Zink -Zinc

Zink,  30 Zn
Zinkfragment sublimiert und 1cm3 Würfel.jpg
Zink
Aussehen Silber grau
Standardatomgewicht A r °(Zn)
Zink im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Führen Wismut Polonium Astatin Radon
Franken Radium Aktinium Thorium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstädter Röntgen Copernicium Nihonium Flerovium Moskau Lebermorium Tennessin Oganesson


Zn

Cd
KupferZinkGallium
Ordnungszahl ( Z ) 30
Gruppe Gruppe 12
Zeitraum Periode 4
Block   D-Block
Elektronenkonfiguration [ Ar ] 3d 10 4s 2
Elektronen pro Schale 2, 8, 18, 2
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP solide
Schmelzpunkt 692,68  K (419,53 °C, 787,15 °F)
Siedepunkt 1180 K (907 °C, 1665 °F)
Dichte (nahe  RT ) 7,14 g/ cm³
wenn flüssig (bei  mp ) 6,57 g/ cm³
Schmelzwärme 7,32  kJ/mol
Verdampfungswärme 115 kJ/mol
Molare Wärmekapazität 25,470 J/(mol·K)
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 610 670 750 852 990 1179
Atomare Eigenschaften
Oxidationszustände −2, 0, +1, +2 (ein  amphoteres Oxid)
Elektronegativität Pauling-Skala: 1,65
Ionisationsenergien
Atomradius empirisch: 134  Uhr
Kovalenter Radius 122±16 Uhr
Van-der-Waals-Radius 139 Uhr
Farblinien in einem Spektralbereich
Spektrallinien von Zink
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen ursprünglich
Kristallstruktur ​hexagonal dicht gepackt (hcp)
Hexagonal dicht gepackte Kristallstruktur für Zink
Schallgeschwindigkeit dünner Stab 3850 m/s (bei  RT ) (gerollt)
Wärmeausdehnung 30,2 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit 116 W/(m⋅K)
Elektrischer widerstand 59,0 nΩ⋅m (bei 20 °C)
Magnetische Bestellung diamagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität −11,4 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Elastizitätsmodul 108 GPa
Schermodul 43 GPa
Bulk-Modul 70 GPa
QUERKONTRAKTIONSZAHL 0,25
Mohs-Härte 2.5
Brinellhärte 327–412 MPa
CAS-Nummer 7440-66-6
Geschichte
Entdeckung Indische Metallurgen (vor 1000 v. Chr. )
Erste Isolierung Andreas Sigismund Marggraf (1746)
Anerkannt als einzigartiges Metall von Rasaratna Samuccaya (1300)
Hauptisotope von Zink
Isotop Verfall
Fülle Halbwertszeit ( t 1/2 ) Modus Produkt
64 Zn 49,2 % stabil
65 Zn syn 244 d ε 65 Cu
γ
66 Zn 27,7 % stabil
67 Zn 4,0 % stabil
68 Zn 18,5 % stabil
69 Zn syn 56min β- _ 69Ga _
69 mZn _ syn 13,8 Std β- _ 69Ga _
70 Zn 0,6 % stabil
71 Zn syn 2,4 min β- _ 71Ga _
71 Mio. Zn syn 4 Std β- _ 71Ga _
72 Zn syn 46,5 Std β- _ 72Ga _
 Kategorie: Zink
| Verweise

Zink ist ein chemisches Element mit dem Symbol Zn und der Ordnungszahl 30. Zink ist bei Raumtemperatur ein leicht sprödes Metall und hat ein glänzend-gräuliches Aussehen, wenn die Oxidation entfernt wird. Es ist das erste Element in Gruppe 12 (IIB) des Periodensystems . In mancher Hinsicht ist Zink Magnesium chemisch ähnlich : Beide Elemente weisen nur eine normale Oxidationsstufe (+2) auf, und die Zn 2+ - und Mg 2+ -Ionen sind von ähnlicher Größe. Zink ist das 24. häufigste Element in der Erdkruste und hat fünf stabile Isotope . Das häufigste Zinkerz ist Sphalerit ( Zinkblende), ein Zinksulfidmineral . Die größten funktionsfähigen Adern befinden sich in Australien, Asien und den Vereinigten Staaten. Zink wird durch Schaumflotation des Erzes, Rösten und Endextraktion unter Verwendung von Elektrizität ( Elektrogewinnung ) raffiniert.

Zink ist ein essentielles Spurenelement für Menschen, Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen und wird für die vor- und nachgeburtliche Entwicklung benötigt. Es ist nach Eisen das zweithäufigste Spurenmetall im Menschen und das einzige Metall, das in allen Enzymklassen vorkommt . Zink ist auch ein essentielles Nährstoffelement für das Korallenwachstum, da es ein wichtiger Cofaktor für viele Enzyme ist.

Zinkmangel betrifft etwa zwei Milliarden Menschen in den Entwicklungsländern und wird mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht. Bei Kindern führt ein Mangel zu Wachstumsverzögerung, verzögerter Geschlechtsreife, Infektionsanfälligkeit und Durchfall . Enzyme mit einem Zinkatom im reaktiven Zentrum sind in der Biochemie weit verbreitet, wie etwa die Alkoholdehydrogenase beim Menschen. Der Konsum von überschüssigem Zink kann zu Ataxie , Lethargie und Kupfermangel führen .

Messing , eine Legierung aus Kupfer und Zink in unterschiedlichen Anteilen, wurde bereits im dritten Jahrtausend v. Chr. im Ägäischen Raum und in der Region verwendet, die derzeit den Irak , die Vereinigten Arabischen Emirate , Kalmückien , Turkmenistan und Georgien umfasst . Im zweiten Jahrtausend v. Chr. wurde es in den Regionen verwendet, die derzeit Westindien , Usbekistan , Iran , Syrien , Irak und Israel umfassen . Zinkmetall wurde erst im 12. Jahrhundert in Indien in großem Umfang hergestellt, obwohl es den alten Römern und Griechen bekannt war . Die Minen von Rajasthan haben eindeutige Beweise für die Zinkproduktion geliefert, die bis ins 6. Jahrhundert vor Christus zurückreichen. Bis heute stammen die ältesten Beweise für reines Zink aus Zawar in Rajasthan, bereits im 9. Jahrhundert n. Chr., Als ein Destillationsverfahren zur Herstellung von reinem Zink eingesetzt wurde. Alchemisten verbrannten Zink in Luft, um das zu bilden, was sie „ Philosophenwolle “ oder „weißen Schnee“ nannten.

Das Element wurde wahrscheinlich vom Alchemisten Paracelsus nach dem deutschen Wort Zinke (Zinke, Zahn) benannt. Dem deutschen Chemiker Andreas Sigismund Marggraf wird die Entdeckung des reinen metallischen Zinks im Jahr 1746 zugeschrieben. Arbeiten von Luigi Galvani und Alessandro Volta enthüllten die elektrochemischen Eigenschaften von Zink um 1800. Die korrosionsbeständige Verzinkung von Eisen ( Feuerverzinkung ) ist die Hauptanwendung für Zink . Weitere Anwendungen sind elektrische Batterien , kleine nichttragende Gussteile und Legierungen wie Messing. Eine Vielzahl von Zinkverbindungen wird üblicherweise verwendet, wie Zinkcarbonat und Zinkgluconat (als Nahrungsergänzungsmittel), Zinkchlorid (in Deodorants), Zinkpyrithion ( Antischuppenshampoos ), Zinksulfid (in Leuchtfarben) und Dimethylzink oder Diethylzink im Biolabor.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Zink ist ein bläulich-weißes, glänzendes, diamagnetisches Metall, obwohl die meisten handelsüblichen Qualitäten des Metalls eine matte Oberfläche haben. Es ist etwas weniger dicht als Eisen und hat eine hexagonale Kristallstruktur mit einer verzerrten Form einer hexagonal dichten Packung , in der jedes Atom sechs nächste Nachbarn (bei 265,9 pm) in seiner eigenen Ebene und sechs weitere in einem größeren Abstand von 290,6 pm hat . Das Metall ist bei den meisten Temperaturen hart und spröde, wird aber zwischen 100 und 150 °C formbar. Oberhalb von 210 °C wird das Metall wieder spröde und kann durch Schlagen pulverisiert werden. Zink ist ein guter elektrischer Leiter . Für ein Metall hat Zink einen relativ niedrigen Schmelz- (419,5 °C) und Siedepunkt (907 °C). Der Schmelzpunkt ist neben Quecksilber und Cadmium der niedrigste aller d-Block- Metalle ; Unter anderem aus diesem Grund werden Zink, Cadmium und Quecksilber oft nicht als Übergangsmetalle wie die übrigen D-Block-Metalle angesehen.

Viele Legierungen enthalten Zink, einschließlich Messing. Andere Metalle, von denen seit langem bekannt ist, dass sie binäre Legierungen mit Zink bilden, sind Aluminium , Antimon , Wismut , Gold , Eisen, Blei , Quecksilber, Silber , Zinn , Magnesium , Kobalt , Nickel , Tellur und Natrium . Obwohl weder Zink noch Zirkonium ferromagnetisch sind, ist ihre Legierung ZrZn
2
, zeigt unterhalb von 35  K Ferromagnetismus .

Auftreten

Zink macht etwa 75  ppm  (0,0075 %) der Erdkruste aus und ist damit das 24. häufigste Element. Typische Hintergrundkonzentrationen von Zink überschreiten 1 μg/m 3 in der Atmosphäre nicht; 300 mg/kg im Boden; 100 mg/kg in Vegetation; 20 μg/L in Süßwasser und 5 μg/L in Meerwasser. Das Element kommt normalerweise in Verbindung mit anderen unedlen Metallen wie Kupfer und Blei in Erzen vor . Zink ist ein Chalkophil , was bedeutet, dass das Element in Mineralien eher zusammen mit Schwefel und anderen schweren Chalkogenen vorkommt als mit dem leichten Chalkogen Sauerstoff oder mit elektronegativen Nicht-Chalkogen-Elementen wie den Halogenen . Sulfide bildeten sich, als sich die Kruste unter den reduzierenden Bedingungen der frühen Erdatmosphäre verfestigte. Sphalerit , eine Form von Zinksulfid, ist das am stärksten abgebaute zinkhaltige Erz, da sein Konzentrat 60–62 % Zink enthält.

