Sink

Sink
   

30		 Zn
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   

kobber ← sink → gallium

Utseende
blågrå metall
Spektral linje
Generelt
Navn, symbol, atomnummersink, Zn, 30
Serieovergangsmetaller
Gruppe , punktum , blokk12 , 4 , d
Tetthet7 140 kg / m³
Hardhet2.5
Elektronisk konfigurasjon
Spektroskopisk begrep1 S 0
Atomiske egenskaper
Atomvekt65 409  u
Atomradius (kalkulert)135 (142)  pm
Kovalent radius131 pm
Van der Waals radius139 pm
Elektronisk konfigurasjon[ Ar ] 3d 10 4s 2
og - etter energinivå2, 8, 18, 2
Oksydasjonstilstander2 (amfoterisk)
Krystallinsk struktursekskantet
Fysiske egenskaper
Når det gjelderfast
Fusjonspunkt692,68  K (419,53  °C )
Kokepunkt1 180 K (910 °C)
Molar volum9,16 × 10 −6  m³ / mol
Entalpi av fordampning115,3  kJ/mol
Fusjonsvarme7,322 kJ/mol
Damptrykk192,2  Pa ved 692,73 K.
Lydens hastighet3 700  m/s ved 293,15 K.
Andre eiendommer
CAS-nummer7440-66-6
Elektronegativitet1,65 ( Pauling-skala )
Spesifikk varme390 J / (kg K)
Elektrisk ledningsevne16,6 × 10 6 / (m Ω )
Termisk ledningsevne116 W / (m K)
Energi fra første ionisering906,4 kJ/mol
Andre ioniseringsenergi1 733,3 kJ/mol
Tredje ioniseringsenergi3 833 kJ / mol
Energi av fjerde ionisering5 731 kJ/mol
Mer stabile isotoper
isoNATDDMDEDP
64 Zn48,6 % >2,3 × 10 18 årβ + β +1 09664 Ni
65 Znsyntetisk 244,26 dagerε1.35265 Cu
66 Zn27,9 % Zn er stabil med 36 nøytroner
67 Zn4,1 % Zn er stabil med 37 nøytroner
68 Zn18,8 % Zn er stabil med 38 nøytroner
70 Zn0,6 % >1,3 × 10 16 årβ - β -0,99870 Ge
72 Znsyntetisk 46,5 timerβ0,45872 Ga
iso: isotop
NA: overflod i naturen
TD: halveringstid
DM: forfallsmodus
DE: forfallsenergi i MeV
DP: forfallsprodukt

Sink er det kjemiske elementet med atomnummer 30 og symbolet er Zn .Det er det første elementet i gruppe 12 i det periodiske systemet , som utgjør en del av blokk d , og er derfor et overgangselement .På grunn av sin affinitet for svovel og homologer er den klassifisert blant de "kalkofile" metallene. [1] I metallisk tilstand viser den en sølvgrå glans med en lett blå fargetone. [2] [3]

Sink er fast ved romtemperatur . Det er et moderat reaktivt metall , som kombineres med oksygen og andre ikke-metaller ; reagerer med fortynnede syrer for å generere hydrogen . Den praktisk talt eksklusive oksidasjonstilstanden til sink er +2. Den har lignende egenskaper som magnesium , men mindre reaktivitet.

I nærvær av dithizon antar den en intens rød farge. Sink er et essensielt sporelement, tilstede i kroppen i større mengder enn noe annet sporelement enn jern .

Historie

Sinklegeringer har blitt brukt i århundrer: Messing utvilsomt den eldste, og av denne legeringen er funnet i Palestina fra 1400 til 1000På grunn av det lave kokepunktet og den kjemiske reaktiviteten til dette metallet (ren sink har en tendens til å fordampe i stedet for å samle seg i flytende form) ble den sanne metalliske naturen til dette elementet ikke anerkjent av de gamle.

Fremstillingen av messing var kjent for romerne rundt 30 e.Kr., med en teknikk som innebar oppvarming av kobber og kalamin i en digel. Varmen reduserte sinkoksydene til kalaminet, og den frie sinken ble fanget opp av kobberet, og dannet messing, som deretter ble støpt i former eller smidd.

