Kupfer  Cadmium Gallium  
 Zink                                                30Zn
 engl. zinc; lat. zinkum; Zinken ("zackige Gestalt von Erzen")
 
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Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
  
  
  
 
65,38   
30     
419,53 °C     
907 °C     
2     
7,134 g/cm³   
2,5     
1,65 (Pauling)      
[Ar]3d104s2   
Zn-64: 48,268%  
Zn-66: 27,975%  
Zn-67: 4,102%  
Zn-68: 19,024%  
Zn-70: 0,631%
 

     

Film

38 sek
Beim Erhitzen von Zinkpulver entsteht Zinkoxid, wobei blaugrüne Leuchterscheinungen auftreten.
    
GHS-Piktogramme 
Achtung
Gefahren (H-Sätze) 
  
H 410 
 
(Pulver und Granalien)
CAS-Nummer 
  
7440-66-6 
  
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Physikalisch-chemische Eigenschaften
Reines Zink ist ein silbrig glänzendes Schwermetall. An feuchter Luft überzieht es sich allmählich mit einer grauen Schutzschicht. Bei Zimmertemperatur ist Zink spröde, kompakte Stücke kann man unter hohem Kraftaufwand zerbrechen. Beim Erwärmen wird es weich und dehnbar, so dass man es bei 120 bis 150°C zu Blechen und Drähten walzen kann. Bei 220°C wird es so spröde, dass man es leicht zu einem Pulver zermahlen kann. Wie Zinn besitzt es eine relativ niedrige Schmelztemperatur.


Kompaktes, hochreines Zink
Zink
 Kompaktes Zink lässt sich bei Raumtemperatur mit viel Kraftaufwand zerbrechen.


Beim Erhitzen mit einem Brenner verbrennt Zinkpulver unter blaugrünen Leuchterscheinungen zu Zinkoxid, das sich als weißer Rauch im Raum verteilt. Es entstehen oft auch längliche Fäden, die man früher als "Lana philosophica" bezeichnete.

  
2 Zn  +  O2 reagiert zu  2 ZnO     ΔHR = -696 kJ/mol 
  
An feuchter, kohlenstoffdioxidhaltiger Luft bilden sich auf der Oberfläche des Metalls Schutzschichten komplizierter Verbindungen, beispielsweise mit der Formel Zn5(OH)6(CO3)2. Diese schützen das darunterliegende Zink vor weiterer Korrosion. Eisenbleche können daher durch das Verzinken rostfrei gemacht werden, obwohl Zink unedler als Eisen ist. Aufgrund der Schutzschicht reagiert Zink nicht mit kaltem Wasser. In feinverteilter Form oder mit heißem Wasser wird das unedle Metall angegriffen, und es entsteht Wasserstoff:  
   
Zn  +  H2reagiert zu  ZnO  +  H2   
   
Mit Salzsäure, Schwefel- und Salpetersäure entstehen unter Wasserstoffentwicklung die entsprechenden Salze, mit heißen Laugen bilden sich Zinkate:  
   
Zn  +  2 HCl reagiert zu  ZnCl2  +  H2   
Zn  + 2 NaOH  +  2 H2reagiert zu  Na2[Zn(OH)4]  +  H2   
    
Mit Schwefel reagiert Zinkpulver nach Zündung mit einem heißen Draht unter Feuererscheinungen und einer großen Stichflamme, wobei Zinksulfid entsteht:   
 
Zn  +  S reagiert zu  ZnS       ΔHR = -201 kJ/mol 
 
 
 Zinkpulver reagiert mit Schwefel


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 Reaktion von Zink und Schwefel im Schulversuch: Ausgangs-Mischung, Reaktion, Produkt

Film erhältlich auf >DVD
 
   
Physiologie 
Zink ist im menschlichen Körper als Spurenelement bei zahlreichen Aufgaben beteiligt. Es ist für mehr als 200 Enzyme von Bedeutung. Viele Stoffwechselreaktionen werden erst dadurch ermöglicht. Bei den Zink-Finger-Proteinen bildet ein Zn2+-Ion einen tetraedrischen Komplex mit vier Aminosäuren-Seitenketten. Diese Moleküle treten in Wechselwirkung mit der DNS und kontrollieren das Ablesen des genetischen Codes. [Lit 20]  Ohne Zink gäbe es also keine Zellteilung. Zink-Ionen schützen die Zellen vor freien Radikalen. Sie vermögen Schwermetall-Ionen von Cadmium, Blei und Quecksilber zu neutralisieren. Von großer Bedeutung ist auch die Wirkung von Zink im Stoffwechsel der Geschlechtshormone, der Schilddrüsenhormone oder der Wachstumshormone. Die höchste Zinkkonzentration findet sich in der Netzhaut. Die Bildung des Transportproteins für Vitamin A ist von einer guten Versorgung mit Zink abhängig. [Lit 16 
 
