Zinek (Zn) – chemický prvek, atomové číslo 30, vlastnosti a použití

Fyzikální vlastnosti

Zinek je lesklý modrošedý kov. Když je zinek právě rozřezán, má bělavě šedou barvu. Pokud je vystaven působení vzduchu, nezůstane dlouho lesklý. Jeho teplota tání je (419,58 °C (787,24 °F)), teplota varu je (907,0 °C (1 664,6 °F)), teplota chlazení je -419,58 °C (-723,24 °F) a teplota tuhnutí je -907,0 °C (-1 600,6 °F). Tato teplota je nižší než u většiny přechodných kovů, ale vyšší než u cínu nebo olova. Lze jej roztavit na kuchyňském sporáku. Na kov má nízkou teplotu varu. Není magnetický. Při mírném zahřátí se stává velmi pružným. Při větším zahřátí se stává velmi křehkým. Snadno tvoří slitiny s jinými kovy.

Chemické vlastnosti

Zinek je reaktivní kov. Je přibližně stejně reaktivní jako hliník a reaktivnější než většina běžných kovů, jako je železo, měď, nikl a chrom. Je méně reaktivní než hořčík. Zinek může reagovat s kyselinami, zásadami a nekovy. Na vzduchu však nerezaví. Na povrchu zinku se na vzduchu tvoří povlak oxidu zinečnatého a uhličitanu zinečnatého. Tento povlak zastavuje korozi. Kyseliny mohou tento povlak rozpustit a reagovat s kovovým zinkem. Při této reakci zinku s kyselinou vzniká sůl zinku(II), například chlorid zinečnatý, a plynný vodík. Jedná se o velmi běžnou chemickou reakci. Níže uvedená reakce je reakce s kyselinou chlorovodíkovou.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zinek může hořet, když je v prášku nebo v malých kouscích a vzniká tak bílý prášek - oxid zinečnatý. Plamen je jasně modrozelený.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Oxid zinečnatý se může rozpouštět v silných zásadách. K této reakci dochází v některých bateriích, které obsahují zinek.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Zinek je chalkofil. To znamená, že raději reaguje se sírou a prvky, které jsou v periodické tabulce prvků pod ním, než s kyslíkem. Proto je nejběžnější zinkovou rudou sulfid zinečnatý, nikoliv oxid zinečnatý.

Chemické sloučeniny

Zinek může vytvářet chemické sloučeniny s jinými prvky. Tyto chemické sloučeniny jsou pouze v jednom oxidačním stavu: +2. Byla nalezena sloučenina +1, ale je obtížné ji vytvořit. Neexistují jiné oxidační stavy než +1 nebo +2. Většina těchto sloučenin nemá barvu. Pokud barvu mají, není to zinek, který barvu vytváří.

Chlorid zinečnatý je jednou z nejběžnějších sloučenin zinku. Jsou poměrně málo reaktivní. Při rozpuštění ve vodě jsou mírně kyselé. Při zahřívání v ohni vytvářejí zelený plamen.

Dalšími sloučeninami zinku jsou:

• Antimonid zinečnatý, šedý polovodič
• Arzenid zinečnatý, oranžový polovodič
• Bromid zinečnatý, štít proti záření
• Uhličitan zinečnatý, ruda zinku
• Fluorid zinečnatý
• Hydroxid zinečnatý, používaný v chirurgických obvazech
• Jodid zinečnatý, používaný při pořizování rentgenových snímků
• Dusičnan zinečnatý, používaný jako mořidlo
• Oxid zinečnatý, používaný v opalovacích krémech
• Fosforečnan zinečnatý, používaný v zubním lékařství
• Síran zinečnatý, používaný v pigmentech
• Sulfid zinečnatý, běžná zinková ruda

V přírodě se vyskytuje pět izotopů zinku. ⁶⁴Nejčastěji se vyskytujícím izotopem je Zn, který tvoří 48,63 % přirozeně se vyskytujícího zinku. Tento izotop má poločas rozpadu 4,3x10¹⁸ let. To je tak dlouhá doba, že jeho radioaktivitu lze ignorovat. Podobně ⁷⁰
Zn (0,6 %) s poločasem rozpadu 1,3x10¹⁶ let se obvykle nepovažuje za radioaktivní. Další izotopy, které se vyskytují v přírodě, jsou ⁶⁶
Zn (28 %), ⁶⁷
Zn (4 %) a⁶⁸
 Zn (19 %).

Zinek se jako kov v zemské kůře nevyskytuje. Zinek se vyskytuje pouze ve formě sloučenin zinku. Hlavní rudou zinku je sfalerit, minerál tvořený sulfidem zinečnatým. V oceánu se nachází jen velmi málo zinku. Zinková ruda se obvykle vyskytuje s rudami mědi a olova.

Existují i další zinkové rudy, například smithsonit (uhličitan zinečnatý) a minerál křemičitan zinečnatý. Jsou méně časté.

Sulfid zinečnatý se koncentruje flotací. Existuje detergent, který sulfid zinečnatý zachycuje. Nečistoty klesají ke dnu a jsou odstraněny. Poté se sulfid zinečnatý zahřívá na vzduchu, čímž vzniká oxid zinečnatý a oxid siřičitý.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Oxid siřičitý se oxiduje na oxid siřičitý.

