cink -Zinc

Cink,  30 Zn
Cink töredék szublimált és 1cm3 kocka.jpg
Cink
Kinézet ezüstszürke
Szabványos atomsúly A r °(Zn)
Cink a periódusos rendszerben
Hidrogén Hélium
Lítium Berillium Bór Szén Nitrogén Oxigén Fluor Neon
Nátrium Magnézium Alumínium Szilícium Foszfor Kén Klór Argon
Kálium Kalcium Scandium Titán Vanádium Króm Mangán Vas Kobalt Nikkel Réz Cink Gallium Germánium Arzén Szelén Bróm Kripton
Rubídium Stroncium Ittrium Cirkónium Nióbium Molibdén Technécium Ruténium Ródium Palládium Ezüst Kadmium Indium Ón Antimon Tellúr Jód Xenon
Cézium Bárium Lantán Cérium Prazeodímium Neodímium Promethium Szamárium Europium Gadolínium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Túlium Itterbium Lutetium Hafnium Tantál Volfrám Rénium Ozmium Iridium Platina Arany higany (elem) Tallium Vezet Bizmut Polónium Asztatin Radon
Francium Rádium Aktínium Tórium Protactinium Uránium Neptunium Plutónium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Kopernicium Nihonium Flerovium Moszkvium Livermorium Tennessine Oganesson


Zn

Cd
rézcinkgallium
Atomszám ( Z ) 30
Csoport csoport 12
Időszak időszak 4
Blokk   d-blokk
Elektron konfiguráció [ Ar ] 3d 10 4s 2
Elektronok száma héjonként 2, 8, 18, 2
Fizikai tulajdonságok
Fázis az  STP -nél szilárd
Olvadáspont 692,68  K (419,53 °C, 787,15 °F)
Forráspont 1180 K (907 °C, 1665 °F)
Sűrűség rt közel ) 7,14 g/ cm3
folyékony állapotban (  hőmérsékleten ) 6,57 g/ cm3
Az egyesülés hője 7,32  kJ/mol
Párolgási hő 115 kJ/mol
Moláris hőkapacitás 25,470 J/(mol·K)
Gőznyomás
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T  -nél  (K) 610 670 750 852 990 1179
Atom tulajdonságai
Oxidációs állapotok −2, 0, +1, +2amfoter oxid)
Elektronegativitás Pauling skála: 1,65
Ionizációs energiák
Atomsugár empirikus: 134  pm
Kovalens sugár 122±4 óra
Van der Waals sugár 139 óra
Színvonalak egy spektrális tartományban
A cink spektrális vonalai
Egyéb tulajdonságok
Természetes előfordulás ősi
Kristályos szerkezet hatszögletű zárt (hcp)
Hatszögletű zárt kristályszerkezet a cinkhez
Hangsebesség vékony rúd 3850 m/s (  rt ) (gördült)
Hőtágulás 30,2 µm/(m⋅K) (25 °C-on)
Hővezető 116 W/(m⋅K)
Elektromos ellenállás 59,0 nΩ⋅m (20 °C-on)
Mágneses rendezés diamágneses
Moláris mágneses szuszceptibilitás −11,4 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Young modulusa 108 GPa
Nyírási modulus 43 GPa
Kompressziós modulus 70 GPa
Poisson arány 0,25
Mohs keménység 2.5
Brinell keménység 327–412 MPa
CAS szám 7440-66-6
Történelem
Felfedezés Indiai kohászok ( ie 1000 előtt )
Első elszigeteltség Andreas Sigismund Marggraf (1746)
Egyedülálló fémként ismerte el Rasaratna Samuccaya (1300)
A cink fő izotópjai
Izotóp Hanyatlás
bőség felezési idő ( t 1/2 ) mód termék
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 56 perc β 69 Ga
69 m Zn syn 13,8 óra β 69 Ga
70 Zn 0,6% stabil
71 Zn syn 2,4 perc β 71 Ga
71 m Zn syn 4 óra β 71 Ga
72 Zn syn 46,5 óra β 72 Ga
 Kategória: Cink
| hivatkozások

A cink egy kémiai elem , amelynek Zn szimbóluma és 30-as rendszáma. A cink szobahőmérsékleten enyhén törékeny fém, és az oxidáció eltávolításakor fényes-szürkés megjelenésű. Ez az első elem a periódusos rendszer 12. csoportjában (IIB) . Bizonyos tekintetben a cink kémiailag hasonló a magnéziumhoz : mindkét elem csak egy normál oxidációs állapotot (+2) mutat, a Zn 2+ és Mg 2+ ionok pedig hasonló méretűek. A cink a 24. legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben , és öt stabil izotópja van . A leggyakoribb cinkérc a szfalerit (cink keverék), egy cink-szulfid ásvány. A legnagyobb működőképes blokkok Ausztráliában, Ázsiában és az Egyesült Államokban találhatók. A cinket az érc habos flotációjával , pörköléssel és elektromos árammal történő végső extrakcióval finomítják ( elektromos nyersanyag ).

A cink nélkülözhetetlen nyomelem az emberek, állatok, növények és mikroorganizmusok számára , és szükséges a születés előtti és posztnatális fejlődéshez. Ez a vas után a második legnagyobb mennyiségben előforduló fém az emberben, és ez az egyetlen fém, amely minden enzimosztályban megtalálható . A cink a korallok növekedéséhez is nélkülözhetetlen tápanyag, mivel számos enzim fontos kofaktora.

A cinkhiány körülbelül kétmilliárd embert érint a fejlődő világban, és számos betegséggel jár. Gyermekeknél a hiány növekedési retardációt, késleltetett szexuális érést, fertőzésre való hajlamot és hasmenést okoz . A reaktív centrumban cinkatomot tartalmazó enzimek széles körben elterjedtek a biokémiában, például az alkohol-dehidrogenáz emberben. A cink túlzott fogyasztása ataxiát , levertséget és rézhiányt okozhat .

A sárgaréz , a réz és a cink különböző arányú ötvözete már a Krisztus előtti harmadik évezredben használatos volt az Égei -tenger térségében, valamint a jelenleg Irakot , az Egyesült Arab Emirátusokat , Kalmykiát , Türkmenisztánt és Grúziát magában foglaló régióban . A Krisztus előtti második évezredben a jelenleg Nyugat-Indiában , Üzbegisztánban , Iránban , Szíriában , Irakban és Izraelben található régiókban használták . A cink fémet csak a 12. században gyártották nagy mennyiségben Indiában, bár az ókori rómaiak és görögök ismerték. Radzsasztán bányái határozott bizonyítékot adtak a cinktermelésre az ie 6. századra nyúlnak vissza. A mai napig a tiszta cink legrégebbi bizonyítéka Zawarból, Radzsasztánból származik, már az i.sz. 9. században, amikor desztillációs eljárást alkalmaztak a tiszta cink előállítására. Az alkimisták cinket égettek el a levegőben, hogy létrejöjjenek az úgynevezett „ filozófus gyapjú ” vagy „fehér hó”.

Az elemet valószínűleg Paracelsus alkimista nevezte el a német Zinke (fog, fog) szóról. Andreas Sigismund Marggraf német kémikus nevéhez fűződik a tiszta fémes cink felfedezése 1746-ban. Luigi Galvani és Alessandro Volta munkái 1800-ra tárták fel a cink elektrokémiai tulajdonságait. A vas korrózióálló horganyozása ( tűzi horganyzás ) a cink fő alkalmazása. . Egyéb alkalmazások az elektromos akkumulátorokban , kisméretű, nem szerkezeti öntvényekben és ötvözetekben, például sárgarézben. Sokféle cinkvegyületet gyakran használnak, mint például a cink-karbonát és cink-glükonát (étrend-kiegészítőként), a cink-klorid (dezodorokban), a cink-pirition ( korpásodás elleni samponok), a cink-szulfid (lumineszcens festékekben) és a dimetil -cink vagy a dietil -cink. a biolaboratóriumban.

Jellemzők

Fizikai tulajdonságok

A cink egy kékesfehér, fényes, diamágneses fém, bár a fémek legáltalánosabb kereskedelmi minőségei tompa felülettel rendelkeznek. Valamivel kevésbé sűrű, mint a vas , és hatszögletű kristályszerkezete van , a hatszögletű szoros tömörítés torz formájával , amelyben minden atomnak hat legközelebbi szomszédja van (265,9 pm-en) a saját síkjában és hat másik szomszédja nagyobb, 290,6 pm távolságban. . A fém a legtöbb hőmérsékleten kemény és törékeny, de 100 és 150 °C között alakíthatóvá válik. 210 °C felett a fém ismét törékennyé válik, és veréssel porrá válik. A cink tisztességes elektromos vezető . Egy fém esetében a cink viszonylag alacsony olvadáspontú (419,5 °C) és forráspontja (907 °C). Az olvadáspont a legalacsonyabb az összes d-blokk fém közül, kivéve a higanyt és a kadmiumot ; többek között ezért a cinket, kadmiumot és higanyt gyakran nem tekintik átmeneti fémnek , mint a többi d-blokk fémet.

