Das Zink Es ist ein Übergangsmetall, das zur Gruppe 12 des Periodensystems gehört und durch das chemische Symbol Zn dargestellt wird. Es ist das Element Nummer 24, das in der Erdkruste im Überfluss vorhanden ist und in Schwefelmineralien wie Sphalerit oder Carbonaten wie Smitsonit enthalten ist..
Es ist ein sehr bekanntes Metall in der Populärkultur; Zinkdächer sind ein Beispiel, ebenso wie Ergänzungsmittel zur Regulierung männlicher Hormone. Es kommt in vielen Lebensmitteln vor und ist ein wesentliches Element für unzählige Stoffwechselprozesse. Es gibt mehrere Vorteile seiner moderaten Aufnahme im Vergleich zu den negativen Auswirkungen seines Überschusses im Körper.
Zink ist schon lange vor seinen silberfarben verzinkten Stählen und anderen Metallen bekannt. Messing, eine Legierung mit unterschiedlicher Zusammensetzung aus Kupfer und Zink, ist seit Tausenden von Jahren Teil historischer Objekte. Heute ist seine goldene Farbe normalerweise in einigen Musikinstrumenten zu sehen.
Ebenso ist es ein Metall, aus dem Alkalibatterien hergestellt werden, da es aufgrund seiner reduzierenden Kraft und der Leichtigkeit, Elektronen abzugeben, eine gute Option als anodisches Material darstellt. Seine Hauptanwendung besteht darin, Stähle zu verzinken und sie mit einer Zinkschicht zu bedecken, die oxidiert oder opfert, um zu verhindern, dass das darunter liegende Eisen später korrodiert..
In seinen Derivaten hat es fast immer eine Oxidationszahl oder einen Oxidationszustand von +2. Daher wird das Zn-Ion berücksichtigtzwei+ in molekulare oder ionische Umgebungen gehüllt. Während Znzwei+ Es ist eine Lewis-Säure, die Probleme in Zellen verursachen kann, koordiniert mit anderen Molekülen, positiv mit Enzymen und DNA interagiert.
Daher ist Zink ein wichtiger Cofaktor für viele Metalloenzyme. Trotz seiner enorm wichtigen Biochemie und der Brillanz seiner grünlichen Blitze und Flammen beim Brennen gilt es in der Welt der Wissenschaft als "langweiliges" Metall. da seinen Eigenschaften die Attraktivität anderer Metalle fehlt, ist sein Schmelzpunkt erheblich niedriger als der ihre.
Artikelverzeichnis
Zink wurde seit Tausenden von Jahren manipuliert; aber auf unbemerkte Weise, da alte Zivilisationen, einschließlich der Perser, Römer, Siebenbürger und Griechen, bereits Messinggegenstände, Münzen und Waffen herstellten.
Messing ist daher eine der ältesten bekannten Legierungen. Sie stellten es aus dem Mineral Calamin Zn her4JazweiODER7(OH)zweiH.zweiOder die sie in Gegenwart von Wolle und Kupfer gemahlen und erhitzt haben.
Während des Prozesses traten die geringen Mengen an metallischem Zink, die sich möglicherweise gebildet hatten, als Dampf aus, was die Identifizierung als chemisches Element um Jahre verzögerte. Im Laufe der Jahrhunderte erhöhten Messing und andere Legierungen ihren Zinkgehalt und sahen gräulicher aus.
In Indien war es ihnen bereits im 14. Jahrhundert gelungen, metallisches Zink herzustellen, das sie nannten Jasada und sie vermarkteten es damals mit China.
Und so konnten die Alchemisten es erwerben, um ihre Experimente durchzuführen. Es war die berühmte historische Figur Paracelsus, die es "Zink" nannte, möglicherweise aufgrund der Ähnlichkeit zwischen Zinkkristallen und Zähnen. Nach und nach, inmitten anderer Namen und verschiedener Kulturen, geriet der Name "Zink" für dieses Metall in die Quere.
Obwohl Indien bereits seit dem 13. Jahrhundert metallisches Zink herstellte, stammte dies aus der Methode, bei der Calamin mit Wolle verwendet wurde. Daher war es keine Metallprobe von beträchtlicher Reinheit. William Champion verbesserte diese Methode 1738 in Großbritannien unter Verwendung eines vertikalen Retortenofens.
