Zinok (lat. zincum, angl. zinc, nem. Zink, rus. Zinok) je chemický prvok s protónovým číslom 30, značkou Zn, modrobiely, ľahký, neušľachtilý kov. Zinok je modrobiely kov, na lome kryštalický a lesklý. Je krehký. Za normálnych podmienok je to modrasto-biely, lesklý a krehký kov, ktorý sa však pri zahriatí stáva tvárnym. Pri izbovej teplote je pevný, no pri teplote 100 až 150 °C sa stáva tvárnym a kujným. V chlade krehký kov. Má relatívne nízku teplotu topenia (419,5 °C) a varu (907 °C).
Zinok sa v prírode nevyskytuje v čistej forme, ale v zlúčeninách. V prírode sa zinok vyskytuje najmä v sfalerite, smitsonite a hemimorfite. Hlavným minerálom a rudou pre priemyselnú výrobu zinku je sfalerit, chemicky sulfid zinočnatý ZnS. Ďalším minerálom zinku je smithsonit (predtým kalamín), uhličitan zinočnatý ZnCO3 a oxid zinočnatý - zinkit. Zinok v prírode veľmi často sprevádza olovo a často sa vyskytuje spolu s rudami olova, medi a striebra.
Staroveké poznatky a prvá výroba zinku
Zinok sa vo forme zlúčenín a zliatin (mosadz) používal už v staroveku. Najznámejšou zliatinou bola mosadz, ktorá má široké uplatnenie a je známa od nepamäti. Starovekí Rimania vyrábali mosadz tavením medenej rudy s kalamínom, čo je ruda zinku, no nerozumeli, že ide o nový kov. Bol známy v Indii už 1200 rokov p.n.l. 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.
Názov a chemické vlastnosti
Pôvod názvu zinok nie je úplne jasný, no predpokladá sa, že pochádza z nemeckého slova „Zinke“. Názov zinku sa odvodzuje z nemeckého slova "zink" (zubatý, rohatý), pretože alpská ruda kalamín uhličitý, z ktorého sa zinok získaval, je vrúbkovaná. Slovo znamená „hrot“ alebo „zub“ a pravdepodobne odkazuje na zubatý alebo ihličkovitý tvar kovových kryštálov zinku, ktoré vznikajú pri jeho tavení.
Čistý zinok je striebrobiely až modrobiely mäkký kov, ktorý sa na vzduchu rýchlo pokrýva šedobielou alebo tenkou ochrannou vrstvičkou oxidu zinočnatého ZnO, čím sa chráni pred ďalším pôsobením okolia. Na vlhkom vzduchu stráca lesk vplyvom oxidácie. 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.
Prečítajte si tiež: význam zinku pre ľudské zdravie
Výroba a spracovanie zinku
Zinok sa získava pražením rúd na oxid zinočnatý, ktorý sa po zlisovaní s uhoľným prachom redukuje. Pri pyrometalurgickom sa oxid redukuje uhlíkom pri vysokých teplotách. 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.
Zinok je mäkký ľahko taviteľný kov, používa sa od stredoveku. Zinok sa pomerne často využíva ako ochranný povlak na kovoch, najčastejšie na železe. Polovica svetovej ťažby zinku ide na pozinkovanie plechu a drôtu na laná. Pozinkovanie sa robí máčaním v tavive a ponorením do roztaveného zinku. Pozinkovaným plechom sa pokrývajú strechy, klampiari z neho robia odkvapové rúry, vedrá, vane. Vyrábajú sa z neho elektródy galvanických článkov, objímky žiaroviek a pod.
Zlúčeniny zinku a ich využitie
Ľudia vyrábajú širokú škálu zlúčenín zinku. Oxid zinočnatý, známy ako zinková bieloba, je dobrá krycia farba a je kľúčový v krémoch na opaľovanie, mastiach a v gumárenskom priemysle. Sulfid zinočnatý sa využíva pre svoje luminiscenčné vlastnosti v rôznych pigmentoch. Síran zinočnatý slúži ako doplnok stravy a hnojivo. Chlorid zinočnatý sa impregnujú železničné podvaly a telefónne stĺpy proti hnilobe. Zo zlúčenín zinku, ktoré sú všetky jedovaté, je známy oxid zinočnatý ako zinková bieloba.
Korózia a pasivácia zinku
Povrch zinku je pasivovaný vrstvičkou uhličitanu zinočnatého. Ak je vo vzduchu nízka koncentrácia kysličníka uhličitého, namiesto uhličitanu zinočnatého vzniká tzv. biela hrdza (hydroxid zinočnatý, menej oxid zinočnatý a veľmi málo uhličitan zinočnatého), 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. Mince z čistého zinku ľahko korodujú, preto sa musia konzervovať. Ku korózii zinku dochádza vo vlhkom vzduchu s nízkou koncentráciou kysličníka uhličitého.
Historické fakty o objaviteľoch a priemyselnej výrobe v Európe
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; ...). Niektoré vlastnosti zinku už začiatkom 16. storočia poznali.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Ťažba zinku na Slovensku
U nás sa zinok ťaží v Banskej Štiavnici. Zinok sa ťažil ako verný sprievodca olova v mnohých polymetalických ložiskách. Z nášho okresu poznáme dve náleziská polymetalického charakteru, kde sa ťažil aj zinok. Prvé je v katastri obce Slovenská Ľupča. Ložisko Stráža sa nachádza na úbočí vrchu Stráž. Druhým polymetalickým náleziskom je lokalita Drienok pri Ponikách. Z písomných dokladov je ťažba doložená už v roku 1604, ale už o päť rokov ju zastavili.
