Cink

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Cink
[Ar] 3d104s2 30Zn
   
Periodni sistem elemenata
Općenito
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Cink, Zn, 30
Serija Prijelazni metali
Grupa, Perioda, Blok 12, 4, d
Izgled plavkasto-sivi metal
Zastupljenost 0,012[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 65,409 u
Atomski radijus (izračunat) 135 (142) pm
Kovalentni radijus 122 pm
Van der Waalsov radijus 139 pm
Elektronska konfiguracija [Ar] 3d104s2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 2
Izlazni rad 4,44 eV
1. energija ionizacije 906,4 kJ/mol
2. energija ionizacije 1733,3 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Mohsova skala tvrdoće 2,5
Kristalna struktura heksagonalna
Gustoća 7140[2] kg/m3
Magnetizam dijamagnetičan \chi_{m} = −1,6 · 10−5
Tačka topljenja 692,68 K (419,53 °C)
Tačka ključanja 1180 K (907 °C)
Molarni volumen 9,16 · 10−6 m3/mol
Toplota isparavanja 119 kJ/mol
Toplota topljenja 7,35 kJ/mol
Pritisak pare 192,2 Pa kod 692,73 K
Brzina zvuka 3700 m/s kod 293,15 K
Specifična toplota 388 [1] J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 16,7 · 106 S/m
Toplotna provodljivost 120 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacijsko stanje 2
Elektrodni potencijal −0,7926 V (Zn2+ + 2e → Zn)
Elektronegativnost 1,65 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
64Zn

48,6 %

Stabilan
65Zn

sin

244,06 d β+ 1,352 65Cu
66Zn

27,9 %

Stabilan
67Zn

4,1 %

Stabilan
68Zn

18,8 %

Stabilan
69Zn

sin

56,4 min β- 0,906 69Ga
70Zn

0,6 %

Stabilan
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja

Lahko zapaljivo

F
Lahko zapaljivo

Opasno za okoliš

N
Opasno za okoliš
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: 15-17-50/53
S: (2-)43-46-60-61
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Cink (Zn, latinski - zincum) je hemijski element koji ima simbol Zn i atomski broj 30. Cink se ubraja u prelazne metale 12. grupe, ali među njima on zauzima posebno mjesto zbog popunjene d-orbitale u atomu, pa je dosta sličan zemnoalkalnim metalima. Po starijim razvrstavanjima, cinkova grupa elemenata se označavala kao 2. sporedna grupa (analogno tome su zemnoalkalni metali označavali 2. glavnu grupu), dok po današnjoj prihvaćenoj IUPAC nomenklaturi, cink zajedno sa kadmijem i živom sačinjava 12. grupu.

Cink je plavo-bijeli lomljiv i krt metal koji se najčešće koristi za pocinčavanje željeza i čeličnih dijelova kao i za izradu oluka. On je za sva živa bića neophodan u ishrani i dio je vrlo važnih enzima u organizmima. Ime cink je nastalo od riječi zind ili zinke u značenju zub, nazubljen, a potiče od nazubljenih metalnih kristala cinka.

Ima 23 izotopa čije se atomske mase nalaze između 57-78, od kojih su stabilni 64, 66, 67, 68 i 70.

Historija[uredi | uredi izvor]

