Sinkki

Fysikaaliset ominaisuudet

Kiinteänä sinkki on kiiltävää ja sinertävän valkoista. Huoneenlämmössä sinkki on haurasta ja kiteistä, mutta yli 100 °C:ssa se muuttuu taipuisaksi ja muotoiltavaksi. Yli 210 °C:ssa sinkki muuttuu pulverimaiseksi ja heikoksi, mutta korkeammassa lämpötilassa siitä tulee jälleen taipuisaa. Sinkin pinnalle muodostuu ohut karbonaattikerros, joka tekee sen melko taipumattomaksi, kun se reagoi ilman hiilidioksidin ja veden kanssa. Sinkki on melko pehmeää, ja sen kovuus Mohsin asteikolla on 2,5. Sen kiderakenne on heksagonaalinen. Sinkin sulamispiste on noin 420 °C ja kiehumispiste 908 °C. Sinkki palaa sinivihreällä liekillä.

Haitallisuus

Sinkkijauhe on helposti syttyvää, ja se reagoi kiivaasti veden, happojen sekä emästen kanssa, jolloin syntyy syttyvää vetykaasua. Sinkkijauhe saattaa sisältää myös pieniä määriä arseenia, joten myrkyllisten arseenikaasujen muodostuminen on mahdollista. Sinkistä syntyvät kaasut saattavat aiheuttaa metallikuumeen. Sinkki itsessään ei ole myrkyllistä, pieninä määrinä se on jopa välttämätön hivenaine, mutta yliannostus sinkkiä voi aiheuttaa pahoinvointia. Vapaana ionina sinkki on erittäin myrkyllistä kasveille, selkärangattomille ja kaloille. Liiallinen sinkki muuttaa kuparin ja raudan imeytymistä erityisesti lihassoluissa. Sinkki reagoi vatsahappojen kanssa muodostaen sinkkikloridia, joka voi tuhota vatsaa. Krooninen altistuminen sinkille aiheuttaa anemiaa, väsymystä sekä HDL:n laskua. Sinkin yliannostusta voi hoitaa veden ja maidon avulla sekä vatsalääkkein.

Historia

Sinkin yhdisteitä ja metalliseoksia kuparin kanssa tunnetaan ainakin 3 000 vuoden takaa. Erityisen käytettyjä olivat messinkiset astiat. 1200-luvulla Intiassa sinkki tunnistettiin omaksi metalliksi, kun intialaiset kuumensivat sinkkimalmia suljetussa astiassa. Sinkki sublimoituu helposti, mutta se härmistyy astian reunoille, josta se on helposti irrotettavissa. Tämä tapa levisi ensin Kiinaan ja sieltä Eurooppaan. Kiinassa Ming-dynastian aikana (1368–1644) oli käytössä sinkkisiä kolikoita. 1500-luvun alussa Paracelsus kirjoitti joistakin sinkin ominaisuuksista kuitenkaan tietämättä, mitä hänen tutkimansa metalli oli. 1700-luvulla Euroopassa aloitettiin Bristolin alueella sinkin valmistus, mistä se levisi Sisiliaan ja Belgiaan. Sinkki tunnistettiin 1746, kun saksalainen kemisti Andreas Marggraf lämmitti hemimorfiitin (sinkki- ja rautaoksidin seos) ja hiilen seosta ilman kuparia, jolloin hän sai metallista sinkkiä. Sana sinkki tulee saksan kielen sanasta zinke, zin tai zink, joiden alkuperä on persian kielen sanassa sing.

