Zinok (lat. zincum, ang. zinc, nem. Zink) je chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zn a protónové číslo 30. Je to modrobiely, ľahký, neušľachtilý, mäkký, ľahko taviteľný kov. Za normálnych podmienok je to modrasto-biely, lesklý a krehký kov, ktorý sa však pri zahriatí stáva tvárnym; pri teplote 100-150 °C sa stáva kujným a ťažným. Pri izbovej teplote je pevný, no pri teplote 100 až 150 °C sa stáva tvárnym a kujným. Má relatívne nízku teplotu topenia (419,5 °C) a varu (907 °C).
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Zinok je modrobiely, lesklý kov, na lome kryštalický a lesklý. Je dobrým vodičom elektrického prúdu. Pri bežnej teplote je krehký, ale pri teplote 100-150 °C sa stáva kujným a ťažným. Pri vyšších teplotách však opäť skrehne. Na vlhkom vzduchu stráca lesk vplyvom oxidácie. Na vlhkom vzduchu sa pokrýva tenkou, súvislou ochrannou vrstvou zásaditého uhličitanu zinočnatého, ktorá ho chráni pred ďalšou koróziou.
Pri vyšších teplotách reaguje priamo s kyslíkom za vzniku oxidu zinočnatého (ZnO). Zinok má amfotérny charakter: reaguje s kyselinami (napr. Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂) aj so silnými zásadami za vzniku zinkatanov (napr. Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂). V zlúčeninách má takmer výhradne oxidačné číslo +II (zinočnatý). V oxidačnom stave +II tvorí komplexy najčastejšie s koordinačným číslom 4 alebo 6.
Korózia a pasivácia
Na vzduchu je zinok stály, pretože sa pokrýva vrstvičkou oxidu. Povrch zinku je pasivovaný vrstvičkou uhličitanu zinočnatého. Ak vzduch obsahuje dostatok oxidu uhličitého, vytvorí sa na povrchu tenká vrstvička uhličitanu zinočnatého, ktorá chráni zinok pred ďalšou koróziou vzdušným kyslíkom a vlhkosťou, preto je zinok na vzduchu stály. Ku korózii zinku dochádza vo vlhkom vzduchu s nízkou koncentráciou kysličníka uhličitého. Ak je vo vzduchu nízka koncentrácia kysličníka uhličitého, namiesto uhličitanu zinočnatého vzniká tzv. biela hrdza (hydroxid zinočnatý, menej oxid zinočnatý a veľmi málo uhličitan zinočnatý), ktorá netvorí ochrannú vrstvičku a korózia pokračuje ďalej (až bobtnanie). Koróziu zinku môžu podstatne urýchliť zásadité zvyšky na povrchu zinku (napr. po dotyku rukou). Pasivácia zinkového povrchu vrstvičkou uhličitanu zinočnatého nemusí byť z dlhodobého hľadiska dostatočná, lebo nie je trvalá.
Výskyt a ťažba
V prírode sa vyskytuje len vo forme zlúčenín, hlavným minerálom je sfalerit (ZnS); ďalšími sú napr. smithsonit (ZnCO₃), kalamín a hemimorfit. Hlavným minerálom a rudou pre priemyselnú výrobu zinku je sfalerit, chemicky sulfid zinočnatý ZnS. V zemskej kôre je pomerne bohato zastúpený; priemerný obsah činí približne 100 mg/kg. Aj v morskej vode je jeho koncentrácia značne vysoká - 0,01 miligramu v jednom litri.
Prečítajte si tiež: Taurín: vlastnosti a význam pre organizmus
Získava sa pražením rúd na oxid zinočnatý, ktorý sa po zlisovaní s uhoľným prachom redukuje. Vyredukované pary zinku sa v osobitnej kolóne frakčne kondenzujú, v hornej časti sa získava zinok bohatý na kadmium, v strednej časti 99,995 % zinok a v spodnej časti sa hromadí zinková huba. V priemysle sa používa aj pyrometalurgické zníženie oxidu uhlíkom pri vysokých teplotách.
Historické poznámky
Zinok sa vo forme zlúčenín a zliatin (mosadz) používal už v staroveku. Nálezy z bane v Zawar (Rajasthan, India) dokazujú, že už v 9. storočí bol destiláciou vyrobený čistý zinok. Vo veľkom meradle bol kovový zinok vyrábaný až od 12. storočia v Indii, odkiaľ sa výroba rozšírila do Číny. V období dynastie Ming (1368-1644) sa v Číne používali zinkové mince. V Európe sa za objaviteľa kovového zinku väčšinou považuje Andreas Sigismund Marggraf, ktorý v r. 1746 dokázateľne vyrobil kovový zinok. Kovový zinok bol v Európe pravdepodobne vyrobený už skôr (1668 flámsky metalurg PM de Respour; 1738 William Champion vo Veľkej Británii; 1742 švédsky chemik Anton von Swab; ...).
