Zinok je veľmi dôležitým kovovým prvkom so širokou škálou aplikácií v priemysle a každodennom živote. Zinok je modrobiely kov, na lome kryštalický a lesklý. Je to modrobiely, lesklý kov. Čistý zinok je striebrobiely až modrobiely mäkký kov, ktorý sa na vzduchu rýchlo pokrýva šedobielou vrstvičkou oxidu zinočnatého ZnO, čím sa chráni pred ďalším pôsobením okolia.
Fyzikálne vlastnosti
Zinok je strieborný biely kov s miernym modrým odtieňom a kovovým leskom. Zinok je biely, pekne lesklý kov s nádychom do modrosiva. Na suchom vzduchu je stály, pretože sa pokrýva vrstvičkou oxidu. Na vlhkom vzduchu sa pokrýva hydroxidom a uhličitanom zinočnatým. Na vlhkom vzduchu stráca lesk vplyvom oxidácie. Ak vzduch obsahuje dostatok oxidu uhličitého, vytvorí sa na povrchu tenká vrstvička uhličitanu zinočnatého, ktorá ho chráni pred ďalšou koróziou vzdušným kyslíkom a vlhkosťou, preto je zinok na vzduchu stály.
Zinok je mäkký ľahko taviteľný kov, používa sa od stredoveku. Za bežnej teploty je krehký. Za normálnej teploty je veľmi krehký, a preto sa musí spracovávať pri zvýšenej teplote. Pri vyšších teplotách reaguje priamo s kyslíkom za vzniku oxidu zinočnatého (ZnO). Pri teplote 100-150 °C sa stáva kujným a ťažným. 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).
Hustota, merná hmotnosť a teplotné charakteristiky
Hustota je okolo 7,14 g/cm³, ktorá patrí k kovom so strednou hustotou. Zinok je ľahký, neušľachtilý kov. Priemerný obsah v zemskej kôre činí približne 100 mg/kg. V morskej vode je jeho koncentrácia značne vysoká - 0,01 miligramu v jednom litri.
Štandardný bod topenia zinku je 419,53 stupňa C (787,15 stupňa F). Bod topenia zinku je asi 419,5 stupňa C (787,1 stupňa F) a jeho nízky bod topenia ho robí široko používaný v rôznych priemyselných oblastiach. Bod tavenia 419,58 stupňa, bod varu 907 stupňov, relatívne nízky bod topenia, ľahko sa topí a odliať.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Elektronická konfigurácia a miesto v periódickej tabuľke
Zincum (z nem. Zink) je chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zn a protónové číslo 30. Patrí medzi prechodné prvky (aj keď sa niekedy zaraďuje medzi kovy II.B skupiny s vlastnosťami podobnými kovom alkalických zemín). V zlúčeninách má takmer výhradne oxidačné číslo +II (zinočnatý). V oxidačnom stave +II tvorí komplexy najčastejšie s koordinačným číslom 4 (tetraedrická geometria, napr. katión tetraamminzinočnatý [Zn(NH₃)₄]²⁺) alebo 6 (oktaedrická geometria, napr. v sírane hexaakvazinočnatom [Zn(H₂O)₆]SO₄).
Chemické vlastnosti a zlúčeniny
Zinok je chemicky aktívny a tvorí ochranný film na svojom povrchu pri teplote miestnosti, najmä oxid zinočnatý, ktorý mu dodáva určitý stupeň odolnosti voči atmosférickej korózii. Zinok môže reagovať s kyslíkom a inými nekovmi a môže tiež reagovať s zriedenými kyselinami na uvoľnenie plynného vodíka. Nečistý zinok sa rozpúšťa v zriedených kyselinách veľmi ľahko, naproti tomu čistý zinok kyselinám vzdoruje a rozpúšťa sa len veľmi pomaly alebo vôbec nie. Elektrolytický zinok sa rozpustí v kyselinách, keď do reakčného prostredia vložíme platinový drôt. Brómová voda je tiež dobrým rozpúšťadlom zinku.
Oxid zinočnatý (ZnO) je biely prášok, nerozpustný vo vode, amfotérny. Hydroxid zinočnatý (Zn(OH)₂) je biela, často rôsolovitá zrazenina. Sulfid zinočnatý (ZnS) je biela až žltkastá látka, vo vode nerozpustná. Chlorid zinočnatý (ZnCl₂) je biela, silne hygroskopická látka. Bezvodý ZnCl₂ sa používa ako katalyzátor. Síran zinočnatý (ZnSO₄·7H₂O) je biela kryštalická látka. Uhličitan zinočnatý (ZnCO₃), v prírode sa vyskytujúci ako minerál smithsonit, je biela práškovitá látka prakticky nerozpustná vo vode.
Minerály a ťažba
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. Vzácne sa v prírode môžeme stretnúť aj elementárnym, kovovým zinkom. Zinok sa vyskytuje v prírode ako sírnik, oxid, uhličitan a kremičitan zinočnatý.
