Zink

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Zinkiv

Eigenschaften

^*3d¹⁰4s²

Periodensystem

	Kupfer – Zink – Gallium
Zn Cd

Allgemein Name, Symbol, Ordnungszahl Zink, Zn, 30 Serie Übergangsmetalle Gruppe, Periode, Block 12, 4, d Aussehen bläulich blassgrau Massenanteil an der Erdhülle 0,01 % Atomar Atommasse 65,409 Atomradius (berechnet) 135 (142) pm Kovalenter Radius 131 pm van der Waals-Radius 139 pm Elektronenkonfiguration href="http://articles.gourt.com/de/Argon">Ar3d¹⁰4s² Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 2 1. Ionisierungsenergie 906,4 kJ/mol 2. Ionisierungsenergie 1733,3 kJ/mol 3. Ionisierungsenergie 3833 kJ/mol 4. Ionisierungsenergie 5731 kJ/mol Physikalisch Aggregatzustand fest Kristallstruktur hexagonal Dichte (Mohshärte) 7140 kg/m³ (2,5) Magnetismus diamagnetisch Schmelzpunkt 692,68 K (419,5 °C) Siedepunkt 1180 K (907 °C) Molares Volumen 9,16 · 10^-6 m³/mol Verdampfungswärme 115,3 kJ/mol Schmelzwärme 7,322 kJ/mol Dampfdruck 192,2 Pa bei 692,73 K Schallgeschwindigkeit 3700 m/s bei 293,15 K Spezifische Wärmekapazität 390 J/(kg · K) Elektrische Leitfähigkeit 16,6 · 10⁶/m S/m Wärmeleitfähigkeit 116 W/(m · K) Chemisch Oxidationszustände 2 Oxide (Basizität) (amphoter) Normalpotential -0,762 V (Zn²⁺ + 2e^- → Zn) Elektronegativität 1,65 (Pauling-Skala) Isotope

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
⁶²Zn	{syn.}	9,186 h	ε	1,627	⁶²Cu
⁶³Zn	{syn.}	38,47 min	ε	3,367	⁶³Cu
⁶⁴Zn	48,6 %	Zn ist stabil mit 34 Neutronen
⁶⁵Zn	{syn.}	244,26 d	ε	1,352	⁶⁵Cu
⁶⁶Zn	27,9 %	Zn ist stabil mit 36 Neutronen
⁶⁷Zn	4,1 %	Zn ist stabil mit 37 Neutronen
⁶⁸Zn	18,8 %	Zn ist stabil mit 38 Neutronen
⁶⁹Zn	{syn.}	56,4 min	β^-	0,906	⁶⁹Ga
⁷⁰Zn	0,6 %	Zn ist stabil mit 40 Neutronen
⁷¹Zn	{syn.}	2,45 min	β^-	2,813	⁷¹Ga
⁷²Zn	{syn.}	46,5 h	β^-	0,458	⁷²Ga

NMR-Eigenschaften

	⁶⁷Zn
Kernspin	5/2
gamma/rad/T	1,673 · 10⁷
Empfindlichkeit	0,00285
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	12,5 M Hz

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Zink ist ein chemisches Element. Es ist ein bläulich-weißes Metall und wird unter anderem zum Verzinken von Eisen und Stahlteilen sowie für Regenrinnen verwendet. Der Name Zink kommt von Zinke, Zind „Zahn, Zacke“, da Zink zackenförmig erstarrt.

Vorkommen

Bedeutende Zinkerz sind:

Zinkblende (ZnS): Zink-Schwefel-Verbindung mit ca. 65 % Zinkanteil.
Zinkspat (ZnCO₃): Zinkcarbonat, auch Galmei, mit ca. 50 % Zinkanteil

Zinkerze werden hauptsächlich in der Volksrepublik China, Peru, Australien, Kanada, USA, Japan und Südafrika abgebaut. In Europa sind noch einige Zinkminen in Irland, Polen, Finnland, Bulgarien, Spanien und Schweden aktiv.

Auch in Deutschland gab es Zinkerzlagerstätten, z. B. bei Eschweiler im Rheinland, am Rammelsberg im Harz oder bei Ramsbeck im Sauerland. Oberirdisch kann man in diesen Gebieten seltene Pflanzen finden, die auf zinkhaltigen Böden besonders gut wachsen, wie das gelbe Galmeiveilchen, das nach dem alten Namen für das Zinkerz Galmei benannt ist. Zinkhütten standen im 19. Jahrhundert in Sachsen, Schlesien, im Rheinland und in Westfalen.

