Přeskočit na obsah

Zinek

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Zinek
[Ar] 3d104s2
64 Zn
30
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název,značka,číslo Zinek, Zn, 30
Cizojazyčné názvy lat.zincum
Skupina,perioda,blok 12. skupina,4. perioda,blok d
Chemická skupina Přechodné kovy
Koncentracevzemské kůře 70 až 132 ppm
Koncentracevmořské vodě 0,01 mg/l
Vzhled Modrobílý kovový prvek se silným leskem
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 65,409
Atomový poloměr 134 pm
Kovalentní poloměr 122 pm
Van der Waalsův poloměr 139 pm
Iontový poloměr 74 pm
Elektronová konfigurace [Ar] 3d104s2
Oxidační čísla 0, I, II
Elektronegativita(Paulingova stupnice) 1,65
Ionizační energie
První 906,4 KJ/mol
Druhá 1733,3 KJ/mol
Třetí 3833 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava Šesterečná
Molární objem 9,16×10−6m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota 7,14 g/cm3
Skupenství Pevné
Tvrdost 2,5
Tlak syté páry 100 Pa při 750K
Rychlost zvuku 3850 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 116 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 419,53°C(692,68K)
Teplota varu 906,85°C(1 180K)
Skupenské teplo tání 7,28 KJ/mol
Skupenské teplo varu 114,2 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita 388 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost 16,6×106S/m
Měrný elektrický odpor 59,0 nΩ·m
Standardní elektrodový potenciál -0,763 V
Magnetickéchování Diamagnetický
Bezpečnost
GHS02 – hořlavé látky
GHS02
GHS09 – látky nebezpečné pro životní prostředí
GHS09
[1]
Nebezpečí[1]
R-věty R15,R17,R50/53
S-věty S2,S43,S46,S60,S61
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P
64Zn 48,6% jestabilnís 34neutrony
65Zn umělý 243,93 dne εβ+ 1,351 6 65Cu

γ 1,1155 65Cu
66Zn 27,9% jestabilnís 36neutrony
67Zn 4,1% jestabilnís 37neutrony
68Zn 18,8% jestabilnís 38neutrony
70Zn 0,6% jestabilnís 40neutrony
72Zn umělý 46,5 β 0.458 72Ga
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotkySIaSTP(25 °C, 100 kPa).
Měď Zn Gallium

Cd

Zinek(chemická značkaZn,latinskyzincum) je měkký lehce tavitelnýkov,používaný člověkem již odstarověku.Slouží jako součást různýchslitin,používá se při výrobě barviv a jeho přítomnost v potravě je nezbytná pro správný vývoj organismu.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

[editovat|editovat zdroj]
Kovový zinek

Zinek je modrobílý[zdroj?]kovový prvek se silným leskem, který však na vlhkémvzduchuztrácí. Mřížka zinku krystaluje v hexagonálním těsném uspořádání. Za normálníteplotyje křehký, v rozmezí teplot 100–150 °C je tažný a dá se válcovat na plech a vytahovat na dráty, nad 200 °C je opět křehký a dá se rozetřít na prach. Zinek je velmi snadno tavitelný a patří k nejsnáze těkajícím kovům.Tepelná vodivostzinku je 61–64 % aelektrická vodivost27 % vodivosti stříbra. Při teplotách pod 0,875 K je supravodivý. Patří mezipřechodné prvky,které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se nejčastěji vyskytuje v oxidačním čísle II, ale známe i sloučeniny, kde je zinek v oxidačním čísle I. Ty obsahují ionty Zn2+
2
a je nutno je stabilizovat stericky objemnými ligandy.[2]

V silných minerálníchkyselináchse zinek velmi ochotně rozpouští za vývoje plynnéhovodíku.Navzduchuje zinek stálý, protože se rychle pokryje tenkou vrstvičkouoxidu,která jej účinně chrání proti korozi vzdušnýmkyslíkemivlhkostí(vodou) – tzv.pasivace.Zinek se ale také rozpouští v roztocíchhydroxidů,vodnémamoniakua za tepla také vchloridu amonném,což je projevem jeho amfoterity (rozpouštění v kyselinách i hydroxidech). Pokud je zinek ve velmi čistém stavu, rozpouštění v kyselinách ani hydroxidech neprobíhá nebo probíhá velmi pomalu.

