30 Zn Zink 65,38
Übergangsmetall d-Block Periode 4 Gruppe 12

Zink

Zn · Element 30 · Übergangsmetall

Das Opfermetall: Zink korrodiert, damit der Stahl, den es beschichtet, es nicht tut.

Zustand bei 20°C fest
Atommasse 65,38 u
Elektronenkonfiguration[Ar] 3d¹⁰ 4s²

Struktur

Das Zink-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftsübersicht

Jeder Balken zeigt, wo Zink bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 7,134 g/cm³ 43%
Schmelzpunkt 692,9 K 35%
Siedepunkt 1180 K 29%
Spezifische Wärme 0,388 J/g·K
Wärmeleitfähigkeit 116 W/m·K 84%

Atomar

Atomradius 134 pm 21%
Kovalenzradius 122 pm
Van-der-Waals-Radius 139 pm

Elektronisch

Elektronegativität 1,65 54%
Ionisierungsenergie 906 kJ/mol 82%
Elektronenaffinität —

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 70 mg/kg 80%

Identität

SymbolZn
Ordnungszahl30
Atommasse65,38 u
KategorieÜbergangsmetall
Blockd
Kristallstrukturhexagonal dichteste Kugelpackung
Oxidationsstufen-2, +1, +2
Entdeckt1746
Entdeckt vonAndreas Marggraf

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Größe, maßstabsgetreu

Wie groß ist das Atom von Zink?

Radius 134 pm — das entspricht 0,134 nm; etwa 3,73 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.

Temperaturbereich

Fest, flüssig, gasförmig — und wann

Zink ist über einen Bereich von 487 K flüssig, von 693 K bis 1180 K.

Wo es steht

Position in der Tabelle

Zink befindet sich in Periode 4, Gruppe 12. Alle Elemente in Gruppe 12 besitzen die gleiche Anzahl an Außenelektronen und verhalten sich deshalb so ähnlich.

Andere Übergangsmetalle

Alle Übergangsmetalle

Die Geschichte

Was Zink ist und wie wir es gefunden haben

Bläulich-weißes Metall. Essenzieller Nährstoff und schützt Stahl vor Rost.

Die Entdeckung von Zink

Das alte Metall mit einem modernen Namen

Die Entdeckungsgeschichte des Zinks erstreckt sich über Jahrtausende und verbindet antike Metallurgie mit moderner Chemie. Anders als Elemente, die in Laborgefäßen entdeckt wurden, entstand Zink aus den praktischen Bedürfnissen von Handwerkern und der Neugier von Alchemisten.

Antike Anfänge

Archäologische Funde aus der Indus-Tal-Zivilisation (2500 v. Chr.) zeigen zinkhaltige Messingartefakte und deuten auf frühe Kenntnisse zinkhaltiger Erze hin. Diese antiken Metallurgen stellten Zink jedoch unwissentlich durch Zementationsverfahren her – sie erhitzten Kupfer mit zinkreichem Galmei (Zinkcarbonat) in Tiegeln und erzeugten Messing, ohne jemals reines Zink zu isolieren.

Die römische Messingherstellung blühte um 20 v. Chr. auf. Werkstätten im heutigen Belgien und Deutschland perfektionierten Verfahren, die die europäische Metallurgie jahrhundertelang beeinflussen sollten. Die Römer nannten ihr zinkhaltiges Erz „cadmia“ und erkannten seinen Wert, verstanden jedoch nie seine wahre Beschaffenheit.

Asiatische Meisterschaft

Während Europäer mit der Flüchtigkeit des Zinks zu kämpfen hatten, erreichten indische Metallurgen bis zum 12. Jahrhundert die Herstellung von reinem Zink. In den Zawar-Minen in Rajasthan entwickelten sie revolutionäre Retortendestillationstechniken: Sie erhitzten Zinkerze in verschlossenen Tongefäßen und kondensierten den Dampf in mit Wasser gekühlten Bambusrohren – ein Verfahren, das den europäischen Methoden 500 Jahre voraus war.