Sok ötvözet tartalmaz cinket, köztük a sárgaréz is. Egyéb fémek, amelyekről régóta ismert, hogy cinkkel bináris ötvözeteket alkotnak, az alumínium , az antimon , a bizmut , az arany , a vas, az ólom , a higany, az ezüst , az ón , a magnézium , a kobalt , a nikkel , a tellúr és a nátrium . Bár sem a cink, sem a cirkónium nem ferromágneses , ötvözetük, a ZrZn
2
35 K alatti ferromágnesességet mutat  .

Esemény

A cink a földkéreg körülbelül 75  ppm -  ét (0,0075%) teszi ki , így a 24. legelterjedtebb elem. A cink tipikus háttérkoncentrációja nem haladja meg az 1 μg/m 3 értéket a légkörben; 300 mg/kg talajban; 100 mg/kg növényzetben; 20 μg/L édesvízben és 5 μg/L tengervízben. Az elem általában más nem nemesfémekkel , például rézzel és ólommal együtt található az ércekben . A cink kalkofil , ami azt jelenti, hogy az elem nagyobb valószínűséggel található meg az ásványokban a kénnel és más nehéz kalkogénekkel együtt , nem pedig a könnyű kalkogén oxigénnel vagy a nem kalkogén elektronegatív elemekkel, például a halogénekkel . A szulfidok a kéreg megszilárdulásakor keletkeztek a korai földi légkör redukáló körülményei között. A szfalerit , amely a cink-szulfid egyik formája, a legerősebben bányászott cinktartalmú érc, mivel koncentrátuma 60-62% cinket tartalmaz.

A cink további ásványi forrásai közé tartozik a smithsonit (cink - karbonát ), a hemimorfit (cink - szilikát ), a wurtzit (egy másik cink-szulfid) és néha a hidrocincit (bázikus cink-karbonát ). A wurtzit kivételével ezek az egyéb ásványok az őscink-szulfidok mállásával keletkeztek.

A világ azonosított cinkkészlete körülbelül 1,9–2,8 milliárd tonna . A nagy betétek Ausztráliában, Kanadában és az Egyesült Államokban vannak, a legnagyobb tartalékokkal Iránban . A cink tartalékbázisának legutóbbi becslése (amely megfelel a jelenlegi bányászati ​​és termelési gyakorlattal kapcsolatos meghatározott minimális fizikai kritériumoknak) 2009-ben készült, és a számítások szerint nagyjából 480 Mt. A cinkkészletek ezzel szemben geológiailag azonosított érctestek, amelyek alkalmasak a hasznosítás gazdaságilag megalapozott (helyszín, minőség, minőség és mennyiség) a megállapítás időpontjában. Mivel a feltárás és a bányafejlesztés egy folyamatos folyamat, a cinkkészletek mennyisége nem fix szám, és a cinkérc-készletek fenntarthatósága nem ítélhető meg a mai cinkbányák összesített bányaélettartamának egyszerű extrapolálásával. Ezt az elképzelést jól alátámasztják az Egyesült Államok Geológiai Szolgálatának (USGS) adatai, amelyek azt mutatják, hogy bár a finomított cink termelése 80%-kal nőtt 1990 és 2010 között, a cink tartalék élettartama változatlan maradt. A történelem során 2002-ig körülbelül 346 millió tonnát termeltek ki, és a tudósok becslése szerint körülbelül 109–305 millió tonna van használatban.

Fekete, fényes szilárd anyag csomó, egyenetlen felülettel
Szfalerit (ZnS)

Izotópok

A természetben a cink öt stabil izotópja fordul elő, amelyek közül a 64 Zn a legnagyobb mennyiségben előforduló izotóp (49,17%-os természetes előfordulás ). A természetben megtalálható többi izotóp az66
Zn
(27,73%),67
Zn
(4,04%),68
Zn
(18,45%), és70
Zn
(0,61%).

Több tucat radioizotópot jellemeztek.65
A 243,66 nap felezési idejű cink a legkevésbé aktív radioizotóp, ezt követi72
Zn
, felezési ideje 46,5 óra. A cink 10 nukleáris izomerből áll, amelyek közül 69 millió Zn felezési ideje a leghosszabb, 13,76 óra. Az m felső index metastabil izotópot jelöl . A metastabil izotóp magja gerjesztett állapotban van, és gamma-sugár formájában foton kibocsátásával tér vissza alapállapotába .61
A Zn
-nek három gerjesztett metastabil állapota van és73
A Zn
-nek kettő van. Az izotópok65
Zn
,71
Zn
,77
Zn
és78
Mindegyik Zn-
nek csak egy gerjesztett metastabil állapota van.

A 66-nál kisebb tömegszámú cink radioizotópjának leggyakoribb bomlási módja az elektronbefogás . Az elektronbefogásból származó bomlástermék a réz izotópja.

n
30
Zn
+
e
n
29
Cu

A 66-nál nagyobb tömegszámú cink radioizotópjának leggyakoribb bomlási módja a béta-bomlás- ), amely gallium izotópját állítja elő .

n
30
Zn
n
31
Ga
+
e
+
ν
e

Vegyületek és kémia

Reakcióképesség

A cink [Ar]3d 10 4s 2 elektronkonfigurációval rendelkezik , és a periódusos rendszer 12 csoportjának tagja . Mérsékelten reaktív fém és erős redukálószer . A tiszta fém felülete gyorsan elhomályosodik , végül egy védő, passziváló réteget képez a bázikus cink - karbonátból , a cinkből.
5
(OH)
6
(CO 3 )
2
légköri szén-dioxiddal reagálva .

A cink a levegőben világos kékes-zöld lánggal ég, és cink-oxid füstöt bocsát ki . A cink könnyen reagál savakkal , lúgokkal és más nemfémekkel. A rendkívül tiszta cink szobahőmérsékleten csak lassan lép reakcióba savakkal. Az erős savak, mint a sósav vagy a kénsav , eltávolíthatják a passziváló réteget, és a savval való ezt követő reakció során hidrogéngáz szabadul fel.

A cink kémiáját a +2 oxidációs állapot uralja. Amikor ilyen oxidációs állapotú vegyületek képződnek, a külső héj elektronjai elvesznek, és egy [Ar]3d 10 elektronkonfigurációjú csupasz cinkion keletkezik . Vizes oldatban egy oktaéder komplex [Zn(H
2
O) 6 ]2+
az uralkodó faj. A cinknek cink-kloriddal kombinált elpárolgása 285 °C feletti hőmérsékleten cink képződését jelzi
2
Cl
2
, +1 oxidációs állapotú cinkvegyület. A +1-en vagy +2-n kívül pozitív oxidációs állapotú cinkvegyületek nem ismertek. A számítások azt mutatják, hogy nem valószínű, hogy létezik +4 oxidációs állapotú cinkvegyület. Az előrejelzések szerint a Zn(III) erősen elektronegatív trianionok jelenlétében létezik; azonban van némi kétség e lehetőség körül. De 2021-ben egy másik vegyületről számoltak be több bizonyítékkal, amelynek az oxidációs állapota +3 volt a ZnBeB 11 (CN) 12 képlettel .

A cink kémiája hasonló a késői első sor átmeneti fémeinek, a nikkelnek és a réznek a kémiájához, bár van egy töltött d-héja, és a vegyületek diamágnesesek és többnyire színtelenek. A cink és a magnézium ionos sugarai közel azonosak. Emiatt egyes ekvivalens sók azonos kristályszerkezettel rendelkeznek , és más körülmények között, ahol az ionsugár a meghatározó tényező, a cink kémiája sok hasonlóságot mutat a magnéziuméval. Más tekintetben kevés a hasonlóság a késői első soros átmenetifémekkel. A cink hajlamos nagyobb kovalensségű kötéseket és sokkal stabilabb komplexeket képezni N- és S -donorokkal. A cinkkomplexek többnyire 4 vagy 6 koordinátájúak , bár ismertek 5 koordinátás komplexek is.

Cink(I) vegyületek

A cink(I) vegyületek nagyon ritkák. A [Zn 2 ] 2+ iont az olvadt ZnCl 2 fémes cink feloldásával sárga diamágneses üveg képződése okozza . A [Zn 2 ] 2+ mag analóg lenne a higany (I) vegyületekben jelen lévő [Hg 2 ] 2+ kationnal. Az ion diamágneses természete megerősíti dimer szerkezetét. Az első Zn–Zn kötést tartalmazó cink(I) vegyület, 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 .

Cink(II)-vegyületek

Lassú párolgás következtében kialakuló cink-acetát lapok
Cink-acetát
Fehér csomós por üveglapon
Cink-klorid

A cink bináris vegyületei a legtöbb metalloidról és az összes nemfémről ismertek, kivéve a nemesgázokat . A ZnO -oxid fehér por, amely semleges vizes oldatokban szinte oldhatatlan, de amfoter , erős bázikus és savas oldatokban egyaránt oldódik. A többi kalkogenidnek ( ZnS , ZnSe és ZnTe ) változatos felhasználási területei vannak az elektronikában és az optikában. Pniktogenidák ( Zn
3
N
2
, Zn
3
P
2
, Zn
3
Mint
2
és Zn
3
Sb
2
), a peroxid ( ZnO
2
), a hidrid ( ZnH
2
), és a keményfém ( ZnC
2
) is ismertek. A négy halogenid közül a ZnF
2
a leginkább ionos karakterű, míg a többi ( ZnCl
2
, ZnBr
2
, és ZnI
2
) viszonylag alacsony olvadáspontúak, és inkább kovalens jelleggel bírnak.