1746 erhielt der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf "zum ersten Mal" eine Probe von reinem Zink durch Erhitzen von Calamin in Gegenwart von Holzkohle (einem besseren Reduktionsmittel als Wolle) in einem Behälter mit Kupfer. Diese Art der Zinkherstellung entwickelte sich kommerziell und parallel zu der von Champion.
Später wurden Verfahren entwickelt, die schließlich unabhängig von Calamin wurden und stattdessen Zinkoxid verwendeten. mit anderen Worten, sehr ähnlich dem gegenwärtigen pyrometallurgischen Prozess. Die Öfen verbesserten sich ebenfalls und konnten immer mehr Zink produzieren..
Bis dahin gab es noch keine Anwendung, die große Mengen Zink erforderte. Dies änderte sich jedoch mit den Beiträgen von Luigi Galvani und Alessandro Volta, die dem Konzept der Galvanisierung Platz machten. Volta entwickelte auch eine sogenannte galvanische Zelle, und Zink war bald Teil des Entwurfs von Trockenzellen..
Es ist ein gräuliches Metall, das normalerweise in Granulat- oder Pulverform erhältlich ist. Physikalisch ist es schwach, daher ist es keine gute Option für Anwendungen, bei denen schwere Objekte unterstützt werden müssen.
Ebenso ist es spröde, obwohl es beim Erhitzen über 100 ° C formbar und duktil wird; bis zu 250 ºC, bei welcher Temperatur wird es wieder spröde und sprühbar.
65,38 g / mol
30
419,53 ° C. Dieser niedrige Schmelzpunkt zeigt seine schwache Metallbindung an. Wenn es geschmolzen ist, sieht es ähnlich aus wie flüssiges Aluminium.
907 ºC
460 ºC
-7,14 g / ml bei Raumtemperatur
-6,57 g / ml am Schmelzpunkt, dh gerade beim Schmelzen oder Schmelzen
7,32 kJ / mol
115 kJ / mol
25.470 J / (mol K)
1,65 auf der Pauling-Skala
-Erstens: 906,4 kJ / mol (Zn+ gasförmig)
-Zweitens: 1733,3 kJ / mol (Znzwei+ gasförmig)
-Drittens: 3833 kJ / mol (Zn3+ gasförmig)
Empirisch 134 Uhr
122 ± 16 Uhr
2.5. Dieser Wert ist im Vergleich zur Härte anderer Übergangsmetalle, dh Wolfram, erheblich niedriger..
Diamagnetisch
116 W / (m K)
59 nΩm bei 20 ° C.
Es ist wasserunlöslich, solange seine Oxidschicht es schützt. Sobald dies durch den Angriff einer Säure oder Base entfernt wird, reagiert das Zink mit dem Wasser unter Bildung des komplexen wässrigen Zn (OH)zwei)6zwei+, Lokalisieren des Znzwei+ in der Mitte eines Oktaeders, das von Wassermolekülen begrenzt wird.
Wenn es brennt, kann es giftige ZnO-Partikel in die Luft abgeben. Dabei werden eine grünliche Flamme und leuchtendes Licht beobachtet.
Zink ist ein reaktives Metall. Bei Raumtemperatur kann es nicht nur von einer Oxidschicht bedeckt sein, sondern auch von basischem Carbonat, Zn5(OH)6(CO3)zwei, oder sogar Schwefel, ZnS. Wenn diese Schicht unterschiedlicher Zusammensetzung durch den Angriff einer Säure zerstört wird, reagiert das Metall:
Zn (s) + H.zweiSW4(ac) → Znzwei+(ac) + SO42−(ac) + H.zwei(G)
Chemische Gleichung entsprechend seiner Reaktion mit Schwefelsäure und:
Zn (s) + 4 HNO3(ac) → Zn (NO3)zwei(ac) + 2 NOzwei(g) + 2 H.zweiO (l)
Mit Salzsäure. In beiden Fällen, obwohl nicht geschrieben, ist das komplexe wässrige Zn (OHzwei)6zwei+;; außer wenn das Medium basisch ist, da es als Zinkhydroxid ausfällt, Zn (OH)zwei::
Znzwei+(aq) + 2OH-(ac) → Zn (OH)zwei(s)
Dies ist ein weißes, amorphes und amphoteres Hydroxid, das weiterhin mit mehr OH-Ionen reagieren kann-::
Zn (OH)zwei(s) + 2OH-(ac) → Zn (OH)4zwei-(ac)
Zn (OH)4zwei- ist das Zinkatanion. In der Tat, wenn Zink mit einer so starken Base wie konzentriertem NaOH reagiert, wird das komplexe Natriumzinkat Nazwei[Zn (OH4]:
Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2HzweiO (l) → Nazwei[Zn (OH4)] (aq) + H.zwei(G)
Ebenso kann Zink mit nichtmetallischen Elementen wie Halogenen im gasförmigen Zustand oder Schwefel reagieren:
Zn (s) + I.zwei(g) → ZnIzwei(s)
Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (oberes Bild)
Zink existiert in der Natur als fünf Isotope: 64Zn (49,2%), 66Zn (27,7%), 68Zn (18,5%), 67Zn (4%) und 70Zn (0,62%). Die anderen sind synthetisch und radioaktiv.