Hlavné priemyselné využitie
Hlavné využitie nachádza pri galvanickom pozinkovaní ocele a železa na ochranu proti korózii (napr. pri stavbe mostov). Používa sa ako ochranný protikorozívny materiál na železo a jeho zliatiny. Pozinkovanie sa robí máčaním v tavive a ponorením do roztaveného zinku. Polovica svetovej ťažby zinku ide na pozinkovanie plechu a drôtu na laná. Pzinkovaným plechom sa pokrývajú strechy, klampiari z neho robia odkvapové rúry, vedrá, vane. Vyrábajú sa z neho elektródy galvanických článkov, objímky žiaroviek a pod.
Tvorí dôležité zliatiny (mosadz - s Cu, technologicky významná je aj zliatina zinku s hliníkom). Mosadz - zliatina zinku a medi - je najznámejšou zliatinou. Zo zliatin sa vyrábajú aj odliatky a technicky významné materiály na tlakové liatie (napr. zamak). Zinok sa používa pri výrobe galvanických článkov (batérií) (napr. suché články, alkalické batérie).
Zlúčeniny zinku a ich využitie
Ľudia vyrábajú širokú škálu zlúčenín zinku. Oxid zinočnatý (ZnO) je biely prášok, nerozpustný vo vode, amfotérny; je známy ako zinková bieloba, dobrá krycia farba, používa sa v krémoch na opaľovanie, mastiach a v gumárenskom priemysle. Hydroxid zinočnatý (Zn(OH)₂) je biela, často rôsolovitá zrazenina. Sulfid zinočnatý (ZnS) je biela až žltkastá látka, vo vode nerozpustná, využíva sa pre luminiscenčné vlastnosti v pigmentoch. Chlorid zinočnatý (ZnCl₂) je biela, silne hygroskopická látka, bezvodý ZnCl₂ sa používa ako katalyzátor, pripravuje sa reakciou ZnO alebo ZnCO₃ s HCl a používa sa ako sušidlo a tavidlo. Síran zinočnatý (ZnSO₄·7H₂O) je biela kryštalická látka a je technicky najdôležitejšou zinočnatou soľou.
Prečítajte si tiež: Vplyv zinku na organizmus
Biologický význam a výživa
Zinok je dôležitým biogénnym prvkom, nevyhnutným pre funkciu mnohých enzýmov a imunitný systém. Zinok je stopový prvok, ktorý sa v našom tele nachádza v malom množstve. V organizme dospelého muža (s váhou 70 kg) sa nachádza 1,4 - 2,3 g (21 - 35 mmol) Zn. Ľudské telo obsahuje približne dva až tri gramy tohto prvku, pričom najvyššia koncentrácia sa nachádza v prostate a v častiach oka. Zinok je súčasťou viac ako 3 000 bielkovín v ľudskom tele, 300 enzýmov, nukleárnych faktorov, hormónov.
Je nevyhnutný pre funkciu až 300 enzýmov z hľadiska metabolizmu tukov, cukrov a bielkovín, trávenia a činnosti buniek. Zúčastňuje sa syntézy proteínov, bunkovej reprodukcie, hojenia rán a hrá podstatnú úlohu pri fertilite. Stabilizuje a ochraňuje integritu bunkových membrán redukciou tvorby voľných radikálov a prevenciou lipidovej peroxidácie. Takisto je nevyhnutný pre imunitný systém.
Vplyv nedostatku zinku
Získaná karencia Zn je častejším medicínskym problémom než vrodená. Dlhotrvajúci deficit tohto prvku sa môže spájať s častými infekciami, nehojacimi sa ranami, retardáciou rastu, anorexiou, anémiou, fotofóbiou, hypogonadizmom, oneskorenou pubertou, alteráciou mentálneho statusu. Klinické znaky nedostatku Zn na koži varírujú a závisia od jeho sérovej hladiny. Kožné zmeny sa vyvíjajú najčastejšie v periorificiálnej oblasti (ústa, anus). Lézie sú ekzematózne, ošupujúce sa, vznikajú vezikuly, buly, pustuly. Dochádza k sekundárnej bakteriálnej a mykotickej superinfekcii. Často býva prvým prejavom angulárna cheilitída, neskôr paronychia. Ak sa pacient nelieči, ochorenie progreduje, vytvárajú sa erodované lézie, dochádza k macerácii kože, alopécii a fotofóbii.
Nižšia hladina Zn, tzv. hypozinkémia, sa prezentuje menej jasnými klinickými prejavmi, z čoho vyplýva, že býva často nediagnostikovaná. Zmena kvality vlasov a ich vypadávanie, iniciálne okcipitálne, strata pigmentu, suchosť, lámavosť vedú k fragilite a alopécii. Preriednutie obočia i mihalníc sú taktiež symptómom nedostatku Zn. Spomalí sa rast nechtov, sú lámavé, objaví sa leukonychia, štiepenie.
Využitie v medicíne a dermatológii
Zn zastáva kľúčové funkcie v organizme. Z vlastností a funkcií Zn v organizme pri jeho správnej koncentrácii vyplýva aj jeho prospešnosť pre zdravie človeka. Suplementácia Zn má veľmi široké použitie od redukcie trvania malárie až po liečbu ťažkých respiračných a črevných ochorení. Suplementácia Zn znižuje incidenciu infekcií u dospelých. V dermatológii zohráva daný deficit negatívnu úlohu pri ochorení psoriasis pustulosa, pri vitiligu aj atopickej dermatitíde, pri ochoreniach spojených s poruchou imunity. Zn v perorálnej aplikácii je účinný v procese hojenia rán, vredov predkolenia u pacientov s deficitom Zn. Podieľa sa na regulácii migrácie keratinocytov - stimuluje epitelizáciu.
Prečítajte si tiež: Všetko, čo potrebujete vedieť o horčíku
V topickej aplikácii poskytuje aj priamy antibakteriálny účinok v mieste rán, čím bráni ich superinfekcii, uľahčuje ich čistenie (odstraňovanie nekrotického tkaniva) zvyšovaním kolagénolytickej aktivity. Odporúčaná liečba je 20 - 50 mg Zn denne počas štyroch týždňov, potom sa pokračuje dávkou 15 - 30 mg. Pri zníženej hladine Zn dochádza k poklesu počtu periférnych T-lymfocytov a k zmenám aktivity imunitného systému.
Profesorka B. Drenoová vo svojej štúdii Zinok a akné pozorovala zmeny počtu papúl a pustúl v tvárovej oblasti pri perorálnej liečbe acne vulgaris s dávkou 30 mg elementárneho Zn denne (vo forme glukonátu Zn) po jednom a dvoch mesiacoch liečby. Zn je známy aj ako minerál krásy; má blahodarné účinky na vlasy, pleť a nechty.
Diagnostika a suplementácia
Samotná laboratórna hodnota Zn v sére nie je dôveryhodná, pretože aktivita ochorenia nemusí bezpodmienečne korelovať s jej hodnotou. Koncentrácia Zn vo vlasoch je spoľahlivejším ukazovateľom jeho množstva. Normálne hodnoty sú v rozsahu 150 - 240 μg/g vlasov; úroveň nižšia ako 70 µg/g svedčí o jeho nedostatku. Pri výbere prípravkov s obsahom zinku je dôležité pozerať na formu, v akej sa zinok vyskytuje. Na podporu imunity je vhodná kombinácia zinku s vitamínom C alebo aj s vitamínom D3. Ak ste zaznamenali príznaky nedostatku zinku, je vhodné ho dopĺňať pomocou výživových doplnkov.
Toxicita a interakcie
Zinok je relatívne netoxický, avšak pri príjme per os môže spôsobiť prejavy ako nauzea, vracanie, epigastrická bolesť, letargia a únava pri extrémne vysokom príjme - 100 až 300 mg denne a viac. Prehltnutie mince (1 centu USD), ktorá obsahovala 97 % Zn, malo za následok poškodenie žalúdočnej sliznice u detí a psov. Súbežné užívanie solí Fe, Cu a vápniku môže znižovať vstrebávanie Zn. Zn znižuje vstrebávanie niektorých antibiotík - tetracyklínov a chinolónov (napr. ciprofloxacín, norfloxacín, ofloxacín).
Praktické a technické využitia
Používa sa pri výrobe farbív, polovodičov, pyrotechniky, gumy a pri výrobe suchých galvanických článkov. Zo zlúčenín sa používa najmä ZnO (zinková bieloba) a ZnSO₄·7H₂O (biela skalica). Chloridom zinočnatým sa impregnujú železničné podvaly a telefónne stĺpy proti hnilobe. Zo zlúčenín zinku, ktoré sú všetky jedovaté, je známy oxid zinočnatý ako zinková bieloba, dobrá krycia farba.
Zaujímavosti a miestne súvislosti
Názov zinku sa odvodzuje z nemeckého slova "Zinke" (zubatý, rohatý), pretože alpská ruda kalamín uhličitý, z ktorého sa zinok získaval, je vrúbkovaná. Bol známy v Indii už 1200 rokov p.n.l. Nálezy dokazujú, že už v 9. storočí bol destiláciou vyrobený čistý zinok. V prírode sa zinok veľmi často sprevádza olovo a aj u nás je to tak. U nás sa zinok ťaží v Banskej Štiavnici. Z nášho okresu poznáme dve náleziská polymetalického charakteru, kde sa ťažil aj zinok: lokalita Stráža (Slovenská Ľupča) a Drienok pri Ponikách.
| Vlastnosť | Hodnota / Poznámka |
|---|---|
| Atómové číslo | 30 |
| Teplota topenia | 419,5 °C |
| Teplota varu | 907 °C |
| Bežný oxidačný stav | +2 |
| Hlavná ruda | Sfalerit (ZnS) |
| Hlavné použitie | Galvanizácia, zliatiny (mosadz), ZnO, batérie |
tags: #chemicky #prvok #zinok #prezentacia