 
 Bioelemente im menschlichen Körper
 
 
 
 
Bei Zinkmangel treten viele Symptome auf, beispielsweise Unfruchtbarkeit, Wachstumsstörungen, Gewichtsverlust, Geschmacksstörungen, Nachtblindheit oder eine erhöhte Neigung zu Infekten. Bei der altersbedingten Zuckerkrankheit tritt vermehrt ein Zinkmangel auf. Das Essen von zinkreichen Nahrungsmitteln wie Leber, Miesmuscheln, Linsen, Erbsen, Weizenvollkornbrot und Weizenkleie, Haferflocken, Käse, Eier, sowie Rind- und Kalbfleisch beugt einem Zinkmangel vor. [Lit 17]
  
Vorkommen 
Häufigkeit   relativ häufig

Zink kommt in der Erdhülle etwas häufiger wie Kupfer vor. Zink gediegen findet man in der Natur nur sehr selten. Darüber hinaus findet man Zink selten in Messinglegierungen, von denen einige als Mineral anerkannt sind, beispielsweise der Danbait (CuZn2). Die beiden wichtigsten Zinkerze stellen die Zinkblende und der Zinkspat dar. Manche Zinkerze sind nicht so stark verbreitet, dazu gehören der Hemimorphit, der Willemit oder der Zinkit. Darüber hinaus existieren weitere Zink-Mineralien wie der Adamin, die aber aufgrund ihrer Seltenheit nur eine geringe Bedeutung als Zinkerz besitzen.
 
 
 
 Zinkblende aus Elmwood/Tennessee
 
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 Die Zinkblende wird auch Sphalerit genannt; sie ist aus Zinksulfid aufgebaut.
 
 
Das Hauptvorkommen befindet sich in der "Red Dog Mine" in Alaska. Dort werden pro Jahr bis zu zwei Millionen Tonnen Erz abgebaut. Auch Kanada, China, Australien, Russland, Peru, Mexiko und Irland haben bedeutende Zinkerzvorkommen. In Deutschland wurden die Zinkerze früher in geringen Mengen im Sauerland, im Harz und im Bergischen Land gefördert.  
 
 
 Smithsonit aus Tsumeb/Namibia
 
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 Der Smithsonit wird auch Zinkspat genannt, er ist aus Zinkcarbonat aufgebaut.
 
 
Geschichte 
Zink wurde bereits im Altertum in Messinglegierungen verwendet. Die alten Ägypter verwendeten das weiße Zinkoxid als Augenheilmittel, das sie aus dem Mineral Zinkit gewannen. Messinglegierungen aus Kupfer und Zink kannten die alten Griechen und die Römer, sie stellten Messing aus Galmei, dem Mineral Smithsonit her. Die Herstellung von reinem Zink aus Galmei war damals noch nicht möglich. Aus dem Namen Galmei ging auch der Name für das Zink hervor, da das Mineral häufig Zinken und zackige Formen zeigte.

Im 13. Jahrhundert gewann man in Indien Zink aus Calamin, einer Mineralmischung aus Eisenoxid und Zinkoxid. Die Inder waren es auch, die schon im 17. Jahrhundert reine Messinglegierungen herstellen konnten. Paracelsus verwendete den Begriff "Zinken" und beschrieb das Metall als andere Form des Kupfers.
Agricola erwähnte es unter dem Namen "Conterfei", weil er damit Messing herstellen konnte, das dem Gold ähnelte.

Größere Mengen Zink waren in Europa erst im 18. Jahrhundert zugänglich. Die Voraussetzung dafür bildeten die Forschungen des Arztes Johann Friedrich Henckel (1678-1744), der das Metall beschrieb, sowie die Entwicklung des ersten technischen Verfahrens zur Zinkgewinnung durch A.S. Marggraf im Jahre 1746. Marggraf erhitzte Zinkoxid unter Luftabschluss mit Kohle, wobei elementares Zink entstand.
 
 
 Zinkmünze aus dem Jahr 1920
  
 Diese offizielle Münze des Deutschen Reichs ist noch gut erhalten.
 
