Zink
Dieser Artikel behandelt das chemische Element Zink. Für das gleichnamige Musikinstrument siehe Zink (Musik).
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Zink, Zn, 30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 12, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | bläulich blassgrau | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 65,409 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 135 (142) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 131 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| van der Waals-Radius | 139 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ar]3d104s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 18, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände (Oxide) | 2 (amphoter) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,65 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 906,4 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1733,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 3833 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 5731 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (Mohshärte) | 7140 kg/m3 (2,5) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetismus | diamagnetisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 692,68 K (419,5 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 1180 K (907 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 9,16 · 10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 115,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 7,322 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dampfdruck | 192,2 Pa bei 692,73 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 3700 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verschiedenes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 390 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 16,6 · 106/m S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 116 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Zink ist ein chemisches Element. Es ist ein bläulich-weißes Metall und wird unter anderem zum Verzinken von Eisen und Stahlteilen sowie für Regenrinnen verwendet. Bekannteste Legierung ist Messing (30 bis 50 Prozent Zink, Rest Kupfer). Der Name Zink kommt von Zinke, Zind = Zahn, Zacke, da Zink zackenförmig erstarrt. Weit verbreitet ist auch Titanzink.
Eigenschaften
In der Regel liegt Zink in seinen Verbindungen in der Oxidationsstufe +II vor, in den Salzen liegt es als Zn2+ vor. Mehrere Salze binden Kristallwasser.
Chemisch zählt Zink zu den weniger edlen Metallen. Dies kann beispielsweise dafür ausgenutzt werden, edlere Metalle aus ihren Salzen durch Reduktion elementar abzuscheiden:
CuCl2 · 2 H2O + Zn ==> Cu + ZnCl2 + 2 H2O
Dabei gibt Zn zwei Elektronen ab und wird zu Zn2+ oxidiert (Redoxpotential -0,763 Volt). Cu2+ nimmt diese Elektronen auf und wird zu elementarem Kupfer (Cu) reduziert.
Anwendungen
Zink wird häufig zur Produktion von billigen Metallgegenständen verwendet, da der Zinkdruckguss die schnelle Fertigung von großen Stückzahlen der unterschiedlichsten Produkte erlaubt. Das Spektrum der Anwendungen reicht von der KFZ - Industrie, dem Maschinen- und Apparatebau, der Feingeräte- und Elektrotechnik bis hin zu Gebrauchsgegenständen und Spielzeugen.
Im Dachdecker- und Klempnerhandwerk wird in der Regel Titanzink verwendet, welches deutlich stabilere Eigenschaften aufweist.
Rostschutz
Der unedle Charakter des Zinks wird auch beim Rostschutz durch Verzinken ausgenutzt. Der Zinküberzug bildet mit dem Eisen ein elektrochemisches Lokalelement. Da Zink ein niedrigeres Redoxpotential als Eisen hat, wird es unter oxidierenden Bedingungen (meistens O2 und H2O) leichter oxidiert als Eisen. Bei diesem Rostschutz wird das Zink langsam zu Zn2+-Ionen oxidiert und damit verbraucht. Für die Rostschutzwirkung ist es nicht nötig, dass das gesamte Eisenstück verzinkt ist. Es reicht eine so genannte Opferanode, die allerdings regelmäßig ausgetauscht werden muss.
Kohlebatterie
Aufgrund des niedrigen Redoxpotentials und der einfachen Formbarkeit wird Zink auch als negative Elektrode in galvanischen Zellen, beispielsweise der Zink-Kohle-Monozelle eingesetzt, aus denen auch Trockenbatterien aufgebaut sind.
Biologische Bedeutung
Zink zählt zu den essentiellen Spurenelementen für den Stoffwechsel von Lebewesen. Es ist Bestandteil mehrerer Enzyme, beispielsweise der RNA-Polymerase und der Glutathionperoxidase.
Zink erfüllt im Körper viele verschiedene Funktionen. So nimmt es Schlüsselrollen im Zucker-, Fett- und Eiweißstoffwechsel ein und ist beteiligt am Aufbau der Erbsubstanz und beim Zellwachstum. Sowohl das Immunsystems, als auch viele Hormone benötigen Zink für ihre Funktion. Das Spurenelement kann im Körper nicht gespeichert werden, es muss regelmäßig von Aussen zugeführt werden. Aufgrund von falschen Ernährungsgewohneiten ist Zinkmangel, insbesondere bei Jugendlichen, die aufgrund des Wachstums besonders viel Zink benötigen, auch in westlichen Ländern nicht selten.
Eine 2005, auf einer einer Konferenz der amerikanischen Gesellschaft für Ernährungswissenschaften in San Diego, vorgestellte Studie, deutet darauf hin, dass Kinder die täglich ausreichend Zink erhalten (20 Milligramm) eine deutliche Verbesserung der geistigen Leistungsfähigkeit erfahren. Zink verbesserte das visuelle Gedächtnis, die Leistungen in einem Wortfindungstest und die Konzentrationsfähigkeit.
Folgende Nahrungsmittel sind gute Zinkquellen:
- rote Fleischsorten
- Fisch und Meeresfrüchte
- Getreideprodukte und
- einige Käsesorten.
Wichtige Verbindungen
- Zinkchlorid (ZnCl2)
- Zinkoxid (ZnO)
- Zinksulfid (ZnS) hat gute Eigenschaften im Bereich der Phosphoreszenz.
Zinkabbau
Drei Zinkhütten standen im 19. Jahrhundert in Eschweiler.