Zink (element)

Fysische eigenschappen

Zink is een glanzend blauwgrijs metaal. Wanneer het net is gesneden, heeft zink een witgrijze kleur. Als het aan de lucht wordt blootgesteld, blijft het niet lang glanzend. Het smeltpunt ligt bij (419,58 °C), het kookpunt bij (907,0 °C), het afkoelpunt bij (-419,58 °C) en het vriespunt bij (-1.600,6 °F). Deze temperatuur is lager dan die van de meeste overgangsmetalen, maar hoger dan die van tin of lood. Het kan op een fornuis worden gesmolten. Het kookt bij een lage temperatuur voor een metaal. Het is niet magnetisch. Bij geringe verhitting wordt het zeer buigzaam. Wordt het meer verhit, dan wordt het zeer bros. Het vormt gemakkelijk legeringen met andere metalen.

Chemische eigenschappen

Zink is een reactief metaal. Het is ongeveer even reactief als aluminium en reactiever dan de meeste meer gebruikelijke metalen, zoals ijzer, koper, nikkel en chroom. Het is minder reactief dan magnesium. Zink kan reageren met zuren, basen en niet-metalen. Het roest echter niet in lucht. Als zink aan de lucht blootstaat, vormt zich op het oppervlak een laagje van zinkoxide en zinkcarbonaat. Deze laag houdt corrosie tegen. Zuren kunnen deze laag oplossen en reageren met het zinkmetaal. Bij deze reactie van zink met een zuur ontstaat een zink(II)-zout zoals zinkchloride en waterstofgas. Dit is een veel voorkomende chemische reactie. De reactie hieronder is de reactie met zoutzuur.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + _H2

Zink kan branden in poedervorm of in kleine stukjes om zinkoxide te maken, een wit poeder. De vlam is helder blauwgroen.

2 Zn + O2 → 2 ZnO

Zinkoxide kan oplossen in sterke basen. Deze reactie doet zich voor in sommige batterijen waarin zink is verwerkt.

ZnO + _H2O + 2 OH- → Zn(OH)^42-.

Zink is een chalcofiel. Dit betekent dat het liever reageert met zwavel en elementen daaronder op het periodiek systeem dan met zuurstof. Daarom is zinksulfide het meest voorkomende zinkerts, en niet zinkoxide.

Chemische verbindingen

Zink kan chemische verbindingen maken met andere elementen. Deze chemische verbindingen hebben slechts één oxidatietoestand: +2. Er is een +1 verbinding gevonden, maar die is moeilijk te maken. Er zijn geen andere oxidatietoestanden dan +1 of +2. De meeste van deze verbindingen hebben geen kleur. Als ze een kleur hebben, is het niet het zink dat de kleur maakt.

Zinkchloride is een van de meest voorkomende zinkverbindingen. Ze zijn vrij onreactief. Ze zijn een beetje zuur als ze in water worden opgelost. Zij maken een groene vlam wanneer zij in een vuur worden verhit.

Andere zinkverbindingen zijn:

• Zinkantimonide, grijze halfgeleider
• Zinkarsenide, oranje halfgeleider
• Zinkbromide, een schild tegen straling
• Zinkcarbonaat, zinkerts
• Zinkfluoride
• Zinkhydroxide, gebruikt in chirurgisch verband
• Zinkjodide, gebruikt bij het maken van röntgenfoto's
• Zinknitraat, gebruikt als beitsmiddel
• Zinkoxide, gebruikt in zonnebrandcrème
• Zinkfosfaat, gebruikt in de tandheelkunde
• Zinksulfaat, gebruikt in pigmenten
• Zinksulfide, gewoon zinkerts

Vijf isotopen van zink worden in de natuur gevonden. ^64Zn is de meest voorkomende isotoop, met 48,63% van het natuurlijk voorkomende zink. Deze isotoop heeft een halveringstijd van 4,3x1018 jaar. Dit is zo lang, dat de radioactiviteit ervan kan worden genegeerd. Evenzo kan ⁷⁰
Zn (0,6%), met een halfwaardetijd van 1,3x1016 jaar, wordt gewoonlijk als niet radioactief beschouwd. De andere isotopen die in de natuur worden aangetroffen zijn ⁶⁶
Zn (28%), ⁶⁷
Zn (4%) en ⁶⁸
Zn (19%).

Zink wordt niet als metaal in de aardkorst gevonden. Zink wordt alleen gevonden als zinkverbindingen. Sphaleriet, een mineraal dat bestaat uit zinksulfide, is een van de belangrijkste ertsen van zink. In de oceaan komt heel weinig zink voor. Zinkerts wordt gewoonlijk samen met koper- en loodertsen gevonden.

Er zijn enkele andere zinkertsen, zoals smithsoniet (zinkcarbonaat) en een zinksilicaatmineraal. Deze komen minder vaak voor.

Het zinksulfide wordt geconcentreerd door flotatie. Er is een reinigingsmiddel dat het zinksulfide opvangt. De onzuiverheden zinken naar de bodem en worden verwijderd. Vervolgens wordt het zinksulfide in lucht verhit tot zinkoxide en zwaveldioxide.

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

Het zwaveldioxide wordt geoxideerd tot zwaveltrioxide.

2 SO2 + O2 → 2 SO3

Het zwaveltrioxide reageert met het zinkoxide om zinksulfaat te maken. Dit maakt een oplosbare vorm van zink die meer kan worden verwerkt.