Andere Quellmineralien für Zink umfassen Smithsonit ( Zinkkarbonat ), Hemimorphit (Zinksilikat ) , Wurtzit (ein weiteres Zinksulfid) und manchmal Hydrozinzit (basisches Zinkkarbonat ). Mit Ausnahme von Wurtzit sind alle diese anderen Mineralien durch Verwitterung der urzeitlichen Zinksulfide entstanden.

Die identifizierten weltweiten Zinkressourcen belaufen sich auf etwa 1,9–2,8 Milliarden Tonnen . Große Vorkommen befinden sich in Australien, Kanada und den Vereinigten Staaten, mit den größten Reserven im Iran . Die jüngste Schätzung der Reservebasis für Zink (erfüllt festgelegte physische Mindestkriterien in Bezug auf die aktuellen Bergbau- und Produktionspraktiken) wurde 2009 vorgenommen und auf etwa 480 Mt berechnet. Zinkreserven hingegen sind geologisch identifizierte Erzkörper, deren Eignung für die Verwertung wirtschaftlich basiert (Lage, Qualität, Qualität und Quantität) zum Zeitpunkt der Bestimmung. Da Exploration und Minenerschließung ein fortlaufender Prozess sind, ist die Menge an Zinkreserven keine feste Zahl, und die Nachhaltigkeit der Zinkerzversorgung kann nicht einfach durch Extrapolation der kombinierten Minenlebensdauer der heutigen Zinkminen beurteilt werden. Dieses Konzept wird durch Daten des United States Geological Survey (USGS) gut unterstützt, die zeigen, dass, obwohl die Produktion von raffiniertem Zink zwischen 1990 und 2010 um 80 % gestiegen ist, die Lebensdauer der Reserven für Zink unverändert geblieben ist. Im Laufe der Geschichte bis 2002 wurden etwa 346 Millionen Tonnen gefördert, und Wissenschaftler haben geschätzt, dass etwa 109–305 Millionen Tonnen verwendet werden.

Ein schwarz glänzender Klumpen mit unebener Oberfläche
Sphalerit (ZnS)

Isotope

Fünf stabile Isotope von Zink kommen in der Natur vor, wobei 64 Zn das am häufigsten vorkommende Isotop ist (49,17 % natürliche Häufigkeit ). Die anderen in der Natur vorkommenden Isotope sind66
Zn
(27,73 %),67
Zn
(4,04 %),68
Zn
(18,45 %) und70
Zn
(0,61 %).

Mehrere Dutzend Radioisotope wurden charakterisiert.65
Zn
, das eine Halbwertszeit von 243,66 Tagen hat, ist das am wenigsten aktive Radioisotop, gefolgt von72
Zn
mit einer Halbwertszeit von 46,5 Stunden. Zink hat 10 Kernisomere , von denen 69m Zn die längste Halbwertszeit hat, 13,76 h. Das hochgestellte m zeigt ein metastabiles Isotop an. Der Kern eines metastabilen Isotops befindet sich in einem angeregten Zustand und kehrt in den Grundzustand zurück, indem er ein Photon in Form eines Gammastrahls emittiert .61
Zn
hat drei angeregte metastabile Zustände und73
Zn
hat zwei. Die Isotope65
Zn
,71
Zn
,77
Zn
u78
Zn
haben jeweils nur einen angeregten metastabilen Zustand.

Der häufigste Zerfallsmodus eines Radioisotops von Zink mit einer Massenzahl von weniger als 66 ist der Elektroneneinfang . Das beim Elektroneneinfang entstehende Zerfallsprodukt ist ein Kupferisotop.

n
30
Zn
+
e
n
29
Cu

Der häufigste Zerfallsmodus eines Radioisotops von Zink mit einer Massenzahl von mehr als 66 ist der Beta-Zerfall ), der ein Isotop von Gallium erzeugt .

n
30
Zn
n
31
Ga
+
e
+
v
e

Verbindungen und Chemie

Reaktivität

Zink hat eine Elektronenkonfiguration von [Ar]3d 10 4s 2 und ist ein Mitglied der Gruppe 12 des Periodensystems . Es ist ein mäßig reaktives Metall und starkes Reduktionsmittel . Die Oberfläche des reinen Metalls läuft schnell an und bildet schließlich eine schützende Passivierungsschicht aus dem basischen Zinkcarbonat Zn
5
(OH)
6
( CO3 )
2
, durch Reaktion mit atmosphärischem Kohlendioxid .

Zink verbrennt an der Luft mit einer hellen bläulich-grünen Flamme, wobei Zinkoxiddämpfe freigesetzt werden . Zink reagiert leicht mit Säuren , Laugen und anderen Nichtmetallen. Hochreines Zink reagiert bei Raumtemperatur nur langsam mit Säuren. Starke Säuren wie Salz- oder Schwefelsäure können die Passivierungsschicht entfernen und die anschließende Reaktion mit der Säure setzt Wasserstoffgas frei.

Die Chemie von Zink wird von der Oxidationsstufe +2 dominiert. Wenn Verbindungen in dieser Oxidationsstufe gebildet werden, gehen die Elektronen der äußeren Hülle verloren , wodurch ein nacktes Zinkion mit der elektronischen Konfiguration [Ar]3d 10 entsteht . In wässriger Lösung entsteht ein oktaedrischer Komplex, [Zn(H
2
O) 6 ]2+
ist die vorherrschende Art. Die Verflüchtigung von Zink in Verbindung mit Zinkchlorid bei Temperaturen über 285 °C weist auf die Bildung von Zn hin
2
Kl
2
, eine Zinkverbindung mit einer Oxidationsstufe von +1. Es sind keine Zinkverbindungen in anderen positiven Oxidationsstufen als +1 oder +2 bekannt. Berechnungen zeigen, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine Zinkverbindung mit der Oxidationsstufe +4 existiert. Es wird vorausgesagt, dass Zn(III) in Gegenwart von stark elektronegativen Trianionen existiert; Es bestehen jedoch einige Zweifel an dieser Möglichkeit. Aber im Jahr 2021 wurde eine weitere Verbindung mit mehr Beweisen gemeldet, die die Oxidationsstufe +3 mit der Formel ZnBeB 11 (CN) 12 hatte .

Die Zinkchemie ähnelt der Chemie der späten Übergangsmetalle der ersten Reihe, Nickel und Kupfer, obwohl sie eine gefüllte d-Schale hat und Verbindungen diamagnetisch und meist farblos sind. Die Ionenradien von Zink und Magnesium sind nahezu identisch. Aus diesem Grund haben einige der äquivalenten Salze dieselbe Kristallstruktur , und in anderen Fällen, in denen der Ionenradius ein bestimmender Faktor ist, hat die Chemie von Zink viel mit der von Magnesium gemeinsam. In anderer Hinsicht gibt es wenig Ähnlichkeit mit den späten Übergangsmetallen der ersten Reihe. Zink neigt dazu, Bindungen mit einem höheren Kovalenzgrad und viel stabilere Komplexe mit N – und S – -Donoren zu bilden. Zinkkomplexe sind meist 4- oder 6 - fach koordiniert , obwohl 5-fach koordinierte Komplexe bekannt sind.

Zink(I)-Verbindungen

Zink(I)-Verbindungen sind sehr selten. Das [Zn 2 ] 2+ -Ion ist an der Bildung eines gelben diamagnetischen Glases durch Auflösen von metallischem Zink in geschmolzenem ZnCl 2 beteiligt . Der [Zn 2 ] 2+ -Kern wäre analog zu dem [Hg 2 ] 2+ -Kation, das in Quecksilber (I)-Verbindungen vorhanden ist. Die diamagnetische Natur des Ions bestätigt seine dimere Struktur. Die erste Zink(I)-Verbindung mit Zn-Zn-Bindung, 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 .

Zink(II)-Verbindungen

Blätter aus Zinkacetat, die durch langsames Verdampfen entstehen
Zinkacetat
Weißes, klumpiges Pulver auf einer Glasplatte
Zinkchlorid

Binäre Zinkverbindungen sind für die meisten Halbmetalle und alle Nichtmetalle außer den Edelgasen bekannt . Das Oxid ZnO ist ein weißes Pulver, das in neutralen wässrigen Lösungen nahezu unlöslich, aber amphoter ist und sich sowohl in stark basischen als auch in sauren Lösungen auflöst. Die anderen Chalkogenide ( ZnS , ZnSe und ZnTe ) haben vielfältige Anwendungen in der Elektronik und Optik. Pniktogenide ( Zn
3
N
2
, Zn
3
P
2
, Zn
3
Als
2
und Zn
3
Sb
2
), das Peroxid ( ZnO
2
), das Hydrid ( ZnH
2
) und das Karbid ( ZnC
2
) sind ebenfalls bekannt. Von den vier Halogeniden ist ZnF
2
hat den ionischsten Charakter, während die anderen ( ZnCl
2
, ZnBr
2
und ZnI
2
) haben relativ niedrige Schmelzpunkte und gelten als kovalenter.

In schwach basischen Lösungen, die Zn enthalten2+
Ionen, das Hydroxid Zn(OH)
2
bildet sich als weißer Niederschlag . In stärker alkalischen Lösungen wird dieses Hydroxid zu Zinkaten gelöst ( [Zn(OH) 4 ]2−
). Das Nitrat Zn(NO 3 )
2
, Chlorat Zn(ClO 3 )
2
, Sulfat ZnSO
4
, Phosphat Zn
3
( PO4 )
2
, Molybdat ZnMoO
4
, Cyanid Zn(CN)
2
, Arsenit Zn(AsO 2 )
2
, Arsenat Zn(AsO 4 )
2
·8H
2
O
und das Chromat ZnCrO
4
(eine der wenigen farbigen Zinkverbindungen) sind einige Beispiele für andere gebräuchliche anorganische Zinkverbindungen.

