Zinok (Zn) – chemický prvok: vlastnosti, izotopy a použitie

Fyzikálne vlastnosti

Zinok je lesklý modrošedý kov. Keď je zinok práve narezaný, má belavošedú farbu. Ak je vystavený vzduchu, nezostane dlho lesklý. Jeho teplota topenia je (419,58 °C (787,24 °F)), teplota varu je (907,0 °C (1 664,6 °F)), teplota chladnutia je -419,58 °C (-723,24 °F) a teplota tuhnutia je -907,0 °C (-1 600,6 °F). Táto teplota je nižšia ako u väčšiny prechodných kovov, ale vyššia ako u cínu alebo olova. Môže sa roztaviť na varnej doske. Vrie pri nízkej teplote pre kov. Nie je magnetický. Pri malom zahriatí sa stáva veľmi pružným. Ak sa zahreje viac, stáva sa veľmi krehkým. Ľahko tvorí zliatiny s inými kovmi.

Chemické vlastnosti

Zinok je reaktívny kov. Je približne rovnako reaktívny ako hliník a reaktívnejší ako väčšina bežných kovov, napríklad železo, meď, nikel a chróm. Je menej reaktívny ako horčík. Zinok môže reagovať s kyselinami, zásadami a nekovmi. Na vzduchu však nehrdzavie. Na povrchu zinku sa na vzduchu vytvára povlak oxidu zinočnatého a uhličitanu zinočnatého. Tento povlak zastavuje koróziu. Kyseliny môžu tento povlak rozpustiť a reagovať s kovovým zinkom. Pri tejto reakcii zinku s kyselinou vzniká soľ zinku(II), napríklad chlorid zinočnatý a plynný vodík. Ide o veľmi bežnú chemickú reakciu. Nižšie uvedená reakcia je reakcia s kyselinou chlorovodíkovou.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zinok môže horieť, keď je v prášku alebo v malých kúskoch a vytvára sa z neho biely prášok - oxid zinočnatý. Plameň je jasne modrozelený.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Oxid zinočnatý sa môže rozpúšťať v silných zásadách. K tejto reakcii dochádza v niektorých batériách, ktoré obsahujú zinok.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Zinok je chalkofil. To znamená, že radšej reaguje so sírou a prvkami, ktoré sú v periodickej tabuľke pod ním, ako s kyslíkom. Preto je najbežnejšou zinkovou rudou sulfid zinočnatý, a nie oxid zinočnatý.

Chemické zlúčeniny

Zinok môže vytvárať chemické zlúčeniny s inými prvkami. Tieto chemické zlúčeniny sú len v jednom oxidačnom stave: +2. Bola nájdená zlúčenina +1, ale je ťažké ju vytvoriť. Neexistujú iné oxidačné stavy ako +1 alebo +2. Väčšina týchto zlúčenín nemá farbu. Ak majú farbu, nie je to zinok, ktorý vytvára farbu.

Chlorid zinočnatý je jednou z najbežnejších zlúčenín zinku. Sú pomerne málo reaktívne. Po rozpustení vo vode sú mierne kyslé. Pri zahrievaní v ohni vytvárajú zelený plameň.

Ďalšie zlúčeniny zinku sú:

• Antimonid zinočnatý, sivý polovodič
• Arzenid zinku, oranžový polovodič
• Bromid zinočnatý, štít proti žiareniu
• Uhličitan zinočnatý, ruda zinku
• Fluorid zinočnatý
• Hydroxid zinočnatý, používaný v chirurgických obväzoch
• jodid zinočnatý, používaný pri zhotovovaní röntgenových snímok
• Dusičnan zinočnatý, používaný ako moridlo
• Oxid zinočnatý, používaný v opaľovacích prípravkoch
• Fosforečnan zinočnatý, používaný v zubnom lekárstve
• Síran zinočnatý, používaný v pigmentoch
• Sulfid zinočnatý, bežná zinková ruda

V prírode sa vyskytuje päť izotopov zinku. ⁶⁴Najrozšírenejším izotopom je Zn, ktorý sa v prírode vyskytuje v 48,63 %. Tento izotop má polčas rozpadu 4,3x10¹⁸ rokov. To je tak dlho, že jeho rádioaktivitu možno ignorovať. Podobne ⁷⁰
Zn (0,6 %) s polčasom rozpadu 1,3x10¹⁶ rokov sa zvyčajne nepovažuje za rádioaktívny. Ďalšie izotopy, ktoré sa vyskytujú v prírode, sú ⁶⁶
Zn (28 %), ⁶⁷
Zn (4 %) a⁶⁸
 Zn (19 %).

Zinok sa ako kov v zemskej kôre nenachádza. Zinok sa nachádza len vo forme zlúčenín zinku. Sfalerit, minerál, ktorý je tvorený sulfidom zinočnatým, je hlavnou rudou zinku. V oceáne sa nachádza veľmi málo zinku. Zinková ruda sa zvyčajne nachádza spolu s medenými a olovenými rudami.

Existujú aj iné zinkové rudy, napríklad smithsonit (uhličitan zinočnatý) a minerál kremičitan zinočnatý. Sú menej časté.

Sulfid zinočnatý sa koncentruje flotáciou. Je tu detergent, ktorý zachytáva sulfid zinočnatý. Nečistoty klesnú na dno a odstránia sa. Potom sa sulfid zinočnatý zahrieva na vzduchu na oxid zinočnatý a oxid siričitý.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Oxid siričitý sa oxiduje na oxid siričitý.