Zinkatome kristallisieren zu einer kompakten, aber verzerrten hexagonalen Struktur (hcp), einem Produkt ihrer metallischen Bindung. Die Valenzelektronen, die solche Wechselwirkungen steuern, sind gemäß der Elektronenkonfiguration diejenigen, die zu den 3d- und 4s-Orbitalen gehören:
[Ar] 3d10 4szwei
Beide Orbitale sind vollständig mit Elektronen gefüllt, so dass ihre Überlappung nicht sehr effektiv ist, selbst wenn die Zinkkerne eine anziehende Kraft auf sie ausüben..
Folglich sind die Zn-Atome nicht sehr kohäsiv, was sich in ihrem niedrigen Schmelzpunkt (419,53 ºC) im Vergleich zu anderen Übergangsmetallen widerspiegelt. Tatsächlich ist dies ein Merkmal von Metallen der Gruppe 12 (zusammen mit Quecksilber und Cadmium), so dass sie sich manchmal fragen, ob sie wirklich als Elemente von Block d betrachtet werden sollten.
Obwohl die 3d- und 4s-Orbitale voll sind, ist Zink ein guter Stromleiter. daher können seine Valenzelektronen zum Leitungsband "springen".
Es ist unmöglich, dass Zink seine zwölf Valenzelektronen verliert oder eine Oxidationszahl oder einen Oxidationszustand von +12 aufweist, vorausgesetzt, das Zn-Kation existiert.12+. Stattdessen verliert es nur zwei seiner Elektronen; speziell diejenigen des 4s-Orbitals, die sich ähnlich wie Erdalkalimetalle verhalten (Mr. Becambara).
In diesem Fall soll Zink mit einer Oxidationszahl oder einem Oxidationszustand von +2 an der Verbindung beteiligt sein. das heißt, unter der Annahme der Existenz des Zn-Kationszwei+. Beispielsweise hat Zink in seinem Oxid ZnO diese Oxidationszahl (Zn)zwei+ODERzwei-). Gleiches gilt für viele andere Verbindungen, bei denen angenommen wird, dass nur Zn (II) existiert.
Es gibt jedoch auch Zn (I) oder Zn+, das hat nur eines der Elektronen des 4s-Orbitals verloren. Eine andere mögliche Oxidationszahl für Zink ist 0 (Zn0), wo seine neutralen Atome mit gasförmigen oder organischen Molekülen interagieren. Daher kann es als Zn dargestellt werdenzwei+, Zn+ oder Zn0.
Zink befindet sich an 24. Stelle der am häufigsten vorkommenden Elemente in der Erdkruste. Es kommt im Allgemeinen in Schwefelmineralien vor, die auf dem ganzen Planeten verteilt sind.
Um das Metall in seiner reinen Form zu erhalten, müssen zunächst die in unterirdischen Tunneln befindlichen Gesteine gesammelt und die zinkreichen Mineralien konzentriert werden, die den wahren Rohstoff darstellen..
Diese Mineralien umfassen: Sphalerit oder Wurzit (ZnS), Zinkit (ZnO), Willemit (Zn)zweiJa4), Smitsonit (ZnCO3) und Gahnit (ZnAlzweiODER4). Sphalerit ist bei weitem die Hauptquelle für Zink.
Sobald das Mineral nach einem Flotations- und Reinigungsprozess der Gesteine konzentriert wurde, muss es kalziniert werden, um die Sulfide in ihre jeweiligen umzuwandeln. In diesem Schritt wird das Mineral einfach in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt, wobei die folgende chemische Reaktion entwickelt wird:
2 ZnS (s) + 3 O.zwei(g) → 2 ZnO (s) + 2 SOzwei(G)
Die SOzwei reagiert auch mit Sauerstoff, um SO zu erzeugen3, Verbindung zur Synthese von Schwefelsäure.
