Auführliche Informationen zur Geschichte, zu Fundstellen, zur Verwendung etc. sind im

• Mineralienportrait Zink

zu finden.

Chemische Eigenschaften

Zink ist ein metallisches Element aus der 2. Nebengruppe des Periodensystems. Vom Zink existiert eine Reihe natürlicher Isotope (⁶⁴Zn – ⁷⁰Zn). Daneben sind noch künstliche Isotope und Isomere (⁵⁷Zn –⁷⁸Zn) mit Halbwertszeiten zwischen 40 ms und 244 Tagen bekannt. Zink ist in Übereinstimmung mit seiner Stellung in der 2. Nebengruppe des Periodensystems 2-wertig. Die Zink-Verbindungen sind in der Regel farblos. In vielen Reaktionen zeigt Zink Ähnlichkeit mit Magnesium. Zink ist ein bläulichweißes, an blanken Oberflächen stark glänzendes, in hexagonal dichtester Kugelpackung kristallisierendes Metall. Beim Erhitzen findet erst ab 225°C stärkere Oxidation statt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt etwa 27% von der des Silbers. Damit ist Zink nach Silber, Kupfer, Gold und Aluminium der fünftbeste Elektrizitätsleiter. Zink ist bei gewöhnlicher Temperatur spröde, zwischen 100 und 150°C jedoch so dehnbar, dass es zu Blechen ausgewalzt und zu Drähten gezogen werden kann. Ab 200°C wird es wieder so spröde, dass es sich zu Pulver mahlen lässt. Zink verändert sich an trockener Luft auch während langer Lagerung nicht. Durch Säuren und starke Laugen wird eine gebildete Schutzschicht schnell aufgelöst oder die Bildung der Schutzschicht verhindert. Die Säure greift dann auch das Metall an und löst es rasch unter Bildung von Zink-Salzen. Heißes Wasser und Dampf greifen Zink stark an. In pulvriger Form (Zinkstaub) ist das Metall sehr reaktionsfähig. Es reagiert z.B. mit Wasser schon bei 20°C.

Physiologie

Zink ist ein für Menschen, Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen lebensnotwendiges Spurenelement. Größere Mengen von Zink-Salzen (z.B. Zinkchlorid) rufen jedoch äußerlich Verätzungen, innerlich stark schmerzhafte Entzündungen der Verdauungsorgane hervor. Außerdem ist die Einnahme mit Metallgeschmack, Erbrechen usw. verbunden. Die toxischen Grenzen von metallischem Zink und Zink-Salzen liegen weit höher als bei anderen essentiellen Spurenelementen, wie z.B. Kupfer. Die orale Aufnahme von 1 bis 2 g Zink-Salzen wie Zinkchlorid oder Zinksulfat (entsprechend 275 bzw. 550 mg Zink) führt beim Menschen zu einer akuten, aber vorübergehenden Übelkeit wenige Minuten nach der Aufnahme. Die Symptome können Unpässlichkeit, Schwindel, zugeschnürter Hals, Erbrechen, Kolik und Durchfall einschließen. Zinkchlorid und Zinksulfat können sich bilden, wenn saure Lebensmittel wie Salate, Früchte, Säfte in verzinkten Behältern zubereitet bzw. aufbewahrt werden. Einmaliges Einatmen von Zink(oxid)-Dämpfen verursacht das sog. Gießfieber, das jedoch nach ca. 24 Std. ohne bleibende Schäden zurückgeht. Einige Pflanzenkrankheiten (Rosettenkrankheit, Zwergwuchs, Chlorophyll-Defekt) können durch sehr geringe Zink-Gaben behandelt werden. Der Zink-Gehalt des menschlichen Organismus beträgt 2–4 g. Zink spielt auch eine wichtige Rolle in der Wundheilung: Man nimmt an, dass Vitamin A als wesentlicher Faktor der Gewebeheilung nur in Gegenwart ausreichender Zink-Mengen verwertet werden kann. Verringerte Zink-Aufnahme mit der Nahrung oder Zink-Ausschwemmung ruft bei Menschen und Versuchstieren auch einen Verlust der Geschmacksempfindung (Hypogeusie) und Appetitmangel hervor, bei Kindern Störungen des Immunsystems. Die Mehrzahl der physiologischen Wirkungen des Zink dürfte auf dessen Funktion im Enzymsystem zurückgehen: Zink ist nämlich metallischer Bestandteil von über 200 Enzymen. Nach Auffassung der WHO benötigt der Erwachsene täglich 22 mg Zink, Kinder und werdende bzw. stillende Mütter mehr, ältere Menschen weniger (ca. 2,2 mg). Zink wird im allg. mit Fleisch, Milch und Fisch sowie mit Getreideprodukten in ausreichender Menge aufgenommen.

