ZINK

Symbol: Zn
Kategorie: Übergangsmetalle
Ordnungszahl: 30

Relative Atommasse: 65,409
Schmelzpunkt: 692,73 K
Siedepunkt: 1180 K
Dichte: 7,14 g cm-3
Elektronegativität: 1,7
Ionisierungsenergie: 9,394 eV
Konfiguration: [Ar] 3d10 4s²
Oxidationszahlen: 2
Atomradius: 133,2 pm
Ionenradius: 83 pm (+2)

Der nachfolgende Artikel ist dem Lexikon der Chemie entnommen.

Zink, Symbol Zn, chem. Element aus der II. Nebengruppe des Periodensystems, der Zinkgruppe, Schwermetall; Z 30, Massenzahlen der natürlichen Isotope 64 (48,89 %), 66 (27,81 %), 68 (18,57 %), 67 (4,11 %), 70 (0,62 %), Atommasse 65,409, Wertigkeit II, Härte nach Mohs 2,5, D. 7,133 g cm-3, F. 419,58 °C, Kp. 908,5 °C, elektrische Leitfähigkeit 16,5 Sm/mm2, Standardelektrodenpotential (Zn/Zn2+) -0,7628 V.

Eigenschaften
Z. ist ein bläulichweißes Metall mit einer ungewöhnlichen Gitterstruktur. Es liegt in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung vor, die in Richtung der sechszähligen Gitterachse gestreckt ist. Bei Raumtemperatur ziemlich spröde, wird Z. bei 100 bis 150 °C weich und dehnbar, so dass es in diesem Temperaturbereich zu dünnem Blech ausgewalzt und zu Draht gezogen werden kann. Oberhalb 200 °C wird Z. dann so spröde, dass es sich pulverisieren lässt. Z. ist durch relativ niedrigen Schmelz- und Siedepunkt gekennzeichnet. Der Zinkdampf enthält überwiegend Zinkatome, daneben liegt ein geringer Anteil schwach gebundener Zn2-Moleküle vor. An der Luft ist Z. beständig, da es sich mit einer festhaftenden Schutzschicht von Zinkoxid ZnO oder Zinkcarbonat ZnCO3 überzieht. Beim Erhitzen an der Luft bis zum Siedepunkt verbrennt es mit helleuchtender grünlichblauer Flamme zu Zinkoxid. Bei Rotglut wird Z. auch durch Wasserdampf und Kohlendioxid oxidiert.

Mit zahlreichen Metallen bildet es Legierungen (Zinklegierungen). Nichtoxidierende Säuren, wie Salz- oder verd. Schwefelsäure, lösen Z. unter Wasserstoffentwicklung auf. Die Entladung der Protonen ist jedoch an reinem Z. sehr erschwert, sie kann durch Lokalelementbildung, etwa über den Zusatz von Kupfersulfat, beschleunigt werden. Mit Wasser reagiert Z. unter Bildung einer schützenden, schwerlöslichen Schicht von Zinkhydroxid Zn(OH)2; da dieses in Laugen unter Zinkatbildung leicht löslich ist, reagiert Z. mit Laugen glatt unter Wasserstoffentwicklung.

Die erhöhte Flüchtigkeit von Z. in Gegenwart von Zink(II)-chlorid ZnCl2 bei 285 bis 350 °C läßt auf die Existenz von dimerem Zink(I)-chlorid Zn2Cl2 in diesem Temperaturbereich schließen.

Z. ist ein lebenswichtiges Spurenelement. Es ist in Organismen an der Regulierung von Oxidations- und Reduktionsprozessen, am Kohlenhydrat- und Eiweißstoffwechsel und an der Chlorophyllsynthese beteiligt. Aufgrund seiner hohen Affinität gegenüber Stickstoff- und Schwefelliganden kommt Z. in der lebenden Zelle vor allem an Aminosäuren, Proteine und Nucleinsäuren gebunden vor. Es sind heute mehr als 25 zinkhaltige Enzyme (z.B. Dehydrogenasen, Phosphatasen, Carboxypeptidasen, Carbonsäureanhydrase) bekannt. Der menschliche Organismus enthält etwa 2 bis 3 g Z., das im wesentlichen in den Zellen lokalisiert ist. Zinkmangel in Ackerböden kann zu verringerten Felderträgen führen, so daß hier Zinkzufuhr über die Düngung erforderlich wird.

Trotz der lebenswichtigen Funktion von Zink können Zink und Zinkverbindungen in größeren Mengen schädlich wirken. Feinverteilter Zinkstaub oder Zinkoxid können zu Erkrankungen der Atemwege führen. Erste Hilfe bei Vergiftungen mit Zinkverbindungen: Verabreichung von Brechmitteln und nachfolgend Ei in Milch.


Analytisches
Es existiert kein spezifisches Nachweisreagens für Z. in Gegenwart anderer Metalle. Im klassischen Trennungsgang wird weißes Zinksulfid aus ammoniakalischer Lösung als Glied der Ammoniumsulfidgruppe gemeinsam mit Nickel, Cobalt und Mangan gefällt. Von den anderen Metallen dieser Gruppe unterscheidet sich Zinksulfid durch seine Farbe sowie durch die Fällbarkeit auch aus schwach saurer Lösung. Der Identifizierung von Z. nach Entfernung der Begleitmetalle dienen Fällungsreaktionen, z.B. mit K4[Fe(CN)6] oder K2[Hg(SCN)4] zu Zn2[Fe(CN)6] oder Zn[Hg(SCN)4], oder die Bildung charakteristisch gefärbter Zink-Cobalt-Mischoxide (Cobaltgrün). Gravimetrische Bestimmungsverfahren schließen z.B. Fällungen von Zinksulfid ZnS, Zinkcarbonat ZnCO3 oder Ammoniumzinkphosphat NH4ZnPO4 ein. Heute am meisten genutzt wird die komplexometrische Titration mit EDTA unter alkalischen Bedingungen. Mit Hilfe der Atomabsorptionsspektralanalyse können noch 2 ppm Z. nachgewiesen werden.