Biologický význam zinku a objav jeho esenciálnosti pre človeka
Zinok je zaujímavý aj biologicky. Zinok je aj veľmi významný biogénny prvok. Je dôležitou súčasťou potravín (stopový prvok), využíva sa v lekárnictve, kozmetike, pri výrobe farbív, polovodičov, pyrotechniky, gumy, ... Je súčasťou niektorých enzýmov. Jeho funkcia v ľudskom organizme bola dlho neznáma. Jeho intenzívne štúdium na najnižšej bunkovej úrovni dáva prísľub, že súčasné terapeutické využitie Zn nie je zďaleka vyčerpané.
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 než 300 enzýmov a 1 000 transkripčných faktorov. Zinok v prírode sprevádza rastliny i živočíchy; vo fialke je ho až 0,05 %, v zuboch 0,02 % a v popole niektorých lastúr 10 - 15 %. V morskej vode je jeho koncentrácia asi 0,01 mg/l (na jeden liter je tam asi jedna stotina miligramu).
Objav nedostatku zinku u človeka: Ananda S. Prasad
O veľkých objavoch niekedy rozhodne náhoda. Avšak treba byť na ňu dobre pripravený vedomosťami, záujmom, vytrvalosťou a pracovitosťou. Bolo to tak aj v prípade prof. Ananda S. Prasada, ktorého právom môžeme považovať za objaviteľa esenciálneho významu zinku (Zn) pre zdravie človeka. Prof. Prasad, lekár indického pôvodu, v roku 1957 úspešne ukončil doktorandské štúdium na Univerzite v Minnesote, USA. Mladý zanietený lekár sa chcel venovať hematológii. Prasad ponuku nakoniec prijal a už o dva týždne ho v Šíráze čakal rébus, ktorý dramaticky ovplyvnil jeho život.
Dvadsaťjedenročný pacient, ktorého Prasadovi priviedol iránsky lekár J. A. Halsted, vzrastom a vývojom pripomínal 8 - 10-ročného chlapca; mal výraznú rastovú a pohlavnú retardáciu, nevyvinuté pohlavné sekundárne znaky, drsnú kožu na tvári, znaky mentálnej retardácie a výraznú anémiu. Prasad mal za pár dní ďalších 12 pacientov s rovnakými symptómami, ktorých začal intenzívne a detailne vyšetrovať. V ich podrobnej anamnéze ho zaujali najmä informácie, ako sa títo pacienti stravujú - ich potrava bola veľmi jednoduchá a nutrične chudobná, jedli výlučne chlieb z nekvasenej múky, takmer žiadne mliečne výrobky a mäso, zriedka zeleninu. Navyše ľudia z chudobných oblastí Iránu bežne konzumovali hlinu (geofágia), ktorá znižuje vstrebávanie stopových prvkov.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
V roku 1961 Prasad publikoval 16-stránkový článok „Syndrome of Iron Deficiency, Anemia, Hepatosplenomegaly, Hypogonadism, Dwarfism, and Geophagia.” v prestížnom časopise American Journal of Medicine. V článku Prasad predstavil aj svoje hypotézy, že ich možnou príčinou by mohol byť nutričný deficit Zn. V Egypte Prasad dokázal deficit Zn u daných pacientov a potvrdil, že podávaním Zn sa v priebehu šiestich mesiacov normalizoval pohlavný vývoj a v závislosti od veku pacienta aj jeho telesná výška.
V roku 1978 Úrad pre kontrolu potravín a liekov v USA (FDA) zaradil Zn do povinnej súčasti parenterálnej výživy a opäť bol za tým Prasad. Prasad dosiahol celosvetové uznanie, a hoci mnohí v jeho objave spočiatku nevideli veľký praktický význam, dnes nikto nespochybňuje dôležitosť zinku v ľudskom zdraví.
Klinický význam a liečebné aplikácie
Dnes je známe, že liečba zinkom znižuje mortalitu u detí s akútnou diareou a je súčasťou liečebných odporúčaní WHO a UNICEF. Liečba zinkom je nevyhnutná aj u ľudí s genetickými ochoreniami ako Wilsonova choroba, acrodermatitis enteropathica či kosáčikovitá anémia. Môže byť prospešná pri bežnom prechladnutí; suplementácia u starších ľudí zlepšuje bunkovú imunitnú odpoveď, znižuje oxidačný stres a potláča tvorbu zápalových cytokínov. Zn sa cielene využíva pri liečbe vekom podmienenej makulárnej degenerácie.
Zhrnutie historického vývoja objavu zinku
- Staroveké použitie zlúčenín zinku v zliatinách (mosadz) a výroba mosadze bez poznania samotného kovu.
- Indická destilačná výroba čistého zinku už v 9. storočí a veľkosériová výroba od 12. storočia.
- Rozšírenie výroby do Číny; používanie zinku v minciach v období dynastie Ming.
- V Európe dokázateľné výroby kovového zinku od 17.-18. storočia; Marggraf v roku 1746 sa považuje za objaviteľa kovového zinku v Európe.
- V 20. storočí objav esenciálnej úlohy zinku pre ľudské zdravie Anandom S. Prasadom a následné implementácie do klinickej praxe.
| Aspekt | Fakty |
|---|---|
| Hlavná ruda | Sfalerit (ZnS) |
| Teplota topenia / varu | 419,5 °C / 907 °C |
| Biologická úloha | Súčasť enzýmov, imunitná funkcia, rast |
| Historický objav kovu | India (9.-12. storočie), Marggraf (1746) v Európe |
| Priemyselné využitie | Galvanizácia, mosadz, batérie, pigmenty |
Zinok je teda prvok s bohatou históriou využitia a významom v priemysle i biológii. Od starovekých výrobcov mosadze cez indické destilácie čistého kovu až po moderné objavy jeho esenciálnej úlohy v ľudskom organizme - príbeh zinku spája metalurgiu, chemické poznanie a medicínu.