Zink

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in	7,13
Härte nach Mohs und nach Brinell	2,5; 4,8...5,2 · 107
Schallgeschwindigkeit in	2680
Schmelztemperatur in °C	419
spezifische Schmelzwärme in	102,01
Siedetemperatur in °C	906
spezifische Verdampfungswärme in	1763,26
Standardentropie S0 in	42
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	116
spezifische Wärmekapazität in bei 25 °C	0,388
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,05916
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,012

Zinkwolle

Verzinken einer Autokarosserie

Elementares Zink

Isotope des Elements

In der Natur vorkommendes Zink besteht aus einem Gemisch aus fünf stabilen Isotopen. 19 weitere radioaktive Isotope des Zinks können künstlich hergestellt werden.

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
30	64	63,929 145	48,6%
	66	65,926 052	27,9%
	67	66,927	4,1%
	68	67,924 857	18,8%
	69	68,926 541	künstlich	β : 0,9	55 min.
	70	69,925 334	0,6%
	71	70,927	künstlich	β : 1,5	2,2 min.

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Zink ist ein Schwermetall. Seine Färbung ist silbrigweiß. Das Metall ist spröde, wird aber zwischen 100 °C und 150 °C weich und dehnbar. Sein Schmelzpunkt liegt für ein Metall relativ niedrig (419 °C). Obwohl Zink ein unedles Metall ist, verhält es sich an der Luft und in kaltem Wasser passiv. Das liegt daran, dass sich an der Luft aus Luftfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid eine dichte Schutzschicht bildet, die eine Komplexverbindung aus Zink-, Hydroxid-, und Carbonat-Ionen Zn5[OH6(CO3)2] ist. Mit heißem Wasser reagiert das Zink jedoch heftig. Zink kann mit Luftsauerstoff unter Flammenerscheinung zur Reaktion gebracht werden, es brennt in Form von Pulver oder Zinkwolle. Das Metall reagiert mit verschiedenen Säuren. Dabei entstehen die entsprechenden Salze und Wasserstoff. Zink reagiert bei Erhitzen mit Halogenen zu Zinkhalogeniden. Gegenüber organischen Lösungsmitteln (Aceton, Benzin, Alkohol) ist das Metall beständig.

Entdeckung

Schon im Mittelalter kannten die Menschen Zink. Beschrieben wurde es von verschiedenen Gelehrten, z. B. AGRICOLA oder PARACELSUS als «Conterfey». Die Bezeichnung «Zink» leitet sich vom Erz Zinkspat (Edel-Galmei) ab. Dieses Erz besitzt herausragende Zacken - «Zinken». Danach wurde das enthaltene Metall im Deutschen mit «Zink» benannt.

Vorkommen/Herstellung

Das Element Zink ist auf der Erde relativ häufig. Da Zink ein unedles Metall ist, findet man es nicht als reines Element, sondern immer nur in Verbindungen, z. B. in verschiedenen Erzen, die außer Zinkverbindungen auch noch andere Verbindungen enthalten. Wichtige Zink-Erze sind Zinkblende bzw. Sphalerit (Zinksulfid - ZnS und Zink-Eisen-sulfid - ZnS/FeS), Rotzinkerz bzw. Zinkit (Zinkoxid ZnO oder Zink-Mangan-Oxid - ZnO/MnO), Zinkspat bzw. Edel-Galmei oder Smithsonit (Zinkcarbonat - ZnCO3), Zinkblüte bzw. Hydrozinkit (Komplexverbindung mit Zink-, Hydroxid- und Carbonat- Ionen), Willemit (Zinksilicat - Zn2(SiO4). Ein großer Teil dieser Zinkerze findet sich in Kanada, Australien, den USA, Russland, Südamerika und Afrika. In Deutschland sind die Lagerstätten gering. Zink-Ionen finden sich in Spuren im Meerwasser. Das Element Zink ist ein lebenswichtiges Spurenelement für den Menschen. Täglich muss ein Erwachsener mindestens 20-35 mg Zink in Form von Zink-Ionen zu sich nehmen. Der Körper eines durchschnittlichen Erwachsenen enthält etwa 4 g Zink. Zink wird aus den Erzen Zinkblende (ZnS) und in geringerem Umfang aus Zinkspat (ZnCO3) hergestellt. Die Erze werden nach dem Zerkleinern angereichert und danach entweder geröstet (Zinkblende) oder gebrannt (Zinkspat). Bei beiden Verfahren entsteht aus den ursprünglichen Stoffen Zinkoxid, welches anschließend in zwei verschiedenen Verfahren zu Zink umgewandelt wird. Im «Trockenen Verfahren» findet mit Kohlenstoff (Koks) bei 1 200 °C eine Reduktion des Zinkoxids zu Zink statt. Im «Nassen Verfahren» wird Zinksulfatlösung durch Reaktion von Zinkoxid mit Schwefelsäure gebildet. Durch anschließende Elektrolyse der Zinksulfatlösung scheidet sich Zink an der Katode ab. Heute wird die Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Eisenschrott immer bedeutsamer.

Verwendung

In der Industrie ist das Metall von großer Bedeutung. Zinküberzüge schützen Eisen vor dem Rosten. Dazu werden die Metallteile entweder feuerverzinkt oder durch Galvanisieren mit einer Zinkschicht versehen. Das Leclanché-Element und die Zink-Mangan-Zelle enthalten Zink. Sie spielen für Batterien (Trockenelemente) eine Rolle. Zink wird zum Abtrennen von Silber und Gold aus Legierungen verwendet. Legierungen werden oft mit Zink hergestellt. Beispielsweise ist Messing eine Legierung aus Kupfer und Zink. Neusilber enthält neben Kupfer und Nickel ebenfalls Zink.

Wichtige Verbindungen

• Zinkoxid (Pigment, sogenanntes Zinkweiß, z. B. in Sonnenschutzmitteln zum Schutz vor UV-Strahlung, in verschiedenen Zinksalben enthalten - Einsatz in der Medizin bei Hauterkrankungen und bei Augenerkrankungen)
• Zinkverbindungen sind für die menschliche Ernährung unentbehrlich. Es ist ein lebenswichtiges Spurenelement. Zink wird in Form von Zink-Ionen (Zn2 +) gebraucht. Diese finden sich besonders in Fleisch und Fisch sowie in Getreide und Milch. Zinkmangel äußert sich in Abgeschlagenheit, Konzentrationsstörungen, Appetitlosigkeit und Schwächung des Immunsystems.
• Organische Zinkverbindungen (Stoffwechsel der Lebewesen - sie spielen als Enzyme (Dehydrogenase, Phosphatase oder Carboanhydrase) eine entscheidende Rolle. Auch das Hormon Insulin enthält das Element Zink. Andere organische Zinkverbindungen sind im Immunsystem des Menschen und der Säugetiere wichtig.

Bau

Das Metall bildet hexagonal-dichte Kristalle.