Utvinning og bruk av urene former for sink ble praktisert så tidlig som 1000 f.Kr. i Kina og India ; på slutten av det fjortende århundre var hinduene klar over eksistensen av sink som et metall i seg selv, forskjellig fra de syv metallene som var kjent for de gamle. I Vesten ser det ut til at oppdagelsen av ren metallisk sink skyldes tyskeren Andreas Marggraf , i 1746, selv om hele historien har noen fiktive sider.

Beskrivelser av hvordan man får tak i messing finnes i Vest-Europa i skriftene til Albert den store (ca. 1248), og på 1500-tallet spredte kunnskap og bruk av det nye metallet seg vidt. I 1546 observerte Agricola at i ovnene der sinkbrød hadde blitt smeltet kondenserte et hvitt metall på veggene som kunne gjenvinnes ved å skrape det av; i notatene sine la han til at et veldig lignende metall, kalt sincum , ble tilberedt i Schlesia. Paracelsus (død 1541) var den første i Vesten som la merke til at sincum faktisk var et nytt metall og at det hadde et sett med kjemiske egenskaper atskilt fra de andre kjente metallene. Så sink var allerede kjent da Marggraf gjorde sin oppdagelse, og faktisk hadde sink allerede blitt isolert to år tidligere av en annen kjemiker, Anton von Swab. Kvaliteten og den metodiske nøyaktigheten til hans uttømmende beretninger var imidlertid slik at han kunne sementere hans berømmelse som en oppdager av sink.

Før oppdagelsen av sinksulfidflotasjonsteknikken var kalamin hovedkilden til metallisk sink.

Funksjoner

I luften blir sink dekket med en patina som beskytter de underliggende lagene. Den mekaniske motstanden er lav og hardheten lavere enn for kobber.

Tilgjengelighet

Sink er det tjuetredje vanligste grunnstoffet i jordskorpen ; de mest utnyttede sinkforekomstene inneholder vanligvis 10 % jern og 40 % -50 % sink. Mineralene som sink utvinnes fra er sfaleritt (eller blende), smithsonite , calamin og franklinite .

Det er sinkgruver over hele verden og de største produsentene er Australia , Canada , Kina , Peru og USA . I Europa er de to viktigste gruvene Vieille Montagne i Belgia og Zinkgruvan i Sverige .

Store sinkprodusenter i 2019 [4]
Stilling Landsby Produksjon (tonn)
1  Kina 4 210 000
2  Peru 1 400 000
3  Australia 1 330 000
4  forente stater 753 000
5  India 720 000
6  Mexico 677 000
7  Bolivia 520 000
8  Canada 336 000
9  Kasakhstan 304 000
10  Russland 260 000
11  Sverige 245 000
12  Brasil 163 000 [5]

Ekstraksjon

Sink er det fjerde vanligste metallet i teknologisk bruk etter jern , aluminium og kobber , per tonn metall produsert årlig.

Sinkekstraksjonen utføres i henhold til to forskjellige prosedyrer: ved termisk eller elektrolytisk metode.

Termisk rute

Sinkmineraler oksideres med luft , i henhold til reaksjonen:

2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2

sinkoksidene reduseres deretter termisk, i henhold til reaksjonen:

2 ZnO → 2 Zn + O 2

På denne måten produseres metallisk sink i dampfasen ; for deretter å kondensere det er det nødvendig å ekstrahere det sammen med blyet , som hindrer reaksjonen i å gå tilbake mot sinkoksydet; blyet og sinken separeres deretter i en destillasjonskolonne som arbeider ved en temperatur på ca750  ° C i silisiumkarbid , hvorfra nesten ren sink og bly oppnås i smeltet tilstand.

Via elektrolytt

Sinkoksid utlutes med svovelsyre i henhold til reaksjonen:

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + 2 H +

og sendt til en elektrolysecelle som inneholder en sinksulfatløsning som en elektrolytt ; anoden består av en blyplate, mens katoden består av en ren sinkplate; den generelle reaksjonen er:

ZnSO 4 + H 2 O → Zn + H 2 SO 4 + 1/2 O 2

oppnå rene sinkkatoder.