Zinok sa získava 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.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
Použitie a priemyselné využitie
Najvýznamnejšie je použitie na galvanizáciu (povrchová ochrana železa). Polovica svetovej ťažby zinku ide na pozinkovanie plechu a drôtu na laná. Pozinkovanie sa robí máčaním v tavive a ponorením do roztaveného zinku. Na povrchu ocele sa vytvára silná vrstva zinku metódami, ako je galvanizácia alebo elektroplatovanie v horúcom sklone, ktoré môžu účinne izolovať vzduch, vlhkosť atď., zabrániť oxidovaniu a skorodovaniu ocele a je široko používaná v oceľových štruktúrach v budovách.
Pozinkovaným 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). Slúži ako súčasť rôznych zliatin. Jeho zliatina s meďou, ako sme už spomínali, sa nazýva mosadz a s meďou a striebrom sa nazýva nové striebro. Ďalšou skupinou zliatin, ktoré majú dobré mechanické vlastnosti, sú zliatiny s hliníkom.
V elektronike je zinok dôležitou súčasťou zinkových mangánskych batérií. Ako negatívny materiál elektród sa podieľa na chemických reakciách batérie a široko sa používa v malých prístrojoch, ako sú diaľkové ovládače a baterky. Batérie zinkového vzduchu používajú zinok ako negatívnu elektródu a majú výhody, ako je vysoká hustota energie a dlhá životnosť. Majú aplikácie v oblasti načúvacích pomôcok, elektrických bicyklov a iných polí.
V poli chemického inžinierstva sa môže zinok použiť ako vulkanizujúce činidlo pri výrobe gumy, podporuje vulkanizáciu reakcie gumy, zlepšuje jej pevnosť, elasticitu a odolnosť proti opotrebeniu a zároveň zlepší jej výkon spracovania. Bežne sa používa pri výrobe pneumatík, gumových hadíc a ďalších výrobkov. Zinkový prášok je dôležitý pigment proti hrdzi, ktorý pri pridávaní k protikoróznym povlakom môže tvoriť hustú zinkovú vrstvu a hrať úlohu pri prevencii hrdze.
Použitie v poľnohospodárstve a biológii
Zinok je základným stopovým prvkom pre rast rastlín. Hnojivá stopových prvkov obsahujúcich zinok môžu doplniť zinkový prvok v pôde, podporovať fotosyntézu rastlín, dýchanie a významne zlepšiť výťažok a kvalitu plodín. Zinok je významný biogénny prvok, v organizmoch je súčasťou viacerých enzýmov, ktoré katalyzujú napríklad hydrolytické reakcie. Vzácne sa v prírode vyskytuje aj jeho obsah vo fialke, v zuboch a v popole niektorých lastúr.
Prečítajte si tiež: Synergické účinky jódu, zinku a vitamínu D
The Hot Dip Galvanizing Process Explained
Korózia a ochrana povrchu
Povrch zinku je pasivovaný vrstvičkou uhličitanu zinočnatého. 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).
Technologické a historické poznámky
Zinok 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 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; ...).
Bol známy v Indii už 1200 rokov p.n.l. Názov zinku sa odvodzuje z nemeckého slova "zink" (zubatý, rohatý), pretože alpská ruda kalamín uhličitý, z ktorého sa zinok získaval, je vrúbkovaná. Baníci sa najčastejšie stretávali so zinkom v podobe minerálu sfaleritu ZnS. V našom regióne sa zinok ťaží v Banskej Štiavnici. Z nášho okresu poznáme dve náleziská polymetalického charakteru, kde sa ťažil aj zinok: lokalita Slovenská Ľupča (Ložisko Stráža) a lokalita Drienok pri Ponikách.
Povrchové úpravy a priemyselná výroba
Roztoky povrchového ošetrenia: Poskytujeme rôzne procesy ošetrenia povrchu zinku, ako je elektrotechnická látka, pieskové potieranie, práškový povlak, eloxovanie atď. Pozinkovanie sa robí máčaním v tavive a ponorením do roztaveného zinku.
| Vlastnosť | Hodnota / poznámka |
|---|---|
| Hustota (merná hmotnosť) | približne 7,14 g/cm³ |
| Bod topenia | ≈ 419,5 °C (787,1 °F) |
| Bod varu | ≈ 907 °C |
| Oxidačné číslo | +II (dominantné) |
| Hlavné minerály | sfalerit (ZnS), smithsonit (ZnCO₃), hemimorfit |
Zhrnutie: Zinok hrá významnú úlohu v modernom priemysle v dôsledku nízkej teploty topenia, dobrej plynulosti a chemickej stability. Nielenže zlepšuje výkon materiálu, ale účinne znižuje spotrebu energie a náklady. Je dôležitou súčasťou potravín (stopový prvok), využíva sa v lekárnictve, kozmetike, pri výrobe farbív, polovodičov, pyrotechniky, gumy, ...