Zn -tartalmú gyenge bázikus oldatokban2+
ionok, a hidroxid Zn(OH)
2
fehér csapadék formájában képződik . Erősebb lúgos oldatokban ez a hidroxid feloldódik és cinkátok keletkeznek ( [Zn(OH) 4 ]2−
). A nitrát Zn (NO 3 )
2
, klorát Zn(ClO 3 )
2
, szulfát ZnSO
4
, foszfát Zn
3
(PO 4 )
2
, molibdát ZnMoO
4
, cianid Zn(CN)
2
, arzenit Zn(AsO 2 )
2
, arzenát Zn(AsO 4 )
2
·8H
2
O
és a kromát ZnCrO
4
(a kevés színes cinkvegyület egyike) néhány példa a cink egyéb általános szervetlen vegyületeire.

A szerves cinkvegyületek azok, amelyek cink-szén kovalens kötéseket tartalmaznak. Dietil-cink (C
2
H 5 )
2
A Zn
) egy reagens a szintetikus kémiában. Először 1848-ban számoltak be róla cink és etil-jodid reakciójából , és ez volt az első olyan vegyület, amelyről ismert, hogy fém-szén szigma kötést tartalmaz .

Cink teszt

A cink kémiai indikátoraként a kobalticianid papír (Rinnmann-féle Zn-teszt) használható. 4 g K 3 Co(CN) 6 -ot és 1 g KClO 3 -ot feloldunk 100 ml vízben. A papírt az oldatba mártjuk, és 100 °C-on szárítjuk. A mintából egy cseppet a száraz papírra csepegtetünk és felmelegítjük. A zöld korong a cink jelenlétét jelzi.

Történelem

Ősi használat

A Charaka Samhita , amelyről úgy gondolják, hogy i.sz. 300 és 500 között íródott, említ egy fémet, amely oxidációja során pushpanjan keletkezik , amelyet cink-oxidnak gondolnak. Az indiai Udaipur melletti Zawarban található cinkbányák a mauriánus időszak óta ( i.e.   322 és 187 körül) működnek. A fémes cink olvasztása itt azonban úgy tűnik, a Kr. u. 12. század környékén kezdődött. Az egyik becslés szerint ez a hely a becslések szerint millió tonna fémes cinket és cink-oxidot termelt a 12. és 16. század között. Egy másik becslés szerint ebben az időszakban összesen 60 000 tonna fémes cinket termeltek. A körülbelül a Kr.u. 13. században írt Rasaratna Samuccaya kétféle cinktartalmú ércről tesz említést: az egyiket fémkitermelésre, a másikat pedig gyógyászati ​​célokra használták.

Nagy fekete tál alakú vödör állványon.  A vödör tetején kéreg van.
Késő római sárgaréz vödör – a Hemmoorer Eimer Warstade-ből, Németországból, Kr.u. második-harmadik században

Különféle elszigetelt példákat fedeztek fel a szennyezett cink ősi időkben való használatára. A cink-réz ötvözetű sárgaréz előállításához cinkérceket használtak évezredekkel a cink, mint különálló elem felfedezése előtt. Az ie 14-10. századból származó júdeai sárgaréz 23% cinket tartalmaz.

A sárgaréz előállításának ismerete a Krisztus előtti 7. századra terjedt el az ókori Görögországban , de kevés fajtát készítettek. 80-90% cinket, a maradékot ólmot, vasat, antimont és egyéb fémeket tartalmazó ötvözetekből készült dísztárgyakat találtak, amelyek 2500 évesek. Egy 87,5% cinket tartalmazó, valószínűleg őskori szobrocskát találtak egy dák régészeti lelőhelyen.

A legrégebbi ismert pirulák a hidrocincit és a smithsonit cink-karbonátjaiból készültek. A tablettákat a szem fájdalmára használták, és a római Relitto del Pozzino hajó fedélzetén találták őket , amely i.e. 140-ben tönkrement.

A sárgaréz gyártását a rómaiak Kr.e. 30 körül ismerték. Sárgarézt készítettek porított kalamin (cink - szilikát vagy karbonát), faszen és rezet hevítésével egy tégelyben. A kapott kalamin-rézből ezután vagy öntötték, vagy formába kalapálták, hogy fegyverekben használhassák. Néhány érme, amelyet a rómaiak vertek a keresztény korban, valószínűleg kalamin sárgarézből készülnek.

Sztrabón írása a Kr.e. 1. században (de idézi a Kr.e. 4. századi történész egy elveszett munkáját ) „hamis ezüst cseppjeit ” említi, amelyekből rézzel keverve sárgaréz keletkezik. Ez kis mennyiségű cinkre utalhat, amely a szulfidércek olvasztásának mellékterméke . Az olvasztókemencék ilyen maradványaiban lévő cinket általában eldobták, mivel értéktelennek tartották.

A berni cinktábla egy Római Galliából származó fogadalmi emléktábla , amely főként cinkből álló ötvözetből készült.

Korai tanulmányok és névadás

A cinket egyértelműen fémként ismerték fel Yasada vagy Jasada elnevezéssel az orvosi lexikonban, amelyet Madanapala hindu királynak tulajdonítottak (a Taka-dinasztiából), és 1374-ről írták. A szennyezett cink olvasztása és kinyerése a kalamin gyapjúval és más szerves anyagokkal való redukálásával anyagokat a 13. században végezték el Indiában. A kínaiak csak a 17. században tanultak a technikáról.

Különféle alkímiai szimbólumok a cink elemhez

Az alkimisták fém cinket égettek a levegőben, és a keletkező cink-oxidot kondenzátoron gyűjtötték össze . Egyes alkimisták ezt a cink-oxidot lana philosophica -nak, latinul „filozófus gyapjúnak” nevezték, mert gyapjúcsomókban gyűlt össze, míg mások fehér hónak tartották, és nix albumnak nevezték el .

A fém nevét valószínűleg először Paracelsus , egy svájci születésű német alkimista dokumentálta, aki Liber Mineralium II című könyvében "cincum" vagy "zinken" néven emlegette a fémet a 16. században. A szó valószínűleg a német zinke szóból származik , és állítólag azt jelenti, hogy "fogszerű, hegyes vagy szaggatott" (a fémes cinkkristályok tűszerű megjelenésűek). A cink jelenthet "ónszerű" szót is, mivel rokona a német zinnnek , ami ónt jelent. Egy másik lehetőség az, hogy a szó a perzsa سنگ seng szóból származik, jelentése kő. A fémet indiai ónnak, tutanegónak, kalaminnak és spinternek is nevezték.

Andreas Libavius ​​német kohász egy 1596-ban a portugáloktól elfogott teherhajóról kapott egy mennyiségű, általa "kalaját"-nak nevezett Malabar-féle mennyiséget. Libavius ​​leírta a minta tulajdonságait, amely cink lehetett. A cinket a 17. és a 18. század elején rendszeresen importálták Európába Keletről, de időnként nagyon drága volt.

Elkülönítés

Egy öregember fejének képe (profil).  A férfinak hosszú arca, rövid haja és magas homloka van.
Andreas Sigismund Marggraf nevéhez fűződik a tiszta cink első izolálása

A fémes cinket Indiában i.sz. 1300-ra izolálták, sokkal korábban, mint Nyugaton. Mielőtt Európában elszigetelték volna, i.sz. 1600 körül Indiából importálták. Postlewayt Universal Dictionary című korabeli európai technológiai információforrása 1751 előtt nem említette a cinket, de az elemet már korábban is tanulmányozták.

P. M. de Respour flamand kohász és alkimista arról számolt be, hogy 1668-ban fémcinket vont ki a cink-oxidból. A 18. század elejére Étienne François Geoffroy leírta, hogyan kondenzálódik a cink-oxid sárga kristályokként a cinkérc fölé helyezett vasrudakon. olvasztott. Nagy-Britanniában John Lane állítólag kísérleteket végzett cink olvasztására, valószínűleg Landore -ban, mielőtt 1726-ban csődbe ment.

1738-ban Nagy-Britanniában William Champion szabadalmaztatott egy eljárást a cink kalaminból történő kivonására egy függőleges retorta típusú olvasztóban. Technikája hasonlított a radzsasztáni zawari cinkbányákhoz , de semmi bizonyíték nem utal arra, hogy Keleten járt. A Champion eljárását 1851-ig használták.

Andreas Marggraf német vegyészt általában a tiszta fémes cink felfedezéséért kapják, jóllehet Anton von Swab svéd kémikus négy évvel ezelőtt cinket desztillált kalaminból. 1746-os kísérletében Marggraf kalamin és szén keverékét melegítette fel egy zárt edényben réz nélkül, hogy fémet nyerjen. Ez az eljárás 1752-re vált kereskedelmileg gyakorlatiassá.

