Zinek

český názevZinek
latinský názevZincum
anglický názevZinc
chemická značkaZn
protonové číslo30
relativní atomová hmotnost65,39
perioda4
skupinaII.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu ≈ 1500
teplota tání [°C]419,58
teplota varu [°C]907
hustota [g cm-3]7,14
hustota při teplotě tání [g cm-3]6,57
elektronegativita1,65
oxidační stavyII
elektronová konfigurace[Ar]3d10 4s2
atomový poloměr [pm]142
kovalentní poloměr [pm]131
specifické teplo [J g-1K-1]0,39
slučovací teplo [kJ mol-1]7,322
tepelná vodivost [W m-1 K-1]116
elektrická vodivost [S m-1]1,69.107
měrný el. odpor [10-6 Ω.m]0,0596
1. ionizační potenciál [eV]9,3941
2. ionizační potenciál [eV]17,964
3. ionizační potenciál [eV]39,722
tvrdost podle Mohse2,5
tvrdost podle Vickerse [MPa] -
tvrdost podle Brinella [MPa]412
modul pružnosti ve smyku [GPa]43
modul pružnosti v tahu [GPa]108
bod supravodivosti [K]0,85
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce zinku

Chemický prvek zinek je modrobílý lesklý kov, při vyšších teplotách velmi tažný. Na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidu. Při teplotě 60°C se zinek přímo slučuje s halogeny, při 130°C reaguje se sírou. Od teploty 400°C reaguje s fosforem a arsenem. S dusíkem přímo nereaguje, ale s amoniakem tvoří při teplotě 600°C nitrid Zn3N2. Se selenem a tellurem se slučuje až při teplotě 900°C. Při teplotě 700°C reaguje s vodní párou:

Zn + H2O → ZnO + H2

Zinek se dobře rozpouští v neoxidujících kyselinách za vývoje vodíku:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Reakce zinku s koncentrovanými oxidujícími kyselinami probíhají bez vývoje vodíku:

Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Zn + 2H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
4Zn + 5H2SO4 → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

Reakce zinku s velmi zředěnou kyselinou dusičnou probíhá za vzniku dusičnanu amonného:

4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Zinek patří mezi amfoterní kovy, reakcí zinku s alkalickými hydroxidy vznikají alkalické tetrahydroxozinečnatany:

Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2

Sloučeniny

Zinek tvoří celou řadu sloučenin, ve kterých je znám pouze v oxidačním stupni II. Vodné roztoky solí zinku jsou bezbarvé s výjimkou lehce nažloutlého jodidu zinečnatého ZnI2, nerozpustné sloučeniny zinku jsou bílé látky, mezi barevné výjimky patří nerozpustný světležlutý chroman zinečnatý ZnCrO4. Zinek vytváří četné komplexní sloučeniny ve kterých se obvykle vyskytuje ve formě komplexního kationtu, tvorba komplexních aniontů zinku je méně obvyklá.

Analytické stanovení zinku se provádí komplexometrickou titrací, indikátorem bývá 1% roztok dimethylnaftidinu v kyselině octové. Bod ekvivalence se v mírně kyselém prostředí (pH=5) projeví odbarvením původně fialového roztoku indikátoru.

Výskyt zinku v přírodě

Průměrný obsah niklu v zemské kůře je 70 ppm. Přírodní zinek je směsí pěti stabilních izotopů, nejvyšší podíl v přírodě (48,6 %) zaujímá izotop 64Zn. Uměle bylo připraveno 35 radioaktivních izotopů zinku s nukleovými čísly 57 až 83.

V přírodě se zinek nalézá ryzí a v rudách smithsonit ZnCO3, sfalerit ZnS, hemimorfit (willemit) Zn2SiO4·H2O, zinkit ZnO nebo franklinit ZnFe2O4.

Mezi další minerály s obsahem zinku patří např. ashoverit Zn(OH)2, danbait CuZn2, kalinit ZnCr2S4, leiteit ZnAs2O4, zinkochromit ZnCr2O4 a přibližně 300 dalších minerálů zinku. Nejvyšší obsah zinku (73,25 % Zn) má zinkit. Pro průmyslovou výrobu zinku má dnes rozhodující význam smithsonit.

Těžba, zásoby, dovoz

V roce 2012 se nejvíce zinkových rud vytěžilo v Čině - 4,6 Mt čistého kovu, v Peru 1,3 Mt, Austrálii 1,49 Mt a v Indii 790 kt, z evropských zemí má nejvyšší těžbu zinkových rud Irsko (350 kt), Švédsko (199 kt) a Polsko (108 kt). Největší zásoby zinkových rud ve výši 70 Mt čistého kovu jsou v Austrálii. Celosvětová těžitelná zásoba zinku je 250 Mt, celkový odhad zásob všech nerostů zinku činí téměř 2 miliardy tun.

Na území ČR je evidováno 8 ložisek s bilancovaným obsahem zinku, celkové zásoby zinku v ČR činí 472 kt čistého kovu v rudě. Nejbohatší rudu (kovnatost až 6 % Zn) skrývá naleziště Křižanovice v Železných horách, jedná se o ložisko Pb-Zn-Cu rud v barytu. Geneze ložiska Křižanovice nebyla doposud spolehlivě objasněna.