2 SO ₂+ O₂ → 2 SO₃

Trioxid síry reaguje s oxidem zinečnatým za vzniku síranu zinečnatého. Vzniká tak rozpustná forma zinku, kterou lze dále zpracovávat.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Síran zinečnatý se čistí a elektrolyzuje. Elektrolýzou se získá kyslík, zinek a kyselina sírová. Vzniká tak čistý zinek, který je známý jako "SHG" neboli speciální vysoce kvalitní zinek.

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Kyselina sírová se znovu použije místo oxidu sírového k vyluhování dalšího oxidu zinečnatého.

Oxid zinečnatý lze také redukovat pomocí uhlíku na kovový zinek a oxid uhličitý při vysokých teplotách. Jedná se o proces ve vysoké peci podobný výrobě železa.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Tato forma zinku je levnější, ale není čistá.

Zinek je čtvrtým nejrozšířenějším kovem na světě. Ročně se ho vyrobí asi 10 milionů tun.

Jako kov

Zinek se používá v elektrických bateriích. Nejvíce se zinek používá v alkalických a leklankových článcích. Ten se oxiduje a poskytuje elektrony pro chod baterie.

Přibližně 59 % zinku se používá na ochranu proti korozi, což zahrnuje i pozinkování. 47 % světových zásob zinku se používá k pozinkování. To se používá k ochraně jiného kovu, obvykle železa, před korozí. Zinkový povlak koroduje místo železa. Zinkový povlak lze na kov nanést dvěma způsoby. Kov lze ponořit do nádoby s roztaveným zinkem. Zinek může být na kov nanesen také galvanicky. Namáčení vydrží déle, ale vzniká na něm nerovnoměrný povrch, který podle některých nevypadá hezky. Používá se také u motorových člunů a potrubí ke zpomalení koroze. Motor motorového člunu má často "kuličku" ze zinku, která snadno koroduje, ale pomůže ostatním kovovým částem motoru zůstat bez koroze.

Zinek se používá ve slitinách. Mosaz je slitina mědi a zinku. Mosaz je nejběžnější slitinou zinku. Zinek může tvořit slitiny s mnoha dalšími kovy. Zinek-hliník je slitina zinku a hliníku, ze které se vyrábějí dobrá ložiska. Komerční bronz obsahuje zinek. Někdy se se zinkem reaguje tellurid kademnatý, čímž vzniká tellurid kademnatý a zinkový, polovodič. Niklové stříbro je další slitinou zinku.

Zinek lze použít v píšťalách varhan. V minulosti se používala slitina cínu a olova. Zinek se používá v americké minci, kde je pouze tenká vrstva mědi. Jádro je tvořeno zinkem. Starší haléře se vyráběly zcela z bronzu.

K pohonu modelu rakety lze použít směs práškového zinku a síry. Při této reakci vzniká sulfid zinečnatý, teplo, světlo a plyny. Zinkový plech se používá k výrobě zinkových tyčí.

Jako sloučeniny zinku

Asi 1/4 zinku se používá k výrobě zinkových sloučenin. Oxid zinečnatý lze použít jako opalovací krém nebo pigment do barev. Oxid zinečnatý je také polovodič. Chlorid zinečnatý se používá k ochraně dřeva, aby nehnilo. Některé fungicidy obsahují zinek. Síran zinečnatý se používá v barvivech a pigmentech. Sulfid zinečnatý se používá ve fluorescenčních žárovkách k přeměně ultrafialového světla na světlo viditelné.

V biologii

Lidé potřebují trochu zinku, aby jejich tělo dobře fungovalo. Pokud nemají dostatek zinku v potravě, mohou mít minerálu nedostatek. Téměř dvě miliardy lidí trpí nedostatkem zinku. Při nedostatku zinku člověk snadněji onemocní infekcemi. Někteří lidé říkají, že při nachlazení bychom měli užívat více zinku. Jiní říkají, že zinek nemá žádný vliv. Existují léky, které člověk může užívat, když je nachlazený. Lidé přidávají malé množství sloučenin zinku do vitaminových tablet a obilovin, aby měli jistotu, že dostanou dostatek zinku. Většina vitamínů v jedné tabletě zinek obsahuje. Zinek se nachází nejméně ve 100 enzymech. Je druhým nejčastěji se vyskytujícím přechodným kovem vedle železa. Zinek využívá také mozek. Lidské tělo obsahuje 2 až 4 gramy zinku. Enzym zinek pomáhá odstraňovat oxid uhličitý z krve. Hodně zinku obsahuje pšenice.

Velká množství kovového zinku jsou toxická. Může se rozpouštět v žaludeční kyselině. Při konzumaci příliš velkého množství zinku se v těle snižuje hladina mědi a železa. Sloučeniny zinku mohou být v žaludku žíravé. Sloučeniny zinku vpravené do nosu mohou zničit čich.

Zinečnaté ionty jsou pro ryby a mnoho živočichů žijících ve vodě velmi toxické.