Későbbi munka

William Champion testvére, John 1758-ban szabadalmaztatott egy eljárást a cink-szulfid retortás eljárásban használható oxiddá kalcinálására . Ezt megelőzően csak kalamint lehetett cink előállítására felhasználni. 1798-ban Johann Christian Ruberg javította az olvasztási folyamatot az első vízszintes retortakohó megépítésével. Jean-Jacques Daniel Dony egy másfajta vízszintes horganyolvasztót épített Belgiumban, amely még több cinket dolgozott fel. Luigi Galvani olasz orvos 1780-ban fedezte fel, hogy egy frissen kimetszett béka gerincvelőjét egy sárgarézhoroggal rögzített vassínhez csatlakoztatva a béka lába megrándult. Helytelenül azt hitte, hogy felfedezte az idegek és az izmok elektromosságot létrehozó képességét, és a hatást „ állati elektromosságnak ” nevezte. A galvanikus cellát és a galvanizálási folyamatot egyaránt Luigi Galvaniról nevezték el, és felfedezései megnyitották az utat az elektromos akkumulátorok , a galvanizálás és a katódos védelem előtt .

Galvani barátja, Alessandro Volta folytatta a hatás kutatását, és 1800-ban feltalálta a Voltaic cölöpöt . Volta halom egyszerűsített galvanikus cellákból állt , amelyek mindegyike egy réz- és egy cinklemez volt, amelyeket elektrolit köt össze . Ezeket az egységeket sorba rakva a Voltaic halom (vagy "akkumulátor") összességében magasabb feszültséggel rendelkezett, ami könnyebben használható, mint az egyes cellák. Az elektromosság azért keletkezik, mert a két fémlemez közötti Volta-potenciál hatására az elektronok a cinkből a rézbe áramlanak, és korrodálják a cinket.

A cink nem mágneses jellege és az oldat színének hiánya késleltette a biokémia és táplálkozás szempontjából való fontosságának felfedezését. Ez 1940-ben megváltozott, amikor kimutatták, hogy a szénsav-anhidráz , egy olyan enzim, amely a szén-dioxidot eltávolítja a vérből, és kimutatták, hogy az aktív helyén cink van . A karboxipeptidáz emésztőenzim 1955-ben a második ismert cinktartalmú enzim lett.

Termelés

Bányászat és feldolgozás

Legnagyobb cinkbányák termelése (országok szerint) 2019
Rang Ország tonna
1 Kína 4 210 000
2 Peru 1 400 000
3 Ausztrália 1 330 000
5 Egyesült Államok 753 000
4 India 720 000
6 Mexikó 677 000
A cink ára
A világtérkép szerint a cink körülbelül 40%-át Kínában, 20%-át Ausztráliában, 20%-át Peruban, 5%-át pedig az Egyesült Államokban, Kanadában és Kazahsztánban állítják elő.
A cink termelés százalékos aránya 2006-ban országok szerint
Világtermelési trend
Ros Pinah cinkbánya, Namíbia
27°57′17″S 016°46′00″E / 27,95472°D 16,76667°K / -27,95472; 16,76667 ( Rosh Pinah )

A cink a negyedik leggyakrabban használt fém, csak a vas , az alumínium és a réz mögött van , éves termelésével mintegy 13 millió tonna. A világ legnagyobb cinkgyártója a Nyrstar , amely az ausztrál OZ Minerals és a belga Umicore egyesülése . A világ cinkének körülbelül 70%-a bányászatból származik, míg a fennmaradó 30% a másodlagos cink újrahasznosításából származik.

A kereskedelemben tiszta cinket Special High Grade néven ismerik, gyakran rövidítik SHG , és 99,995%-os tisztaságú.

Világszerte az új cink 95%-át szulfidos érctelepekből bányászják, amelyekben a szfalerit (ZnS) szinte mindig réz-, ólom- és vas-szulfidokkal keveredik. A cinkbányák szerte a világon szétszórtan találhatók, a fő területek Kína, Ausztrália és Peru. 2014-ben Kína termelte a világ cinktermelésének 38%-át.

A cink fémet extrakciós kohászattal állítják elő . Az ércet finomra őrlik, majd habos flotációnak vetik alá, hogy elválasszák az ásványokat az üstöktől (a hidrofób tulajdonság alapján), így körülbelül 50% cinkből, 32% kénből, 13% vasból és 5% SiO -ból álló cink-szulfid érckoncentrátumot kapunk.
2
.

A pörkölés a cink-szulfid-koncentrátumot cink-oxiddá alakítja:

A kén-dioxidot a kilúgozási folyamathoz szükséges kénsav előállítására használják. Ha cink- karbonát- , cink-szilikát- vagy cink-spinell- lerakódásokat (például a namíbiai Skorpion - lerakódást ) használnak a cink előállításához, a pörkölés elhagyható.

A további feldolgozáshoz két alapvető módszert alkalmaznak: pirometallurgiát vagy elektrofinomítást . A pirometallurgia során a cink-oxidot szénnel vagy szén-monoxiddal redukálják 950 °C-on (1740 °F) fémmé, amelyet cinkgőzként desztillálnak, hogy elválasszák más fémektől, amelyek nem illékonyak ezen a hőmérsékleten. A cinkgőzt kondenzátorban gyűjtik össze. Az alábbi egyenletek leírják ezt a folyamatot:

Az elektromosás során a cinket a kénsav kioldja az érckoncentrátumból, és a szennyeződések kicsapódnak:

Végül a cinket elektrolízissel redukálják .

A kénsavat regenerálják és visszavezetik a kilúgozási lépésbe.

Amikor a horganyzott alapanyagot elektromos ívkemencébe táplálják , a cinket számos eljárással nyerik vissza a porból, főleg a Waelz-eljárással (2014-ben 90%).

Környezeti hatás

A szulfidos cinkércek finomítása során nagy mennyiségű kén-dioxid és kadmiumgőz keletkezik. Az olvasztó salak és egyéb maradványok jelentős mennyiségű fémet tartalmaznak. Körülbelül 1,1 millió tonna fémes cinket és 130 ezer tonna ólmot bányásztak és olvasztottak fel a belga La Calamine és Plombières városokban 1806 és 1882 között. A korábbi bányászati ​​műveletek lerakói cinket és kadmiumot, valamint a Geul folyó üledékeit szivárogtatják ki. nem triviális mennyiségű fémet tartalmaznak. Körülbelül kétezer évvel ezelőtt a bányászat és olvasztás cinkkibocsátása évi 10 ezer tonna volt. Miután 1850-hez képest 10-szeresére nőtt, a cinkkibocsátás az 1980-as években tetőzött évi 3,4 millió tonnával, az 1990-es években pedig 2,7 millió tonnára csökkent, bár egy 2005-ös, az Északi-sarkvidék troposzférájáról készült tanulmány megállapította, hogy az ottani koncentrációk nem tükrözik a csökkenést. Az ember által előidézett és a természetes kibocsátás 20:1 arányban fordul elő.

Az ipari és bányászati ​​területeken átfolyó folyókban a cink akár 20 ppm is lehet. A hatékony szennyvízkezelés ezt nagymértékben csökkenti; a Rajna mentén végzett kezelés például 50 ppb-re csökkentette a cinkszintet. A 2 ppm-es cinkkoncentráció hátrányosan befolyásolja a halak által a vérükben szállított oxigén mennyiségét.

Panoráma egy nagy ipari üzemre a tenger felőli oldalon, a hegyek előtt.
Történelmileg a Derwent folyó magas fémszintjéért felelős lutanai cinkgyár Tasmania legnagyobb exportőre, az állam GDP -jének 2,5%-át állítja elő, és évente több mint 250 000 tonna cinket állít elő.

A bányászatból, finomításból vagy cinktartalmú iszappal történő trágyázásból származó cinkkel szennyezett talajok több gramm cinket is tartalmazhatnak kilogrammonként száraz talajon. Az 500 ppm-et meghaladó cinkszint a talajban gátolja a növények azon képességét, hogy felvegyenek más alapvető fémeket , például vasat és mangánt . Egyes talajmintákban 2000 ppm és 180 000 ppm közötti (18%) cinkszintet regisztráltak.

Alkalmazások

A cink főbb alkalmazásai a következők (a számok az Egyesült Államokra vonatkoznak)

  1. horganyzás (55%)
  2. Sárgaréz és bronz (16%)
  3. Egyéb ötvözetek (21%)
  4. Vegyes (8%)

Korrózióvédelem és akkumulátorok

Összevont hosszúkás kristályok a szürke különböző árnyalataiból.
Tűzihorganyzott , kristályos felületű kapaszkodó

A cinket leggyakrabban korróziógátló szerként használják, és a galvanizálás ( vas vagy acél bevonása ) a legismertebb forma. 2009-ben az Egyesült Államokban a cink fém 55%-át, azaz 893 000 tonnát használtak fel galvanizálásra.

A cink reaktívabb, mint a vas vagy az acél, így szinte az összes helyi oxidációt magához vonzza, amíg teljesen el nem korrodálódik. Védő felületi réteg oxidból és karbonátból ( Zn
5
(OH)
6
(CO
3
)
2
)
a cink korrodálásakor keletkezik. Ez a védelem a cinkréteg megkarcolódása után is fennáll, de idővel lebomlik, ahogy a cink korrodálódik. A cinket elektrokémiai úton vagy olvadt cinkként horganyzással vagy szórással hordják fel. A galvanizálást lánckerítéseken, védőkorlátokon, függőhidakon, világítóoszlopokon, fémtetőkön, hőcserélőkön és autókarosszériákon alkalmazzák.