 
Neben seiner Verwendung als metallischer Rohstoff wurde Zink in Krisenzeiten zur Herstellung von Münzen eingesetzt. Das Deutsche Reich prägte ab 1917 Münzen zu einem, zwei, fünf oder zehn Pfennig. Während dem Zweiten Weltkrieg ab 1940 wurden die messinghaltigen Fünf- und Zehnpfennigstücke zur Herstellung von Munition eingeschmolzen; als Ersatz prägte man erneut Pfennigmünzen aus Zink. Zinkmünzen gab es zu dieser Zeit aber auch bei anderen europäischen Ländern wie Belgien oder Dänemark. Die Münzen waren nicht sehr stabil, sie griffen sich rasch ab, sie färbten sich dunkel und mit Säuren zersetzten sie sich.
  
Herstellung     
Das Zinkerz wird zunächst fein gemahlen und dann durch Flotation angereichert. Die Zinksulfide werden geröstet, die Zinkcarbonate durch Brennen in Zinkoxid verwandelt:  
   
2 ZnS  +  3 O2 reagiert zu  2 ZnO  +  2 SO2   
ZnCO3 reagiert zu  ZnO  +  CO2   
   
Das als Nebenprodukt anfallende Schwefeldioxid dient zur Herstellung von Schwefelsäure. Heute existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung von Zink aus Zinkoxid. Das "trockene Verfahren" ist die älteste Methode und geht auf die Reduktion des Oxids mit Kohlenstoff oder mit Kohlenstoffmonooxid bei Temperaturen um 1100°C bis 1300°C zurück. Dabei entsteht gasförmiges Zink, das mit den Röstgasen mitgeführt und außerhalb des Reaktionsofens in luftgekühlten Vorlagen abgekühlt wird.   
   
ZnO  +  CO im Gleichgewicht zu   Zn  +  CO2   
   
Der Hauptanteil wird heute jedoch nach dem "nassen Verfahren" gewonnen. Hierbei werden die Röstprodukte zunächst mit konzentrierter Schwefelsäure zu Zinksulfat umgewandelt. Eine wässrige Lösung dieses Zinksalzes wird bei etwa 3,5 Volt elektrolysiert, wobei sich sehr reines Zink an der Aluminiumkathode abscheidet und Sauerstoff an der Anode entweicht. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Reinheit des Endprodukts (ca. 99,99%). Allerdings werden etwa 3500 kWh elektrische Energie benötigt, um eine Tonne Zink herzustellen:  
   
2 ZnSO4  +  2 H2reagiert zu  2 Zn  +  2 H2SO4  +  O2   
   
Ein weiterer Anteil an Zink wird heute zunehmend durch Recycling aus Altmetallschrott gewonnen. 
  
Verwendung 
Der größte Anteil des produzierten Zinks dient zum Verzinken von Eisenblech für Dachrinnen, Eimer, Drähten, Trägern und Rohren. Dabei existieren mehrere Verfahren: Bei der Feuerverzinkung werden die Stücke in geschmolzenes Zink getaucht. Dabei entstehen Zinküberzüge mit einer Dicke bis zu 0,1 Millimeter. Beim galvanischen Verzinken benutzt man unter Verwendung einer Zinkanode Bäder mit zinksalzhaltigen Lösungen (25% Zinksulfat und 2% Zinkchlorid). Kleinteile wie Schrauben verzinkt man durch Sherardisieren, wobei die Schrauben in einer drehbaren Trommel mit einer Mischung aus Zinkpulver und Quarzsand für zwei bis zehn Stunden gedreht werden. Dabei schlägt sich das Zink in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche nieder. Beim Metallspritzverfahren wird das Zink in Spritzpistolen geschmolzen, durch Druckgase zerstäubt und auf die zu verzinkenden Oberfläche gesprüht.   
   
 
 Feuerverzinkung


 
 Bei der Feuerverzinkung werden die Materialien in geschmolzenes Zink getaucht.
 
 
Mischt man geschmolzenes Zink und Kupfer, erhält man Messing. Diese Legierung wird in der Schmuckindustrie und im Sanitärbereich in großem Umfang verwendet. Bei der Gold- und Silberherstellung setzt man Zink bei der Cyanidlaugerei zum Ausfällen der Edelmetalle ein. Zink dient zur Herstellung von Trockenbatterien, so auch in der Kohle-Zink-Zelle (Leclanché-Element) oder in der Zink-Luft-Knopfzelle, die für Hörgeräte eingesetzt wird. Während Zinkstaub als Pigment zum Rostschutz in Farben verwendet wird, ist Zinkoxid ein wichtiges Weißpigment.   
 
 
 Drahtrolle aus Messing

Messingspule
 
 Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung.
 
  
 
Zinkverbindungen im Portrait
 
 Zinkbromid  zinkchlorid  Zinkiodid   Zinkoxid
 
 
Copyright: Thomas Seilnacht
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