Zinek navzduchupři zahřátí hoří jasně svítivým modrozeleným plamenem, přičemž vzniká bílýoxid zinečnatý.Za červeného žáru se zinek oxiduje takévodní parouaoxidem uhličitým,který se redukuje naoxid uhelnatý.Shalogenyreaguje zinek velmi neochotně a pouze za přítomnosti vlhkosti.Sulfanpůsobí na zinek za normální teploty a vzniká taksulfid zinečnatý.Za tepla se zinek slučuje také sesírouafosforem.S elementárnímdusíkem,vodíkemauhlíkemse neslučuje vůbec,[3]ale samoniakemtvoří za vysokých teplotnitrid zinečnatý.S velkým množstvím kovů je zinek neomezeně mísitelný a tvoříslitinya s některými tvoří dokonce sloučeniny.

Historický vývoj

[editovat|editovat zdroj]

První použití zinku lze datovat vestarověku,kdy se používal ve slitině smědíjakomosaza to již ve starověkémEgyptěokolo roku 1400 př. n. l. nebo Homérově době. Mosaz se získávala tavením mědi se zinkovou rudou, kterou Řekové označovali jakocadmia– časem se z tohoto názvu vyvinul názevkalamín,což je nejstarší známá zinková ruda.

Čistý zinek se podařilo pravděpodobně poprvé připravit ve 13. století vIndii.Odtud se tato znalost přenesla doČíny,kde se v obdobídynastie Mingv letech 1368–1644 používaly zinkové mince. V Evropě nebyla výroba zinku známa, a proto se zinek v 17. a 18. století dovážel z Číny loděmi nizozemskéVýchodoindické společnosti.

První výroba zinku vEvropězapočala na začátku 18. století vAngliiv oblastiBristolu.Velmi rychle se započalo s výrobou také veSlezskuaBelgii.Původ slova zinek není sice úplně jasný, ale nejčastější domněnka je, že byl odvozen od německého slovaZinke(v překladu „bodec “nebo „zub “) a to podle vzhledu kovu.

Procentuální produkce zinku v roce 2006 podle zemí[4]

Vzemské kůřeje zinek poměrně bohatě zastoupen. Průměrný obsah činí kolem 100 mg/kg, čemuž odpovídá 76 ppm (parts per milion= počet částic na 1 milion částic). Tímto rozšířením v zemské kůře se řadí k prvkům jako jerubidium(78 ppm) aměď(68 ppm). I v mořské vodě je jeho koncentrace značně vysoká – 0,01 miligramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom zinku přibližně 100 milionů atomůvodíku.

Hlavním minerálem a rudou pro průmyslovou výrobu zinku jesfaleritneboli blejno zinkové ZnS, v přírodě se v malém množství vyskytuje také další minerál se složením ZnS, avšak v jiné krystalové modifikaci známý jakowurtzit.Dalšími minerály zinku jsousmithsonitneboli kalamín uhličitý ZnCO3,kalamín křemičitýZn2SiO4·H2O,willemitZn2SiO4,troosit(Zn,Mn)2SiO4,zinkitneboli červená ruda zinková ZnO,franklinit(Zn,Mn)O·Fe2O3,zinečnatý spinelZnO·Al2O3ahemimorfitZn4Si2O7(OH)2.Vzácně se v přírodě můžeme setkat i selementárním,kovovým zinkem.

Velká naleziště zinkových rud, zejménasfalerituasmithsonitu,se nachází vKanadě,Spojených státech americkýcha vAustrálii.Malá množství zinku bývají také přimíšena v železných rudách a při zpracování rudželezavevysoké pecise hromadí v podobě zinkového prachu z kychtových plynů. Může to být 30 % i více, a proto se pro výrobu zinku vychází i z tohoto materiálu.

Zinek se z 90 % vyrábí ze svýchsulfidickýchrud. Proces výroby začíná koncentrací rudy sedimentačními nebo flotačními technikami a následným pražením rudy za přístupukyslíku.

Vznikající oxid siřičitý se přitom obvykle zachycuje a používá následně pro výrobukyseliny sírové.Oxid zinečnatýse dále zpracováváelektrolytickynebo tavením skoksem.

Při elektrolytickém způsobu seoxid zinečnatýrozpouští vkyselině sírovéa z výluhu secementacízinkovým prachem získávákadmium.Roztoksíranu zinečnatéhose elektrolyzuje akovs čistotou 99,95 % se vylučuje nahliníkovékatodě.

