Zink (Zn) — definition, egenskaber, isotoper og anvendelser

Fysiske egenskaber

Zink er et skinnende blågråt metal. Når zink lige er blevet skåret, har det en hvidlig grå farve. Hvis det udsættes for luft, forbliver det ikke skinnende i lang tid. Smeltepunktet er ved (419,58 °C (787,24 °F)), kogepunktet er (907,0 °C (1.664,6 °F)), kølepunktet er ved -419,58 °C (-723,24 °F), og frysepunktet er ved -907,0 °C (-1.600,6 °F). Denne temperatur er lavere end de fleste overgangsmetaller, men højere end tin eller bly. Det kan smeltes på en kogeplade. Det koger ved en for et metal lav temperatur. Det er ikke magnetisk. Når det opvarmes en smule, bliver det meget fleksibelt. Hvis det opvarmes mere, bliver det meget skørt. Det danner let legeringer med andre metaller.

Kemiske egenskaber

Zink er et reaktivt metal. Det er omtrent lige så reaktivt som aluminium og mere reaktivt end de fleste af de mere almindelige metaller, såsom jern, kobber, nikkel og krom. Det er mindre reaktivt end magnesium. Zink kan reagere med syrer, baser og ikke-metaller. Det ruster dog ikke i luft. Der dannes et lag af zinkoxid og zinkcarbonat på overfladen af zink, når det er i luft. Denne belægning forhindrer korrosion. Syrer kan opløse denne belægning og reagere med zinkmetallet. Ved denne reaktion mellem zink og en syre dannes et zink(II)salt, f.eks. zinkchlorid, og brintgas. Dette er en meget almindelig kemisk reaktion. Nedenstående reaktion er en reaktion med saltsyre.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zink kan brænde i pulverform eller i små stykker til zinkoxid, som er et hvidt pulver. Flammen er lys blågrøn.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Zinkoxid kan opløses i stærke baser. Denne reaktion sker i nogle batterier, der indeholder zink.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Zink er kcalcophilt. Det betyder, at det hellere vil reagere med svovl og grundstoffer under det i det periodiske system end med ilt. Derfor er zinksulfid den mest almindelige zinkmalm og ikke zinkoxid.

Kemiske forbindelser

Zink kan danne kemiske forbindelser med andre grundstoffer. Disse kemiske forbindelser er kun i én oxidationstrin: +2. Der er fundet en +1-forbindelse, men den er svær at fremstille. Der findes ingen andre oxidationstrin end +1 eller +2. De fleste af disse forbindelser har ingen farve. Hvis de har en farve, er det ikke zink, der giver farven.

Zinkchlorid er en af de mest almindelige zinkforbindelser. De er ret ureaktive. De er en smule sure, når de opløses i vand. De giver en grøn flamme, når de opvarmes i en ild.

Andre zinkforbindelser er:

• Zinkantimonid, grå halvleder
• Zinkarsenid, orange halvleder
• Zinkbromid, et skjold mod stråling
• Zinkcarbonat, zinkmalm
• Zinkfluorid
• Zinkhydroxid, der anvendes i kirurgisk bandage
• Zinkjodid, der anvendes til røntgenfotografering
• Zinknitrat, der anvendes som bejdsemiddel
• Zinkoxid, der anvendes i solcreme
• Zinkphosphat, der anvendes i tandplejen
• Zinksulfat, der anvendes i pigmenter
• Zinksulfid, almindelig zinksulfid, almindelig zinkmalm

Der findes fem isotoper af zink i naturen. ⁶⁴Zn er den mest almindelige isotop med 48,63 % af den naturligt forekommende zink. Denne isotop har en halveringstid på 4,3x10¹⁸ år. Det er så lang tid, at dens radioaktivitet kan ignoreres. På samme måde anses ⁷⁰
Zn (0,6 %) med en halveringstid på 1,3x10¹⁶ år normalt for ikke at være radioaktiv. De andre isotoper, der findes i naturen, er ⁶⁶
Zn (28%),⁶⁷
 Zn (4%) og ⁶⁸
Zn (19%).

Zink findes ikke som et metal i jordskorpen. Zink findes kun i form af zinkforbindelser. Sphalerit, et mineral, der består af zinksulfid, er en af hovedmalmerne af zink. Der findes meget lidt zink i havet. Zinkmalm findes normalt sammen med kobber- og blymalm.

Der findes også andre zinkmalme, såsom smithsonit (zinkcarbonat) og et zinksilikatmineral. De er mindre almindelige.

Zinksulfidet koncentreres ved flotation. Der er et rengøringsmiddel, der opsamler zinksulfidet. Urenhederne synker til bunds og fjernes. Derefter opvarmes zinksulfidet i luft for at danne zinkoxid og svovldioxid.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Svovldioxiden oxideres til svovltrioxid.