Die größten Fördernationen

Die bedeutendste Fördernation für Zink ist China, gefolgt von Peru und Australien. In Europa sind Irland, Polen, Finnland und Bulgarien als Zinkproduzenten zu nennen.

Die größten Fördernationen weltweit (2003)
Rang	Land	Fördermengen (in Tsd. t)	Rang	Land	Fördermengen (in Tsd. t)
1	China	2.200	11	Polen	181
2	Peru	1.373	12	Bolivien	145
3	Australien	1.355	13	Brasilien	135
4	Kanada	744	14	Marokko	90
5	USA*	738	15	Iran	80
6	Mexiko	412	16	Namibia	45
7	Indien	294	17	Japan	42
8	Irland	280	18	Honduras	34
9	Russische Föd.	268	19	Nordkorea	32
10	Kasachstan	250	20	Finnland und Bulgarien	je 31
Quelle: Handelsblatt - Die Welt in Zahlen (2005); *Daten für USA wurden gemäß Fischer-Weltalmanach (2006) ergänzt

Gewinnung

Zunächst erfolgt eine Aufarbeitung der Zinkerze zu Zinkoxid. Sulfidische Erze (Zinkblende) werden dazu geröstet, Galmei im Schachtofen gebrannt. Die weitere Verarbeitung erfolgt entweder auf trockenem oder nassen Weg.

Trocken wird das Zinkoxid im Muffelofen mit Kohle vermischt bei ca. 1.400°C reduziert. Das dabei verdampfende Zink wird kondensiert und als 98 %iges Hütten- oder Rohzink in Formen gegossen. Es enthält als Verunreinigung insbesondere Blei und Cadmium. Durch fraktionierte Destillation läßt es sich zu 99,99 %igem Feinzink aufarbeiten.

Nasschemisch kann das Zinkoxid mit Schwefelsäure zu Zinksulfat umgesetzt werden, welches elektrolytisch zum Metall reduziert ebenfalls 99,99 %iges Elektrolysezink ergibt.

Eigenschaften

Zink ist einbläulich-weißes, unedles Metall, welches bei Zimmertemperatur und oberhalb 200°C ziemlich spröde ist. zwischen 100 und 200 °C ist es jedoch recht duktil und läßt sich leicht verformen. Sein Bruch ist silberweiß. An der Luft bildet Zink eine witterungsbeständige Schutzschicht aus Zinkoxid und -carbonat. Daher verwendet man es trotz seines ansonsten unedlen Charakters als Korrosionschutz (Verzinken von Eisen). Zink löst sich in Säuren unter Bildung von Zink(II)-Salzen und in Laugen unter Bildung von Zinkaten, ^*^2-, auf. Zink liegt in seinen Verbindungen fast ausnahmslos in der Oxidationsstufe +II vor.

Chemisch zählt Zink zu den unedlen Metallen (Redoxpotential -0,763 Volt). Dies kann beispielsweise dafür ausgenutzt werden, edlere Metalle aus ihren Salzen durch Reduktion elementar abzuscheiden, wie hier am Beispiel der Umsetzung eines Kupfersalzes gezeigt wird:

$\mathrm{Cu^{2+} + \ Zn \rightarrow Cu\downarrow + \ Zn^{2+}}$

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 sogenannte Rinmanns Grün zu erkennen.

Verwendung

Zink wird häufig zur Produktion von kostengünstigen Gussteilen verwendet, da der Zinkdruckguss die schnelle Fertigung von großen Stückzahlen unterschiedlichster Produkte erlaubt. Weitere Vorteile dieses Werkstoffes im Zinkdruckgussverfahren sind hohe Maßhaltigkeit, Eignung zu unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen sowie die hohe mechanische Belastbarkeit. Das Spektrum der Anwendungen reicht von der Kfz–Industrie, dem Maschinen- und Apparatebau, Baubeschlag, Sanitärindustrie, der Feingeräte- und Elektrotechnik bis hin zu Gebrauchsgegenständen und Spielzeugen. Im Dachdecker- und Klempnerhandwerk wird in der Regel Titanzink verwendet, welches weniger spröde und dadurch mechanisch deutlich belastbarer ist.

Rostschutz

Zink wird seit langem als Korrosionsschutz (Rostschutz) verwendet, im Volksmund "verzinken" genannt. „Verzinken“ ist jedoch keine einheitliche Technologie. Es gibt verschiedene Verfahren, mit denen Stahl durch Zink vor Korrosion geschützt werden kann:

Das diskontinuierliches Feuerverzinken (Stückverzinken): ist ein diskontinuierliches Schutzverfahren, bei welchem die zu verzinkenden Teile einzeln in schmelzflüssiges Zink getaucht werden. Dicke der aufgetragenen Zinkschicht beträgt 50 bis 150 µm. Die Haltbarkeit zeichnet das Feuerverzinken vor anderen Korrosionsschutzverfahren aus. Selbst unter extremen Belastungen schützt eine Feuerverzinkung den Stahl jahrzehntelang. Schutzzeiträume von über 50 Jahren sind möglich - ohne Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung.