Organozinkverbindungen sind solche, die kovalente Zink-Kohlenstoff-Bindungen enthalten. Diethylzink ( (C
2
H5 ) _
2
Zn
) ist ein Reagenz in der synthetischen Chemie. Es wurde erstmals 1848 aus der Reaktion von Zink und Ethyliodid beschrieben und war die erste Verbindung, von der bekannt ist, dass sie eine Metall-Kohlenstoff- Sigma-Bindung enthält .

Auf Zink testen

Als chemischer Indikator für Zink kann Kobaltcyanidpapier (Rinnmann-Test für Zn) verwendet werden. 4 g K 3 Co(CN) 6 und 1 g KClO 3 werden in 100 ml Wasser gelöst. Papier wird in die Lösung getaucht und bei 100 °C getrocknet. Ein Tropfen der Probe wird auf das trockene Papier getropft und erhitzt. Eine grüne Scheibe zeigt das Vorhandensein von Zink an.

Geschichte

Antike Verwendung

Das Charaka Samhita , das vermutlich zwischen 300 und 500 n. Chr. geschrieben wurde, erwähnt ein Metall, das, wenn es oxidiert wird, Pushpanjan produziert , von dem angenommen wird, dass es Zinkoxid ist. Zinkminen in Zawar in der Nähe von Udaipur in Indien sind seit der Maurya-Zeit ( ca.   322 und 187 v. Chr.) In Betrieb. Das Schmelzen von metallischem Zink scheint hier jedoch um das 12. Jahrhundert n. Chr. Begonnen zu haben. Einer Schätzung zufolge produzierte dieser Ort vom 12. bis 16. Jahrhundert schätzungsweise eine Million Tonnen metallisches Zink und Zinkoxid. Eine andere Schätzung geht von einer Gesamtproduktion von 60.000 Tonnen metallischem Zink in diesem Zeitraum aus. Das Rasaratna Samuccaya , das ungefähr im 13. Jahrhundert n. Chr. geschrieben wurde, erwähnt zwei Arten von zinkhaltigen Erzen: eine zur Metallgewinnung und eine für medizinische Zwecke.

Großer schwarzer schüsselförmiger Eimer auf einem Ständer.  Der Eimer hat oben Verkrustungen.
Spätrömischer Messingeimer – der Hemmoorer Eimer aus Warstade, Deutschland, 2. bis 3. Jahrhundert n. Chr

Es wurden verschiedene isolierte Beispiele für die Verwendung von unreinem Zink in der Antike entdeckt. Zinkerze wurden Tausende von Jahren vor der Entdeckung von Zink als separates Element zur Herstellung der Zink-Kupfer-Legierung Messing verwendet. Judäisches Messing aus dem 14. bis 10. Jahrhundert v. Chr. enthält 23 % Zink.

Das Wissen über die Herstellung von Messing breitete sich im 7. Jahrhundert v. Chr. im antiken Griechenland aus, aber es wurden nur wenige Sorten hergestellt. Es wurden 2.500 Jahre alte Ornamente aus Legierungen gefunden , die 80–90 % Zink enthalten, wobei Blei, Eisen, Antimon und andere Metalle den Rest ausmachen. Eine möglicherweise prähistorische Statuette mit 87,5 % Zink wurde in einer dakischen Ausgrabungsstätte gefunden.

Die ältesten bekannten Pillen wurden aus den Zinkkarbonaten Hydrozincit und Smithsonit hergestellt. Die Pillen wurden für entzündete Augen verwendet und wurden an Bord des römischen Schiffes Relitto del Pozzino gefunden , das 140 v. Chr. zerstört wurde.

Die Herstellung von Messing war den Römern um 30 v. Chr. bekannt. Sie stellten Messing her, indem sie pulverisierte Galmei (Zinksilikat oder Karbonat), Holzkohle und Kupfer zusammen in einem Tiegel erhitzten. Das resultierende Galmei-Messing wurde dann entweder gegossen oder in Form gehämmert, um es in Waffen zu verwenden. Einige Münzen, die in der christlichen Ära von Römern geprägt wurden, bestehen wahrscheinlich aus Galmei-Messing.

Strabo- Schriften aus dem 1. Jahrhundert v. Chr. (aber unter Berufung auf ein heute verlorenes Werk des Historikers Theopompus aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. ) erwähnen "Tropfen aus falschem Silber", die, wenn sie mit Kupfer gemischt werden, Messing ergeben. Dies kann sich auf kleine Mengen Zink beziehen, das ein Nebenprodukt der Verhüttung von Sulfiderzen ist . Zink in solchen Resten in Schmelzöfen wurde normalerweise entsorgt, da es für wertlos gehalten wurde.

Die Berner Zinktafel ist eine Votivtafel aus dem römischen Gallien , die aus einer Legierung besteht, die hauptsächlich aus Zink besteht.

Frühe Studien und Namensgebung

Zink wurde eindeutig als Metall unter der Bezeichnung Yasada oder Jasada im medizinischen Lexikon anerkannt, das dem hinduistischen König Madanapala (der Taka-Dynastie) zugeschrieben und um das Jahr 1374 geschrieben wurde Substanzen wurde im 13. Jahrhundert in Indien durchgeführt. Die Chinesen lernten die Technik erst im 17. Jahrhundert kennen.

Verschiedene alchemistische Symbole für das Element Zink

Alchemisten verbrannten Zinkmetall an der Luft und sammelten das entstandene Zinkoxid auf einem Kondensator . Einige Alchemisten nannten dieses Zinkoxid lana philosophica , lateinisch für „Philosophenwolle“, weil es sich in wolligen Büscheln sammelte, während andere dachten, es sehe aus wie weißer Schnee und nannten es nix album .

Der Name des Metalls wurde wahrscheinlich erstmals im 16. Jahrhundert von Paracelsus , einem in der Schweiz geborenen deutschen Alchemisten, dokumentiert, der das Metall in seinem Buch Liber Mineralium II als „Zincum“ oder „Zinken“ bezeichnete . Das Wort leitet sich wahrscheinlich vom deutschen zinke ab und bedeutet angeblich „zahnartig, spitz oder gezackt“ (metallische Zinkkristalle haben ein nadelartiges Aussehen). Zink könnte auch " zinnartig " implizieren, da es sich auf das deutsche Zinn bezieht , was Zinn bedeutet. Eine weitere Möglichkeit ist, dass das Wort vom persischen Wort سنگ seng abgeleitet ist, was Stein bedeutet. Das Metall wurde auch indisches Zinn, Tutanego, Galmei und Spinner genannt.

Der deutsche Metallurg Andreas Libavius ​​erhielt eine Menge von dem, was er "Calay" von Malabar nannte, von einem Frachtschiff, das im Jahr 1596 von den Portugiesen erbeutet wurde. Libavius ​​beschrieb die Eigenschaften der Probe, bei der es sich möglicherweise um Zink handelte. Zink wurde im 17. und frühen 18. Jahrhundert regelmäßig aus dem Orient nach Europa importiert, war aber zeitweise sehr teuer.

Isolation

Bild eines Kopfes eines alten Mannes (Profil).  Der Mann hat ein langes Gesicht, kurze Haare und eine hohe Stirn.
Andreas Sigismund Marggraf wird die erste Isolierung von reinem Zink zugeschrieben

Metallisches Zink wurde in Indien um 1300 n. Chr. isoliert, viel früher als im Westen. Bevor es in Europa isoliert wurde, wurde es um 1600 n. Chr. Aus Indien importiert. Das Universal Dictionary von Postlewayt , eine zeitgenössische Quelle für technologische Informationen in Europa, erwähnte Zink nicht vor 1751, aber das Element wurde schon vorher untersucht.

Der flämische Metallurge und Alchemist P. M. de Respour berichtete, dass er 1668 metallisches Zink aus Zinkoxid extrahiert hatte. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts beschrieb Étienne François Geoffroy , wie Zinkoxid als gelbe Kristalle auf Eisenstangen kondensiert, die über Zinkerz platziert werden geschmolzen. In Großbritannien soll John Lane vor seinem Bankrott im Jahr 1726 Experimente zum Schmelzen von Zink durchgeführt haben, wahrscheinlich in Landore .

1738 patentierte William Champion in Großbritannien ein Verfahren zur Extraktion von Zink aus Galmei in einer vertikalen Retortenhütte . Seine Technik ähnelte der in den Zawar-Zinkminen in Rajasthan , aber es gibt keine Beweise dafür, dass er den Orient besuchte. Das Champion-Verfahren wurde bis 1851 verwendet.

Der deutsche Chemiker Andreas Marggraf wird normalerweise für die Entdeckung von reinem metallischem Zink gelobt, obwohl der schwedische Chemiker Anton von Swab vier Jahre zuvor Zink aus Galmei destilliert hatte. In seinem Experiment von 1746 erhitzte Marggraf eine Mischung aus Galmei und Holzkohle in einem geschlossenen Gefäß ohne Kupfer, um ein Metall zu erhalten. Dieses Verfahren wurde 1752 kommerziell praktikabel.

Spätere Arbeit

Gemälde eines Mannes mittleren Alters, der am Tisch sitzt und eine Perücke, eine schwarze Jacke, ein weißes Hemd und einen weißen Schal trägt.
Galvanisierung wurde nach Luigi Galvani benannt .