SO3 + ZnO → ZnSO4

Het zinksulfaat wordt gezuiverd en geëlektrolyseerd. Deze elektrolyse maakt zuurstof, zink en zwavelzuur. Dit maakt een zuiver zink dat bekend staat als "SHG" of special high grade.

2 ZnSO4 + 2 _H2O → 2 Zn + 2 _H2SO4 + O2

Het zwavelzuur wordt hergebruikt in plaats van het zwaveltrioxide om meer zinkoxide uit te logen.

Zinkoxide kan ook bij hoge temperaturen door koolstof worden gereduceerd tot zinkmetaal en koolstofdioxide. Dit is een hoogovenproces, vergelijkbaar met de manier waarop ijzer wordt gemaakt.

2 ZnO + C → 2 Zn + _CO2

Deze vorm van zink is goedkoper, maar is niet zuiver.

Zink is het op drie na meest voorkomende metaal ter wereld. Er wordt ongeveer 10 miljoen ton per jaar van gemaakt.

Als metaal

Zink wordt gebruikt in elektrische batterijen. De alkalinecel en de Leclanche-cel maken het meest gebruik van zink. Het wordt geoxideerd en levert elektronen om de batterij te laten werken.

Ongeveer 59% van het zink wordt gebruikt voor corrosiepreventie, waaronder het galvaniseren. 47% van het zink in de wereld wordt gebruikt voor galvanisatie. Dit wordt gebruikt om een ander metaal, meestal ijzer, tegen roest te beschermen. De zinklaag corrodeert in plaats van het ijzer. De zinklaag kan op twee manieren op het metaal worden aangebracht. Het metaal kan in een pot met gesmolten zink worden gedompeld. Het zink kan ook op het metaal worden gegalvaniseerd. Dompelen gaat langer mee, maar geeft een vlekkerig oppervlak dat sommigen er niet mooi vinden uitzien. Het wordt ook gebruikt in motorboten en pijpleidingen om het roesten te vertragen. De motor van een motorboot heeft vaak een "kogel" van zink, die gemakkelijk zal corroderen, maar andere metalen delen van de motor zal helpen om roestvrij te blijven.

Zink wordt gebruikt in legeringen. Messing is een legering van koper en zink. Messing is de meest voorkomende zinklegering. Zink kan legeringen vormen met vele andere metalen. Zink-aluminium is een legering van zink en aluminium, die goede lagers maakt. Commercieel brons heeft zink in zich. Soms reageert cadmiumtelluride met zink om cadmiumzinktelluride te maken, een halfgeleider. Nikkelzilver is een andere zinklegering.

Zink kan worden gebruikt in de pijpen van een pijporgel. In het verleden werd een legering van tin en lood gebruikt. Zink wordt gebruikt in de Amerikaanse penny, waar slechts een dun laagje koper op zit. De kern is van zink. Oudere pennies werden volledig uit brons gemaakt.

Een mengsel van zinkpoeder en zwavel kan worden gebruikt om een modelraket voort te stuwen. Bij deze reactie ontstaan zinksulfide, warmte, licht en gassen. Zinkbladmetaal wordt gebruikt om zinkstaven te maken.

Als zinkverbindingen

Ongeveer 1/4 van het zink wordt gebruikt om zinkverbindingen te maken. Zinkoxide kan worden gebruikt voor zonnebrandcrème of verfpigment. Zinkoxide is ook een halfgeleider. Zinkchloride wordt gebruikt om hout te conserveren zodat het niet gaat rotten. Sommige fungiciden bevatten zink. Zinksulfaat wordt gebruikt in kleurstoffen en pigmenten. Zinksulfide wordt gebruikt in fluorescentielampen om ultraviolet licht om te zetten in zichtbaar licht.

In de biologie

Mensen hebben een beetje zink nodig om hun lichaam goed te laten functioneren. Als ze niet genoeg zink binnenkrijgen via hun voeding, kunnen ze een tekort aan zink krijgen. Bijna twee miljard mensen hebben een zinktekort. Een tekort aan zink zorgt ervoor dat men gemakkelijker infecties krijgt. Sommige mensen zeggen dat we meer zink moeten nemen als we verkouden worden. Anderen zeggen dat zink geen verschil maakt. Er zijn medicijnen die men kan gebruiken bij verkoudheid. Mensen voegen kleine hoeveelheden zinkverbindingen toe aan vitaminepillen en granen om ervoor te zorgen dat ze voldoende zink binnenkrijgen. De meeste vitamines in één tablet bevatten zink. Zink komt voor in ten minste 100 enzymen. Het is het op één na meest voorkomende overgangsmetaal, na ijzer. Zink wordt ook door de hersenen gebruikt. Het menselijk lichaam bevat 2 tot 4 gram zink. Een zinkenzym helpt kooldioxide uit het bloed te verwijderen. Tarwe bevat veel zink.

Grote hoeveelheden zinkmetaal zijn giftig. Het kan oplossen in maagzuur. Wanneer te veel zink wordt gegeten, daalt het koper- en ijzergehalte in het lichaam. Zinkverbindingen kunnen corrosief zijn in de maag. Zinkverbindingen in de neus kunnen het reukvermogen aantasten.

Zinkionen zijn zeer giftig voor vissen en veel andere wezens die in het water leven.