Redukceoxidu zinečnatéhokoksemse dříve prováděla v soustavě horizontálních retort s vnějším ohřevem a pracovaly vsádkovým způsobem. Časem byly nahrazeny kontinuálně pracujícími vertikálnímiretortami,které měly někdy elektrické vyhřívání. Ani jeden z těchto dvou procesů nemá takovou termickou účinnost jako mávysoká pec,ve které spalování paliva pro zahřívání probíhá ve stejném prostoru jako redukceoxidu.Problém při výrobě zinku tímto způsobem je v tom, žeredukceoxidu zinečnatéhouhlíkemneprobíhá pod teplotou varu zinku. Navíc při následném ochlazení par zinku dochází k reakci těchto par soxidem uhličitýmza vzniku oxidu zinečnatého aoxidu uhelnatého.Teprve v padesátých letech dvacátého století se podařilo vyrobit takovou vysokou pec, která dokázala zvládnout problém výroby. Zinkové páry, které opouští vrchol pece jsou tak rychle schlazovány a rozpouštěny zkrápěnýmolovem,že zpětnáoxidacenaoxid zinečnatýje minimální. Zinek se následně odděluje jako kapalina s 99 % čistotou. Poté je rafinován vakuovou destilací, čímž se získá 99,99 % čistý zinek.

Světová produkce zinku je stálá a pohybuje se kolem 6 milionů tun za rok. Zinek je poželeze,mědiahliníkučtvrtým nejvíce průmyslově vyráběným kovem. Nejvíce rudy se vytěží vKanadě,ale většina se zpracovává jinde.

Struktura mosazi zvětšená 400x
Střecha pokrytá pozinkovaným plechem
Parapet pokrytý pozinkovaným plechem

Elementární zinek nachází významné uplatnění jako antikorozní ochranný materiál především proželezoa jehoslitiny.Pozinkovanýželezný plech se vyrábí řadou postupů, nejčastější jegalvanické pokovování,postřikování, napařování nebo žárové nanášení tenkého povlaku zinku.

Zinek má velmi dobré vlastnosti pro výrobu odlitků – díky výborné zatékavosti vyplňuje roztavený zinek dokonale odlévací formu. Vyrábí se tak kovové součástky, které jsou dobře odolné vůči atmosférickým vlivům (v suchu nekorodují, ale ve vlhku výrazně), ale nemusejí snášet výrazné mechanické namáhání, protože zinek je mechanicky velmi málo odolný. Příkladem mohou být některé části motorovýchkarburátorů,kovové ozdoby, okenní kliky, konve,vědra,vany,střešníokapy,střechy, obkládání nádrží, skříní, ledniček apod. Titanzinkový plech na střechy je slitina zinku s cca 0,3 % titanu.

Poměrně významné místo patřilo zinku ve výroběgalvanických článků(a jejich baterií). Dodnes je běžně užívánzinko-uhlíkový článek.V této oblasti se ale stále více využívají jiné principy, které pracují s jinými prvky, zejménaniklemalithiem.

Ze slitin zinku je nejvýznamnější slitina smědí– bílá a červenámosaz.Prakticky se využívá řady různých mosazí s odlišným poměrem obou kovů, které se liší jak barvou tak mechanickými vlastnostmi – tvrdostí, kujností, tažností i odolností proti vlivům okolního prostředí. Obecně se mosaz oproti čistému zinku vyznačuje výrazně lepší mechanickou odolností i vzhledem. Bílá mosaz se skládá z 85 % zinku, 5 %hliníkua 10 %mědi.Dalšími významnými slitinami jsou různé druhybronzu– například se složením 88 % cínu, 6 % hliníku a 6 % mědi a slitinazelco,která má složení 83 % zinku, 15 % hliníku a 2 % mědi.

Zinek se v menší míře používá i při výrobě klenotnických slitin sezlatem,stříbrem,mědíaniklem.Využívá se ho také k srážení zlata vyluhovanéhokyanidema vhutnictvík odstříbřováníolova– tzv.parkesování.

Další využití zinku je při výrobě závaží pro vyvažování automobilových kol jako náhrada za toxické olovo.

Mnoho ze sloučenin zinku se využívá jako nátěrové barvy. K nejznámějším patřílithopon,což je směssulfidu zinečnatéhoasíranu barnatéhoazinková běloba,což je jemně práškovanýoxid zinečnatý.Další známá barva je jemně práškovanézinkové blejno,chemickysulfid zinečnatýZnS, který se používá jako antikorózní nátěr naželezo,například se s ním natírají mosty a části strojů.