Europäische Anerkennung

Der deutsche Arzt und Alchemist Andreas Libavius beschrieb metallisches Zink 1597 erstmals in der europäischen Literatur und nannte es „indisches Zinn“. Eine systematische Untersuchung erfolgte jedoch erst durch Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782), den Sohn eines Berliner Apothekers, der zu einem der Wegbereiter der Chemie wurde.

1746 führte Marggraf die entscheidenden Experimente durch, die Zink als eigenständiges Element bestätigten. In seinem privaten Labor erhitzte er Galmei vorsichtig mit Holzkohle in verschlossenen Retorten und sammelte das dabei entstehende silbrige Kondensat. Seine sorgfältige Dokumentation bewies, dass Zink nicht, wie zuvor angenommen, lediglich eine unreine Form von Zinn oder Blei war.

Industrielle Revolution

Der eigentliche Durchbruch kam mit William Champions Patent von 1738 zur großtechnischen Zinkverhüttung in Bristol, England. Champions Verfahren nutzte riesige Retorten, die täglich 200 Pfund Zink herstellen konnten. Damit begann das industrielle Zinkzeitalter und wurde die Verzinkungsrevolution ermöglicht, die das Bauwesen des 19. Jahrhunderts verändern sollte.

Anwendungen

Wofür Zink verwendet wird

Industrielle Anwendungen: Der Korrosionsschutzkämpfer

Zink ist einer der vielseitigsten Schutzstoffe der Industrie. Seine wichtigste Stärke ist die Verzinkung – ein Verfahren, das jährlich Schäden an der Infrastruktur in Milliardenhöhe verhindert. Beim Feuerverzinken wird Stahl bei 450°C in geschmolzenes Zink getaucht. Dabei entsteht eine metallurgische Verbindung mit mehreren Zink-Eisen-Legierungsschichten. Dieses Verfahren schützt alles von Leitplanken bis zur kürzlich renovierten Eiffelturm-Konstruktion.

Verzinkungstechnologien

Moderne Verzinkung nutzt mehrere fortschrittliche Verfahren. Kontinuierliche Verzinkungsanlagen können Stahlcoils mit Geschwindigkeiten von bis zu 600 Metern pro Minute verarbeiten und Zinkschichten von nur 7 Mikrometern auftragen, die dennoch jahrzehntelang schützen. Galvanisches Verzinken verwendet Zinksulfatlösungen und eine präzise Stromregelung, um besonders glatte Beschichtungen für Karosserieteile aufzubringen und so die makellose Oberfläche Ihres Autos zu erhalten.

Revolution des Druckgusses

Im Zinkdruckguss entstehen die komplexen Bauteile, die sich überall in Ihrer Umgebung verbergen. Dabei werden geschmolzene Zinklegierungen (typischerweise Zamak 3, 5 oder 7) unter Drücken von über 1.000 psi in präzise Stahlformen eingespritzt. So entstehen unter anderem die Scharniere Ihres Laptops, Smartphone-Rahmen, Getriebegehäuse für Fahrzeuge und dekorative Beschläge mit Toleranzen im Tausendstel eines Zolls.

Batterietechnologie

In Alkali-Batterien dient Zinkpulver als Anode in einem Kaliumhydroxid-Elektrolyten und liefert die zuverlässige Spannung von 1,5V, die unzählige Geräte mit Energie versorgt. Fortschrittliche Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte erreichen durch die Verwendung von Luftsauerstoff als Kathode Energiedichten, die mit Lithi umsystemen vergleichbar sind, und sind dadurch besonders leicht und langlebig.

Chemische Herstellung

Die Herstellung von Zinkoxid erfolgt entweder nach dem französischen Verfahren (Verdampfen von metallischem Zink bei 950°C) oder nach dem amerikanischen Verfahren (Verbrennen von Zinkdampf in kontrollierten Atmosphären). Das entstehende Zinkoxid dient als wichtiger Katalysator bei der Methanolsynthese und als wesentlicher Bestandteil der Kautschukvulkanisation, wo es als Aktivator für die Schwefelvernetzung wirkt, die Reifen ihre Haltbarkeit verleiht.

