische Eigenschaften

Zink ist ein glänzendes bläulich-graues Metall. Wenn es gerade geschnitten wurde, hat Zink eine weißlich-graue Farbe. Wenn es der Luft ausgesetzt wird, bleibt es nicht lange glänzend. Sein Schmelzpunkt liegt bei 419,58 °C (787,24 °F), sein Siedepunkt bei 907,0 °C (1.664,6 °F), sein Kühlpunkt bei -419,58 °C (-723,24 °F) und sein Gefrierpunkt bei -907,0 °C (-1.600,6 °F). Diese Temperatur ist niedriger als die der meisten Übergangsmetalle, aber höher als die von Zinn oder Blei. Es kann auf einem Kochherd geschmolzen werden. Es siedet bei einer für ein Metall niedrigen Temperatur. Es ist nicht magnetisch. Wenn es ein wenig erhitzt wird, wird es sehr flexibel. Wenn es stärker erhitzt wird, wird es sehr spröde. Es bildet leicht Legierungen mit anderen Metallen.

Chemische Eigenschaften

Zink ist ein reaktives Metall. Es ist etwa so reaktiv wie Aluminium und reaktiver als die meisten der gebräuchlicheren Metalle, wie Eisen, Kupfer, Nickel und Chrom. Es ist weniger reaktiv als Magnesium. Zink kann mit Säuren, Basen und Nichtmetallen reagieren. An der Luft rostet es jedoch nicht. An der Luft bildet sich auf der Oberfläche des Zinks ein Überzug aus Zinkoxid und Zinkcarbonat. Diese Beschichtung stoppt die Korrosion. Säuren können diese Beschichtung auflösen und mit dem Zinkmetall reagieren. Bei dieser Reaktion von Zink mit einer Säure entsteht ein Zink(II)-Salz wie Zinkchlorid und Wasserstoffgas. Dies ist eine sehr häufige chemische Reaktion. Die folgende Reaktion ist die Reaktion mit Salzsäure.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Zink kann verbrennen, wenn es pulverisiert oder in kleinen Stücken zu Zinkoxid, einem weißen Pulver, verarbeitet wird. Die Flamme ist hell blaugrün.

2 Zn + O2 → 2 ZnO

Zinkoxid kann sich in starken Basen auflösen. Diese Reaktion findet in einigen Batterien statt, in denen Zink enthalten ist.

ZnO + H2O + 2 OH- → Zn(OH)^42-.

Zink ist ein Chalkophile. Das bedeutet, dass es lieber mit Schwefel und Elementen unterhalb des Periodensystems als mit Sauerstoff reagiert. Deshalb ist Zinksulfid das häufigste Zinkerz und nicht Zinkoxid.

Chemische Verbindungen

Zink kann chemische Verbindungen mit anderen Elementen eingehen. Diese chemischen Verbindungen befinden sich nur in einer Oxidationsstufe: +2. Eine +1-Verbindung wurde gefunden, aber sie ist schwer herzustellen. Es gibt keine anderen Oxidationsstufen als +1 oder +2. Die meisten dieser Verbindungen haben keine Farbe. Wenn sie eine Farbe haben, ist es nicht das Zink, das die Farbe macht.

Zinkchlorid ist eine der häufigsten Zinkverbindungen. Sie sind ziemlich reaktionslos. In Wasser gelöst sind sie ein wenig sauer. Sie bilden eine grüne Flamme, wenn sie in einem Feuer erhitzt werden.