Vorkommen
Z. ist am Aufbau der Erdkruste mit 5,8·10-3 % beteiligt. Das für die Verhüttung besonders wichtige Zinksulfid ZnS tritt als kubischer Sphalerit (Zinkblende) oder als hexagonaler Wurtzit auf. Weitere Zinkerze sind: Smithsonit (Zinkspat, edler Galmei) ZnO3, Hemimorphit (Kieselzinkerz, Kieselgalmei, gemeiner Galmei) Zn4Si2O7-(OH)2· H2O und Willemit Zn2SiO4. Z. ist als Spurenelement im Boden mit etwa 50 ppm und in Pflanzen mit etwa 3 ppm der Trockensubstanz enthalten. Zinkmangel verursacht bei Pflanzen Zwergwuchs, Chlorophylldefekte (Mosaikkrankheit der Blätter) und erhebliche Störungen des Phosphorsäurehaushaltes.

Gewinnung
Die technische Gewinnung von Z. erfolgt heute entweder auf trockenem Wege durch Reduktion von Zinkoxid mit Kohle oder auf nassem Wege durch Elektrolyse von Zinksulfatlösung. Für den Reduktionsprozeß, ein diskontinuierliches Verfahren, erhitzt man das aus Sphalerit durch Rösten, aus Smithsonit durch Brennen erzeugte Zinkoxid mit überschüssiger gemahlener Kohle in horizontal angeordneten geschlossenen Destilliergefäßen (Muffeln) aus feuerfestem Ton (Schamotte) auf 1100 bis 1300 °C. Das entstandene Z. entweicht dampfförmig und wird in Schamottevorlagen kondensiert. Reste des Zinkdampfes schlagen sich in außen auf die Vorlagen aufgesteckten Eisenblechkannen (Tuten, Allongen) als Zinkstaub nieder. Das so erhaltene 97- bis 98%ige Rohzink (Nebenbestandteile Blei, ferner geringe Anteile Eisen, Cadmium, Arsen) wird durch Umschmelzen und fraktionierte Destillation gereinigt. Durch wiederholte Destillation erhält man 99,99%iges Feinzink, während das leichter flüchtige Cadmium sich zusammen mit weiterem Z. als "Cadmiumstaub" (mit etwa 40 % Cd) niederschlägt und, mit dem Zinkstaub der Reduktionsstufe vereinigt, zu Cadmium verarbeitet wird.

Rationeller als das diskontinuierliche Verfahren arbeitet der kontinuierliche New-Jersey-Prozess, bei dem man vertikal orientierte Muffeln aus Siliciumcarbid verwendet, Zinkoxid-Kohle-Preßlinge von oben her zuführt und von außen mit Generatorgas auf 1200 bis 1400 °C erhitzt. Das in Kondensatoren sich verdichtende Rohzink wird durch fraktionierte Kondensation der Dämpfe in einer Kolonnenapparatur gereinigt. Beim nassen Verfahren extrahiert man gerösteten Smithsonit bzw. gebrannten Sphalerit mit Schwefelsäure und elektrolysiert die erhaltenen Zinksulfatlösungen unter Verwendung von Bleianoden und Aluminiumkathoden. Das auf den Aluminiumkathoden abgeschiedene Z. weist nach Umschmelzen eine Reinheit von 99,99 % auf. Eine wichtige Voraussetzung zur Anwendung dieses Verfahrens bildet eine hohe Reinheit der Zinksulfatlösung. Man kann auf eine Hochreinigung dieser Lösungen dann verzichten, wenn man nach dem Kuss-Verfahren (Amalgamverfahren) Quecksilber als Kathodenmaterial einsetzt. Auf diesem Wege kann man 99,999%iges Feinzink gewinnen.

Verwendung
Aufgrund seiner Luftbeständigkeit wird Z. für Dachabdeckungen und zur Herstellung von Dachrinnen verwendet, ferner in sehr großem Umfang zum Verzinken von Eisenblech (Weißblech) und Eisendraht. Große Mengen von Zinkblech dienen der Herstellung von Trockenelementen. Der Prozess des Verzinkens erfolgt durch Eintauchen in geschmolzenes Metall, Metallspritzverfahren oder auf elektrolytischem Wege. Sehr feiner Zinkstaub ergibt als Eisenanstrichfarbe einen wirksamen Rostschutz. In der chem. Technik und im chem. Laboratorium wird Zinkstaub als Reduktionsmittel verwendet. In der Metallurgie setzt man Z. z.B. beim Parkesieren zum Entsilbern von Blei ein und nutzt es bei der Cyanidlaugerei zum Ausfällen der Edelmetalle Silber und Gold. Breite Anwendung finden Zinklegierungen, vor allem die mit Kupfer (Messing), Kupfer und Nickel (Neusilber).

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