Der Bruder von William Champion, John, patentierte 1758 ein Verfahren zum Kalzinieren von Zinksulfid zu einem Oxid, das im Retortenverfahren verwendbar ist. Zuvor konnte nur Galmei zur Herstellung von Zink verwendet werden. 1798 verbesserte Johann Christian Ruberg den Schmelzprozess durch den Bau der ersten horizontalen Retortenschmelze. Jean-Jacques Daniel Dony baute in Belgien eine andere Art von horizontaler Zinkschmelze, die noch mehr Zink verarbeitete. Der italienische Arzt Luigi Galvani entdeckte 1780, dass das Verbinden des Rückenmarks eines frisch sezierten Frosches mit einer Eisenschiene, die mit einem Messinghaken befestigt war, das Bein des Frosches zum Zucken brachte. Er glaubte fälschlicherweise, eine Fähigkeit von Nerven und Muskeln entdeckt zu haben, Elektrizität zu erzeugen, und nannte den Effekt „ tierische Elektrizität “. Die galvanische Zelle und der Galvanisierungsprozess wurden beide nach Luigi Galvani benannt, und seine Entdeckungen ebneten den Weg für elektrische Batterien , Galvanisierung und kathodischen Schutz .

Galvanis Freund, Alessandro Volta , setzte die Erforschung des Effekts fort und erfand 1800 den Voltaschen Stapel . Voltas Stapel bestand aus einem Stapel vereinfachter galvanischer Zellen , die jeweils aus einer Kupfer- und einer Zinkplatte bestanden, die durch einen Elektrolyten verbunden waren . Durch das Stapeln dieser Einheiten in Reihe hatte der Voltaic-Stapel (oder die "Batterie") als Ganzes eine höhere Spannung, die leichter verwendet werden konnte als einzelne Zellen. Strom wird erzeugt, weil das Volta-Potential zwischen den beiden Metallplatten Elektronen vom Zink zum Kupfer fließen lässt und das Zink korrodiert.

Der nicht magnetische Charakter von Zink und seine Farblosigkeit in Lösung verzögerten die Entdeckung seiner Bedeutung für die Biochemie und Ernährung. Dies änderte sich 1940, als gezeigt wurde, dass Carboanhydrase , ein Enzym, das Kohlendioxid aus dem Blut entfernt, Zink in seiner aktiven Stelle enthält . Das Verdauungsenzym Carboxypeptidase wurde 1955 das zweite bekannte zinkhaltige Enzym.

Produktion

Abbau und Verarbeitung

Höchste Produktionsleistung in Zinkminen (nach Ländern) 2019
Rang Land Tonnen
1 China 4.210.000
2 Peru 1.400.000
3 Australien 1.330.000
5 Vereinigte Staaten 753.000
4 Indien 720.000
6 Mexiko 677.000
Preis von Zink
Weltkarte, die zeigt, dass etwa 40 % des Zinks in China, 20 % in Australien, 20 % in Peru und jeweils 5 % in den USA, Kanada und Kasachstan produziert werden.
Prozentsatz der Zinkproduktion im Jahr 2006 nach Ländern
Weltproduktionstrend
Zinkmine Rosh Pinah, Namibia
27°57′17″S 016°46′00″E / 27,95472°S 16,76667°O / -27,95472; 16.76667 ( Rosch Pina )

Zink ist das am vierthäufigsten verwendete Metall, gefolgt von Eisen , Aluminium und Kupfer mit einer Jahresproduktion von etwa 13 Millionen Tonnen. Der weltgrößte Zinkproduzent ist Nyrstar , ein Zusammenschluss der australischen OZ Minerals und der belgischen Umicore . Etwa 70 % des weltweiten Zinks stammen aus dem Bergbau, während die restlichen 30 % aus dem Recycling von Sekundärzink stammen.

Kommerziell reines Zink ist als Special High Grade bekannt, oft als SHG abgekürzt , und ist zu 99,995 % rein.

Weltweit werden 95 % des neuen Zinks aus sulfidischen Erzlagerstätten abgebaut, in denen Sphalerit (ZnS) fast immer mit den Sulfiden von Kupfer, Blei und Eisen vermischt ist. Zinkminen sind auf der ganzen Welt verstreut, wobei die Hauptgebiete China, Australien und Peru sind. China produzierte 2014 38 % der weltweiten Zinkproduktion.

Zinkmetall wird durch extraktive Metallurgie hergestellt . Das Erz wird fein gemahlen, dann einer Schaumflotation unterzogen , um Mineralien von Gangart zu trennen (aufgrund der Eigenschaft der Hydrophobizität ), um ein Zinksulfid-Erzkonzentrat zu erhalten, das aus etwa 50 % Zink, 32 % Schwefel, 13 % Eisen und 5 % SiO besteht
2
.

Durch das Rösten wird das Zinksulfidkonzentrat in Zinkoxid umgewandelt:

Das Schwefeldioxid wird zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet, die für den Laugungsprozess benötigt wird. Werden Lagerstätten von Zinkkarbonat , Zinksilikat oder Zinkspinell (wie die Skorpion-Lagerstätte in Namibia ) zur Zinkgewinnung genutzt, kann auf das Rösten verzichtet werden.

Für die Weiterverarbeitung werden zwei grundlegende Methoden verwendet: Pyrometallurgie oder Elektrogewinnung . Die Pyrometallurgie reduziert Zinkoxid mit Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid bei 950 ° C (1.740 ° F) zu dem Metall, das als Zinkdampf destilliert wird, um es von anderen Metallen zu trennen, die bei diesen Temperaturen nicht flüchtig sind. Der Zinkdampf wird in einem Kondensator gesammelt. Die folgenden Gleichungen beschreiben diesen Prozess:

Bei der Elektrogewinnung wird Zink durch Schwefelsäure aus dem Erzkonzentrat ausgelaugt und Verunreinigungen ausgefällt:

Schließlich wird das Zink durch Elektrolyse reduziert .

Die Schwefelsäure wird regeneriert und in den Auslaugschritt zurückgeführt.

Wenn verzinktes Ausgangsmaterial einem Elektrolichtbogenofen zugeführt wird , wird das Zink durch eine Reihe von Verfahren aus dem Staub zurückgewonnen, hauptsächlich durch das Wälzverfahren (90 % seit 2014).

Umweltbelastung

Bei der Raffination von sulfidischen Zinkerzen entstehen große Mengen an Schwefeldioxid und Cadmiumdampf . Hüttensand und andere Rückstände enthalten erhebliche Mengen an Metallen. Etwa 1,1 Millionen Tonnen metallisches Zink und 130.000 Tonnen Blei wurden zwischen 1806 und 1882 in den belgischen Städten La Calamine und Plombières abgebaut und geschmolzen. Die Halden der früheren Bergbaubetriebe laugen Zink und Cadmium und die Sedimente des Flusses Geul nicht unerhebliche Mengen an Metallen enthalten. Vor etwa zweitausend Jahren beliefen sich die Zinkemissionen aus Bergbau und Verhüttung auf 10.000 Tonnen pro Jahr. Nach einem 10-fachen Anstieg seit 1850 erreichten die Zinkemissionen in den 1980er Jahren einen Höchststand von 3,4 Millionen Tonnen pro Jahr und gingen in den 1990er Jahren auf 2,7 Millionen Tonnen zurück, obwohl eine Studie der arktischen Troposphäre aus dem Jahr 2005 ergab, dass die dortigen Konzentrationen den Rückgang nicht widerspiegelten. Vom Menschen verursachte und natürliche Emissionen treten im Verhältnis 20 zu 1 auf.

Zink in Flüssen, die durch Industrie- und Bergbaugebiete fließen, kann bis zu 20 ppm betragen. Eine effektive Abwasserbehandlung reduziert dies erheblich; Die Behandlung entlang des Rheins hat beispielsweise den Zinkgehalt auf 50 ppb gesenkt. Zinkkonzentrationen von nur 2 ppm wirken sich nachteilig auf die Sauerstoffmenge aus, die Fische in ihrem Blut transportieren können.

Ein Panorama mit einer großen Industrieanlage am Meer, vor Bergen.
Die Zinkwerke in Lutana , die historisch für die hohen Metallgehalte im Derwent River verantwortlich sind, sind der größte Exporteur in Tasmanien, erwirtschaften 2,5 % des BIP des Staates und produzieren mehr als 250.000 Tonnen Zink pro Jahr.

Böden , die durch Bergbau, Raffination oder Düngung mit zinkhaltigem Schlamm mit Zink kontaminiert sind, können mehrere Gramm Zink pro Kilogramm trockenem Boden enthalten. Zinkgehalte von über 500 ppm im Boden beeinträchtigen die Fähigkeit von Pflanzen, andere essentielle Metalle wie Eisen und Mangan aufzunehmen . In einigen Bodenproben wurden Zinkgehalte von 2000 ppm bis 180.000 ppm (18 %) festgestellt.

Anwendungen

Zu den Hauptanwendungen von Zink gehören (Zahlen sind für die USA angegeben)

  1. Galvanisieren (55%)
  2. Messing und Bronze (16%)
  3. Andere Legierungen (21%)
  4. Sonstiges (8%)

Korrosionsschutz und Batterien

Verschmolzene längliche Kristalle in verschiedenen Grautönen.
Feuerverzinkter Handlauf mit kristalliner Oberfläche

Zink wird am häufigsten als Korrosionsschutzmittel verwendet, und Galvanisieren (Beschichten von Eisen oder Stahl ) ist die bekannteste Form. Im Jahr 2009 wurden in den Vereinigten Staaten 55 % oder 893.000 Tonnen des Zinkmetalls für die Galvanisierung verwendet.

Zink ist reaktiver als Eisen oder Stahl und zieht daher fast die gesamte lokale Oxidation an, bis es vollständig korrodiert. Eine schützende Oberflächenschicht aus Oxid und Karbonat ( Zn
5
(OH)
6
(CO
3
)
2
)
entsteht, wenn das Zink korrodiert. Dieser Schutz hält auch nach dem Zerkratzen der Zinkschicht an, lässt jedoch mit der Zeit nach, da das Zink wegkorrodiert. Das Zink wird elektrochemisch oder als geschmolzenes Zink durch Feuerverzinken oder Spritzen aufgebracht. Die Verzinkung wird bei Maschendrahtzäunen, Leitplanken, Hängebrücken, Lichtmasten, Metalldächern, Wärmetauschern und Autokarosserien verwendet.

Die relative Reaktivität von Zink und seine Fähigkeit, Oxidation an sich zu ziehen, machen es zu einer effizienten Opferanode beim kathodischen Schutz (CP). Beispielsweise kann der kathodische Schutz einer erdverlegten Rohrleitung erreicht werden, indem Anoden aus Zink mit dem Rohr verbunden werden. Zink fungiert als Anode (negativer Anschluss), indem es langsam wegkorrodiert, wenn es elektrischen Strom an die Stahlrohrleitung weiterleitet. Zink wird auch zum kathodischen Schutz von Metallen verwendet, die Meerwasser ausgesetzt sind. Eine Zinkscheibe, die am eisernen Ruder eines Schiffs befestigt ist, korrodiert langsam, während das Ruder intakt bleibt. Ebenso bietet ein an einem Propeller befestigter Zinkstopfen oder der Metallschutz für den Kiel des Schiffes vorübergehenden Schutz.

Mit einem Standard-Elektrodenpotential (SEP) von –0,76 Volt wird Zink als Anodenmaterial für Batterien verwendet. (Reaktiveres Lithium (SEP –3,04 V) wird für Anoden in Lithiumbatterien verwendet ). Pulverförmiges Zink wird auf diese Weise in Alkalibatterien verwendet und das Gehäuse (das auch als Anode dient) von Zink-Kohle-Batterien wird aus Zinkblech geformt. Zink wird als Anode oder Brennstoff der Zink-Luft-Batterie /Brennstoffzelle verwendet. Auch die Zink-Cer- Redox-Flow-Batterie setzt auf eine negative Halbzelle auf Zinkbasis.

Legierungen

Eine weit verbreitete Zinklegierung ist Messing, bei dem Kupfer je nach Messingart mit 3 % bis 45 % Zink legiert ist. Messing ist im Allgemeinen duktiler und fester als Kupfer und hat eine überlegene Korrosionsbeständigkeit . Diese Eigenschaften machen es nützlich in Kommunikationsgeräten, Hardware, Musikinstrumenten und Wasserventilen.

Ein Mosaikmuster, das aus Komponenten mit verschiedenen Formen und Brauntönen besteht.
Mikrostruktur aus Messingguss bei 400-facher Vergrößerung

Andere weit verbreitete Zinklegierungen sind Neusilber , Schreibmaschinenmetall, Weich- und Aluminiumlot und handelsübliche Bronze . Zink wird auch in modernen Pfeifenorgeln als Ersatz für die traditionelle Blei/Zinn-Legierung in Pfeifen verwendet. Legierungen aus 85–88 % Zink, 4–10 % Kupfer und 2–8 % Aluminium finden in bestimmten Arten von Maschinenlagern nur begrenzte Anwendung. Zink ist seit 1982 das Hauptmetall in amerikanischen Ein-Cent-Münzen (Pennies). Der Zinkkern ist mit einer dünnen Kupferschicht überzogen, um das Aussehen einer Kupfermünze zu erzielen. 1994 wurden in den Vereinigten Staaten 33.200 Tonnen (36.600 kurze Tonnen) Zink verwendet, um 13,6 Milliarden Pennys zu produzieren.

Zinklegierungen mit geringen Mengen an Kupfer, Aluminium und Magnesium sind beim Druckguss sowie beim Schleuderguss nützlich , insbesondere in der Automobil-, Elektro- und Eisenwarenindustrie. Diese Legierungen werden unter dem Namen Zamak vertrieben . Ein Beispiel hierfür ist Zink-Aluminium . Der niedrige Schmelzpunkt zusammen mit der niedrigen Viskosität der Legierung ermöglicht die Herstellung kleiner und komplizierter Formen. Die niedrige Arbeitstemperatur führt zu einer schnellen Abkühlung der Gussprodukte und einer schnellen Produktion für die Montage. Eine andere Legierung, die unter dem Markennamen Prestal vertrieben wird, enthält 78 % Zink und 22 % Aluminium und soll fast so stark wie Stahl, aber so formbar wie Kunststoff sein. Diese Superplastizität der Legierung ermöglicht ihre Formgebung unter Verwendung von Druckgüssen aus Keramik und Zement.

Ähnliche Legierungen mit geringem Bleizusatz können zu Blechen kaltgewalzt werden. Eine Legierung aus 96 % Zink und 4 % Aluminium wird zur Herstellung von Stanzwerkzeugen für Kleinserienanwendungen verwendet, für die Eisenmetallwerkzeuge zu teuer wären. Für Gebäudefassaden, Dächer und andere Anwendungen für Bleche, die durch Tiefziehen , Rollformen oder Biegen geformt werden , werden Zinklegierungen mit Titan und Kupfer verwendet. Unlegiertes Zink ist für diese Fertigungsverfahren zu spröde.

Als dichtes, kostengünstiges, leicht zu bearbeitendes Material wird Zink als Bleiersatz verwendet . Im Zuge der Bleibedenken taucht Zink in Gewichten für verschiedene Anwendungen auf, die vom Angeln bis zu Reifenwuchten und Schwungrädern reichen.

Cadmium-Zink-Tellurid (CZT) ist eine halbleitende Legierung, die in eine Reihe kleiner Sensorgeräte unterteilt werden kann. Diese Geräte ähneln einem integrierten Schaltkreis und können die Energie von einfallenden Gammastrahlenphotonen erkennen . Hinter einer absorbierenden Maske kann das CZT-Sensorarray die Richtung der Strahlen bestimmen.

Andere industrielle Verwendungen

Weißes Pulver auf einer Glasplatte
Zinkoxid wird als Weißpigment in Farben verwendet .

Etwa ein Viertel der gesamten Zinkproduktion in den Vereinigten Staaten wurde 2009 in Form von Zinkverbindungen verbraucht; eine Vielzahl davon wird industriell verwendet. Zinkoxid wird häufig als weißes Pigment in Farben und als Katalysator bei der Herstellung von Gummi zur Verteilung von Wärme verwendet. Zinkoxid wird verwendet, um Gummipolymere und Kunststoffe vor ultravioletter Strahlung (UV) zu schützen. Die Halbleitereigenschaften von Zinkoxid machen es für Varistoren und Fotokopierprodukte nützlich. Der Zink-Zink-Oxid-Zyklus ist ein zweistufiger thermochemischer Prozess auf Basis von Zink und Zinkoxid zur Wasserstofferzeugung .

Zinkchlorid wird Holz oft als Flammschutzmittel und manchmal als Holzschutzmittel zugesetzt . Es wird bei der Herstellung anderer Chemikalien verwendet. Zinkmethyl ( Zn(CH 3 )
2
) wird in einer Reihe von organischen Synthesen verwendet . Zinksulfid (ZnS) wird in Leuchtpigmenten wie Zeigern von Uhren, Röntgen- und Fernsehbildschirmen und Leuchtfarben verwendet . ZnS-Kristalle werden in Lasern verwendet , die im mittleren Infrarotbereich des Spektrums arbeiten. Zinksulfat ist eine Chemikalie in Farbstoffen und Pigmenten. Zinkpyrithion wird in Antifouling- Farben verwendet.

Zinkpulver wird manchmal als Treibmittel in Modellraketen verwendet . Wenn eine komprimierte Mischung aus 70 % Zink- und 30 % Schwefelpulver entzündet wird, kommt es zu einer heftigen chemischen Reaktion. Dabei entsteht Zinksulfid, zusammen mit großen Mengen an heißem Gas, Wärme und Licht.

Zinkblech wird als dauerhafte Abdeckung für Dächer, Wände und Arbeitsplatten verwendet, zuletzt oft in Bistros und Austernbars zu sehen , und ist bekannt für das rustikale Aussehen, das ihm durch seine Oberflächenoxidation im Gebrauch eine blaugraue Patina und Anfälligkeit verleiht Kratzen.

64
Zn
, das am häufigsten vorkommende Isotop von Zink, ist sehr anfällig für Neutronenaktivierung , da es in das hochradioaktive umgewandelt wird65
Zn
, das eine Halbwertszeit von 244 Tagen hat und intensive Gammastrahlung erzeugt . Aus diesem Grund ist Zinkoxid, das in Kernreaktoren als Korrosionsschutzmittel verwendet wird, erschöpft64
Zn
vor Gebrauch, dies wird als abgereichertes Zinkoxid bezeichnet . Aus dem gleichen Grund wurde Zink als Salzmaterial für Kernwaffen vorgeschlagen ( Kobalt ist ein weiteres, besser bekanntes Salzmaterial). Eine isotopenangereicherte Jacke 64
Zn
würde durch den intensiven hochenergetischen Neutronenfluss einer explodierenden thermonuklearen Waffe bestrahlt werden und eine große Menge bilden65
Zn
erhöht die Radioaktivität des radioaktiven Niederschlags der Waffe erheblich . Es ist nicht bekannt, dass eine solche Waffe jemals gebaut, getestet oder verwendet wurde.

65
Zn
wird als Tracer verwendet, um den Verschleiß zinkhaltiger Legierungen oder den Weg und die Rolle von Zink in Organismen zu untersuchen.

Zinkdithiocarbamat-Komplexe werden als landwirtschaftliche Fungizide verwendet ; dazu gehören Zineb , Metiram, Propineb und Ziram. Als Holzschutzmittel wird Zinknaphthenat verwendet. Zink in Form von ZDDP wird als Verschleißschutzadditiv für Metallteile in Motoröl verwendet.

Organische Chemie

Addition von Diphenylzink an einen Aldehyd

Die Organozinkchemie ist die Wissenschaft von Verbindungen, die Kohlenstoff-Zink-Bindungen enthalten, und beschreibt die physikalischen Eigenschaften, die Synthese und die chemischen Reaktionen. Viele Organozinkverbindungen sind wichtig. Zu den wichtigen Anwendungen gehören

  • Die Frankland-Duppa-Reaktion, bei der ein Oxalatester ( ROCOCOOR ) mit einem Alkylhalogenid R'X, Zink und Salzsäure zu den α-Hydroxycarbonsäureestern RR'COHCOOR reagiert
  • Auf der anderen Seite sind Organozinke viel weniger nukleophil als Grignards, und sie sind teuer und schwierig zu handhaben. Im Handel erhältliche Diorganozinkverbindungen sind Dimethylzink , Diethylzink und Diphenylzink. In einer Studie wird die aktive Organozinkverbindung aus viel billigeren Organobromvorläufern erhalten .

Zink hat viele Anwendungen als Katalysator in der organischen Synthese gefunden, einschließlich der asymmetrischen Synthese, da es eine billige und leicht verfügbare Alternative zu Edelmetallkomplexen ist. Die mit chiralen Zinkkatalysatoren erzielten Ergebnisse (Ausbeute und Enantiomerenüberschuss ) sind mit denen vergleichbar, die mit Palladium, Ruthenium, Iridium und anderen erzielt wurden, und Zink wird zum Metallkatalysator der Wahl.

Nahrungsergänzungsmittel

GNC Zink 50 mg Tabletten. Die Menge übersteigt die als sichere Obergrenze in den Vereinigten Staaten (40 mg) und der Europäischen Union (25 mg) geltende Menge
Chemische Grundformel einer planaren Verbindung mit einem Zn-Atom in der Mitte, das symmetrisch an vier Sauerstoffatome gebunden ist.  Diese Sauerstoffatome sind weiter mit linearen COH-Ketten verbunden.
Zinkgluconat ist eine Verbindung, die zur Abgabe von Zink als Nahrungsergänzungsmittel verwendet wird .

In den meisten Einzeltabletten, rezeptfreien, täglichen Vitamin- und Mineralergänzungen ist Zink in solchen Formen wie Zinkoxid , Zinkacetat , Zinkgluconat oder Zinkaminosäurechelat enthalten.

Im Allgemeinen wird eine Zinkergänzung als vorbeugende Maßnahme empfohlen, wenn ein hohes Risiko für einen Zinkmangel besteht (z. B. in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen). Obwohl Zinksulfat eine häufig verwendete Zinkform ist, können auch Zinkcitrat, Gluconat und Picolinat geeignete Optionen sein. Diese Formen werden besser absorbiert als Zinkoxid.

Gastroenteritis

Zink ist ein kostengünstiger und wirksamer Bestandteil der Behandlung von Durchfallerkrankungen bei Kindern in Entwicklungsländern. Zink wird im Körper während Durchfall aufgebraucht und das Auffüllen von Zink mit einer 10- bis 14-tägigen Behandlung kann die Dauer und Schwere von Durchfallepisoden reduzieren und kann auch zukünftige Episoden für bis zu drei Monate verhindern. Gastroenteritis wird durch die Einnahme von Zink stark abgeschwächt, möglicherweise durch die direkte antimikrobielle Wirkung der Ionen im Magen-Darm-Trakt oder durch die Absorption des Zinks und die erneute Freisetzung aus Immunzellen (alle Granulozyten sezernieren Zink) oder beides.

Erkältung

Zinkpräparate (häufig Zinkacetat- oder Zinkgluconat - Lutschtabletten ) sind eine Gruppe von Nahrungsergänzungsmitteln , die häufig zur Behandlung von Erkältungskrankheiten eingesetzt werden . Es hat sich gezeigt, dass die Anwendung von Zinkpräparaten in Dosen von mehr als 75 mg/Tag innerhalb von 24 Stunden nach Einsetzen der Symptome die Dauer der Erkältungssymptome bei Erwachsenen um etwa 1 Tag verkürzt. Unerwünschte Wirkungen von oralen Zinkpräparaten sind schlechter Geschmack und Übelkeit . Die intranasale Anwendung zinkhaltiger Nasensprays wurde mit dem Verlust des Geruchssinns in Verbindung gebracht ; Folglich warnte die US-amerikanische Food and Drug Administration (USFDA) im Juni 2009 die Verbraucher, die Verwendung von intranasalem Zink einzustellen.

Das humane Rhinovirus  – der häufigste virale Erreger beim Menschen – ist die vorherrschende Ursache der Erkältung. Der angenommene Wirkmechanismus, durch den Zink die Schwere und/oder Dauer von Erkältungssymptomen reduziert, ist die Unterdrückung von Nasenentzündungen und die direkte Hemmung der Rhinovirus-Rezeptorbindung und Rhinovirus - Replikation in der Nasenschleimhaut .

Gewichtszunahme

Zinkmangel kann zu Appetitlosigkeit führen. Die Verwendung von Zink zur Behandlung von Anorexie wird seit 1979 befürwortet. Mindestens 15 klinische Studien haben gezeigt, dass Zink die Gewichtszunahme bei Anorexie verbessert. Eine Studie aus dem Jahr 1994 zeigte, dass Zink die Zunahme der Körpermasse bei der Behandlung von Anorexia nervosa verdoppelte. Ein Mangel an anderen Nährstoffen wie Tyrosin, Tryptophan und Thiamin könnte zu diesem Phänomen der „mangelernährungsbedingten Mangelernährung“ beitragen. Eine Metaanalyse von 33 prospektiven Interventionsstudien zur Zinkergänzung und ihren Auswirkungen auf das Wachstum von Kindern in vielen Ländern zeigte, dass eine Zinkergänzung allein einen statistisch signifikanten Effekt auf das lineare Wachstum und die Körpergewichtszunahme hatte, was darauf hinweist, dass möglicherweise andere Mängel vorhanden waren waren nicht für die Wachstumsverzögerung verantwortlich.

Andere

Ein Cochrane-Review stellte fest, dass Menschen, die Zinkpräparate einnehmen, weniger wahrscheinlich zu einer altersbedingten Makuladegeneration fortschreiten . Eine Zinkergänzung ist eine wirksame Behandlung für Acrodermatitis enteropathica , eine genetische Störung, die die Zinkabsorption beeinträchtigt und zuvor für betroffene Säuglinge tödlich war. Zinkmangel wurde mit Major Depression (MDD) in Verbindung gebracht, und Zinkpräparate können eine wirksame Behandlung sein. Zink kann Einzelpersonen helfen, mehr zu schlafen.

Topische Verwendung

Zu topischen Zinkpräparaten gehören solche, die auf der Haut verwendet werden, oft in Form von Zinkoxid . Zinkoxid wird allgemein von der FDA als sicher und wirksam anerkannt und gilt als sehr photostabil. Zinkoxid ist einer der am häufigsten verwendeten Wirkstoffe, die in Sonnenschutzmitteln formuliert werden, um Sonnenbrand zu mildern . Bei jedem Windelwechsel dünn auf den Windelbereich ( Perineum ) eines Babys aufgetragen , kann es vor Windelausschlag schützen .

Chelatiertes Zink wird in Zahnpasten und Mundwässern verwendet, um Mundgeruch zu verhindern ; Zinkcitrat hilft, die Bildung von Zahnstein (Zahnstein) zu reduzieren.

Zinkpyrithion ist in Shampoos weit verbreitet, um Schuppen vorzubeugen.

Es hat sich auch gezeigt, dass topisches Zink die Remission bei Herpes genitalis wirksam behandelt und verlängert .

Biologische Rolle

Zink ist ein essentielles Spurenelement für Menschen und andere Tiere, für Pflanzen und für Mikroorganismen . Zink wird für die Funktion von über 300 Enzymen und 1000 Transkriptionsfaktoren benötigt und in Metallothioneinen gespeichert und übertragen . Es ist nach Eisen das zweithäufigste Spurenmetall im Menschen und das einzige Metall, das in allen Enzymklassen vorkommt .

In Proteinen sind Zinkionen häufig an die Aminosäureseitenketten von Asparaginsäure , Glutaminsäure , Cystein und Histidin koordiniert . Die theoretische und rechnerische Beschreibung dieser Zinkbindung in Proteinen (wie auch die anderer Übergangsmetalle) ist schwierig.

Etwa 2–4  ​​Gramm Zink sind im menschlichen Körper verteilt. Das meiste Zink befindet sich in Gehirn, Muskeln, Knochen, Niere und Leber, mit den höchsten Konzentrationen in der Prostata und Teilen des Auges. Sperma ist besonders reich an Zink, einem Schlüsselfaktor für die Funktion der Prostata und das Wachstum der Fortpflanzungsorgane .

Die Zinkhomöostase des Körpers wird hauptsächlich vom Darm gesteuert. Hier wurden ZIP4 und insbesondere TRPM7 mit der intestinalen Zinkaufnahme in Verbindung gebracht, die für das postnatale Überleben unerlässlich ist.

Beim Menschen sind die biologischen Funktionen von Zink allgegenwärtig. Es interagiert mit „einem breiten Spektrum organischer Liganden “ und spielt eine Rolle im RNA- und DNA-Stoffwechsel, in der Signalübertragung und in der Genexpression . Es reguliert auch die Apoptose . Eine Überprüfung aus dem Jahr 2015 ergab, dass etwa 10 % der menschlichen Proteine ​​(~3000) Zink binden, zusätzlich zu Hunderten mehr, die Zink transportieren und transportieren; eine ähnliche In-silico - Studie in der Pflanze Arabidopsis thaliana fand 2367 zinkverwandte Proteine.

Im Gehirn wird Zink von glutamatergen Neuronen in spezifischen synaptischen Vesikeln gespeichert und kann die neuronale Erregbarkeit modulieren. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der synaptischen Plastizität und damit beim Lernen. Zink - Homöostase spielt auch eine entscheidende Rolle bei der funktionellen Regulation des zentralen Nervensystems . Es wird angenommen, dass eine Dysregulation der Zinkhomöostase im Zentralnervensystem, die zu übermäßigen synaptischen Zinkkonzentrationen führt, eine Neurotoxizität durch mitochondrialen oxidativen Stress induziert (z. B. durch Störung bestimmter Enzyme, die an der Elektronentransportkette beteiligt sind, einschließlich Komplex I , Komplex III und α-Ketoglutarat ). Dehydrogenase ), die Dysregulation der Kalziumhomöostase, glutamaterge neuronale Exzitotoxizität und die Störung der intraneuronalen Signaltransduktion . L- und D-Histidin erleichtern die Zinkaufnahme im Gehirn. SLC30A3 ist der primäre Zinktransporter , der an der zerebralen Zinkhomöostase beteiligt ist.