Andere Zinkverbindungen sind:

• Zinkantimonid, grauer Halbleiter
• Zinkarsenid, orangefarbener Halbleiter
• Zinkbromid, eine Abschirmung gegen Strahlung
• Zinkcarbonat, Zinkerz
• Zinkfluorid
• Zinkhydroxid, verwendet in chirurgischen Verbänden
• Zinkiodid, verwendet bei der Röntgenbildaufnahme
• Zinknitrat, verwendet als Beizmittel
• Zinkoxid, verwendet in Sonnenschutzmitteln
• Zinkphosphat, verwendet in der Zahnmedizin
• Zinksulfat, verwendet in Pigmenten
• Zinksulfid, gewöhnliches Zinkerz

In der Natur kommen fünf Isotope von Zink vor. ^64Zn ist das häufigste Isotop, mit 48,63% natürlich vorkommendem Zink. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 4,3x1018 Jahren. Das ist so lang, dass seine Radioaktivität vernachlässigt werden kann. In ähnlicher Weise sind ⁷⁰
Zn (0,6%), mit einer Halbwertszeit von 1,3x1016 Jahren, wird gewöhnlich als nicht radioaktiv betrachtet. Die anderen in der Natur vorkommenden Isotope sind ⁶⁶
Zn (28%), ⁶⁷
Zn (4%) und ⁶⁸
Zn (19%).

Zink kommt als Metall in der Erdkruste nicht vor. Zink kommt nur in Form von Zinkverbindungen vor. Sphalerit, ein Mineral, das aus Zinksulfid besteht, ist ein Haupterz von Zink. Im Ozean kommt nur sehr wenig Zink vor. Zinkerz wird normalerweise zusammen mit Kupfer- und Bleierzen gefunden.

Es gibt einige andere Zinkerze, wie Smithsonit (Zinkcarbonat) und ein Zinksilikatmineral. Sie sind weniger verbreitet.

Das Zinksulfid wird durch Flotation konzentriert. Es gibt ein Reinigungsmittel, das das Zinksulfid auffängt. Die Verunreinigungen sinken auf den Boden und werden entfernt. Dann wird das Zinksulfid an der Luft erhitzt, um Zinkoxid und Schwefeldioxid herzustellen.

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

Das Schwefeldioxid wird zu Schwefeltrioxid oxidiert.

2 SO2 + O2 → 2 SO3

Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Zinkoxid zu Zinksulfat. Dadurch entsteht eine lösliche Form von Zink, die sich besser verarbeiten lässt.

SO3 + ZnO → ZnSO4

Das Zinksulfat wird gereinigt und elektrolysiert. Bei dieser Elektrolyse entstehen Sauerstoff, Zink und Schwefelsäure. Dadurch entsteht ein reines Zink, das als "SHG" oder besonders hochwertiges Zink bezeichnet wird.

2 ZnSO4 + 2 H2O → 2 Zn + 2 H2SO4 + O2

Die Schwefelsäure wird anstelle des Schwefeltrioxids wiederverwendet, um mehr Zinkoxid auszulaugen.

Zinkoxid kann auch bei hohen Temperaturen durch Kohlenstoff zu Zinkmetall und Kohlendioxid reduziert werden. Dies ist ein Hochofenprozess, ähnlich wie bei der Herstellung von Eisen.

2 ZnO + C → 2 Zn + _CO2

Diese Form von Zink ist billiger, aber nicht rein.

Zink ist das vierthäufigste Metall der Welt. Jährlich werden etwa 10 Millionen Tonnen hergestellt.

Als Metall

Zink wird in elektrischen Batterien verwendet. Die Alkalizelle und die Leclanche-Zelle sind diejenigen, die am meisten Zink verwenden. Es wird oxidiert und liefert Elektronen für den Betrieb der Batterie.

Etwa 59% des Zinks wird für den Korrosionsschutz verwendet, wozu auch die Verzinkung gehört. Weltweit werden 47% des Zinks zum Verzinken verwendet. Dieses wird verwendet, um ein anderes Metall, in der Regel Eisen, vor dem Rosten zu schützen. Die Zinkschicht korrodiert anstelle des Eisens. Der Zinküberzug kann auf zwei Arten auf das Metall aufgebracht werden. Das Metall kann in einen Topf mit geschmolzenem Zink getaucht werden. Das Zink kann auch galvanisch auf das Metall aufgetragen werden. Das Tauchen hält länger, hat aber eine fleckige Oberfläche, die manche nicht schön finden. Es wird auch in Motorbooten und Pipelines verwendet, um das Rosten zu verlangsamen. Der Motor eines Motorbootes hat oft eine "Kugel" aus Zink, die leicht korrodiert, aber anderen Metallteilen des Motors hilft, rostfrei zu bleiben.