Sink i naturen er sammensatt av 5 isotoper : 64 Zn (den vanligste, 48,6%), 66 Zn (27,73%), 67 Zn (4,04%), 68 Zn (18,45%) og 70 Zn (0,61%). [6]

Isotopene 66 Zn, 67 Zn og 68 Zn er stabile, mens 64 Zn og 70 Zn har halveringstider (henholdsvis estimert i2,3 × 10 18 og1,3 × 10 16 år) mye høyere enn universets estimerte alder , i størrelsesorden 10 10 år, og dette betyr at radioaktiviteten deres er så redusert at den er ubetydelig og gjør at de i praksis kan anses som stabile. Zn-64 isotopen er utsatt for forfall ved dobbel elektronfangst som transformeres til Ni-64, som er stabilt. [7] Isotopen Zn-70 er i stedet utsatt for det dobbelte henfallet β- , og transformerer seg til Ge -70, som er stabilt. [8]

Ytterligere 22 radioisotoper ble syntetisert og studert , hvorav den mest stabile er 65 Zn med en halveringstid på 244,26 dager, som forfaller ved elektronfangst ved 65 Cu, stabil. Blant annet er det 63 Zn isotopen, med en halveringstid på 38,47 minutter, som forfaller ved positronemisjon (β +) og elektronfangst ved 63 Cu, stabil, og 72 Zn isotopen med en halveringstid på 46, 5 timer, som forfaller β- til 72 Ga, som deretter avbrytes i sin tur β- til 72 Ge, stabil. Alle andre isotoper er radioaktive med halveringstider på mindre enn 14 timer og de fleste har halveringstider på mindre enn ett sekund. Det er også 4 metastabile tilstander for sink .

Isotopen 54 Zn, med en halveringstid på bare 1,59 millisekunder, forfaller for 92 % med dobbel protonemisjon [9] (transformeres til 54 Ni ), en ekstremt sjelden forfallsmåte, [10] bare mulig i atomkjerner som er sterkt mangelfulle i nøytroner og med et jevnt antall protoner. En annen atomkjerne som viser dette fenomenet er 45 Fe . [11]

Forbindelser

Applikasjoner

Industriell metallurgi

Beskyttende belegg

Sink brukes vanligvis til å belegge metallstykker for å beskytte dem mot korrosjon; dette belegget kan gjøres ved å:

Dette belegget, kalt galvanisering , er veldig sammenhengende, men tykkelsen er høy og ujevn; videre kan temperaturen til smeltebadet indusere varmebehandlinger i stykket som skal belegges. Det endelige kornet er veldig grovt, synlig selv for det blotte øye.

Gjennom galvanisering oppnås svært homogene og små tykkelser, selv på stykker med kompleks form; videre er det krystallinske kornet svært lite og fører til en estetisk tiltalende overflateglans; temperaturen på løsningen er også ganske lav (maksimalt 80 ° C) og kan ikke indusere varmebehandlinger i delene som skal belegges; imidlertid må man være oppmerksom på de mulige kanteffektene som genereres av asymmetrier i stykket som skal belegges.

Stykket som skal belegges må på forhånd være børstet, avfettet, renset for eventuell overflateoksidasjon ved beising for å sikre maksimal vedheft til sinkbelegget, hvis funksjon er å beskytte mot korrosjon, gjennom:

Superplastisk sink

For en sinklegering med 21-23% aluminium og 0,4-0,6% kobber, kan vi oppnå superplastisk oppførsel, lik smeltet glass eller gummi, gjennom en solubiliseringsbehandling ved en temperatur mellom 275 og 375 °C etterfulgt av bråkjøling og aldring ved en temperatur under 275 ° C: det dannes et veldig fint krystallinsk korn som gir legeringen superplastiske egenskaper; hvis temperaturen på 275 ° C overskrides, mister legeringen alle sine superplastiske egenskaper;

Støperilegeringer

De er vanligvis sink-aluminiumslegeringer med mindre enn 5 % aluminium; det gir legeringen en bedre motstand mot korrosjon, bortsett fra i reduserende miljøer, og mekaniske egenskaper som er bedre enn ren sink. Dendritiske strukturer dannes under størkning, lett følsomme for termisk stress og spenning; utglødningsbehandlinger vil også være nødvendig for stykker oppnådd i formstøping.