2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃

Svovltrioxid reagerer med zinkoxid og danner zinksulfat. Dette giver en opløselig form af zink, som kan forarbejdes mere.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Zinksulfatet renses og elektrolyseres. Ved denne elektrolyse dannes ilt, zink og svovlsyre. Dette giver en ren zink, der er kendt som "SHG" eller "special high grade".

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Svovlsyre genbruges i stedet for svovltrioxid til udvaskning af mere zinkoxid.

Zinkoxid kan også reduceres med kul til zinkmetal og kuldioxid ved høje temperaturer. Dette er en højovnsproces, der svarer til den måde, hvorpå jern fremstilles.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Denne form for zink er billigere, men er ikke ren.

Zink er det fjerde mest almindelige metal i verden. Der fremstilles ca. 10 millioner tons hvert år.

Som et metal

Zink anvendes i elektriske batterier. Alkali- og Leclanche-cellen er de batterier, der bruger mest zink. Det bliver oxideret og giver elektroner til batteriet, så det kan fungere.

Ca. 59 % af zink anvendes til korrosionsbeskyttelse, herunder galvanisering. 47 % af verdens zink anvendes til galvanisering. Dette bruges til at beskytte et andet metal, normalt jern, mod rust. Zinkbelægningen korroderer i stedet for jernet. Zinkbelægningen kan anbringes på metallet på to måder. Metallet kan dyppes i en gryde med smeltet zink. Zinkbelægningen kan også galvaniseres på metallet. Dypning holder længere, men giver en plettet overflade, som nogle ikke synes, ser pæn ud. Det bruges også i motorbåde og rørledninger for at bremse rustdannelsen. Motoren på en motorbåd har ofte en "kugle" af zink, som let korroderer, men som hjælper andre metaldele på motoren med at holde sig rustfri.

Zink anvendes i legeringer. Messing er en legering af kobber og zink. Messing er den mest almindelige zinklegering. Zink kan danne legeringer med mange andre metaller. Zinkaluminium er en legering af zink og aluminium, som giver gode lejer. Kommerciel bronze indeholder zink. Nogle gange reagerer cadmiumtellurid med zink for at fremstille cadmiumzink tellurid, en halvleder. Nelsølv er en anden zinklegering.

Zink kan anvendes i piberne i et pibeorgel. Tidligere blev der anvendt en legering af tin og bly. Zink anvendes i den amerikanske penny, hvor den kun har et tyndt lag kobber. Kernen er af zink. Ældre pennies blev fremstillet helt af bronze.

En blanding af zink- og svovlpulver kan bruges til at drive en modelraket. Denne reaktion giver zinksulfid, varme, lys og gasser. Zinkplader bruges til at fremstille zinkstænger.

Som zinkforbindelser

Ca. 1/4 af zink anvendes til fremstilling af zinkforbindelser. Zinkoxid kan bruges til solcreme eller malingspigment. Zinkoxid er også en halvleder. Zinkchlorid bruges til at konservere træ, så det ikke rådner. Nogle svampemidler indeholder zink. Zinksulfat anvendes i farvestoffer og pigmenter. Zinksulfid anvendes i lysstofrør til at omdanne ultraviolet lys til synligt lys.

I biologi

Mennesker har brug for en lille smule zink for at hjælpe kroppen med at fungere godt. Hvis de ikke får nok zink i deres mad, kan de få mangel på mineraler. Næsten to milliarder mennesker har zinkmangel. Zinkmangel gør, at man lettere får infektioner. Nogle mennesker siger, at når vi bliver forkølede, skal vi tage mere zink, når vi bliver forkølede. Andre siger, at zink ikke gør nogen forskel. Der findes medicin, som man kan bruge, når man er forkølet. Folk tilsætter små mængder zinkforbindelser til vitaminpiller og kornprodukter for at sikre, at de får nok zink. De fleste vitaminer i enkelttabletter indeholder zink. Zink findes i mindst 100 enzymer. Det er det næstmest almindelige overgangsmetal ud over jern. Zink bruges også af hjernen. Menneskekroppen indeholder 2 til 4 gram zink. Et zinkenzym hjælper med at fjerne kuldioxid fra blodet. Hvede indeholder meget zink.

Store mængder zinkmetal er giftige. Det kan opløses i mavesyre. Når man spiser for meget zink, falder kobber- og jernniveauet i kroppen. Zinkforbindelser kan være ætsende i maven. Zinkforbindelser, der puttes i næsen, kan ødelægge lugtesansen.

Zinkioner er meget giftige for fisk og mange ting, der lever i vand.