A cink relatív reakcióképessége és az oxidációt magához vonzó képessége hatékony feláldozó anódsá teszi a katódos védelemben (CP). Például egy földbe ásott csővezeték katódos védelmét úgy lehet elérni, hogy cinkből készült anódokat csatlakoztatunk a csőhöz. A cink anódként (negatív végpontként) működik, mivel lassan korrodálódik, miközben elektromos áramot vezet az acélcsővezetékbe. A cinket a tengervíznek kitett fémek katódos védelmére is használják. A hajó vaskormányához rögzített cinktárcsa lassan korrodálódik, miközben a kormány sértetlen marad. Hasonlóképpen ideiglenes védelmet nyújt a hajócsavarhoz rögzített cinkdugó vagy a hajó gerincének fém védőburkolata.

A –0,76 voltos szabványos elektródpotenciál (SEP) mellett cinket használnak az akkumulátorok anódanyagaként. (Reaktívabb lítiumot (SEP -3,04 V) használnak a lítium akkumulátorok anódjaihoz ). Az alkáli elemekben ily módon porított cinket használnak, a cink-szén akkumulátorok házát (amely egyben anódként is szolgál) pedig cinklemezből alakítják ki. A cinket a cink-levegő akkumulátor /üzemanyagcella anódjaként vagy üzemanyagaként használják. A cink-cérium redox áramlási akkumulátor szintén egy cink alapú negatív félcellára támaszkodik.

Ötvözetek

A széles körben használt cinkötvözet a sárgaréz, amelyben a réz a sárgaréz típusától függően 3-45% cinkkel van ötvözve. A sárgaréz általában képlékenyebb és erősebb, mint a réz, és kiváló korrózióállósággal rendelkezik . Ezek a tulajdonságok hasznossá teszik kommunikációs berendezésekben, hardverekben, hangszerekben és vízszelepekben.

A barna különböző formájú és árnyalatú összetevőiből álló mozaikminta.
Öntött sárgaréz mikrostruktúra 400x-os nagyítással

Egyéb széles körben használt cinkötvözetek közé tartozik a nikkelezüst , az írógépfém, a lágy- és alumíniumforrasztóanyag , valamint a kereskedelmi bronz . A cinket a kortárs orgonákban is használják a hagyományos ólom/ón ötvözet helyettesítőjeként. A 85–88% cink, 4–10% réz és 2–8% alumínium ötvözetei korlátozottan használhatók bizonyos típusú gépcsapágyakban. A cink 1982 óta az amerikai egycentes érmék (fillérek) elsődleges fémje . A cinkmagot vékony rézréteggel vonják be, hogy rézérme megjelenését keltsék. 1994-ben 33 200 tonna (36 600 rövid tonna) cinket használtak fel 13,6 milliárd penny előállítására az Egyesült Államokban.

A cink kis mennyiségű réz-, alumínium- és magnéziumötvözetei jól használhatók fröccsöntésben és centrifugálásban is , különösen az autó-, elektromos- és hardveriparban. Ezeket az ötvözeteket Zamak néven forgalmazzák . Példa erre a cink alumínium . Az alacsony olvadáspont és az ötvözet alacsony viszkozitása lehetővé teszi kicsi és bonyolult formák előállítását. Az alacsony üzemi hőmérséklet az öntött termékek gyors lehűléséhez és az összeszereléshez szükséges gyors gyártáshoz vezet. Egy másik ötvözet, amelyet Prestal márkanéven forgalmaznak, 78% cinket és 22% alumíniumot tartalmaz, és a jelentések szerint majdnem olyan erős, mint az acél, de olyan képlékeny, mint a műanyag. Az ötvözet szuperplaszticitása lehetővé teszi, hogy kerámiából és cementből készült présöntvényekkel öntsék.

Hasonló ötvözetek kis mennyiségű ólom hozzáadásával hidegen hengerelhetők lapokká. A 96% cinket és 4% alumíniumot tartalmazó ötvözetet sajtolószerszámok készítésére használják olyan kis termelési teljesítményű alkalmazásokhoz, amelyekhez a vasfémek túl drágák lennének. Épületek homlokzataihoz, tetőfedéséhez és egyéb mélyhúzással , hengerléssel vagy hajlítással kialakított fémlemezekhez titánnal és rézzel készült cinkötvözeteket használnak. Az ötvözetlen cink túl törékeny ezekhez a gyártási eljárásokhoz.

Sűrű, olcsó, könnyen megmunkálható anyagként a cinket ólompótlóként használják . Az ólommal kapcsolatos aggodalmak nyomán a cink a horgászattól kezdve a gumiabroncs-mérlegekig és lendkerekekig különféle alkalmazásokhoz használható súlyokban jelenik meg.

A kadmium-cink-tellurid (CZT) egy félvezető ötvözet, amely egy sor kis érzékelőeszközre osztható. Ezek az eszközök hasonlóak az integrált áramkörhöz , és képesek érzékelni a bejövő gammasugárzás fotonjainak energiáját. Amikor egy elnyelő maszk mögött van, a CZT érzékelő tömb képes meghatározni a sugarak irányát.

Egyéb ipari felhasználás

Fehér por üveglapon
A cink-oxidot fehér pigmentként használják a festékekben .

Az Egyesült Államokban 2009-ben a teljes cinktermelés nagyjából egynegyedét cinkvegyületekben használták fel; amelyek egy részét iparilag használják. A cink-oxidot széles körben használják fehér pigmentként a festékekben és katalizátorként a gumigyártásban a hő eloszlatására. A cink-oxidot a gumipolimerek és műanyagok ultraibolya sugárzás (UV) elleni védelmére használják. A cink-oxid félvezető tulajdonságai hasznossá teszik varisztorokban és fénymásoló termékekben. A cink-cink-oxid ciklus egy kétlépéses termokémiai folyamat, amely cinken és cink-oxidon alapul hidrogén előállítására .

A cink-kloridot gyakran adják a fűrészáruhoz tűzgátlóként és néha favédőszerként . Más vegyi anyagok gyártásához használják. Cink-metil ( Zn (CH3 )
2
) számos szerves szintézisben használják . A cink-szulfidot (ZnS) lumineszcens pigmentekben használják, például órák mutatóin, röntgen- és televízióképernyőkön, valamint világító festékekben . A ZnS kristályait olyan lézerekben használják, amelyek a spektrum középső infravörös részén működnek. A cink-szulfát a festékekben és pigmentekben található vegyi anyag . A cink-piritiont lerakódásgátló festékekben használják .

A cinkport néha rakétamodellekben hajtóanyagként használják . Ha 70% cinket és 30% kénport tartalmazó préselt keveréket meggyújtanak, heves kémiai reakció lép fel. Ez cink-szulfidot termel, nagy mennyiségű forró gázzal, hővel és fénnyel együtt.

A cinklemezt tetők, falak és munkalapok tartós burkolataként használják, leggyakrabban bisztrókban és osztrigabárokban , és rusztikus megjelenéséről ismert, amelyet a használat során a felület oxidációja kékesszürke patinává kölcsönöz, és hajlamos vakarózás.

64
A cink
, a cink leggyakrabban előforduló izotópja nagyon érzékeny a neutronaktiválódásra , mivel erősen radioaktívvá alakul át .65
Zn
, amelynek felezési ideje 244 nap, és intenzív gamma-sugárzást termel . Emiatt az atomreaktorokban korróziógátlóként használt cink-oxid kimerül.64
Zn
használat előtt ezt kimerített cink-oxidnak nevezik . Ugyanezen okból javasolták a cinket nukleáris fegyverek sózóanyagaként ( a kobalt egy másik, jobban ismert sózóanyag). Izotóposan dúsított kabát 64
A cinket
egy felrobbanó termonukleáris fegyver intenzív, nagy energiájú neutronárama sugározná be, és nagy mennyiségű65
A cink
jelentősen növeli a fegyver radioaktivitását . Ismeretes, hogy ilyen fegyvert soha nem gyártottak, teszteltek vagy használtak volna.

65
A cinket
nyomjelzőként használják a cinket tartalmazó ötvözetek elhasználódásának vizsgálatára, illetve a cink útját és szerepét az élőlényekben.

A cink-ditiokarbamát komplexeket mezőgazdasági fungicidként használják ; ezek közé tartozik a Zineb , Metiram, Propineb és Ziram. A cink-naftenátot favédőszerként használják. A cinket ZDDP formájában kopásgátló adalékként használják a motorolaj fémalkatrészeihez.

Szerves kémia

Difenil-cink hozzáadása egy aldehidhez

A szerves cinkkémia a szén-cink kötéseket tartalmazó vegyületek tudománya, amely leírja a fizikai tulajdonságokat, a szintézist és a kémiai reakciókat. Számos szerves cink vegyület fontos. A fontos alkalmazások közé tartozik

  • A Frankland-Duppa-reakció, amelyben egy oxalát - észter (ROCOCOOR) reagál R'X alkil-halogeniddel , cinkkel és sósavval , és RR'COHCOOR α-hidroxi-karbonsav-észtereket képez.
  • Hátránya, hogy az organocink sokkal kevésbé nukleofilek, mint a Grignardok, drágák és nehezen kezelhetők. A kereskedelemben kapható diorganocink vegyületek a dimetil -cink , a dietil -cink és a difenil-cink. Egy tanulmányban az aktív cinkorganikus vegyületet sokkal olcsóbb szerves bróm - prekurzorokból nyerik.