Sinkmynt

Sink har blitt brukt i århundrer i mynter for å lage legeringer, men øyeblikket med størst spredning var krigsperioden på 1900-tallet. Under første verdenskrig med mangel på metaller for krigsbruk, erstattet noen land kobber-, bronse- og sølvmynter med aluminiums- og/eller sinkmynter. En av de første nasjonene som tok i bruk sinkmynt var Tyskland som tok i bruk sink i 1916 for den mindre mynten som er 10 Pfennig . Men Belgia og Luxembourg erstattet også sine kobbercent med sinkmynter under den tyske okkupasjonsperioden i første verdenskrig 1915-1918 .

Selv i etterkrigstiden fortsatte Tyskland å produsere sinkmynter / tokens kalt Notgelds , og samtidig ble myntene til Fribyen Gdansk , samt de fra Polen og Bulgaria også slått i sink. Under andre verdenskrig preget landene under III-rikets innflytelsessfære sinkmynter som Frankrike , spesielt under Vichy-republikken , Kroatia , Ungarn , Romania , Serbia , de franske koloniene Indokina , Libanon , Syria og Tunisia . Etter demonteringen av Tsjekkoslovakia opprettet Hitler en marionettstat Protektoratet Böhmen og Moravia hvis valuta ble preget utelukkende i sink og Slovakia som preget de 5 halierov-myntene i sink.

Selv land langt fra krigen, som Sveits og Bolivia , tilpasset sinkmynter . Senere også alle landene okkupert av Nazi-Tyskland: Belgia , Nederland , Danmark , Norge og til og med det fjerne Island . Andre medspillere brukte kort sinkmynter som den amerikanske " Lincoln "-centen i 1943 og Japans 1, 5 og10  ¥ men først i 1944 . Andre land har i nyere tid fortsatt å utstede sinkmynter som Peru , en av de største produsentene av metallet i verden, Albania , Østerrike og Danmark før euroen .

Biologisk betydning

Sink er et viktig element for livet til mennesker og høyerestående dyr: en sinkmangel påvirker kroppsvekst og vektøkning sterkt. Sink utgjør deler av proteiner med sinkfingre og enzymer med antioksidantvirkning som superoksiddismutase , eller med katalytiske funksjoner som karbonsyreanhydrase, alkoholdehydrogenase og melkesyredehydrogenase. I følge noen kilder kan det å ta sinktabletter gi deg en viss immunitet mot forkjølelse og influensa , men nøyaktigheten av denne informasjonen er kontroversiell. Videre er sink involvert i funksjonen til syn, lukt, berøring og hukommelse, og er ansvarlig for at disse fungerer godt, og en sinkmangel gir funksjonssvikt.

Hos menn er sink et viktig element for produksjonen av sæd : opptil 5 mg sink kan gå tapt i en enkelt utløsning. En sinkmangel kan føre til en reduksjon i antall sædceller i sæden, og omvendt kan svært hyppige ejakulasjoner forårsake sinkmangel.

Lave sinkreserver er ansvarlige for reduksjonen i sædvolum og testosteronnivå .

Studier fra University of Ohio [13] viser at sinkmangel hos mus drastisk økte nivået av betennelse og deretter in vitro på humane celler som senker nivåene av NF-κB-proteinet, en sentral faktor i immunresponsen: herfra, hypotesen om at sink fungerer som en immunmodulator. NF-KB-proteinet frakter sink inn i cellene i immunsystemet som reagerer først på infeksjoner.

Bivirkninger

Sink er nødvendig av de fleste metalloproteaser , som styrer tumorvaskularisering. En studie korrelerer overflødig sink med telomerasesyntese i kreftceller, noe som får svulster til å spre seg gjennom kroppen [14] .

Sink i mat

Matvarer som inneholder sink er mange, inkludert: østers, rødt og hvitt kjøtt, peanøtter, bønner, grovt brød, gresskarfrø og solsikkefrø .