Enzyme

Verbundene Streifen, meist von gelber und blauer Farbe mit einigen roten Segmenten.
Banddiagramm der menschlichen Carboanhydrase II mit sichtbarem Zinkatom in der Mitte
Ein verdrehtes Band, dessen eine Seite blau und die andere grau bemalt ist.  Seine beiden Enden sind durch einige chemische Spezies mit einem grünen Atom (Zink) verbunden.
Zinkfinger helfen beim Lesen von DNA-Sequenzen.

Zink ist eine effiziente Lewis-Säure , was es zu einem nützlichen katalytischen Mittel bei der Hydroxylierung und anderen enzymatischen Reaktionen macht. Das Metall hat auch eine flexible Koordinationsgeometrie , die es Proteinen ermöglicht, Konformationen schnell zu ändern , um biologische Reaktionen durchzuführen. Zwei Beispiele für zinkhaltige Enzyme sind Carboanhydrase und Carboxypeptidase , die für die Prozesse von Kohlendioxid ( CO
2
) Regulierung bzw. Verdauung von Proteinen.

Im Blut von Wirbeltieren wandelt Carboanhydrase CO um
2
in Bicarbonat und dasselbe Enzym wandelt das Bicarbonat wieder in CO um
2
zum Ausatmen durch die Lunge. Ohne dieses Enzym würde diese Umwandlung beim normalen Blut- pH -Wert von 7 etwa eine Million Mal langsamer erfolgen oder einen pH-Wert von 10 oder mehr erfordern. Die nicht verwandte β-Carboanhydrase wird in Pflanzen für die Blattbildung, die Synthese von Indolessigsäure (Auxin) und die alkoholische Gärung benötigt .

Carboxypeptidase spaltet Peptidbindungen während der Verdauung von Proteinen. Zwischen dem endständigen Peptid und einer an Zink gebundenen C=O-Gruppe wird eine koordinative kovalente Bindung gebildet, die dem Kohlenstoff eine positive Ladung verleiht. Dies trägt dazu bei, eine hydrophobe Tasche auf dem Enzym in der Nähe des Zinks zu bilden, die den unpolaren Teil des zu verdauenden Proteins anzieht.

Signalisierung

Zink wurde als Botenstoff erkannt, der Signalwege aktivieren kann. Viele dieser Signalwege liefern die treibende Kraft für das aberrante Krebswachstum. Sie können über ZIP-Transporter angesteuert werden .

Andere Proteine

Zink spielt eine rein strukturelle Rolle in Zinkfingern , -zwirnen und -clustern. Zinkfinger bilden Teile einiger Transkriptionsfaktoren , die Proteine ​​sind, die DNA-Basensequenzen während der Replikation und Transkription von DNA erkennen . Jeder der neun oder zehn Zn2+
Ionen in einem Zinkfinger helfen, die Struktur des Fingers aufrechtzuerhalten, indem sie sich koordiniert an vier Aminosäuren im Transkriptionsfaktor binden.

Im Blutplasma wird Zink an Albumin (60 %, niedrige Affinität) und Transferrin (10 %) gebunden und transportiert . Da Transferrin auch Eisen transportiert, reduziert überschüssiges Eisen die Zinkaufnahme und umgekehrt. Ein ähnlicher Antagonismus besteht bei Kupfer. Die Zinkkonzentration im Blutplasma bleibt unabhängig von der Zinkaufnahme relativ konstant. Zellen in der Speicheldrüse, der Prostata, dem Immunsystem und dem Darm verwenden Zinksignale , um mit anderen Zellen zu kommunizieren.

Zink kann in Metallothionein- Reserven in Mikroorganismen oder im Darm oder in der Leber von Tieren gehalten werden. Metallothionein in Darmzellen ist in der Lage, die Zinkaufnahme um 15–40 % zu regulieren. Eine unzureichende oder übermäßige Zinkaufnahme kann jedoch schädlich sein; Überschüssiges Zink beeinträchtigt insbesondere die Kupferaufnahme, da Metallothionein beide Metalle aufnimmt.

Der menschliche Dopamintransporter enthält eine extrazelluläre Zinkbindungsstelle mit hoher Affinität , die nach Zinkbindung die Dopaminwiederaufnahme hemmt und den durch Amphetamin induzierten Dopaminausfluss in vitro verstärkt . Der menschliche Serotonin-Transporter und der Norepinephrin-Transporter enthalten keine Zinkbindungsstellen. Einige kalziumbindende Proteine ​​der EF-Hand wie S100 oder NCS-1 sind auch in der Lage, Zinkionen zu binden.

Ernährung

Ernährungsempfehlungen

Das US Institute of Medicine (IOM) hat 2001 den geschätzten durchschnittlichen Bedarf (EARs) und die empfohlene Tagesdosis (RDAs) für Zink aktualisiert. Die aktuellen EARs für Zink für Frauen und Männer ab 14 Jahren betragen 6,8 bzw. 9,4 mg/Tag. Die RDAs sind 8 und 11 mg/Tag. RDAs sind höher als EARs, um Beträge zu identifizieren, die Menschen mit einem überdurchschnittlichen Bedarf abdecken. RDA für die Schwangerschaft beträgt 11 mg/Tag. Die RDA für die Laktation beträgt 12 mg/Tag. Für Säuglinge bis zu 12 Monaten beträgt die RDA 3 mg/Tag. Für Kinder im Alter von 1–13 Jahren steigt die RDA mit zunehmendem Alter von 3 auf 8 mg/Tag. Aus Sicherheitsgründen legt die IOM tolerierbare obere Aufnahmemengen (ULs) für Vitamine und Mineralstoffe fest, wenn die Beweise ausreichend sind. Im Fall von Zink beträgt der UL für Erwachsene 40 mg/Tag (niedriger für Kinder). Zusammen werden die EARs, RDAs, AIs und ULs als Dietary Reference Intakes (DRIs) bezeichnet.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bezeichnet den kollektiven Satz von Informationen als Ernährungsreferenzwerte, mit Population Reference Intake (PRI) anstelle von RDA und Average Requirement anstelle von EAR. AI und UL sind genauso definiert wie in den Vereinigten Staaten. Für Personen ab 18 Jahren sind die PRI-Berechnungen komplex, da die EFSA mit zunehmendem Phytatgehalt der Nahrung immer höhere Werte festgesetzt hat . Bei Frauen steigen die PRIs von 7,5 auf 12,7 mg/Tag, wenn die Phytataufnahme von 300 auf 1200 mg/Tag steigt; für Männer liegt der Bereich zwischen 9,4 und 16,3 mg/Tag. Diese PRIs sind höher als die US-RDAs. Die EFSA überprüfte dieselbe Sicherheitsfrage und legte ihren UL auf 25 mg/Tag fest, was viel niedriger ist als der US-Wert.

Für die Kennzeichnung von Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln in den USA wird die Menge in einer Portion als Prozentsatz des Tageswerts (%DV) ausgedrückt. Für Zinkkennzeichnungszwecke betrug der Tageswert zu 100 % 15 mg, wurde jedoch am 27. Mai 2016 auf 11 mg revidiert. Eine Tabelle der alten und neuen Tageswerte für Erwachsene finden Sie unter Reference Daily Intake .

Nahrungsaufnahme

Tierische Produkte wie Fleisch, Fisch, Schalentiere, Geflügel, Eier und Milchprodukte enthalten Zink. Die Konzentration von Zink in Pflanzen variiert mit dem Niveau im Boden. Mit ausreichend Zink im Boden sind die Nahrungspflanzen, die das meiste Zink enthalten, Weizen (Keim und Kleie) und verschiedene Samen, darunter Sesam , Mohn , Luzerne , Sellerie und Senf . Zink kommt auch in Bohnen , Nüssen , Mandeln , Vollkornprodukten , Kürbiskernen , Sonnenblumenkernen und schwarzen Johannisbeeren vor .

Andere Quellen sind angereicherte Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel in verschiedenen Formen. Eine Überprüfung aus dem Jahr 1998 kam zu dem Schluss, dass Zinkoxid, eines der häufigsten Nahrungsergänzungsmittel in den Vereinigten Staaten, und Zinkcarbonat im Körper nahezu unlöslich und schlecht resorbierbar sind. Diese Übersicht zitierte Studien, die niedrigere Zinkkonzentrationen im Plasma bei den Probanden fanden, die Zinkoxid und Zinkcarbonat konsumierten, als bei denen, die Zinkacetat und Sulfatsalze einnahmen. Zur Anreicherung empfahl eine Studie aus dem Jahr 2003 jedoch Getreide (das Zinkoxid enthält) als billige, stabile Quelle, die genauso leicht absorbiert wird wie die teureren Formen. Eine Studie aus dem Jahr 2005 ergab, dass verschiedene Zinkverbindungen, einschließlich Oxid und Sulfat, keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Absorption zeigten, wenn sie als Stärkungsmittel zu Maistortillas hinzugefügt wurden.