Sfalerit, najčešća ruda cinka

Još u Starom vijeku cink je bio osnovni materijal za proizvodnju legure mesinga. Kao samostalan metal, otkriven je u Indiji ili Kini prije 1500. p. n. e., a Evropu je donesen tek krajem 16. vijeka[3][4]. Već 1679. godine kod njemačkog grada Kassela otvara se prva radionica za proizvodnju mesinga. Smatra se da je flamanski metalurg P.M. de Respour prvi ekstraktirao metalni cink iz cink oksida 1668. godine.[5] Već početkom 18. vijeka, Étienne François Geoffroy opisuje kako se cink oksid kondenzira u žute kristale na željeznim šipkama koje su stavljene iznad cinkove rude pri topljenju.[5] U Britaniji, metalurg John Lane je izveo eksperiment da istopi cink, prije nego što je bankrotirao 1726. godine.[6] Godine 1738., britanski metalurg William Champion je patentirao proces ekstrakcije cinka iz kalamina u vertikalnoj topionici[6]. Njegova tehnologija je donekle slična onoj koju su koristili u cinkovim rudnicima Zawar u Rajasthanu, međutim nema dokaza da je on posjetio Indiju.[7] Championov proces se koristio sve do 1851. godine.

Zastupljenost[uredi | uredi izvor]

Cink sa zastupljenošću na Zemlji od 0,0076% (odnosno 76 ppm[2]) u Zemljinoj kori je relativno čest element. Po zastupljenosti je na 24. mjestu[2] najčešćih elemenata na Zemlji. Ima ga više od bakra ili olova. Cink veoma rijetko se može naći u prirodi samorodan kao metal, međutim vrlo čest je u sastavu minerala. Do danas je otkriveno oko 30 lokacija gdje je pronađen samorodni metalni cink[8].

Zinc fragment sublimed and 1cm3 cube.jpg

Pretežno se cink može naći vezan u rudama. Najvažnija i najčešća cinkova ruda je cink sulfid. On se javlja u prirodi kao sfalerit ili vurcit, koji u sebi sadrže oko 65% cinka. Od ostalih cinkovih ruda važan je još i smitsonit ZnCCO3 (sa 52% cinka), zatim neki rjeđi cinkovi minerali između ostalih cinkit ZnO (sa oko 73% cinka), hemimorfit Zn4(OH)2[Si2O7] (54 % cinka), adamin Zn2(AsO4)(OH) (sa oko 45 % cinka), minrekordit CaZn[CO3]2 (oko 29 % cinka) i franklinit (Zn,Fe,Mn)(Fe2Mn2)O4 (16 % cinka). Do danas je poznato oko 300 cinkovih minerala.[9]

Najveća nalazišta se nalaze u Sjevernoj Americi (SAD, Kanada), Australiji, Kini i Kazahstanu. Na području Balkana, postoji niz manjih rudnika cinka, gdje se najčešće kopa zajedno sa rudama olova i bakra. Rudnici cinka postoje na Kosovu (Trepča), u Sloveniji (Mežica) i Bosni i Hercegovini (Sase kod Srebrenice). Na površini zemlje, na mjestima gdje se cinkova ruda nalazi u plitkim slojevima zemlje, rastu rijetke biljke poput nekih vrsta iz porodice Viola, a kojima su neophodne veće količine cinka da bi rasle.

Namirnice koje su bogate cinkom su: ostrige, posno meso i ribe. Također ga ima i u zrnastom hljebu.

Najveći proizvođači[uredi | uredi izvor]

Ruda cinka se najviše kopa u Kini, zatim Peruu, Australiji, Kanadi, SAD-u, Meksiku i Južnoafričkoj Republici. U Evropi, aktivni su rudnici cinka u Irskoj, Poljskoj, Finskoj, Bugarskoj i Švedskoj. Ukupna svjetska proizvodnja cinka 2010. godine iznosila je oko 12 miliona tona.[10] U 2009. godini, prema podacima Američkog geološkog instituta proizvedeno je 11,2 miliona tona cinka.[11] Prema tim podacima, u Bosni i Hercegovini je 2009. godine proizvedeno 2.000 tona, što je 38. mjesto u svijetu po proizvodnji ruda cinka.