Esiintyminen ja erotus

Sinkkiä esiintyy muun muassa sulfidimineraaleissa, sinkkivälkkeessä, hemimorfiitissa, willemiitissä ja sinkkisälvässä. Tärkein lähde on sinkkivälke. Sinkkiä esiintyy eri puolilla maapalloa melko paljon, noin 0,02 % kaikista alkuaineista. Sinkkiä tuotetaan maailmassa noin seitsemän miljoonaa tonnia vuosittain. Sinkki on suhteellisen halpaa: 100 grammaa puhdasta sinkkiä maksaa noin 3,7 euroa. Suurin osa sinkistä tuotetaan Kanadassa, Australiassa ja Kiinassa. Muita merkittäviä tuottajia ovat Venäjä, Yhdysvallat, Peru ja Meksiko. Suomessa sinkkiä tuottaa Kokkolassa toimiva Boliden Kokkola Oy, joka on Euroopan toiseksi suurin sinkkitehdas.
Sulfidimineraaleista sinkki muutetaan ensin sinkkioksidiksi (ZnO). Tämän jälkeen se sekoitetaan hiilen kanssa ja kuumennetaan 1 200 °C:seen. Sinkki sublimoituu kaasuksi, jolloin se kulkeutuu pois reaktioastiasta, minkä jälkeen se kerätään. Tämä voidaan myös tehdä siten, että mineraali kuumennetaan ilman kanssa, jolloin rikin oksidit saadaan poistettua seoksesta. Rikkidioksidi voidaan myöhemmin muuttaa rikkihapoksi. Tällöin syntyy sinkkisulfaattia (ZnSO₄), joka erotetaan elektrolyyttisesti. Toisessa vaihtoehdossa mineraali ensin jauhetaan pieneksi, minkä jälkeen hydrofobinen ja hydrofiilinen aines erotellaan toisistaan, minkä jälkeen sinkki suodatetaan ja kuumennetaan. Tämän jälkeen se uutetaan ja jälleen suodatetaan. Saadusta liuoksesta voidaan sinkki erottaa elektrolyyttisesti. Valmistamisen ongelma on, että kaasumainen sinkki reagoi ilman hapen kanssa muodostaen sinkkioksidia. Ongelma on ratkaistu lyijyllä, joka nopeuttaa sinkin kiinteytymistä huomattavasti, jolloin sinkin hapettuminen jää minimaaliseksi. Puhtausprosentiksi voidaan saada jopa 99,99 %.

Ongelmat ja ympäristövaikutukset

Sinkin tarve kasvaa koko ajan. Sinkkiä joutuu ajoittain jätevesien kautta vesistöihin, joissa se kertyy mutaan ja rantapenkkoihin. Muita sinkin lähteitä ekosysteemeihin ovat muun muassa sinkityt putket, moottoriöljy sekä hyönteismyrkyt. Sinkki lisää veden happamuutta. Sinkki myös kertyy kaloihin ja myöhemmin rikastuu ravintoketjussa. Jos sinkkiä kertyy maaperään, se rikastuu eläimissä, mikä on haitallista niiden terveydelle. Myöskään kasvit eivät kestä liikaa sinkkiä. Turvallisen sinkkipitoisuuden raja-arvoksi vedessä on määritelty 2 mg/l. Tällöin sinkki saattaa aiheuttaa veden maun huononemista. Sinkki-ioni ei ole itsessään pienissä määrissä myrkyllinen, mutta jotkin sinkin yhdisteistä, kuten sinkkisyanidi ja -arsenidi, ovat erittäin myrkyllisiä. Sinkin määrää vesistöissä on pystytty laskemaan tuntuvasti viime vuosikymmeninä. Tunnettu sinkistä saastunut joki on Rein, mutta sen sinkkimäärät on saatu laskemaan suositeltuihin arvoihin. Sinkki voidaan puhdistaa vesistöissä muun muassa aktiivihiilen, hyydyttämisen tai ioninvaihdon avulla.