Vorkommen

Der Anteil des Zink an der obersten Erdkruste wird auf 0,012% geschätzt. Damit steht Zink in der Häufigkeitsliste der Elemente in der Nähe von Strontium, Vanadium und Kupfer. Die wichtigsten Zink-Erze sind Zinkspat (Galmei), Zinkblende, Hemimorphit, Smithsonit, Franklinit, Willemit und Zinkit. Da Zink ein sehr unedles Metall ist, kommt es in der Natur nur in Form von Verbindungen vor, und zwar meist mit Blei und Cadmium vergesellschaftet. Die zur Zeit größten Zink-Lager der Welt befinden sich in China, Kanada, den USA und Australien (früher auch Russland, Peru, Südafrika, Japan und Polen, kleinere auch in der Umgebung von Aachen, Barmen, Iserlohn, in Kärnten, Tirol, Italien, Griechenland, Schweden, England (Wales), Irland, Algerien und Tunesien). China verbraucht 1/4 des gesamten auf der Welt hergestellten Zinks und deckt dieses Volumen durch eigene Vorkommen.

Herstellung

Die wichtigsten und häufigsten Zinkerze, Zinkblende und Zinkspat werden vor der Verhüttung durch Rösten in Zinkoxid umgewandelt. Das Rösten der Zinkblendekonzentrate (45–62% Zn und 28–32% S), die durch selektive Flotation erhalten werden, erfolgt in Schwebe-, Wirbelschicht- oder Sinter-Röstverfahren. Eine Konzentrierung kann auch durch Auslaugen mit Hilfe von Bakterien (Bioleaching) erreicht werden. Dabei tolerieren Thiobacillus-Arten Zink-Konzentrationen bis zu 100 g/l. Die Reduktion des ZnO mit Kohlenstoff wird in liegenden oder stehenden Muffeln (ersteres nur noch selten) oder elektrothermisch nach den Josephtown-, Sterling- oder Duisburger Kupferhütte-Verfahren vorgenommen. Der dabei gebildete Zink-Dampf wird zu Hüttenzink kondensiert, als Nebenprodukt fällt Zinkstaub an. Den erwähnten Prozessen schließt sich die Raffination durch Umschmelzen oder Destillation an. In steigendem Umfang wird Zink durch Entzinkung von zinkhaltigen Rücklauf- und Rückstandsmaterialien gewonnen . Die Schrottentzinkung kann durch Erhitzen in Drehöfen, durch ein Chlorgas-Verfahren (ähnlich wie bei Entzinnung) ausgeführt werden

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Verwendung

Die Hauptmenge des erzeugten Zink wird zum Verzinken von Stahl gebraucht, und zwar durch Feuerverzinkung. Auch Anstrichstoffe mit hochpigmentierten Zinkstaubfarben und neutralen Bindemitteln (z.B. Polyester, Chlorkautschuk) wirken korrosionsschützend. Große Mengen Zink dienen ferner zur Erzeugung von Messing.

Zink dient ferner zur Herstellung von galvanischen Elementen, Druckplatten, als Ätzmittel im Textildruck (Zinkstaub) und als Reduktionsmittel in der Metallurgie zur Gewinnung von Silber (Parkes-Verfahren) oder Gold. Im chemischen Labor verwendet man Zink zur Herstellung von Wasserstoff, als Staub zur Zinkstaub-Destillation, Clemmensen-Reduktion und Reformatsky-Reaktion, als Granalien für Reduktionen.

Geschichtliches

Metallisches Zink soll in Persien bereits im 6. Jh. gewonnen worden sein, doch dürfte dies höchstens unbeabsichtigt der Fall gewesen sein. Erst später lernten es die Inder und Chinesen kennen. In der 1. Hälfte des 16. Jh. hielten Agricola und Paracelsus schon metallisches Zink, das damals oft Konterfei genannt wurde, in Händen, und Libavius erhielt 1595 eine über Holland aus China eingeführte Zinkprobe. Der Galmei wurde schon von den Griechen und Römern zur Herst. von Messing verwendet. Eine Herstellung von reinem Zink aus Galmei war damals noch nicht möglich. Wegen der nicht ganz einfachen Verhüttung von Zink-Erzen konnte man annähernd reines Zink in Europa erst im 18. Jh. in größerem Umfang gewinnen. Der Name Zink ist deutschen Ursprungs, er wurde zuerst in den Alpenländern für die Zinken=zackenartige Form des Galmei.

Quellangaben

• Vorkommen und Paragenesen: Collector
• Quelle: Römpp-Chemielexikon; 10. Auflage (1996), S. 5069
• Verfasser: Hg