A cinket számos felhasználási terület találta katalizátorként a szerves szintézisben, beleértve az aszimmetrikus szintézist is, mivel olcsó és könnyen hozzáférhető alternatíva a nemesfém komplexekkel szemben. A királis cinkkatalizátorokkal elért eredmények (hozam és enantiomerfelesleg ) összehasonlíthatók a palládium, ruténium, irídium és másokkal elért eredményekkel, és a cink választott fémkatalizátorrá válik.

Étrend-kiegészítő

GNC cink 50 mg tabletta. A mennyiség meghaladja az Egyesült Államokban (40 mg) és az Európai Unióban (25 mg) a biztonságos felső határt.
Csontváz kémiai képlete egy sík vegyületből, amelynek közepén egy Zn atom van, szimmetrikusan kötve négy oxigénhez.  Ezek az oxigének tovább kapcsolódnak lineáris COH-láncokhoz.
A cink-glükonát az egyik vegyület, amelyet a cink táplálékkiegészítőként történő szállítására használnak .

A legtöbb egytablettás, vény nélkül kapható, napi vitamin- és ásványianyag - kiegészítőben a cink olyan formában van jelen, mint cink-oxid , cink-acetát , cink-glükonát vagy cink-aminosav-kelát.

Általánosságban elmondható, hogy a cink-kiegészítés olyan helyeken javasolt, ahol nagy a cinkhiány kockázata (például alacsony és közepes jövedelmű országokban), megelőző intézkedésként. Bár a cink-szulfát egy általánosan használt cinkforma, a cink-citrát, a glükonát és a pikolinát is érvényes lehetőségek lehetnek. Ezek a formák jobban felszívódnak, mint a cink-oxid.

Gastroenteritis

A cink a fejlődő világban élő gyermekek hasmenése kezelésének olcsó és hatékony része . A cink kimerül a szervezetben a hasmenés során, és a cink pótlása 10-14 napos kúrával csökkentheti a hasmenéses epizódok időtartamát és súlyosságát, és akár három hónapig megelőzheti a további epizódok kialakulását. A gasztroenteritist erősen csillapítja a cink bevitele, esetleg a gyomor- bél traktusban lévő ionok közvetlen antimikrobiális hatása , vagy a cink felszívódása és az immunsejtekből történő újrafelszabadulás (minden granulocita cinket választ ki), vagy mindkettő.

Megfázás

A cink-kiegészítők (gyakran cink-acetát vagy cink-glükonát cukorkák ) olyan étrend-kiegészítők csoportját alkotják , amelyeket általában a megfázás kezelésére használnak . Kimutatták, hogy a cink-kiegészítők napi 75 mg-ot meghaladó dózisban történő alkalmazása a tünetek megjelenésétől számított 24 órán belül körülbelül 1 nappal csökkenti a megfázásos tünetek időtartamát felnőtteknél. A szájon át adott cink-kiegészítők mellékhatásai közé tartozik a rossz íz és a hányinger . A cinktartalmú orrspray intranazális alkalmazása a szaglás elvesztésével járt ; ennek következtében 2009 júniusában az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (USFDA) figyelmeztette a fogyasztókat, hogy hagyják abba az intranazális cink használatát.

Az emberi rhinovírus  – a leggyakoribb vírusos kórokozó az emberekben – a megfázás fő okozója. A feltételezett hatásmechanizmus, amellyel a cink csökkenti a megfázásos tünetek súlyosságát és/vagy időtartamát, az orrgyulladás visszaszorítása, valamint a rhinovirus receptor kötődésének és a rhinovírus replikációjának közvetlen gátlása az orrnyálkahártyában .

Hízás

A cink hiánya étvágytalansághoz vezethet. A cink alkalmazását az anorexia kezelésében 1979 óta támogatják. Legalább 15 klinikai vizsgálat kimutatta, hogy a cink javította a súlygyarapodást anorexiában. Egy 1994-es kísérlet kimutatta, hogy a cink megkétszerezte a testtömeg-növekedés ütemét az anorexia nervosa kezelésében. Más tápanyagok, például tirozin, triptofán és tiamin hiánya hozzájárulhat az „alultápláltság által kiváltott alultápláltság” jelenségéhez. A cinkpótlással és a gyermekek növekedésére gyakorolt ​​hatásával kapcsolatos 33 prospektív intervenciós vizsgálat metaanalízise számos országban azt mutatta, hogy a cink-kiegészítés önmagában statisztikailag szignifikáns hatással volt a lineáris növekedésre és a testtömeg-gyarapodásra, ami azt jelzi, hogy más hiányosságok is előfordulhattak. nem voltak felelősek a növekedés visszamaradásáért.

Egyéb

A Cochrane áttekintése megállapította, hogy a cink-kiegészítőt szedőknél kisebb valószínűséggel alakul ki időskori makuladegeneráció . A cink-kiegészítő hatékony kezelés az acrodermatitis enteropathica kezelésére , egy olyan genetikai rendellenességre, amely befolyásolja a cink felszívódását, és amely korábban végzetes volt az érintett csecsemők számára. A cinkhiányt súlyos depressziós rendellenességgel (MDD) társították, és a cink-kiegészítők hatékony kezelést jelenthetnek. A cink segíthet az egyének többet aludni.

Helyi használat

A helyi cinkkészítmények közé tartoznak a bőrön használt készítmények , gyakran cink-oxid formájában . A cink-oxidot az FDA általában biztonságosnak és hatékonynak ismeri el, és nagyon fotóstabilnak tekinti. A cink-oxid az egyik legelterjedtebb aktív összetevő, amelyet a naptejbe formuláznak a leégés enyhítésére . Minden pelenkacserénél vékonyan felkenve a baba pelenka területére ( perineum ), védhet a pelenkakiütések ellen .

A kelátos cinket fogkrémekben és szájvizekben használják a rossz lehelet megelőzésére ; a cink-citrát segít csökkenteni a fogkő (fogkő) lerakódását.

A cink-pirition széles körben szerepel a samponokban a korpásodás megelőzésére.

A helyileg alkalmazott cinkről kimutatták, hogy hatékonyan kezeli és meghosszabbítja a genitális herpesz remisszióját .

Biológiai szerep

A cink nélkülözhetetlen nyomelem az emberek és más állatok, a növények és a mikroorganizmusok számára . A cink több mint 300 enzim és 1000 transzkripciós faktor működéséhez szükséges, és metallotioneinekben tárolódik és szállítódik . Ez a vas után a második legnagyobb mennyiségben előforduló fém az emberben, és ez az egyetlen fém, amely minden enzimosztályban megtalálható .

A fehérjékben a cinkionok gyakran az aszparaginsav , a glutaminsav , a cisztein és a hisztidin aminosav-oldalláncaihoz koordinálódnak . A fehérjékben (valamint más átmenetifémekben) előforduló cinkkötés elméleti és számítási leírása nehéz.

Körülbelül 2-4  gramm cink oszlik el az emberi testben. A legtöbb cink az agyban, az izmokban, a csontokban, a vesében és a májban található, a legmagasabb koncentrációban a prosztatában és a szem egyes részein. A sperma különösen gazdag cinkben, amely kulcsfontosságú tényező a prosztata működésében és a reproduktív szervek növekedésében.

A szervezet cink homeosztázisát főként a bél szabályozza. Itt a ZIP4 és különösen a TRPM7 a posztnatális túléléshez nélkülözhetetlen bél cinkfelvételhez kapcsolódott.

Az emberben a cink biológiai szerepe mindenütt jelen van. Kölcsönhatásba lép "szerves ligandumok széles skálájával ", és szerepet játszik az RNS és DNS metabolizmusában, a jelátvitelben és a génexpresszióban . Az apoptózist is szabályozza . Egy 2015-ös áttekintés azt mutatta, hogy az emberi fehérjék körülbelül 10%-a (~3000) köti meg a cinket, ezen kívül több százan szállítják és szállítják a cinket; egy hasonló in silico vizsgálat az Arabidopsis thaliana növényben 2367 cinkkel rokon fehérjét talált.

Az agyban a cinket glutamáterg neuronok specifikus szinaptikus vezikulákban tárolják, és modulálhatják az idegsejtek ingerlékenységét. Kulcsszerepet játszik a szinaptikus plaszticitásban és így a tanulásban. A cink homeosztázis kritikus szerepet játszik a központi idegrendszer funkcionális szabályozásában is . Feltételezések szerint a központi idegrendszerben a cink homeosztázisának szabályozási zavara, amely túlzott szinaptikus cinkkoncentrációt eredményez, neurotoxicitást indukál a mitokondriális oxidatív stresszen keresztül (pl. az elektrontranszport láncban részt vevő bizonyos enzimek megzavarásával , beleértve az I komplexet , III komplexet és az α-ketoglutarátot dehidrogenáz ), a kalcium-homeosztázis diszregulációja, a glutamáterg neuronális excitotoxicitás és az intraneuronális jelátvitel zavarása . Az L- és D-hisztidin elősegíti az agy cinkfelvételét. Az SLC30A3 az elsődleges cink transzporter , amely részt vesz az agyi cink homeosztázisban.