Mangel

Fast zwei Milliarden Menschen in den Entwicklungsländern haben einen Zinkmangel. Zu den Risikogruppen zählen Kinder in Entwicklungsländern und ältere Menschen mit chronischen Erkrankungen. Bei Kindern verursacht es eine Zunahme von Infektionen und Durchfall und trägt jährlich zum Tod von etwa 800.000 Kindern weltweit bei. Die Weltgesundheitsorganisation befürwortet eine Zinkergänzung bei schwerer Unterernährung und Durchfall. Zinkpräparate helfen, Krankheiten vorzubeugen und die Sterblichkeit zu verringern, insbesondere bei Kindern mit niedrigem Geburtsgewicht oder Wachstumsstörungen. Zinkpräparate sollten jedoch nicht allein verabreicht werden, da viele Menschen in Entwicklungsländern mehrere Mangelerscheinungen haben und Zink mit anderen Mikronährstoffen interagiert. Während Zinkmangel normalerweise auf eine unzureichende Nahrungsaufnahme zurückzuführen ist, kann er mit Malabsorption , Acrodermatitis enteropathica , chronischer Lebererkrankung, chronischer Nierenerkrankung, Sichelzellkrankheit , Diabetes , Malignität und anderen chronischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden.

In den Vereinigten Staaten ergab eine Bundeserhebung zum Lebensmittelverzehr, dass der durchschnittliche Verzehr von Frauen und Männern über 19 Jahren 9,7 bzw. 14,2 mg/Tag betrug. Bei den Frauen konsumierten 17 % weniger als die EAR, bei den Männern 11 %. Die Prozentsätze unter EAR stiegen mit dem Alter. Die jüngste veröffentlichte Aktualisierung der Umfrage (NHANES 2013–2014) berichtete von niedrigeren Durchschnittswerten – 9,3 und 13,2 mg/Tag – wiederum mit einer mit zunehmendem Alter abnehmenden Aufnahme.

Die Symptome eines leichten Zinkmangels sind vielfältig. Zu den klinischen Folgen zählen Wachstumsstörungen, Durchfall, Impotenz und verzögerte Geschlechtsreife, Alopezie , Augen- und Hautläsionen, Appetitlosigkeit, veränderte Wahrnehmung, beeinträchtigte Immunfunktionen, Defekte bei der Kohlenhydratverwertung und reproduktive Teratogenese . Zinkmangel schwächt die Immunität, aber übermäßiges Zink tut es auch.

Trotz einiger Bedenken leiden westliche Vegetarier und Veganer nicht mehr unter offensichtlichem Zinkmangel als Fleischesser. Zu den wichtigsten pflanzlichen Zinkquellen gehören gekochte getrocknete Bohnen, Meeresgemüse, angereichertes Getreide, Sojaprodukte, Nüsse, Erbsen und Samen. Phytate in vielen Vollkornprodukten und Ballaststoffen können jedoch die Zinkabsorption beeinträchtigen, und eine geringfügige Zinkaufnahme hat kaum verstandene Auswirkungen. Der in Samen und Getreidekleie enthaltene Zinkchelator Phytat kann zur Zinkmalabsorption beitragen. Einige Beweise deuten darauf hin, dass mehr als die US-RDA (8 mg/Tag für erwachsene Frauen; 11 mg/Tag für erwachsene Männer) bei Personen erforderlich sein kann, deren Ernährung reich an Phytaten ist, wie z. Die Richtlinien der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) versuchen dies auszugleichen, indem sie eine höhere Zinkaufnahme empfehlen, wenn die Aufnahme von Phytat in der Nahrung höher ist. Diese Überlegungen müssen gegen den Mangel an geeigneten Zink - Biomarkern abgewogen werden , und der am häufigsten verwendete Indikator, Plasmazink, hat eine geringe Empfindlichkeit und Spezifität .

Bodensanierung

Arten von Calluna , Erica und Vaccinium können in zinkmetallhaltigen Böden wachsen, da die Translokation toxischer Ionen durch die Wirkung von erikoiden Mykorrhizapilzen verhindert wird .

Landwirtschaft

Zinkmangel scheint der häufigste Mikronährstoffmangel bei Nutzpflanzen zu sein; es ist besonders häufig in Böden mit hohem pH-Wert. Böden mit Zinkmangel werden in den Ackerflächen von etwa der Hälfte der Türkei und Indiens, einem Drittel Chinas und dem größten Teil Westaustraliens angebaut . In diesen Gebieten wurde von erheblichen Reaktionen auf die Zinkdüngung berichtet. Pflanzen, die in zinkarmen Böden wachsen, sind anfälliger für Krankheiten. Zink wird dem Boden hauptsächlich durch die Verwitterung von Gestein hinzugefügt, aber Menschen haben Zink durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, Minenabfälle, Phosphatdünger, Pestizide ( Zinkphosphid ), Kalkstein, Mist, Klärschlamm und Partikel von verzinkten Oberflächen hinzugefügt. Überschüssiges Zink ist für Pflanzen giftig, obwohl die Zinktoxizität weit weniger verbreitet ist.

Vorsichtsmaßnahmen

Toxizität

Obwohl Zink eine wesentliche Voraussetzung für eine gute Gesundheit ist, kann überschüssiges Zink schädlich sein. Eine übermäßige Aufnahme von Zink unterdrückt die Aufnahme von Kupfer und Eisen. Das freie Zinkion in Lösung ist hochgiftig für Pflanzen, Wirbellose und sogar Wirbeltierfische. Das Freie-Ionen-Aktivitätsmodell ist in der Literatur gut etabliert und zeigt, dass bereits mikromolare Mengen des freien Ions einige Organismen töten. Ein aktuelles Beispiel zeigte, dass 6 Mikromol 93 % aller Daphnien im Wasser töteten.

Das freie Zinkion ist eine starke Lewis-Säure bis hin zur Ätzwirkung . Magensäure enthält Salzsäure , in der sich metallisches Zink leicht zu ätzendem Zinkchlorid auflöst. Das Verschlucken eines amerikanischen Ein- Cent - Stücks (97,5 % Zink) nach 1982 kann durch die hohe Löslichkeit des Zinkions im sauren Magen zu Schäden an der Magenschleimhaut führen.

Es gibt Hinweise darauf, dass Personen, die täglich 100–300 mg Zink einnehmen, unter einem induzierten Kupfermangel leiden können . Eine Studie aus dem Jahr 2007 beobachtete, dass ältere Männer, die täglich 80 mg einnahmen, häufiger wegen Harnwegskomplikationen ins Krankenhaus eingeliefert wurden als diejenigen, die ein Placebo einnahmen. Konzentrationen von 100–300 mg können die Verwertung von Kupfer und Eisen beeinträchtigen oder den Cholesterinspiegel beeinträchtigen. Zink von mehr als 500 ppm im Boden stört die pflanzliche Aufnahme anderer essentieller Metalle wie Eisen und Mangan. Ein Zustand, der als Zinkzittern oder „Zinkfrost“ bezeichnet wird, kann durch das Einatmen von Zinkdämpfen beim Hartlöten oder Schweißen von verzinkten Materialien hervorgerufen werden. Zink ist ein häufiger Bestandteil von Zahnprothesencreme , die zwischen 17 und 38 mg Zink pro Gramm enthalten kann. Behinderungen und sogar Todesfälle durch übermäßigen Gebrauch dieser Produkte wurden behauptet.

Die US Food and Drug Administration (FDA) gibt an, dass Zink Nervenrezeptoren in der Nase schädigt und Anosmie verursacht . Berichte über Anosmie wurden auch in den 1930er Jahren beobachtet, als Zinkpräparate in einem fehlgeschlagenen Versuch verwendet wurden, Polio- Infektionen zu verhindern. Am 16. Juni 2009 ordnete die FDA die Entfernung von intranasalen Erkältungsprodukten auf Zinkbasis aus den Verkaufsregalen an. Die FDA sagte, dass der Geruchsverlust lebensbedrohlich sein kann, da Menschen mit eingeschränktem Geruchssinn austretendes Gas oder Rauch nicht erkennen und nicht erkennen können, ob Lebensmittel verdorben sind, bevor sie sie essen.

Jüngste Forschungsergebnisse legen nahe, dass das topische antimikrobielle Zinkpyrithion ein potenter Induktor der Hitzeschockreaktion ist, der die genomische Integrität mit der Induktion einer PARP -abhängigen Energiekrise in kultivierten menschlichen Keratinozyten und Melanozyten beeinträchtigen kann .

Vergiftung

1982 begann die US Mint mit der Prägung von Pfennigen , die mit Kupfer beschichtet waren, aber hauptsächlich Zink enthielten. Zinkpfennige bergen die Gefahr einer Zinktoxikose, die tödlich sein kann. Ein gemeldeter Fall von chronischer Einnahme von 425 Pennies (über 1 kg Zink) führte zum Tod aufgrund von bakterieller und pilzbedingter Sepsis im Magen-Darm-Trakt . Ein anderer Patient, der 12 Gramm Zink einnahm, zeigte nur Lethargie und Ataxie (grober Mangel an Koordination der Muskelbewegungen). Es wurden mehrere andere Fälle von Menschen gemeldet, die durch die Einnahme von Zinkmünzen an einer Zinkvergiftung litten.

Pfennige und andere kleine Münzen werden manchmal von Hunden aufgenommen, was eine tierärztliche Entfernung der Fremdkörper erfordert. Der Zinkgehalt einiger Münzen kann eine Zinktoxizität verursachen, die bei Hunden häufig durch schwere hämolytische Anämie und Leber- oder Nierenschäden tödlich ist; Erbrechen und Durchfall sind mögliche Symptome. Zink ist für Papageien hochgiftig und eine Vergiftung kann oft tödlich sein. Der Verzehr von in verzinkten Dosen gelagerten Fruchtsäften hat zu Massenvergiftungen von Papageien mit Zink geführt.

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Die Elemente stammen aus verschiedenen Metallgruppen. Siehe Periodensystem.
  2. Ein Schiff der East India Company mit einer Ladung fast reinem Zinkmetall aus dem Orient sank1745 vor der schwedischen Küste. ( Emsley 2001 , S. 502)
  3. ^ Elektrischer Strom fließt natürlich zwischen Zink und Stahl, aber unter bestimmten Umständen werden inerte Anoden mit einer externen Gleichstromquelle verwendet.

Zitate

Literaturverzeichnis

Externe Links

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