Zink wird in Legierungen verwendet. Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Messing ist die gebräuchlichste Zinklegierung. Zink kann mit vielen anderen Metallen Legierungen bilden. Zink-Aluminium ist eine Legierung aus Zink und Aluminium, aus der sich gute Lager herstellen lassen. Kommerzielle Bronze enthält Zink. Manchmal wird Cadmium-Tellurid mit Zink zu Cadmium-Zink-Tellurid, einem Halbleiter, umgesetzt. Neusilber ist eine weitere Zinklegierung.

Zink kann in den Pfeifen einer Pfeifenorgel verwendet werden. In der Vergangenheit wurde eine Legierung aus Zinn und Blei verwendet. Zink wird im US-Penny verwendet, wo es nur eine dünne Kupferschicht aufweist. Der Kern besteht aus Zink. Ältere Pennys wurden vollständig aus Bronze hergestellt.

Eine Mischung aus pulverisiertem Zink und Schwefel kann zum Antrieb einer Modellrakete verwendet werden. Bei dieser Reaktion entstehen Zinksulfid, Wärme, Licht und Gase. Zinkblech wird zur Herstellung von Zinkbarren verwendet.

Als Zinkverbindungen

Etwa 1/4 des Zinks wird zur Herstellung von Zinkverbindungen verwendet. Zinkoxid kann als Sonnenschutzmittel oder Farbpigment verwendet werden. Zinkoxid ist auch ein Halbleiter. Zinkchlorid wird verwendet, um Holz zu konservieren, damit es nicht verrottet. Einige Fungizide enthalten Zink. Zinksulfat wird in Farbstoffen und Pigmenten verwendet. Zinksulfid wird in Leuchtstoffröhren verwendet, um das ultraviolette Licht in sichtbares Licht umzuwandeln.

In Biologie

Der Mensch braucht ein wenig Zink, damit sein Körper gut laufen kann. Wenn er nicht genügend Zink in seiner Nahrung hat, kann er einen Mineralstoffmangel bekommen. Fast zwei Milliarden Menschen haben einen Zinkmangel. Durch Zinkmangel kann man sich leichter Infektionen zuziehen. Einige Leute sagen, dass wir bei Erkältungen mehr Zink zu uns nehmen sollten. Andere sagen, dass Zink keinen Unterschied macht. Es gibt Medikamente, die man bei einer Erkältung einnehmen kann. Menschen geben winzige Mengen von Zinkverbindungen in Vitaminpillen und Getreide, um sicherzustellen, dass sie genügend Zink erhalten. Die meisten Vitamine in Einzeltabletten enthalten Zink. Zink kommt in mindestens 100 Enzymen vor. Es ist neben Eisen das zweithäufigste Übergangsmetall. Zink wird auch vom Gehirn verwendet. Der menschliche Körper enthält 2 bis 4 Gramm Zink. Ein Zink-Enzym hilft, Kohlendioxid aus dem Blut zu entfernen. Weizen enthält viel Zink.

Große Mengen von Zinkmetall sind giftig. Es kann sich in Magensäure auflösen. Wenn zu viel Zink gegessen wird, sinkt der Kupfer- und Eisengehalt im Körper. Zinkverbindungen können im Magen ätzend wirken. Zinkverbindungen, die in die Nase gelangen, können den Geruchssinn ruinieren.

Zinkionen sind sehr giftig für Fische und viele Dinge, die im Wasser leben.