Sobald das ZnO erhalten wurde, kann es entweder einem pyrometallurgischen Prozess oder einer Elektrolyse unterzogen werden, wobei das Endergebnis die Bildung von metallischem Zink ist..
ZnO wird mit Kohle (Mineral oder Koks) oder Kohlenmonoxid reduziert:
2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + COzwei(G)
ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + COzwei(G)
Die Schwierigkeit, mit der dieses Verfahren konfrontiert ist, ist die Erzeugung von gasförmigem Zink aufgrund seines niedrigen Siedepunkts, der durch die hohen Temperaturen des Ofens überwunden wird. Deshalb müssen Zinkdämpfe destilliert und von den anderen Gasen getrennt werden, während ihre Kristalle auf geschmolzenem Blei kondensieren..
Von den beiden Erhebungsmethoden ist dies die weltweit am weitesten verbreitete. ZnO reagiert mit verdünnter Schwefelsäure und löst Zinkionen als Sulfatsalz aus:
ZnO (s) + H.zweiSW4(ac) → ZnSO4(ac) + H.zweiO (l)
Schließlich wird diese Lösung elektrolysiert, um metallisches Zink zu erzeugen:
2 ZnSO4(ac) + 2 H.zweiO (l) → 2 Zn (s) + 2 H.zweiSW4(ac) + O.zwei(G)
Im Unterabschnitt über chemische Reaktionen wurde erwähnt, dass Wasserstoffgas eines der Hauptprodukte ist, wenn Zink mit Wasser reagiert. Deshalb muss es im metallischen Zustand ordnungsgemäß gelagert werden und außerhalb der Reichweite von Säuren, Basen, Wasser, Schwefel oder anderen Wärmequellen liegen. Andernfalls besteht Brandgefahr.
Je feiner das Zink verteilt ist, desto größer ist die Brand- oder sogar Explosionsgefahr..
Andernfalls stellt seine feste oder körnige Form keine Gefahr dar, solange die Temperatur nicht nahe bei 500 ° C liegt. Wenn es von einer Oxidschicht bedeckt ist, kann es mit bloßen Händen gehandhabt werden, da es nicht mit ihrer Feuchtigkeit reagiert; Wie jeder Feststoff reizt er jedoch die Augen und die Atemwege.
Obwohl Zink für die Gesundheit unerlässlich ist, kann eine Überdosis die folgenden Symptome oder Nebenwirkungen verursachen:
- Übelkeit, Erbrechen, Verdauungsstörungen, Kopfschmerzen und Bauchschmerzen oder Durchfall.
- Verdrängt Kupfer und Eisen während der Absorption aus dem Darm, was sich in einer zunehmenden Schwäche der Gliedmaßen niederschlägt.
- Nierensteine.
- Verlust des Geruchssinns.
Vielleicht ist Zink neben Kupfer eines der Metalle, die die beliebtesten Legierungen bilden: Messing und verzinktes Eisen. Während eines Musikorchesters wurde mehrfach Blechbläser beobachtet, da das goldene Leuchten der Instrumente teilweise auf die Legierung aus Kupfer und Zink zurückzuführen ist..
Metallisches Zink selbst hat nicht viele Verwendungszwecke, obwohl es aufgerollt als Anode für Trockenzellen dient und in Pulverform als Reduktionsmittel gedacht ist. Wenn eine Schicht dieses Metalls auf einer anderen galvanisch abgeschieden wird, schützt die erstere die letztere vor Korrosion, indem sie anfälliger für Oxidation ist; Das heißt, Zink oxidiert vor Eisen.
Deshalb werden Stähle verzinkt (mit Zink beschichtet), um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Beispiele für diese verzinkten Stähle finden sich auch in endlosen „Zink“ -Dächern, von denen einige mit grüner Farbe versehen sind, sowie in Buskarosserien, Haushaltsutensilien und Hängebrücken..
Es gibt auch Aluzinc, eine Aluminium-Zink-Legierung, die in zivilen Konstruktionen verwendet wird..
Zink ist ein gutes Reduktionsmittel, daher verliert es seine Elektronen, damit eine andere Spezies gewinnen kann. insbesondere ein Metallkation. In Pulverform ist seine reduzierende Wirkung sogar schneller als die von festem Granulat..
Es wird bei der Gewinnung von Metallen aus ihren Mineralien verwendet. wie Rhodium, Silber, Cadmium, Gold und Kupfer.