Zink im Alltag: Unauffällig überall

  • Körperpflegeprodukte
    • Sonnenschutzmittel (Zinkoxid bietet breitbandigen UV-Schutz)
    • Creme gegen Windeldermatitis (Desitin, A+D, Boudreaux's Butt Paste)
    • Antischuppenshampoo (Head & Shoulders, Selsun Blue)
    • Deodorants und Antitranspirantien (antimikrobielle Eigenschaften)
  • Baumaterialien
    • Verzinkte Dächer und Fassadenverkleidungen (halten über 50 Jahre)
    • Maschendrahtzäune und Leitplanken
    • HLK-Kanäle und Dachrinnen
    • Nägel, Schrauben und Befestigungselemente
  • Automobilindustrie
    • Karosserieteile und Rahmen (Korrosionsbeständigkeit)
    • Druckguss-Motorkomponenten und Getriebeteile
    • Bremsleitungen und Kraftstoffsysteme
    • Dekorleisten und Embleme
  • Elektronik und Technologie
    • Batteriegehäuse und Elektroden (Duracell, Energizer)
    • Smartphone- und Laptop-Rahmen
    • Fassungen von Fernsehern und Monitoren
    • Gehäuse von Spielekonsolen
  • Gesundheit und Ernährung
    • Nahrungsergänzungsmittel (Unterstützung des Immunsystems)
    • Zinklutschpastillen zur Behandlung von Erkältungen (Cold-Eeze, Zicam)
    • Salben zur Wundheilung
    • Zinkangereicherte Getreideprodukte und Lebensmittel

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

70 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 80 % der Elemente

Die kosmische Reise des Zinks

Die Geschichte des Zinks beginnt in den Kernöfen massereicher Sterne. Dort entstehen durch Siliziumbrennen und Neutroneneinfang während der letzten Momente vor dem Kollaps des Sterns dieses essenzielle Element. Wenn diese Sterne als Supernovae explodieren, verteilen sie Zink im Kosmos, wo es schließlich in neue Planetensysteme wie unseres gelangt.

Häufigkeit auf der Erde

Die Erdkruste enthält ungefähr 70 Teile pro Million Zink. Damit ist es das 24.-häufigste Element. Diese Konzentration entstand durch frühe Prozesse der planetaren Differenzierung, bei denen Zinks moderates Atomgewicht dazu führte, dass es im Silikatmantel verblieb, statt in den Eisen-Nickel-Kern abzusinken.

Wichtige Zinkminerale

Sphalerit (ZnS) dominiert die weltweite Zinkproduktion und macht 95% des gesamten Zinkerzes aus. Dieses Mineral mit kubischem Kristallsystem zeigt häufig leuchtende Farben – von Honiggelb bis Dunkelrot – aufgrund von Substitutionen durch Eisen und Cadmium. Bedeutende Lagerstätten entstanden durch hydrothermale Prozesse, bei denen zinkreiche Flüssigkeiten in Kalksteinumgebungen ausfielen.

Smithsonit (ZnCO₃) und Hemimorphit (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O) sind wichtige sekundäre Minerale, die durch die Verwitterung primärer Sulfidlagerstätten entstehen. Diese oxidierten Zonen bilden oft spektakuläre Kristallformationen, die bei Mineraliensammlern begehrt sind.

Globale Verteilung

Die größten Zinklagerstätten der Welt liegen an alten tektonischen Grenzen. Die Region Broken Hill in Australien enthält einige der reichsten Zink-Blei-Silber-Erze der Erde, die vor 1,7 Milliarden Jahren entstanden. In der Antamina-Mine in Peru wird eine riesige Skarnlagerstätte abgebaut, in der Kalkstein auf eindringendes Magma traf und ideale Bedingungen für die Anreicherung von Zink schuf.

Biologischer Kreislauf

Zink nimmt durch Verwitterung, Pflanzenaufnahme und marine Ausfällung an den biogeochemischen Kreisläufen der Erde teil. Meerwasser enthält etwa 0,5 Teile pro Milliarde Zink, während Meeresorganismen es in ihrem Gewebe anreichern und nach ihrem Tod schließlich an Sedimente zurückgeben.