Zemlje najveći proizvođači cinka u 2010.[10]
rang država tona
1 Kina 3.500.000
2 Flag of Peru.svg Peru 1.520.000
3 Flag of Australia.svg Australija 1.450.000
4 Flag of India.svg Indija 750.000
5 SAD 720.000
6 Flag of Canada.svg Kanada 670.000

Proizvodnja[uredi | uredi izvor]

Cink se dobija većinom iz rude cink sulfida. Da bi se on upotrijebio, prvo se sulfid mora prevesti u cink oksid. Ovo se dešava putem hrđanja na zraku. Pri tom pored cink oksida nastaju velike količine sumpor dioksida, koji se dalje može koristiti za proizvodnju sumporne kiseline.

\mathrm{2\ ZnS\ +\ 3\ O_2\ \longrightarrow 2\ ZnO\ +\ 2\ SO_2 \uparrow }

Ako se kao polazna sirovina koristi mineral smitsonit, to se može odvijati putem gorenja uz izdvajanje ugljik dioksida.

\mathrm{ZnCO_3\ \longrightarrow \ ZnO\ +\ CO_2 \uparrow }

Daljnja obrada se može odvijati na dva moguća načina. To su takozvani mokri i suhi postupak. Suhim postupkom se dobija oko 60% od ukupne količine proizvedenog cinka.[12] Pri tome se cink oksid miješa sa fino samljevenim ugljem i zagrijava u posebnim pećima za topljenje na oko 1100–1300 °C[12] Pri tom procesu se naprije formira ugljik monoksid, a kasnije on reducira cink oksid do metalnog cinka. Iz nastalog ugljik dioksida ponovo se formira ugljik monoksid po Boudouardovoj ravnoteži:

\mathrm{ZnO\ +\ CO\ \longrightarrow \ Zn \uparrow +\ CO_2}
Redukcija cinka
\mathrm{CO_2\ +\ C\ \longrightarrow \ 2\ CO}
Boudouardova ravnoteža

Pošto je u pećima temperatura iznad tačke ključanja cinka, cink se pretvara u paru u gornjem dijelu peći. Zatim se nanosi olovo da bi se cink kondenzirao.

Tako nastali sirovi cink sadrži velike količine nečistoće, naročito olova, željeza i kadmija. Frakcionom destilacijom se dalje obogaćuje sirovi cink. U jednoj od narednih faza procesa, sirovina se zagrijava tako da cink i kadmij iparavaju, a željezo i olovo ostaju. Zatim se cink i kadmij putem kondenzacije odvajaju jedan od drugog. Na veoma visokoj temperaturi, cink se kondenzira i ostaje 99,99% čisti cink. Kadmij se dosta isparljiviji i sakuplja se na drugom mjestu u vidu prašine. Kao sporedni proizvod destilacije, dobija se fini prašnasti cink, takozvana cinkova prašina.[13]

Sagorijevanje cinka

Mokri postupak se koristi, kada je moguće obezbijediti jeftin izvor električne struje. Za potrebe tog postupka rastvara se cink oksid u razblaženu sumpornu kiselinu. Nečistoće plemenitih i drugih metala poput kadmija se izdvajaju putem cinkove prašine. Na kraju se rastvor elektrolizira uz upotrebu olovne anode i aluminijske katode. Na katodi se talože 99,99% čisti cink slično kao i kod suhog postupka.

Osobine[uredi | uredi izvor]

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Metalni cink je blještavobjel, neplemeniti metal, koji je na sobnoj temperaturi i iznad 200 °C dosta krt. Na temperaturama između 100 i 200 °C je dosta duktilan i lahko se daje deformirati. Njegov prijelom je srebreno bijel. Cink se kristalizira u heksagonalnom kuglastom kristalnom sistemu. On se zapravo prostire vertikalno po slojevima kugle, a razmaci između atoma cinka se međusobno neznatno razlikuju, unutar sloja 264,4 pm, a između slojeva 291,2 pm[12].