Käyttö

Sinkki on maailman neljänneksi käytetyin metalli raudan, alumiinin ja kuparin jälkeen. Yli puolet tuotetusta sinkkimetallista käytetään kuumasinkitykseen ja galvanointiin, eli sillä päällystetään terästä, esimerkiksi nauloja. Galvanoidussa (sähkösinkitys) metallissa sinkki toimii niin sanottuna uhrianodina eli se hapettuu pinnoitetun metallin sijaan, jolloin esimerkiksi teräksen tapauksessa vältytään ruostumiselta. Sinkkiä käytetään muutenkin rakentamisessa, erityisesti katoissa ja sadevesikouruissa käytetään sinkittyä peltiä. Ilman vesi ja hiilidioksidi muodostavat sinkin pinnalle sinkkikarbonaattia, joka suojaa muuta metallia. Sinkkiä ei voida käyttää esimerkiksi ruokatölkkien päällystämiseen, sillä ruoissa olevat hapot liuottavat sitä. Sinkkiä käytetään myös painevaluissa, jolloin sulaa sinkkiä laitetaan rautaiseen muottiin, johon se jähmettyy. Painevalettuja osia käytetään muun muassa autoissa. Sinkkiä käytetään myös muun muassa kolikoissa. Sinkkiä voidaan käyttää myös mm. hyönteismyrkyissä. Sinkkiä käytetään alkaliparistoissa anodina. Paristoissa sinkin kanssa käytetään yleensä mangaanidioksidia, elohopeaoksidia ja ammoniumkloridia.
Sinkkiä käytetään myös useissa metalliseoksissa, kuten pronssissa, messingissä ja uushopeassa. Sinkkiä voidaan käyttää metalliseoksissa, kunhan seosten ei tarvitse olla erityisen vahvoja. Messinkiä käytetään soittimissa, koruissa ja monenlaisissa koriste-esineissä.
Sinkkiä voidaan käyttää vapauttamaan vetyä epäorgaanisista hapoista (kuten suola- ja typpihaposta). Syntetiikassa sinkkiä käytetään ketonien valmistamisessa, karbonyyliyhdisteiden reaktioissa ja kytkentäreaktioissa. Sinkki toimii tällöin katalyyttinä. Sinkkikloridia voidaan käyttää dehydrauksessa ja katalyyttinä. Sinkin isotooppia ⁶⁵Zn voidaan käyttää lauhdevesissä.
Sinkin yhdisteillä on monia käyttötarkoituksia. Sinkkikloridia voidaan käyttää puun kyllästämiseen, tekstiilien värjäämiseen, liimoihin, sementtiin ja metallisulatteissa. Sinkkisulfidia käytetään televisioissa ja röntgenlaitteissa. Sitä käytettiin aiemmin myös lasten lelujen värjäyksessä, kunnes se todettiin haitalliseksi. Sinkin arseeniyhdisteitä käytetään hyönteismyrkyissä. Sinkkiyhdisteitä voidaan käyttää myös muun muassa väriaineina ja muina pigmentteinä, veden pehmennyksessä ja veden puhdistuksessa. Sinkkioksidia voidaan käyttää kumiteollisuudessa vulkanoinnissa. Sitä käytetään myös lasien vahvennuksessa, maaleissa sekä lääkkeissä.

Sinkki ravitsemuksessa

Eliöt tarvitsevat sinkkiä useiden entsyymien rakennusosaksi sekä DNA:n valmistamisessa. Nämä entsyymit tyypillisesti säätelevät ihmisen kehitystä ja hedelmällisyyttä. Esimerkiksi hiilihappoanhydraasi, joka vaikuttaa hiilidioksidin kulkeutumiseen veressä, vaatii sinkkiä toimiakseen. On arvioitu, että sinkki on noin kolmentuhannen proteiinin rakennusosa. Muun muassa sylkirauhasesta, eturauhasesta ja immuunijärjestelmästä on löydetty sinkkiä. Sinkin puute, erityisesti lapsilla, vaikuttaa aivojen kehittymiseen.
Sinkkiä on erityisen runsaasti vehnänalkioissa, siemenissä, maksassa, monissa pähkinöissä ja useimmissa juustoissa. Myös liha, kala, kananmunat ja täysjyvävilja, etenkin leseet, ovat hyviä sinkin lähteitä. Sinkkiä sisältävät kasvikunnan tuotteet sisältävät kuitenkin usein sinkin ja raudan imeytymistä heikentävää fytaattia. Sinkin imeytymistä voi edistää kasviperäisten ruoka-aineiden liottamisella ja idättämisellä sekä leipätaikinan nostattamisella hiivan avulla. 
Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan aikuisten tulisi saada sinkkiä 1,1 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli aikuisilla naisilla noin 7 mg/vrk ja miehillä 9 mg/vrk. Raskaana olevilla (9 mg/vrk) ja imettävillä naisilla (11 mg/vrk) tarve on suurempi. Lapsilla ja nuorilla suositus vaihtelee iän mukaa, ja suurin tarve on kasvuikäisillä pojilla, jotka tarvitsevat 11–12 mg/vrk.
Suomessa ei esiinny sinkin puutetta tavallista ruokavaliota noudattavilla, mutta laihduttajat ja vegaanit ovat riskiryhmiä. Vegaaniruokavaliossa saantisuositus on 25–30 % muita suurempi. Tämä johtuu siitä, että eläinperäinen proteiini parantaa sinkin hyväksikäyttöä ja viljavalmisteiden fytiinihappo heikentää sitä. 
Suomalaiset saavat sinkkiä keskimäärin: naiset 10,0 mg/vrk (1,5 mg/MJ) ja miehet 13,6 mg/vrk (1,5 mg/MJ). Suomalaisten kolme tärkeintä sinkin lähdettä ovat viljat, liha ja maito.
Suosituksiin verrattuna sinkkiä saadaan ravinnosta riittävästi. Kun myös ravintoainevalmisteista saatava sinkki otetaan huomioon, muutamalla prosentilla väestöstä saanti kuitenkin ylittää suurimman hyväksyttävän päiväsaannin, joka on aikuiselle 25 mg/vrk.