Nedenfor er noen av de viktigste matvarene som inneholder mye sink (inneholdt i 100 g mat):

De anbefalte inntaksnivåene er:

Kobber motvirker sink. Kobber-sinkbalansen i vevene er viktig for ikke å føre til skjelettlidelser og ortopediske lidelser: det er kjent at latirisme, som tilsynelatende gir kobbermangel, forårsaker skoliose, spondylose og kyfoskoliose. Et relativt overskudd av sink sammenlignet med kobber reduserer kollagen-tverrbinding, noe som resulterer i leddbåndsløshet og leddustabilitet. I stedet reduserer overflødig kobber effekten av sink på proteinsyntesen, noe som resulterer i en mangel på normale proteiner.

Forholdsregler

Metallisk sink er ikke giftig, men det er et syndrom som kalles sinkfrysninger , som kan oppstå ved innånding av nydannet sinkoksid . Overdreven sinkinntak i kosten kan forårsake mangler på andre spormineraler.

En stor epidemiologisk studie av 47 000 menn fant en økning i prostatakreft for sinktilskudd, ikke kosttilskudd, tatt i doser på 100 mg/dag i lengre perioder (1 til 10 år), mer proporsjonalt med varigheten av inntaket enn til dosen [15] .
Dosen var mye høyere enn en voksens sinkbehov, som er beregnet til 0,1 mg/kg/dag. Sink stimulerer veksthormonet IGF1 og testosteron og blokkerer i høye doser selenets beskyttende rolle mot prostatakreft.
På samme måte er sink et kraftig stimulerende middel for immunresponsen, men i store doser svekker det det.

Litterære sitater

Merknader

  1. ^ NN Greenwood og A. Earnshaw, Chemistry of the Elements , 2. utgave, Butterworth-Heinemann, 1997, s. 1202, ISBN  0-7506-3365-4 .
  2. ^ NN Greenwood og A. Earnshaw, Chemistry of the Elements , 2. utgave, Butterworth-Heinemann, 1997, s. 1205, ISBN  0-7506-3365-4 .
  3. ^ Pradyot Patnaik, Handbook of InorganicChemicals , McGraw-Hill, 2003, s. 981 , ISBN  0-07-049439-8 .
  4. ^ USGS sinkproduksjonsstatistikk
  5. ^ Anuário Mineral Brasileiro
  6. ^ G. Audi, FG Kondev og Meng Wang, The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties , i Chinese Physics C , vol. 41, n. 3, 2017-03, s. 030001, DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 . Hentet 22. september 2022 .
  7. ^ DV Poda, dobbel beta-forfall av ^ {64,70} Zn og ^ {180,186} W isotoper , i arXiv: 1112.1007 [nucl-ex] , 5. desember 2011, DOI : 10.48550 / arxiv.1071 . Hentet 5. juni 2022 .
  8. ^ DV Poda, dobbel beta-forfall av ^ {64,70} Zn og ^ {180,186} W isotoper , i arXiv: 1112.1007 [nucl-ex] , 5. desember 2011, DOI : 10.48550 / arxiv.1071 . Hentet 22. september 2022 .
  9. ^ P. Ascher, L. Audirac og N. Adimi, Direct Observation of Two Protons in the Decay of Zn 54 , i Physical Review Letters , vol. 107, n. 10, 1. september 2011, s. 102502, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.107.102502 . Hentet 22. september 2022 .
  10. ^ DS Delion og SA Ghinescu , To-proton emission systematics , i Physical Review C , vol. 105, n. 3, 7. mars 2022, s. L031301, DOI : 10.1103 / PhysRevC.105.L031301 . Hentet 22. september 2022 .
  11. ^ ( FR ) B. Blank og G. Canchel, Dobbeltprotonradioaktiviteten . En ny måte å forfalle , i Reflets de la Physique , 2008. Hentet 22. september 2022 .
  12. ^ Guidausofarmaci.it .
  13. ^ Zink er en immunmodulator av NF-κB Pathway in Human Lung Epithelia , på atsjournals.org , Ohio State University Davis Hearth and Lung Research Institute og Ohio State University College of Pharmacy.
  14. ^ Modulering av telomeraseaktivitet med sink i humane prostata- og nyrekreftceller , Biochem Pharmacol. 15. februar 2000, 59 (4): 401-5
  15. ^ Leitzmann MF, et al. Bruk av sinktilskudd og risiko for prostatakreft , J Nat Cancer Instit 2003; 95: 1004-07, basert på forskningsdata fra Health Professionals Follow-up Study

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker