What is Zink?
Zink (symbol Zn) is element 30 on the periodic table, a übergangsmetall in period 4, group 12. The sacrificial metal: zinc corrodes so that the steel it coats does not. At room temperature it is a solid.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo zink bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 134 pm — that is 0.134 nm, so about 3731 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Zink is liquid over a 487 K window, from 693 K to 1180 K.
Die Geschichte
Bläulich-weißes Metall. Essenzieller Nährstoff und schützt Stahl vor Rost.
Die Entdeckungsgeschichte des Zinks erstreckt sich über Jahrtausende und verbindet die antike Metallurgie mit der modernen Chemie. Anders als Elemente, die in Laborgefäßen entdeckt wurden, entstand Zink aus den praktischen Bedürfnissen von Handwerkern und der Neugier von Alchemisten.
Archäologische Funde aus der Indus-Kultur (2500 v. Chr.) zeigen zinkhaltige Messingartefakte und weisen auf frühe Kenntnisse zinkhaltiger Erze hin. Diese antiken Metallurgen stellten Zink jedoch unwissentlich durch Zementationsverfahren her, indem sie Kupfer mit zinkreichem Galmei (Zinkcarbonat) in Tiegeln erhitzten und Messing erzeugten, ohne jemals reines Zink zu isolieren.
Die römische Messingproduktion blühte um 20 v. Chr. auf. Werkstätten im heutigen Belgien und Deutschland vervollkommneten Verfahren, die die europäische Metallurgie jahrhundertelang beeinflussen sollten. Die Römer nannten ihr zinkhaltiges Erz „cadmia“, erkannten seinen Wert, verstanden jedoch nie seine wahre Natur.
Während die 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. Dabei erhitzten sie Zinkerze in verschlossenen Tongefäßen und kondensierten den Dampf in mit Wasser gekühlten Bambusrohren – ein Verfahren, das den europäischen Methoden 500 Jahre voraus war.
Der deutsche Arzt und Alchemist Andreas Libavius beschrieb metallisches Zink 1597 erstmals in der europäischen Literatur und nannte es „indisches Zinn“. Eine systematische Untersuchung musste jedoch auf Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782) warten, den Sohn eines Berliner Apothekers, der zu einem der Pioniere 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.
Der eigentliche Durchbruch kam mit William Champions Patent von 1738 für das großtechnische Zinkschmelzen in Bristol, England. Champions Verfahren nutzte gewaltige Retorten, die täglich 200 Pfund Zink herstellen konnten. Damit begann das industrielle Zeitalter des Zinks und wurde die Verzinkungsrevolution ermöglicht, die das Bauwesen des 19. Jahrhunderts verändern sollte.
Anwendungen
Zink zählt zu den vielseitigsten Schutzstoffen 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 jüngsten Renovierung des Eiffelturms.
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. Beim elektrolytischen Verzinken werden Zinksulfatlösungen und eine präzise Stromsteuerung eingesetzt, um extrem glatte Beschichtungen für Karosserieteile aufzubringen und so die makellose Oberfläche Ihres Autos zu gewährleisten.
Durch Zinkdruckguss entstehen die komplexen Bauteile, die sich überall in Ihrer Umgebung unauffällig 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-Zoll-Bereich.
In Alkalibatterien dient Zinkpulver als Anode in einem Kaliumhydroxid-Elektrolyten und liefert die zuverlässige Spannung von 1.5V, die unzählige Geräte mit Energie versorgt. Moderne Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte erreichen durch die Verwendung von Luftsauerstoff als Kathode eine mit Lithiumsystemen vergleichbare Energiedichte und sind dadurch besonders leicht und langlebig.
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 zentraler Bestandteil der Gummivulkanisation, wo es als Aktivator für die Schwefelvernetzung wirkt, die Reifen ihre Haltbarkeit verleiht.
Woher es stammt
70 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 80% of elements
Die Geschichte des Zinks beginnt in den Kernöfen massereicher Sterne, wo Siliziumbrennen und Neutroneneinfangprozesse dieses essenzielle Element in den letzten Momenten vor dem Kollaps des Sterns hervorbringen. Wenn diese Sterne als Supernovae explodieren, verteilen sie Zink im Kosmos, wo es schließlich in neue Planetensysteme wie unser eigenes eingebaut wird.
Die Erdkruste enthält ungefähr 70 Teile pro Million Zink. Damit ist Zink das 24.-häufigste Element. Diese Konzentration entstand durch frühe Prozesse der planetaren Differenzierung, bei denen Zinks mittlere Atommasse dazu führte, dass es im Silikatmantel verblieb, anstatt in den Eisen-Nickel-Kern abzusinken.
Sphalerit (ZnS) dominiert die weltweite Zinkproduktion und macht 95% aller Zinkerze aus. Dieses Mineral mit kubischem Kristallsystem zeigt häufig leuchtende Farben – von Honiggelb bis Tiefrot –, die durch den Ersatz von Zink durch Eisen und Cadmium entstehen. Bedeutende Lagerstätten bildeten sich 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 häufig spektakuläre Kristallformationen, die bei Mineraliensammlern sehr geschätzt werden.
Die größten Zinklagerstätten der Welt häufen sich 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 massive Skarnlagerstätte abgebaut, in der Kalkstein auf eingedrungenes Magma traf und dadurch ideale Bedingungen für die Anreicherung von Zink entstanden.
Zink nimmt durch Verwitterung, Aufnahme durch Pflanzen 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 die Sedimente zurückgeben.
Handhabung
Zink stellt ein faszinierendes Paradoxon dar – es ist gleichzeitig lebensnotwendig und im Übermaß potenziell giftig. Das Verständnis dieses empfindlichen Gleichgewichts ist für einen sicheren Umgang und die biologische Gesundheit entscheidend.
Der menschliche Körper benötigt täglich 8-11 mg Zink für über 300 Enzymfunktionen, die Funktion des Immunsystems und die Wundheilung. Eine akute Vergiftung beginnt jedoch bei etwa 225-450 mg und verursacht Übelkeit, Erbrechen und Durchfall. Eine chronische Exposition gegenüber mehr als 40 mg täglich kann die Kupferaufnahme beeinträchtigen und zu Anämie sowie einer Störung des Immunsystems führen.
Metalldampffieber stellt die bedeutendste arbeitsbedingte Gefahr durch Zink dar. Das Einatmen von Zinkoxiddämpfen beim Schweißen oder Schmelzen verursacht grippeähnliche Symptome, die 4-12 Stunden nach der Exposition auftreten: Fieber, Schüttelfrost, Übelkeit und Müdigkeit. Obwohl es selten schwerwiegend ist, lässt es sich durch angemessene Belüftung und Atemschutz vollständig verhindern.
Einatmen: Die betroffene Person sofort aus dem Gefahrenbereich bringen; bei Bedarf Frischluft und Sauerstoff zuführen. 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 oberhalb der ernährungsphysiologischen Dosen sofort ärztliche Hilfe suchen.
Schnelle Antworten
Zink (symbol Zn) is element 30 on the periodic table, a übergangsmetall in period 4, group 12. The sacrificial metal: zinc corrodes so that the steel it coats does not. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d¹⁰ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 2 electrons respectively.Zink melts at 692.9 K (419.7 °C) and boils at 1180 K (906.9 °C).
The standard atomic weight of Zink is 65.38 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Zink has a density of 7.134 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of zink is about 7.1× heavier.
Zink has a Pauling electronegativity of 1.65. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Zink was discovered in 1746 by Andreas Marggraf. It is named after german Zinke, "prong".
Zink makes up about 70 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.