Handhabung

Sicherheit

Zinksicherheit: Essenziell, aber ausgewogen

Zink stellt ein faszinierendes Paradoxon dar – es ist lebensnotwendig und kann im Übermaß zugleich giftig sein. Das Verständnis dieses empfindlichen Gleichgewichts ist für den sicheren Umgang und die biologische Gesundheit entscheidend.

Biologische Bedeutung und Toxizität

Der menschliche Körper benötigt täglich 8-11 mg Zink für über 300 Enzymfunktionen, die Funktion des Immunsystems und die Wundheilung. Eine akute Toxizität beginnt jedoch bei etwa 225-450 mg und verursacht Übelkeit, Erbrechen und Durchfall. Eine chronische Aufnahme von mehr als 40 mg täglich kann die Kupferaufnahme beeinträchtigen und zu Anämie sowie einer Störung des Immunsystems führen.

Grenzwerte für die berufliche Exposition

  • OSHA PEL: 5 mg/m³ (8-Stunden-TWA) für Zinkoxidrauch
  • NIOSH REL: 5 mg/m³ (10-Stunden-TWA) mit einer Obergrenze von 10 mg/m³
  • ACGIH TLV: 2 mg/m³ lungengängige Fraktion, 10 mg/m³ einatembare Fraktion

Metalldampffieber

Metalldampffieber ist die bedeutendste berufliche Gefahr durch Zink. Das Einatmen von Zinkoxiddämpfen beim Schweißen oder Schmelzen verursacht grippeähnliche Symptome, die 4-12 Stunden nach der Exposition auftreten: Fieber, Schüttelfrost, Übelkeit und Erschöpfung. Obwohl die Erkrankung selten schwerwiegend ist, lässt sie sich durch geeignete Belüftung und Atemschutz vollständig verhindern.

Persönliche Schutzausrüstung

  • Atemschutz: Mindestens N95 bei Zinkstaub; Druckluftatemschutz bei heißen Arbeiten
  • Augenschutz: Schutzbrille mit Seitenschutz; Schutzbrille beim Schleifen
  • Hautschutz: Nitrilhandschuhe; lange Ärmel beim Umgang mit Zinkverbindungen
  • Belüftung: Lokale Absaugung beim Schweißen; allgemeine Belüftung bei der Lagerung

Notfallmaßnahmen

Einatmen: Sofort aus dem Expositionsbereich entfernen; bei Bedarf für Frischluft und Sauerstoff sorgen. Hautkontakt: 15 Minuten mit Wasser spülen; kontaminierte Kleidung ausziehen. Augenkontakt: 15 Minuten mit sauberem Wasser spülen; ärztliche Hilfe suchen. Verschlucken: Kein Erbrechen herbeiführen; Wasser geben und bei Mengen über der Nahrungszufuhr sofort ärztliche Hilfe suchen.

Schnelle Antworten

Zink: häufige Fragen

Was ist Zink?

Zink (Symbol Zn) ist Element 30 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 4, Gruppe 12. Das Opfermetall: Zink korrodiert, damit der Stahl, den es beschichtet, es nicht tut. Bei Raumtemperatur ist es fest.

Wie lautet die Elektronenkonfiguration von Zink?

Die Elektronenkonfiguration von Zink im Grundzustand ist [Ar] 3d¹⁰ 4s²; sie ergibt 4 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 2.

Wie hoch sind der Schmelz- und der Siedepunkt von Zink?

Zink schmilzt bei 692.9 K (419.7 °C) und siedet bei 1180 K (906.9 °C).

Wie hoch ist die Atommasse von Zink?

Die Standardatommasse von Zink beträgt 65.38 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.

Wie hoch ist die Dichte von Zink?

Zink hat eine Dichte von 7.134 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Zink ungefähr 7.1× schwerer.

Wie hoch ist die Elektronegativität von Zink?

Zink hat eine Elektronegativität von 1.65 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.

Wer entdeckte Zink und wann?

Zink wurde 1746 von Andreas Marggraf entdeckt. Es ist nach deutsch Zinke, „Zacke“ benannt.

Wie häufig kommt Zink auf der Erde vor?

Zink macht Über 70 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.