V roce 2010 bylo do ČR dovezeno 5 t zinkových rud, 28 000 t surového zinku a 900 t zinkového šrotu. Průměrná dovozní cena surového zinku činila 44 000 Kč/t.

Výroba zinku

Výroba zinku se prováděla suchým způsobem redukcí oxidu zinečnatého uhlíkem v plynné fázi. Pro výrobu zinku suchým způsobem se používaly muflové pece různých konstrukcí (slezská pec, belgická pec, porýnská pec). Surovina pro muflové pece se připravovala tzv. "převalováním". Při převalování se chudé křemičitanové a uhličitanové zinkové rudy pražily v rotační peci s koksem a oxidem vápenatým. Vzniklý oxid zinečnatý sloužil jako vsázka pro muflové pece.

Surový hutní zinek se rafinuje frakční destilací v destilační koloně vyložené karbidem křemíku. Při destilační rafinaci zinku se jako cenný vedlejší produkt získává germanium, kadmium a indium.

Dnes je obvyklejší elektrolytický způsob výroby zinku, který poskytuje kov vysoké čistoty bez nutnosti další rafinace. Suroviny pro elektrolýzu se připravují pražením zinkových rud s chloridem sodným s následným vyluhováním vodou nebo častěji přímým vyluhováním pražené zinkové rudy kyselinou sírovou. Jako loužící činidlo se používá vratný elektrolyt s obsahem kyseliny sírové:

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

Po kyselém loužení následuje elektrolýza síranu zinečnatého, která probíhá v dřevěných nebo betonových elektrolyzérech s olověnou anodou a hliníkovou katodou. Pracuje se při teplotě 30-35°C s napětím 3,5V. Vzniklý elektrolyt s obsahem kyseliny sírové se opět používá k loužení praženého rudného koncentrátu. Odpadní anodové kaly z elektrolytické výroby zinku jsou zdrojem dalších cenných prvků, zejména platiny a palladia.

Praktické využití zinku a jeho sloučenin

Využití zinku je velmi rozsáhlé. Používá se k povrchové úpravě železa, k výrobě plechů a zejména řady slitin. Jako legující přísada podstatným způsobem zvyšuje pevnost slitin hliníku, ale má negativní vliv na jejich korozivzdornost. Kovový zinek nalézá uplatnění také při laboratorní přípravě vodíku, práškový zinek je v laboratorní praxi osvědčeným prostředkem k likvidaci rozlité rtuti.

Ze sloučenin zinku je nejdůležitější oxid zinečnatý ZnO, který se používá jako katalyzátor vulkanizace v gumárenství, jako bílý pigment zinková běloba a je hlavní součástí dentálního cementu. Hexagonální modifikace sulfidu zinečnatého α-ZnS (Sidotovo blejno) vykazuje vlivem radioaktivního záření výraznou modrou luminiscenci a používá se ke konstrukci stínítek indikačních přístrojů (scintilátory) a pro světélkující stupnice přístrojů, fosfid zinečnatý ZnP2 je perspektivním materiálem pro výrobu pokročilých fotovoltaických článků. Chlorid zinečnatý ZnCl2 se používá jako tavidlo při pájení kovů. Bromid zinečnatý ZnBr2 se používá jako laboratorní činidlo v organické chemii, slouží jako elektrolyt v zinkobromidových bateriích a používá se k přípravě velmi hustých roztoků k vyplachům ropných vrtů. Jodid zinečnatý ZnI2 se používá jako stínící prostředek v průmyslové radiografii. Peroxid zinku ZnO2 se v minulosti používal jako desinfekční prostředek, v současnosti se využívá v pyrotechnice. Molybdenan zinečnatý ZnMoO4, chroman zinečnatý ZnCrO4 a fosforečnan zinečnatý Zn3(PO4)2 jsou jako inhibitory koroze součástí antikorozních přípravků. Kyanid zinečnatý Zn(CN)2 je součástí lázní pro galvanické pozinkování. Hydroxid zinečnatý Zn(OH)2 slouží k přípravě chirurgických obvazů. Dusičnan zinečnatý Zn(NO3)2 se používá jako mořidlo při barvení tkanin. Chlorečnan zinečnatý Zn(ClO3)2 se jako silné oxidační činidlo používá v pyrotechnice. Antimonidy zinku ZnSb, Zn3Sb2 a Zn4Sb3 mají polovodivé vlastnosti a používají se v infračervených detektorech a termokamerách. Stearan zinečnatý C36H70O4Zn slouží jako lubrikant a separční přípravek při lisování plastů. Dimethylzinek (CH3)2Zn je první známá organokovová sloučenina, připravená již v roce 1849 anglickým chemikem sirem Edwardem Franklandem. Dimethylzinek sehrál důležitou úlohu při přípravě řady dalších organokovových sloučenin a dodnes se využívá při výrobě polovodičů. Nenahraditelný je zinek a jeho účinky pro lidský organismus.

Zdroje

měď ← zinek → gallium