Ze zinku se také razily mince (zejména za válečných období) –Protektorátní10–, 20–, 50haléře a 1korunya některéříšské pfennigy.

Ve svých sloučeninách se zinek vyskytuje vždy jako kladně dvojmocný zinečnatýkation.Sloučeniny zinku jsou bezbarvé (bílé), pokud není anion vázaný k zinečnatému kationu barevný.

Anorganické sloučeniny

[editovat|editovat zdroj]
Oxid zinečnatý

Většina zinečnatých sloučenin je ve vodě rozpustných. Nerozpustné jsou především zásadité soli, které se z velké části rozpouští ve vodném roztoku amoniaku na komplexní aminosloučeniny nebo v nadbytečném množstvíhydroxidunahydroxozinečnatany.

Komplexní sloučeniny

[editovat|editovat zdroj]
Upozornění Tento článek používá starénázvosloví komplexů.
Nové názvosloví bylo přeloženo v létě 2007. Změny se týkají zejménanázvů anorganických ligandů.
WikiProjekt Chemie

Tvorba komplexních anionů u zinku není tak výrazná jako u předchozích kovů 4. periody. Na rozdíl od předchozích kovů však velmi ochotně váže hydroxidové aniony a vytváří tak hydroxozinečnatanový anion ahydroxozinečnatany.Zinek tvoří naproti tomu velmi ochotně komplexní kationty, zejména svodouaamoniakem.Zatímcoaquakomplexyjsou výhradněoktaedrické,nepodařilo se doposud v roztoku připravitaminokomplexzinku s 6komplexněvázanými molekulami amoniaku.

  • Hydroxozinečnatanyvznikají rozpouštěním zinku,oxidu zinečnatéhonebohydroxidu zinečnatéhov nadbytečném množství alkalickéhohydroxidu.Jsou to bezbarvé sloučeniny nejčastěji složení M2I[Zn(OH)4] s tetraedrickým uspořádáním, ale existují i MI[Zn(OH)3] a M4I[Zn(OH)6].
  • Amoniakáty zinkujsou bezbarvé komplexní sloučeniny, které vznikají rozpouštěním sloučenin zinku ve vodném roztoku amoniaku. Všechny tyto sloučeniny jsou velmi dobře rozpustné ve vodě a mají nejčastěji složení [Zn(NH3)2]2+s rovinným uspořádáním a [Zn(NH3)4]2+stetraedrickýmuspořádáním. Na suché cestě se podařilo připravit sloučeniny se složením [Zn(NH3)]2+,[Zn(NH3)5]2+a [Zn(NH3)6]2+,tyto sloučeniny však za běžných podmínek odštěpují molekulyamoniaku.
  • Kyanozinečnatanovýanion je bezbarvý, dobře rozpustný ve vodě a má nejčastěji složení M2I[Zn(CN)4], ale existují i sloučeniny o složení MI[Zn(CN)3]. Roztoky kyanidu zinečnatého a měďného v nadbytečném alkalickém kyanidu slouží vgalvanostegiik přípravě mosazných povlaků.

Organické sloučeniny

[editovat|editovat zdroj]
  • Octan zinečnatýZn(C2H3O2)2je bílá krystalická látka, rozpustná ve vodě, ve vodě se však částečně hydrolyticky štěpí. Používá se jako ochranný prostředek proti ohni, v lékařství jako kloktadlo a k omývání při kožních onemocněních.Octan zinečnatýse připravuje rozpouštěnímoxidu zinečnatéhovkyselině octové.
  • Šťavelan zinečnatýZnC2O4je bílá krystalická látka, nerozpustná ve vodě, dobře rozpustná v nadbytku alkalickéhošťavelanuna rozpustné komplexní sloučeniny. Připravuje se srážením roztoku rozpustné zinečnaté solikyselinou šťavelovounebo alkalickým šťavelanem.

