cink / Zn
(horgany)

Név: Zink (német) - homályos eredete miatt. Rossz magyar szóval horganynak is nevezik.

Felfedezés:
Ötvözetei közül a sárgarezet már a történelem előtti időkben ismerték.
Magát a cinket csak 1300 körül állították elő.

Rendszám: a periódusos rendszer 30. eleme

Relatív atomtömeg: 65,38

Elektronkonfiguráció: [Ar] (3d)10(4s)2

Izotópok: A természetben a cink öt stabil izotópból áll; tizenhat további instabil izotópja ismert.

Előfordulás:
Legfontosabb ásványa a köbös szfalerit (ZnS), valamint a hasonló összetételű, de hatszöges wurtzit.
A cinkit (ZnO) gyakran mangántartalmú s ekkor vörös színű.
Más cinkásványok a smithsonit (ZnCO₃) és a hermimorfit [Zn₃SiO₇.Zn(OH)₂.H₂O], valamint a willemit (Zn₂SiO₄).

Előállítás:
Oxidjának redukciójával, vagy sóinak elektrolízisével állítják elő.
A következő eljárásokat alkalmazzák:
a) Retortás eljárás: karborundumból készült, hosszú, karcsú, függőleges retortákban hevítik a cink-oxidból és szénből készült briketteket, amelyeket előzőleg 750-800°C-on tömörítettek. A redukciónál keletkező cinkgőz a szén-monoxiddal és más gázokkal együtt a kondenzátorban folyékony alakban csapódik le és időnként eltávolítható. Így az érc 85-90%-a termelhető ki.
b) Elektrolitos eljárás: A pörkölt cinkércet híg kénsavval oldják ki s a kapott oldatot tisztítják. A vasat mangán-dioxiddal való oxidáció után a cink-oxiddal vas(III)-hidroxid alakban csapják ki; ekkor távozik az As, Sb, és SiO₂ is. Ezután cinkporral leválasztják a rezet, kobaltot, nikkelt és kadmiumot. A tiszta oldatot elektrolizálják; így a cink 90%-a termelhető ki. Egy kg Zn előállításához 3,6 - 4 kWh szükséges, a kapott cink 0,02%-nál kevesebb szennyezést tartalmaz.

Fizikai tulajdonságok:
Kissé kékes árnyalatú, szép fémfényű elem.
Közönséges hőmérsékleten rideg, 150-200°C közötti hőmérsékleten kovácsolható.
200°C fölött olyan rideg, hogy mozsárban porrá törhető.
Jó elektromos vezető.
Szilárdsága csekély.
Sűrűsége 7,13 g/cm³.
Olvadáspontja 419°C.
35 K alatt ferromágneses tulajdonságot mutat.

Kémiai tulajdonságok:
A cinkcsoport első eleme.
Közepesen aktív fém.
Száraz levegőn nem oxidálódik, nedves, főleg szén-dioxid tartalmú levegő megtámadja.
Halogének közönséges hőmérsékleten csak nedvesség jelenlétében hatnak rá.
Magas hőmérsékleten kékeszöld lánggal ég el cink-oxiddá.
Kénnel, szelénnel és tellurral hevítve a megfelelő vegyületeket (ZnS, ZnSe, ZnTe) adja, foszforral, arzénnel és antimonnal is vegyül.
Nitrogénnel nem reagál.
Víz közönséges hőmérsékleten alig hat rá, magasabb hőmérsékleten hidrogént fejleszt, miközben cink-oxid keletkezik.
Híg savak oldják:
Zn + H₂SO₄ = H₂ + ZnSO₄
Laborban általában így fejlesztenek hidrogént - vagy sósavval. Tiszta cink elég lassan oldódik, szennyezések növelik a reakciósebességet.
Ennek elektrokémiai okai vannak: egyrészt helyi elemek jönnek létre az idegen fémekkel, másrészt csökken a hidrogénfejlődés túlfeszültsége, amely tiszta cinken a legnagyobb.
Ammónium-hidroxidban és ammóniumsók oldatában, levegő jelenlétében oldódik a cink, mert az először keletkező vékony oxidhártyát komplexképződés folytán oldják a fenti folyadékok, így a védőhártya nem maradhat meg.
Ugyanezért oldódik alkálilúgokban is:
Zn²⁺ + 3 OH^- = [Zn(OH)₃]^-
Ammóniával komplex cink-tetramin-ion keletkezik:
Zn²⁺ + 4NH₃ = [Zn(NH₃)₄]²⁺
Ammóniában izzítva cink-nitriddé alakul.
Szén-dioxidot már 300 °C fölött szén-monoxiddá redukálja.
Általában redukáló hatású, mind savanyú, mind lúgos közegben. Kén-hidrogénnel cink-szulfidot ad.
Mindíg két vegyértékű, számos ionvegyülete van.
Vannak azonban atomvegyületei is, pl. oxidja és szulfidja, nitridje, stb.
Foszfidjai részben átmenetet képeznek a fémes rácsokhoz, arzenidje félfémes.
A cink-ion szintelen, vegyületei is.
Atomvegyületei sokszor színesek.

Felhasználás:
Egyike a legnagyobb mennyiségben használt fémeknek.
Tetőfedésre, esőcsatornák (a képen), párkányok, vödrök, stb. készítésére használják.
Szárazelemek gyártásához nagyon tiszta cink szükséges.
Öntésre is használatos, főleg ötvözetei alakjában, mint pl. a sárgaréz. 4% Al és 0,5-1% réz tartalmú ötvözetét fröccsöntésre használják.
Egy 78 % cink és 22% aluminum tartalmú ötvözet csaknem olyan erős mint az acél, és olyan jól önthető, mint egy műanyag.
Régóta használatos a horganyzott vas bádog, amit vaslemezek olvadt cinkbe mártásával készítenek, de galvanizálással is előállítható. Nagyon jól védi a vas felületét, mert maga megy oldatba a vas helyett.
A cink-oxidot (ZnO) festőanyagként, töltőanyagként, kozmetikumokban gyenge fertőzésgátló szerként gyógyszeralapanyagként, valamint festékekben és műanyagokban használják.
A cink-szulfidot (ZnS) lumineszkáló (kép)ernyőkön alkalmazzák.

Biológia:
Emlősökre káros, ezért cinkkel bevont edényben nem szabad élelmiszert tartani.
A cink-oxid megengedett koncentrációja 5 mg/m³.
Igen kevés cink azonban szükséges nyomelem.
Mintegy 2-3 grammnyi mennyiségben van jelen az emberi szervezetben, ezen belül is főleg a haj, a szem, és a férfi nemi szervek tartalmazzák. Ezeken kívül a máj, a vesék, az izmok, és a bőr tartalmaz belőle még számottevő mennyiséget.
A legfontosabb szerepe a vércukorszint-szabályozásában való részvétel az inzulin alkotórészeként.
További hetvenféle enzimben van jelen.
Hatással van a szénhidrát-, fehérje-, zsír-, nukleinsav-anyagcserére, a növekedésre, a nemi fejlődésre és a szaporodásra.
Legnagyobb mennyiségben a húsokban, a májban, a hüvelyesekben és a tojásban fordul elő.

Felhasznált irodalom