Zink (Zn) – egenskaper, isotoper, användning och förekomst

Fysiska egenskaper

Zink är en blank blågrå metall. Zink har en vitgrå färg när den precis har skurits. Om den utsätts för luft förblir den inte glänsande länge. Dess smältpunkt ligger vid (419,58 °C), kokpunkt vid (907,0 °C), kylpunkt vid (419,58 °C) och fryspunkt vid (907,0 °C). Denna temperatur är lägre än de flesta övergångsmetaller men högre än tenn eller bly. Det kan smältas på en spis. Den kokar vid en för en metall låg temperatur. Den är inte magnetisk. När den värms upp lite blir den mycket flexibel. Om den värms upp mer blir den mycket spröd. Den bildar lätt legeringar med andra metaller.

Kemiska egenskaper

Zink är en reaktiv metall. Den är ungefär lika reaktiv som aluminium och mer reaktiv än de flesta av de vanligaste metallerna, t.ex. järn, koppar, nickel och krom. Den är mindre reaktiv än magnesium. Zink kan reagera med syror, baser och ickemetaller. Det rostar dock inte i luft. Ett skikt av zinkoxid och zinkkarbonat bildas på zinkens yta när den befinner sig i luft. Denna beläggning stoppar korrosion. Syror kan lösa upp denna beläggning och reagera med zinkmetallen. Denna reaktion av zink med en syra ger upphov till ett zink(II)-salt, t.ex. zinkklorid och vätegas. Detta är en mycket vanlig kemisk reaktion. Reaktionen nedan är reaktionen med saltsyra.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zink kan brinna i pulverform eller i små bitar för att göra zinkoxid, ett vitt pulver. Flamman är ljus blågrön.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Zinkoxid kan lösas upp i starka baser. Denna reaktion sker i vissa batterier som innehåller zink.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Zink är en kalcofil. Det betyder att det hellre reagerar med svavel och grundämnen som ligger under det i det periodiska systemet än med syre. Därför är zinksulfid den vanligaste zinkmalmen, inte zinkoxid.

Kemiska föreningar

Zink kan bilda kemiska föreningar med andra grundämnen. Dessa kemiska föreningar har endast ett oxidationstillstånd: +2. En +1-förening har hittats, men den är svår att tillverka. Det finns inga andra oxidationstillstånd än +1 eller +2. De flesta av dessa föreningar har ingen färg. Om de har en färg är det inte zink som ger färg.

Zinkklorid är en av de vanligaste zinkföreningarna. De är ganska oreaktiva. De är lite sura när de löses upp i vatten. De ger upphov till en grön låga när de upphettas i en eld.

Andra zinkföreningar är:

• Zinkantimonid, grå halvledare
• Zinkarsenid, orange halvledare
• Zinkbromid, ett skydd mot strålning
• Zinkkarbonat, zinkmalm
• Zinkfluorid
• Zinkhydroxid, som används i kirurgiska bandage.
• Zinkjodid, som används vid röntgenfotografering.
• Zinknitrat, som används som betningsmedel
• Zinkoxid, används i solskyddsmedel
• Zinkfosfat, används inom tandvården
• Zinksulfat, används i pigment
• Zinksulfid, vanlig zinkmalm

Fem isotoper av zink finns i naturen. ⁶⁴Zn är den vanligaste isotopen, med 48,63 % av den naturligt förekommande zinken. Denna isotop har en halveringstid på 4,3x10¹⁸ år. Detta är så lång tid att dess radioaktivitet kan ignoreras. På samma sätt anses ⁷⁰
Zn (0,6 %), med en halveringstid på 1,3x10¹⁶ år, vanligtvis inte vara radioaktiv. De andra isotoper som finns i naturen är ⁶⁶
Zn (28 %), ⁶⁷
Zn (4 %) och ⁶⁸
Zn (19 %).

Zink finns inte som metall i jordskorpan. Zink finns endast i form av zinkföreningar. Sphalerit, ett mineral som består av zinksulfid, är en viktig zinkmalm. Mycket lite zink finns i havet. Zinkmalm finns normalt tillsammans med koppar- och blymalm.

Det finns några andra zinkmalmer, t.ex. smithsonit (zinkkarbonat) och ett zinksilikatmineral. De är mindre vanliga.

Zinksulfiden koncentreras genom flotation. Det finns ett rengöringsmedel som samlar upp zinksulfiden. Orenheterna sjunker till botten och avlägsnas. Därefter värms zinksulfiden i luft för att göra zinkoxid och svaveldioxid.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Svaveldioxiden oxideras till svaveltrioxid.