Biologický význam

[editovat|editovat zdroj]
Jídlo a kořeníobsahující zinek

Zinek patří mezi prvky, které mají velmi významný vliv na správný vývoj všech živých organizmů rostlinných i živočišných. Přitom zinek není obsažen v živých tkáních ve vysokém množství – uvádí se, že tělo dospělého člověka obsahuje pouze přibližně 2 g zinku.Doporučená denní dávkazinku v lidské potravě se pohybuje mezi 15–25 mg prvku.Evropský úřad pro bezpečnost potravin(EFSA) stanovil maximální tolerovaný příjem zinku na 25 mg denně.[5]

Přítomnost zinku v organizmu je nezbytnou podmínkou pro správné fungování řady enzymatických systémů – nejvýznamnější je patrněinzulínový.Přítomnost zinku v potravě je důležitá nejen v době růstu organizmu, kde jeho nedostatek vede k opožďování tělesného i duševního dospívání, ale i v dospělosti. Nedostatečné množství zinku v potravě totiž způsobuje nechtěný úbytek na váze, pomalé hojení ran, zhoršování paměti a smyslové poruchy – předevšímzrakové,čichové.Zinek je přítomen v poměrně značném množství vespermatua jeho dostatek v potravě je podmínkou pro správný pohlavní vývoj i dokonalou funkci pohlavních orgánů mužů.

V potravě jsou hlavními zdroji zinkujátra,tmavé maso,mléko,vaječné žloutky a mořští živočichové – předevšímústřice.Z rostlinných produktů jde především o celozrnné cereálie,fazole,ořechya dýňová semena. Protože množství přijímaného zinku, obsaženého v živočišné potravě značně převyšuje objem zinku, který může být získán z rostlinné potravy, je důležité, aby přísnívegetariánidbali o dostatečný příjem zinku především v případě těhotných žen, kde je doporučovaná dávka zinku na vysoké úrovni kolem 25 mg Zn/den.

Rostlinami je zinek přijímán z půdního roztoku pomocífytometaloforů(podobně jako uželeza). Jeho nedostatek způsobuje odumírání vzrostných vrcholů, nadbytekchlorózu.

Doplněk stravy

[editovat|editovat zdroj]

Absorbovatelnost zinku z doplňků stravy u mladých lidí je v průměru 61,3 % u citronanu zinečnatého, 60,9 % u glukonátu zinečnatého a 49,9 % u oxidu zinečnatého. V případě oxidu zinečnatého se snižuje využitelnost v případě podání společně s jídlem.[6]Podle jiného výzkumu je využitelnost zinku měřená koncentrací v plazmě ze glukonátu zinečnatého v intervalu 10–23 % a z oxidu zinečnatého 1,9–14,3 %.[7]

  1. abZinc.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov[online]. PubChem [cit. 2021-05-24].Dostupné online.(anglicky)
  2. HOUSECROFT C. E., SHARPE A. G.Anorganická chemie.Praha: VŠCHT, 2015. 1152 s.ISBN978-80-7080-872-6.
  3. GREENWOOD, Norman Neill.Chemie prvků. Sv. 1..1. vyd. vyd. Praha: Informatorium 793 s., 1 příl s.Dostupné online.ISBN80-85427-38-9,ISBN978-80-85427-38-7.OCLC320245801S. 1495.
  4. JASINSKI, Stephen M.Mineral Commodity Summaries 2007: Zinc[online]. United States Geological Survey [cit. 2008-11-25].Dostupné online.
  5. Miroslav Šuta, Vladimír Šťovíček:Zinek pro zdraví: Kdy pomáhá? A kdy už škodí?,Český rozhlas Plzeň, 11. leden 2020
  6. WEGMÜLLER, Rita; TAY, Fabian; ZEDER, Christophe. Zinc Absorption by Young Adults from Supplemental Zinc Citrate Is Comparable with That from Zinc Gluconate and Higher than from Zinc Oxide.The Journal of Nutrition.2014-02-01, roč. 144, čís. 2, s. 132–136.Dostupné online[cit. 2019-03-22].ISSN0022-3166.DOI10.3945/jn.113.181487.PMID24259556.(anglicky)
  7. SIEPMANN, M.; SPANK, S.; KLUGE, A. The pharmacokinetics of zinc from zinc gluconate: a comparison with zinc oxide in healthy men.International Journal of Clinical Pharmacology and Therapeutics.2005-12, roč. 43, čís. 12, s. 562–565. PMID: 16372518.Dostupné online[cit. 2019-03-22].ISSN0946-1965.PMID16372518.
  • Cotton F. A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Dr. Heinrich Remy,Anorganická chemie1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw,Chemie prvků1. díl, 1. vydání 1993ISBN80-85427-38-9

Externí odkazy

[editovat|editovat zdroj]