Das kontinuierliche Feuerverzinken (Bandverzinken, Drahtverzinken): ist ein kontinuierliches Schutzverfahren für Stahlband (deshalb Bandverzinken) oder Stahldraht, welche in automatisch betriebenen Anlagen einen Zinküberzug im Durchlaufverfahren durch schmelzflüssiges Zink erhalten. Die Dicke der aufgetragenen Zinkschicht beträgt 5 bis 40 µm.

Das galvanische/elektrolytische Verzinken: ist ein Schutzverfahren durch Aufbringen eines Zinküberzuges in wässerigen Elektrolyten mit Gleichstrom. Verwendet werden meist saure, aber auch alkalisch-cyanidfreie oder cyanidische Elektrolyte. Die Dicke der aufgetragenen Zinkschicht beträgt 2,5 bis 25 µm.

Das thermische Spritzen mit Zink/Spritzverzinken: ist ein Schutzverfahren, bei welchem mittels Flamme oder Lichtbogen aufgeschmolzenes Zink auf die Oberfläche des zu verzinkenden Teils aufgespritzt wird.

Metallische Überzüge mit Zinkstub (mechanische Plattieren/Sheradisieren): Bei diesem Schutzverfahren werden unter Verwendung von Zinkstaub mechanisch (Mechanisches Plattieren) oder durch Diffusion (Sherardisieren) Zinküberzüge bzw. Fe + Zn-Legierungsschichten auf geeigneten Werkstücken erzielt. Die Dicke der Zinkschicht beträgt beim Sherdisieren 15 bis 25 µm, beim Plattieren 10 bis 20 µm.

Das Zinkstaub-Beschichten: ist ein Schutzverfahren, bei dem zinkstaubpigmentierte Beschichtungsstoffe als Schutzschichten auf Stahlteile appliziert werden.

Der kathodische Korrosionsschutz: ist ein Schutzverfahren für Stahl durch Kontakt mit einer Anode aus Zink bei Gegenwart eines Elektrolyten. Dabei geht das unedlere Metall, die Opferanode aus Zink, in Lösung, während der Stahl (als Kathode) nicht angegriffen wird.

Zink-Kohlebatterie

Aufgrund des niedrigen Redoxpotentials und der einfachen Formbarkeit wird Zink auch als negative Elektrode in galvanischen Zellen, beispielsweise Zink-Kohle-Monozellen eingesetzt, aus denen auch Trockenbatterien aufgebaut sind.

Biologische Bedeutung

Foodstuff-containing-Zinc.jpg Zink zählt zu den essentiellen Spurenelementen für den Stoffwechsel. Es ist Bestandteil einer Vielzahl von Enzymen, beispielsweise der RNA-Polymerase und der Glutathionperoxidase.

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. Eine bedeutende Rolle spielt es bei der Wundheilung. 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 Jugendlichen, die aufgrund des Wachstums besonders viel Zink benötigen.

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

Zink ist neben Vitamin C auch ein wichtiges Grippemittel, dessen krankheitslindernde und -verkürzende Wirkung in Studien nachgewiesen werden konnte. Zinkmangel führt zu einer Unterfunktion der Keimdrüsen, Wachstumstörungen und Blutarmut.

Folgende Nahrungsmittel sind gute Zinkquellen:

rote Fleischsorten
Fisch und Meeresfrüchte
Kuhmilch und wässrige Milchprodukte
Vollkornprodukte, speziell sauerteiggeführtes Brot (siehe Phytinsäure)
Weizenkeime (Weizen)
Ölsaaten (z. B. Sesam, Mohn, Kürbiskerne, Sonnenblumenkerne)
Erdnüsse und Pekannüsse
Pilze und Hefen

Siehe auch: Hereditäres Zinkmangelsyndrom

Wichtige Verbindungen

Zamak
Zinkchlorid (ZnCl₂)
Zinkoxid (ZnO)
Zinksulfid (ZnS), mit verschiedenen Metallen dotiertes Zinksulfid zeigt Phosphoreszenz.
Zinkstearat (Zn(C₁₈H₃₅O₂)₂)

Weblinks

http://www.feuerverzinken.com (Informationsportal zum Korrosionsschutz durch Feuerverzinken)
http://www.initiative-zink.de
http://www.iza-europe.com
http://www.iza.com
http://www.zincworld.org

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