Ebenso wird seine reduzierende Wirkung verwendet, um organische Spezies zu reduzieren, die in der Ölindustrie wie Benzol und Benzin oder in der pharmazeutischen Industrie beteiligt sein können. Andererseits findet Zinkstaub auch Anwendung in alkalischen Zink-Mangan-Dioxid-Batterien..
Zinkstaub findet aufgrund seiner Reaktivität und energetischeren Verbrennung Verwendung als Zusatzstoff in Streichholzköpfen, Sprengstoffen und Feuerwerkskörpern (sie verleihen weiße Blitze und grünliche Flammen)..
Zinksulfid hat die Eigenschaft, phosphoreszierend und lumineszierend zu sein, weshalb es bei der Herstellung von Leuchtfarben verwendet wird..
Die weiße Farbe seines Oxids sowie seine Halb- und Fotoleitfähigkeit werden als Pigment in Keramik und Papier verwendet. Darüber hinaus ist es in Talk, Kosmetika, Kautschuken, Kunststoffen, Stoffen, Arzneimitteln, Tinten und Emails enthalten..
Unser Körper braucht Zink, um viele seiner lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Um es zu erwerben, ist es in einigen Nahrungsergänzungsmitteln in Form von Oxid, Gluconat oder Acetat enthalten. Es ist auch in Cremes zur Linderung von Verbrennungen und Hautirritationen sowie in Shampoos enthalten.
Einige bekannte oder mit der Einnahme von Zink verbundene Vorteile sind:
- Verbessert das Immunsystem.
- Es ist ein gutes entzündungshemmendes Mittel.
- Reduziert die lästigen Symptome der Erkältung.
- Verhindert Zellschäden in der Netzhaut, daher wird es für das Sehen empfohlen.
- Es hilft bei der Regulierung des Testosteronspiegels und ist auch mit der Fruchtbarkeit von Männern, der Qualität ihrer Spermien und der Entwicklung von Muskelgewebe verbunden..
- Reguliert die Interaktionen zwischen Gehirnneuronen, weshalb es mit Verbesserungen des Gedächtnisses und des Lernens verbunden ist.
-Darüber hinaus ist es bei der Behandlung von Durchfall wirksam.
Diese Zinkpräparate sind im Handel als Kapseln, Tabletten oder Sirupe erhältlich..
Es wird angenommen, dass Zink Teil von 10% der gesamten Enzyme im menschlichen Körper ist, ungefähr 300 Enzyme. Unter diesen können Carboanhydrase und Carboxypeptidase erwähnt werden..
Carboanhydrase, ein zinkabhängiges Enzym, wirkt auf Gewebeebene, indem es die Reaktion von Kohlendioxid mit Wasser unter Bildung von Bicarbonat katalysiert. Wenn das Bicarbonat die Lunge erreicht, kehrt das Enzym die Reaktion um und es bildet sich Kohlendioxid, das während des Ausatmens nach außen ausgestoßen wird.
Carboxypeptidase ist eine Exopeptidase, die Proteine verdaut und Aminosäuren freisetzt. Zink liefert eine positive Ladung, die die Wechselwirkung des Enzyms mit dem Protein, das es verdaut, erleichtert..
Zink ist in verschiedenen Organen des menschlichen Körpers vorhanden, hat jedoch die höchste Konzentration in der Prostata und im Sperma. Zink ist verantwortlich für das reibungslose Funktionieren der Prostata und die Entwicklung der männlichen Fortpflanzungsorgane.
Zink ist am Metabolismus von RNA und DNA beteiligt. Zinkfinger (Zn-Finger) bestehen aus Zinkatomen, die als Brücken zwischen Proteinen dienen, die zusammen an verschiedenen Funktionen beteiligt sind.
Zinkfinger sind nützlich beim Lesen, Schreiben und Transkriptieren von DNA. Darüber hinaus gibt es Hormone, die sie in Funktionen verwenden, die mit der Wachstumshomöostase im gesamten Körper verbunden sind..
Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter in der Großhirnrinde und im Hirnstamm. Zink reichert sich in glutaminergen präsynaptischen Vesikeln an und greift in die Regulation der Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat und in die neuronale Erregbarkeit ein.
Es gibt Hinweise darauf, dass eine übertriebene Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat eine neurotoxische Wirkung haben kann. Daher gibt es Mechanismen, die seine Freisetzung regulieren. Die Zinkhomöostase spielt daher eine wichtige Rolle bei der funktionellen Regulation des Nervensystems..
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.