2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃

Svaveltrioxiden reagerar med zinkoxiden och bildar zinksulfat. Detta ger en löslig form av zink som kan bearbetas mer.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Zinksulfatet renas och elektrolyseras. Denna elektrolys ger syre, zink och svavelsyra. Detta ger en ren zink som kallas "SHG" (special high grade).

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Svavelsyran återanvänds i stället för svaveltrioxiden för att laka ut mer zinkoxid.

Zinkoxid kan också reduceras med kol till zinkmetall och koldioxid vid höga temperaturer. Detta är en masugnsprocess som liknar den som används för att framställa järn.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Denna form av zink är billigare men inte ren.

Zink är den fjärde vanligaste metallen i världen. Varje år tillverkas cirka 10 miljoner ton.

Som metall

Zink används i elektriska batterier. Alkaliska celler och Leclanche-celler är de som använder zink mest. Det oxideras och ger elektroner för att batteriet ska fungera.

Ungefär 59 % av zinken används för korrosionsskydd, vilket inkluderar galvanisering. 47 % av världens zink används för galvanisering. Detta används för att skydda en annan metall, vanligen järn, från att rosta. Zinkbeläggningen korroderar i stället för järnet. Zinkbeläggningen kan placeras på metallen på två sätt. Metallen kan doppas i en gryta med smält zink. Zinken kan också galvaniseras på metallen. Doppning håller längre men ger en fläckig yta som vissa inte tycker är snygg. Det används också i motorbåtar och rörledningar för att bromsa rostningen. Motorn på en motorbåt har ofta en "kula" av zink, som lätt korroderar, men som hjälper andra metalldelar på motorn att hålla sig rostfria.

Zink används i legeringar. Mässing är en legering av koppar och zink. Mässing är den vanligaste zinklegeringen. Zink kan bilda legeringar med många andra metaller. Zinkaluminium är en legering av zink och aluminium som ger bra lager. Kommersiell brons innehåller zink. Ibland reagerar kadmiumtellurid med zink för att göra kadmiumzinktellurid, en halvledare. Nickelsilver är en annan zinklegering.

Zink kan användas i pipor i en piporgel. Tidigare användes en legering av tenn och bly. Zink används i den amerikanska pennan, där den endast har ett tunt lager koppar. Kärnan är av zink. Äldre pennies tillverkades helt av brons.

En blandning av pulveriserad zink och svavel kan användas för att driva en modellraket. Reaktionen ger upphov till zinksulfid, värme, ljus och gaser. Zinkplåt används för att tillverka zinkstänger.

Som zinkföreningar

Ungefär 1/4 av zinken används för att tillverka zinkföreningar. Zinkoxid kan användas som solskyddsmedel eller färgpigment. Zinkoxid är också en halvledare. Zinkklorid används för att konservera trä så att det inte ruttnar. Vissa svampmedel innehåller zink. Zinksulfat används i färgämnen och pigment. Zinksulfid används i lysrör för att omvandla ultraviolett ljus till synligt ljus.

Inom biologin

Människor behöver lite zink för att kroppen ska fungera bra. Om de inte får i sig tillräckligt med zink genom maten kan de få mineralbrist. Nästan två miljarder människor har zinkbrist. Zinkbrist gör att man lättare får infektioner. Vissa säger att när vi blir förkylda ska vi ta mer zink när vi blir förkylda. Andra säger att zink inte gör någon skillnad. Det finns mediciner som man kan använda när man är förkyld. Folk tillsätter små mängder zinkföreningar i vitaminpiller och flingor för att se till att de får i sig tillräckligt med zink. De flesta vitaminer i enstaka tabletter innehåller zink. Zink finns i minst 100 enzymer. Det är den näst vanligaste övergångsmetallen efter järn. Zink används också av hjärnan. Människokroppen innehåller 2 till 4 gram zink. Ett zinkenzym hjälper till att avlägsna koldioxid från blodet. Vete innehåller mycket zink.

Stora mängder zinkmetall är giftiga. Den kan lösas upp i magsyra. När man äter för mycket zink sjunker koppar- och järnnivåerna i kroppen. Zinkföreningar kan vara frätande i magsäcken. Zinkföreningar som sätts i näsan kan förstöra luktsinnet.

Zinkjoner är mycket giftiga för fiskar och många saker som lever i vatten.