Hemijske[uredi | uredi izvor]

Stajanjem na zraku na površini cinka se formira otporni zaštitni sloj sastavljen iz cink oksida i cink karbonata (Zn5(OH)6(CO3)2). Zbog toga se cink, i pored svojih neplemenitih osobina, za zaštitu od korozije (pocinčavanje čeličnih predmeta i sl.). Cink se rastvara u kiselinama dajući cinkove dvovalentne soli a u bazama daje cinkate [Zn(OH)4]2−. Jedan izuzetak je cink visoke čistoće (99,999%), koji ne reagira sa kiselinama. Cink u svojim spojevima se javlja gotovo isključivo sa oksidacijskim brojem +II (dvovalentan).

Hemijski, cink se ubraja u neplemenite metale (redoks potencijal -0,763 volta). Ovo se može iskoristiti naprimjer, da bi se plemeniti i drugi metali izdvojili u elementarnom stanju iz svojih soli putem redukcije, kao što je ova zamjena bakra cinkom iz soli bakra:

\mathrm{Cu^{2+} + \ Zn \rightarrow Cu\downarrow + \ Zn^{2+}}

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Poznato je ukupno 29 izotopa cinka od 54Zn do 83Zn te još daljnjih deset jezgrenih izomera.[14] Od njih, pet izotopa je stabilno 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn i 70Zn i mogu se naći u prirodi. Ne postoje prirodni radioaktivni izotopi cinka. Najčešći izotop je 64Zn sa 48,63% udjela u prirodnom odnosu izotopa. Nakon njega slijede 66Zn sa 27,90 %, 68Zn sa 18,75 %, 67Zn sa 4,10 %, i kao najrjeđi prirodni izotop je 70Zn sa udjelom 0,62 %.[14] Najstabilniji vještački izotop je beta i gama radijacijski izotop 65Zn sa vremenom poluraspada od 244 dana. Ovaj i jezgreni izomer 69m služe kao sredstvo za praćenje u nuklearnoj medicini. Kao jedini prirodni izotop 67Zn se može dokazati putem NMR spektroskopije.

Primjena[uredi | uredi izvor]

Osnovne primjene cinka uključuju (procenti su dati za SAD u 2006. godini)[15]

  1. galvanizaciju (55%)
  2. legure (21%)
  3. mesing i bronzu (16%)
  4. ostala primjena (8%)

U 2006. godiini u svijetu je potrošeno preko 11 miliona tona cinka.[16]

Antikorozivna zaštita i baterije[uredi | uredi izvor]

Galvanizirana pocinčana kristalna površina željeznog predmeta

Metal cink je najčešće korišteno antikorozivno sredstvo.[2] Galvanizacija, proces kojim se željezo ili čelik prekrivaju sredstvima da se zaštitili od korozije, je najčešći oblik primjene cinka u ovu svrhu. U SAD-u tokom 2009. godine, 55% cjelokupne proizvodnje odnosno oko 893 hiljade tona cinka je upotrijebljeno za galvanizaciju.[15]

Cink je mnogo reaktivniji od željeza ili čelika te će on privlačiti gotovo svu lokalnu oksidaciju sve dok potpuno ne korodira.[17] Dok cink polahko korodira, formira se zaštitni sloj oksida i karbonata (Zn5(OH)6(CO3)2))[18] Ova zaštita traje čak i nakon što se sloj cink oguli ili odstrani, ali tokom vremena degradira jer cink nakon što korodira otpada sa predmeta.[18] Cink se primjenjuje elektrohemijski ili kao istopljeni cink u koji se vrućom galvanizacijom uranja željezni ili čelični predmet koji se želi zaštititi. Također, postoji i sprej koji sadrži cink za antikorozivnu zaštitu. Galvanizacijom se zaštičavaju ograde, čelični mostovi, stubovi javne rasvjete, dijelovi automobila, stubovi dalekovoda i slično.[5]

Legure[uredi | uredi izvor]