Enzimek

Összefüggő csíkok, többnyire sárga és kék színűek, néhány piros szegmenssel.
Az emberi szén- anhidráz II szalagdiagramja , a cinkatommal a közepén
Csavart szalag, egyik oldala kékre, a másik szürkére festve.  Két vége egyes kémiai anyagokon keresztül kapcsolódik egy zöld atomhoz (cink).
A cink ujjak segítik a DNS-szekvenciák olvasását.

A cink hatékony Lewis-sav , így hasznos katalitikus szer a hidroxilezésben és más enzimes reakciókban. A fémnek rugalmas koordinációs geometriája is van , amely lehetővé teszi az azt használó fehérjék számára, hogy gyorsan eltolják a konformációkat a biológiai reakciók végrehajtásához. A cinktartalmú enzimek két példája a szén- anhidráz és a karboxipeptidáz , amelyek létfontosságúak a szén-dioxid ( CO ) folyamataiban.
2
) a fehérjék szabályozása és emésztése, ill.

A gerincesek vérében a karboanhidráz CO -t alakít át
2
hidrogén-karbonáttá, és ugyanez az enzim alakítja vissza a bikarbonátot CO -vá
2
a tüdőn keresztül történő kilégzésre. Ezen enzim nélkül ez az átalakulás körülbelül egymilliószor lassabban menne végbe normál 7-es vér- pH mellett, vagy legalább 10-es pH-ra lenne szükség. A nem rokon β-karbon anhidráz szükséges a növényekben a levelek kialakulásához, az indol-ecetsav (auxin) szintéziséhez és az alkoholos fermentációhoz .

A karboxipeptidáz elhasítja a peptidkötéseket a fehérjék emésztése során. A terminális peptid és a cinkhez kapcsolódó C=O csoport között koordináta kovalens kötés jön létre, ami pozitív töltést ad a szénnek. Ez segít egy hidrofób zseb kialakításában az enzimen a cink közelében, amely magához vonzza az emésztendő fehérje nem poláris részét.

Jelzés

A cinket hírvivőként ismerték fel, amely képes aktiválni a jelátviteli útvonalakat. Ezen útvonalak közül sok hajtóerőt ad a rák rendellenes növekedésében. Megcélozhatók ZIP transzportereken keresztül .

Egyéb fehérjék

A cink tisztán szerkezeti szerepet tölt be a cink ujjakban , csavarodásokban és fürtökben. A cink ujjak egyes transzkripciós faktorok részét képezik , amelyek olyan fehérjék, amelyek felismerik a DNS-bázisszekvenciákat a DNS replikációja és transzkripciója során . A kilenc vagy tíz Zn mindegyike2+
A cinkujjban lévő ionok segítenek fenntartani az ujj szerkezetét azáltal, hogy koordináltan kötődnek négy aminosavhoz a transzkripciós faktorban.

A vérplazmában a cink az albuminhoz (60%, alacsony affinitású) és transzferrinhez (10%) kötődik, és azokon keresztül szállítódik. Mivel a transzferrin a vasat is szállítja, a túlzott vas csökkenti a cink felszívódását, és fordítva. Hasonló antagonizmus van a rézzel is. A cink koncentrációja a vérplazmában viszonylag állandó marad, függetlenül a cinkbeviteltől. A nyálmirigyben, a prosztatában, az immunrendszerben és a bélben lévő sejtek cinkjelátvitelt használnak a más sejtekkel való kommunikációhoz.

A cink a mikroorganizmusok metallotionein tartalékaiban vagy az állatok belében vagy májában található. A bélsejtekben lévő metallothionein 15-40%-kal képes szabályozni a cink felszívódását. A nem megfelelő vagy túlzott cinkbevitel azonban káros lehet; a felesleges cink különösen rontja a réz felszívódását, mert a metallotionein mindkét fémet elnyeli.

A humán dopamin transzporter nagy affinitású extracelluláris cinkkötő helyet tartalmaz , amely a cink megkötése után gátolja a dopamin újrafelvételét és erősíti az amfetamin által kiváltott dopamin kiáramlást in vitro . A humán szerotonin transzporter és a noradrenalin transzporter nem tartalmaz cinkkötő helyeket. Néhány EF-kéz kalciumkötő fehérje , mint például az S100 vagy az NCS-1 , szintén képes megkötni a cinkionokat.

Táplálás

Diétás ajánlások

Az Egyesült Államok Orvostudományi Intézete (IOM) 2001-ben frissítette a cinkre vonatkozó becsült átlagos szükségletet (EAR) és az ajánlott étrendi mennyiséget (RDA). A cink jelenlegi EAR-értéke a 14 éves és idősebb nők esetében 6,8 és 9,4 mg/nap. Az RDA napi 8 és 11 mg. Az RDA-k magasabbak, mint az EAR-k, hogy azonosítani lehessen azokat az összegeket, amelyek fedezik az átlagosnál magasabb igényű embereket. Terhesség esetén az RDA 11 mg/nap. A szoptatáshoz szükséges RDA 12 mg/nap. Csecsemőknél 12 hónapos korig az RDA 3 mg/nap. Az 1-13 éves gyermekek esetében az RDA napi 3-ról 8 mg-ra nő az életkor előrehaladtával. Ami a biztonságot illeti, az IOM a vitaminok és ásványi anyagok tolerálható felső beviteli szintjét (UL) határozza meg, ha elegendő bizonyíték. A cink esetében a felnőtt UL 40 mg/nap (gyermekeknél alacsonyabb). Az EAR-k, RDA-k, AI-k és UL-ek együttesen Diétás Referenciabevitelek (DRI-k) néven szerepelnek.

Az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EFSA) a kollektív információhalmazt étrendi referenciaértékként említi, az RDA helyett a lakossági referenciabevitellel (PRI), az EAR helyett az átlagos szükséglettel. Az AI és az UL meghatározása ugyanaz, mint az Egyesült Államokban. A 18 év felettiek esetében a PRI-számítások összetettek, mivel az EFSA egyre magasabb értékeket határozott meg az étrend fitáttartalmának növekedésével. A nők esetében a PRI-ek napi 7,5-ről 12,7 mg-ra nőnek, miközben a fitátbevitel 300-ról 1200 mg-ra nő; férfiaknál a tartomány 9,4-16,3 mg/nap. Ezek a PRI-k magasabbak, mint az USA RDA-i. Az EFSA felülvizsgálta ugyanezt a biztonsági kérdést, és UL-értékét 25 mg/nap-ban határozta meg, ami jóval alacsonyabb, mint az USA-beli érték.

Az egyesült államokbeli élelmiszerek és étrend-kiegészítők címkézése céljából az adagban lévő mennyiséget a napi érték százalékában fejezik ki (%DV). A cink címkézése céljából a napi érték 100%-a 15 mg volt, de 2016. május 27-én ezt 11 mg-ra módosították. A régi és új felnőtt napi értékek táblázata a Referencia napi bevitelnél található .

Étrendi bevitel

Több tányér tele különféle gabonafélékkel, gyümölcsökkel és zöldségekkel egy asztalon.
Cink tartalmú ételek és fűszerek

Az állati eredetű termékek, mint a hús, hal, kagylók, szárnyasok, tojás és tejtermékek cinket tartalmaznak. A növényekben a cink koncentrációja a talaj szintjétől függően változik. Ha a talajban elegendő cink van, akkor a legtöbb cinket tartalmazó tápláléknövények a búza (csíra és korpa) és különféle magvak, beleértve a szezámmagot , a mákot , a lucernát , a zellert és a mustárt . A cink megtalálható még a babban , diófélékben , mandulában , teljes kiőrlésű gabonában , tökmagban , napraforgómagban és feketeribizliben .

Egyéb források közé tartoznak a dúsított élelmiszerek és az étrend-kiegészítők különféle formákban. Egy 1998-as áttekintés arra a következtetésre jutott, hogy a cink-oxid, az egyik legelterjedtebb táplálékkiegészítő az Egyesült Államokban, valamint a cink-karbonát szinte oldhatatlan és rosszul szívódik fel a szervezetben. Ez az áttekintés olyan tanulmányokat idézett, amelyek alacsonyabb plazma cinkkoncentrációt találtak azoknál az alanyoknál, akik cink-oxidot és cink-karbonátot fogyasztottak, mint azoknál, akik cink-acetátot és -szulfát-sókat fogyasztottak. A dúsításhoz azonban egy 2003-as áttekintés a (cink-oxidot tartalmazó) gabonaféléket ajánlotta olcsó, stabil forrásként, amely ugyanolyan könnyen felszívódik, mint a drágább formák. Egy 2005-ös tanulmány megállapította, hogy a cink különböző vegyületei, beleértve az oxidot és a szulfátot, nem mutattak statisztikailag szignifikáns különbséget a felszívódásban, ha a kukorica tortillához adták őket erősítőként.

Hiány

A fejlődő világban közel kétmilliárd embernek van cinkhiánya. A veszélyeztetett csoportok közé tartoznak a fejlődő országokban élő gyermekek és a krónikus betegségben szenvedő idősek. Gyermekeknél fokozza a fertőzések és a hasmenés előfordulását, és évente mintegy 800 000 gyermek halálát okozza világszerte. Az Egészségügyi Világszervezet támogatja a cink kiegészítését súlyos alultápláltság és hasmenés esetén. A cink-kiegészítők segítenek megelőzni a betegségeket és csökkentik a halálozást, különösen az alacsony születési súllyal rendelkező vagy visszamaradt növekedésű gyermekek körében. A cink-kiegészítőket azonban nem szabad egyedül beadni, mert a fejlődő világban sok embernek számos hiányossága van, és a cink kölcsönhatásba lép más mikroelemekkel. Míg a cinkhiány általában az elégtelen táplálékbevitelnek köszönhető, felszívódási zavarral , acrodermatitis enteropathicával , krónikus májbetegséggel, krónikus vesebetegséggel, sarlósejtes betegséggel , cukorbetegséggel , rosszindulatú daganatokkal és más krónikus betegségekkel hozható összefüggésbe.

Az Egyesült Államokban egy szövetségi élelmiszerfogyasztási felmérés megállapította, hogy a 19 év feletti nők és férfiak átlagos fogyasztása 9,7, illetve 14,2 mg/nap volt. A nők 17%-a fogyasztott kevesebbet, mint az EAR, a férfiak 11%-a. Az EAR alatti százalékok az életkorral nőttek. A felmérés legfrissebb közzétett frissítése (NHANES 2013–2014) alacsonyabb átlagokról – 9,3 és 13,2 mg/nap – számolt be, miközben a bevitel az életkor előrehaladtával csökken.

Az enyhe cinkhiány tünetei változatosak. A klinikai következmények közé tartozik a növekedési depresszió, hasmenés, impotencia és késleltetett szexuális érés, alopecia , szem- és bőrelváltozások, csökkent étvágy, megváltozott kognitív képesség, károsodott immunfunkciók, a szénhidrát-felhasználás hibái és a reproduktív teratogenezis . A cinkhiány csökkenti az immunitást, de a túlzott cink is.

Bizonyos aggodalmak ellenére a nyugati vegetáriánusok és vegánok nem szenvednek jobban nyilvánvaló cinkhiánytól, mint a húsevők. A fő növényi cinkforrások közé tartozik a főtt szárított bab, tengeri zöldségek, dúsított gabonafélék, szójaételek, diófélék, borsó és magvak. Azonban számos teljes kiőrlésű gabonában és rostban előforduló fitátok megzavarhatják a cink felszívódását, és a cink bevitelének csekély mennyisége rosszul értelmezhető. A magvakban és a gabonakorpában található cinkkelátképző fitát hozzájárulhat a cink felszívódási zavarához . Egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy az Egyesült Államokban előírt RDA-nál (8 mg/nap felnőtt nőknél; 11 mg/nap felnőtt férfiaknál) többre lehet szükség azoknak, akiknek étrendje magas a fitátokban, például egyes vegetáriánusok esetében. Az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EFSA) iránymutatásai ezt úgy próbálják kompenzálni, hogy magasabb cinkbevitelt javasolnak, ha az étrendből származó fitátbevitel nagyobb. Ezeket a megfontolásokat mérlegelni kell a megfelelő cink biomarkerek hiányával , és a legszélesebb körben használt indikátor, a plazmacink gyenge érzékenységgel és specifitással rendelkezik .

Talajmentesítés

A Calluna , az Erica és a Vaccinium fajai cink-fémes talajban is növekedhetnek, mivel az ericoid mikorrhiza gombák megakadályozzák a toxikus ionok transzlokációját .

Mezőgazdaság

Úgy tűnik, hogy a cinkhiány a leggyakoribb mikroelem-hiány a kultúrnövényekben; különösen gyakori a magas pH-jú talajokon. Cinkhiányos talajt művelnek Törökország és India mintegy felében, Kína egyharmadában és Nyugat-Ausztrália nagy részének termőterületén. Ezeken a területeken jelentős reakciókról számoltak be a cinktrágyázásra. Azok a növények, amelyek cinkhiányos talajban nőnek, érzékenyebbek a betegségekre. A cink elsősorban a kőzetek mállása révén kerül a talajba, de az emberek fosszilis tüzelőanyagok elégetésével, bányahulladékkal, foszfátműtrágyákkal, növényvédő szerekkel ( cink-foszfid ), mészkővel, trágyával, szennyvíziszapokkal és horganyzott felületekről származó részecskékkel adják hozzá a cinket. A felesleges cink mérgező a növényekre, bár a cink toxicitása sokkal kevésbé elterjedt.

Óvintézkedések

Toxicitás

Bár a cink elengedhetetlen feltétele a jó egészségnek, a túlzott cink káros lehet. A cink túlzott felszívódása elnyomja a réz és a vas felszívódását. Az oldatban lévő szabad cinkion rendkívül mérgező a növényekre, a gerinctelenekre és még a gerinces halakra is. A szabad ionok aktivitási modellje jól megalapozott az irodalomban, és azt mutatja, hogy a szabad ion mikromoláris mennyisége megöl néhány organizmust. Egy közelmúltbeli példa azt mutatta, hogy 6 mikromoláris a vízben lévő összes Daphnia 93%-át elpusztítja .

A szabad cinkion egy erős Lewis-sav , egészen a maró hatásig . A gyomorsav sósavat tartalmaz , amelyben a fémes cink könnyen feloldódik, és maró hatású cink-kloridot képez. Egy 1982 utáni amerikai egycentes darab (97,5% cink) lenyelése károsíthatja a gyomor nyálkahártyáját a cinkionok savas gyomorban való nagy oldhatósága miatt.

A bizonyítékok azt mutatják, hogy az emberek, akik napi 100-300 mg cinket fogyasztanak, rézhiányban szenvedhetnek . Egy 2007-es vizsgálat azt figyelte meg, hogy a napi 80 mg-ot szedő idős férfiak gyakrabban kerültek kórházba húgyúti szövődmények miatt, mint azok, akik placebót szedtek. A 100-300 mg-os szint megzavarhatja a réz és a vas hasznosulását, vagy károsan befolyásolhatja a koleszterinszintet. A talajban lévő 500 ppm feletti cink gátolja más esszenciális fémek, például a vas és a mangán növényi felszívódását. A cink-rázkódásnak vagy "cink hidegrázásnak" nevezett állapotot cinkgőzök belélegzése idézheti elő horganyzott anyagok keményforrasztása vagy hegesztése közben. A cink a fogsorkrémek gyakori összetevője, amely grammonként 17-38 mg cinket tartalmazhat. E termékek túlzott használatából eredő rokkantság, sőt haláleset is felmerült.

Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA) kijelenti, hogy a cink károsítja az orr idegreceptorait, és anozmiát okoz . Az 1930-as években anozmiáról szóló jelentéseket is megfigyeltek, amikor cinkkészítményeket használtak a gyermekbénulás megelőzése érdekében. 2009. június 16-án az FDA elrendelte a cink alapú intranazális hidegtermékek eltávolítását a boltok polcairól. Az FDA szerint a szaglás elvesztése életveszélyes lehet, mivel a károsodott szagú emberek nem tudják észlelni a szivárgó gázt vagy a füstöt, és nem tudják megmondani, hogy az étel megromlott-e, mielőtt elfogyasztják.

A legújabb kutatások azt sugallják, hogy a helyi antimikrobiális cink-pirition egy erős hősokk - válasz induktor, amely károsíthatja a genom integritását PARP -függő energiaválság indukálásával tenyésztett humán keratinocitákban és melanocitákban .

Mérgezés

1982-ben az amerikai pénzverde elkezdett rézbevonatú, de elsősorban cinket tartalmazó fillérek verését. A cinkfillérek a cink-toxikózis kockázatát jelentik, ami végzetes is lehet. Egy bejelentett eset 425 penny (több mint 1 kg cink) krónikus lenyelése miatt gasztrointesztinális bakteriális és gombás szepszis következtében meghalt . Egy másik beteg, aki 12 gramm cinket fogyasztott, csak letargiát és ataxiát (az izommozgások koordinációjának súlyos hiányát) mutatott. Számos más olyan esetet jelentettek, amikor az emberek cinkérmék lenyelése miatt cinkmérgezést szenvedtek.

A fillérekért és más apró érméket időnként a kutyák lenyelik, ezért az idegen tárgyak állatorvosi eltávolítása szükséges. Egyes érmék cinktartalma cinkmérgezést okozhat, amely kutyáknál általában halálos kimenetelű súlyos hemolitikus anémia és máj- vagy vesekárosodás miatt; hányás és hasmenés lehetséges tünetek. A cink rendkívül mérgező a papagájokban , és a mérgezés gyakran végzetes lehet. A horganyzott konzervdobozokban tárolt gyümölcslevek fogyasztása tömeges papagájmérgezéseket eredményezett cinkkel.

Lásd még

Megjegyzések

  1. ^ Az elemek különböző fémcsoportokból származnak. Lásd a periódusos táblázatot.
  2. A Kelet-indiai Társaság egyik hajója, amely majdnem tiszta cink fém rakományt szállított Keletről, elsüllyedt Svédország partjainál1745-ben ( Emsley 2001 , 502. o.)
  3. ^ Az elektromos áram természetesen a cink és az acél között folyik, de bizonyos esetekben inert anódokat használnak külső egyenáramforrással.

Idézetek

Bibliográfia

Külső linkek

Hallgassa meg ezt a cikket ( 1 óra 3 perc )
Beszélt Wikipédia ikon
Ez a hangfájl ennek a cikknek a 2012. január 25-i felülvizsgálatából jött létre , és nem tükrözi a későbbi módosításokat. ( 2012-01-25 )