2 SO ₂+ O₂ → 2 SO₃

Trioxid síry reaguje s oxidom zinočnatým na síran zinočnatý. Vzniká tak rozpustná forma zinku, ktorá sa dá lepšie spracovať.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Síran zinočnatý sa čistí a elektrolyzuje. Pri elektrolýze sa získava kyslík, zinok a kyselina sírová. Vzniká tak čistý zinok, ktorý je známy ako "SHG" alebo špeciálna vysoká kvalita.

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Kyselina sírová sa opätovne použije namiesto oxidu sírového na vylúhovanie väčšieho množstva oxidu zinočnatého.

Oxid zinočnatý sa môže tiež redukovať uhlíkom na kovový zinok a oxid uhličitý pri vysokých teplotách. Ide o proces vo vysokej peci podobný výrobe železa.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Táto forma zinku je lacnejšia, ale nie je čistá.

Zinok je štvrtý najrozšírenejší kov na svete. Ročne sa ho vyrobí približne 10 miliónov ton.

Ako kov

Zinok sa používa v elektrických batériách. Najviac sa zinok používa v alkalických a leklankových článkoch. Ten sa oxiduje a poskytuje elektróny pre chod batérie.

Približne 59 % zinku sa používa na prevenciu proti korózii, ktorá zahŕňa pozinkovanie. 47 % svetovej zásoby zinku sa používa na pozinkovanie. To sa používa na ochranu iného kovu, zvyčajne železa, pred koróziou. Zinkový povlak koroduje namiesto železa. Zinkový povlak sa môže na kov umiestniť dvoma spôsobmi. Kov sa môže ponoriť do nádoby s roztaveným zinkom. Zinok sa môže na kov naniesť aj galvanicky. Ponorenie vydrží dlhšie, ale má nerovnomerný povrch, ktorý podľa niektorých nevyzerá pekne. Používa sa aj v motorových člnoch a potrubiach na spomalenie hrdzavenia. Motor motorového člna má často "guľôčku" zo zinku, ktorá ľahko koroduje, ale pomáha ostatným kovovým častiam motora zostať bez hrdze.

Zinok sa používa v zliatinách. Mosadz je zliatina medi a zinku. Mosadz je najbežnejšou zliatinou zinku. Zinok môže tvoriť zliatiny s mnohými inými kovmi. Zinok hliník je zliatina zinku a hliníka, z ktorej sa vyrábajú dobré ložiská. Obchodný bronz obsahuje zinok. Niekedy telurid kadmia reaguje so zinkom a vytvára telurid kadmia a zinku, polovodič. Niklové striebro je ďalšia zliatina zinku.

Zinok sa môže použiť v píšťalách píšťalových organov. V minulosti sa používala zliatina cínu a olova. Zinok sa používa v amerických minciach, kde má len tenkú vrstvu medi. Jadro je zo zinku. Staršie mince sa vyrábali úplne z bronzu.

Na pohon modelu rakety možno použiť zmes práškového zinku a síry. Pri tejto reakcii vzniká sulfid zinočnatý, teplo, svetlo a plyny. Zinkový plech sa používa na výrobu zinkových tyčí.

Ako zlúčeniny zinku

Približne 1/4 zinku sa používa na výrobu zlúčenín zinku. Oxid zinočnatý sa môže používať na ochranu pred slnkom alebo ako pigment do farieb. Oxid zinočnatý je tiež polovodič. Chlorid zinočnatý sa používa na ochranu dreva, aby nehnilo. Niektoré fungicídy obsahujú zinok. Síran zinočnatý sa používa vo farbivách a pigmentoch. Sulfid zinočnatý sa používa vo fluorescenčných žiarovkách na premenu ultrafialového svetla na viditeľné svetlo.

V biológii

Ľudia potrebujú trochu zinku, aby ich telo dobre fungovalo. Ak nemajú dostatok zinku v potrave, môžu mať nedostatok minerálu. Takmer dve miliardy ľudí majú nedostatok zinku. Nedostatok zinku spôsobuje, že človek ľahšie dostane infekcie. Niektorí ľudia hovoria, že pri prechladnutí by sme mali užívať viac zinku. Iní hovoria, že zinok nemá žiadny význam. Existujú lieky, ktoré človek môže použiť, keď je prechladnutý. Ľudia pridávajú malé množstvá zlúčenín zinku do vitamínových tabletiek a obilnín, aby sa uistili, že majú dostatok zinku. Väčšina jednotabletových vitamínov obsahuje zinok. Zinok sa nachádza v najmenej 100 enzýmoch. Je to druhý najrozšírenejší prechodný kov okrem železa. Zinok využíva aj mozog. Ľudské telo obsahuje 2 až 4 gramy zinku. Zinkový enzým pomáha odstraňovať oxid uhličitý z krvi. Pšenica obsahuje veľa zinku.

Veľké množstvá kovového zinku sú toxické. Môže sa rozpúšťať v žalúdočnej kyseline. Pri konzumácii príliš veľkého množstva zinku sa v tele znižuje hladina medi a železa. Zlúčeniny zinku môžu byť v žalúdku korozívne. Zlúčeniny zinku vložené do nosa môžu zničiť čuch.

Zinočnaté ióny sú pre ryby a mnohé živočíchy žijúce vo vode veľmi toxické.