Široko korištena legura koja sadrži cink je mesing, koja sadrži bakar legiran sa cinkom u količini od 3% do 45% cinka, u zavisnosti od način i svrhe upotrebe mesinga.[18] Mesing je općenito snažniji i duktilniji od bakra i ima mnogo veću otpornost prema koroziji.[18] Ove osobine čine mesing korisnim za upotrebu za dijelove komunikacijske opreme, hardver, muzičke instrumente i ventile za vodu.[18]

Jedinjenja[uredi | uredi izvor]

Biološki značaj[uredi | uredi izvor]

Cink je nezamjenjivi mikroelement, neophodan za rast biljaka[19], životinja[20] i mikroorganizama.[21] Cink je pronađen u gotovo 100 određenih enzima[22], dok se u drugim izvorima spominje i 300 enzima. U njima, cink služi kao strukuralni ion u transkripcijskim faktorima, a skladišti se i prebacuje u metalotioneinima. On je tipični drugi po rasprostranjenosti tranzicijski metal u organizmima odmah poslije željeza a jedini je metal koji se pojavljuje u svim klasama enzima.[19]

Između ostalog ima udjela i u: mineralizaciji kostiju, sintezi bjelančevina, zarastanju rana, utiče na rad imunološkog sistema, pravilnu raspodjelu insulina i štednju holesterola i vitamina A. Ima udjela i u regulaciji krvnog pritiska i srčanog ritma. Dnevno ga je potrebno unositi u količini od minimum 5 miligrama, a preporučuje se oko 15-20 miligrama. Nedostatak cinka uzrokuje: malokrvnost, usporavanje tempa rasta, sporo zarastanje rana, zapaljenja kože, itd. Nedostatak cinka kod djece izaziva niži rast i lošije umno razviće.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ a b c d N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. izd., VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, str. 1545.
  3. ^ Cink
  4. ^ NZZ online – Rana proizvodnja mesinga u Indiji
  5. ^ a b c Emsley, John (2001). "Zinc". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. str. 499–505. ISBN 0-19-850340-7.
  6. ^ a b Comyns, Alan E. (2007). Encyclopedic Dictionary of Named Processes in Chemical Technology, 3rd, CRC Press ISBN 0-8493-9163-6.
  7. ^ Jenkins, Rhys (1945–7). "The Zinc Industry in England: the early years up to 1850". Transactions of the Newcomen Society 25: 41–52.
  8. ^ MinDat - Localities for Zinc (eng.)
  9. ^ Webmineral - Mineral Species containing Zinc (Zn)
  10. ^ a b usgs mineral resources.
  11. ^ Proizvodnja cinka u 2009. godini
  12. ^ a b c Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. izdanje, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
  13. ^ Römpp CD 2006, Georg Thieme Verlag 2006.
  14. ^ a b G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The Nubase evaluation of nuclear and decay properties.
  15. ^ a b Zinc: World Mine Production (zinc content of concentrate) by Country. Učitano: 6.6.2010.
  16. ^ International Lead and Zinc Study Group.
  17. ^ Stwertka, Albert (1998). "Zinc". Guide to the Elements (rev. izd.). Oxford University Press. ISBN 0-19-508083-1
  18. ^ a b c d e Lehto, R. S. (1968). "Zinc". u Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. str. 822–830. ISBN 0-442-15598-0
  19. ^ a b Broadley, M. R., White, P. J.; Hammond, J. P.; Zelko I.; Lux A. (2007). "Zinc in plants". New Phytologist 173 (4): 677–702.
  20. ^ Prasad A. S. (2008). "Zinc in Human Health: Effect of Zinc on Immune Cells". Mol. Med. 14 (5–6): 353–7.
  21. ^ Uloga cinka u mikroorganizmima se djelimično može vidjeti u: Sugarman B (1983). "Zinc and infection". Review of Infectious Diseases 5 (1): 137–47.
  22. ^ United States National Research Council, Institute of Medicine. (2000). Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc, 442–455, National Academies Press.
Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: