Cink

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

Cink je plavo-bijeli lomljiv i krhak 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 nastalo je od riječi zind ili zinke u značenju "zub, nazubljen", a potječe od nazubljenih metalnih kristala cinka.

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

 Historija 
mini|lijevo|200px|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 u Evropu je donesen tek krajem 16. stoljeća. Već 1679. kod njemačkog grada Kassela otvara se prva radionica za proizvodnju mesinga.
Smatra se da je flamanski metalurg P. M. de Respour prvi ekstrahirao metalni cink iz cink-oksida 1668. Već početkom 18. stoljeća Étienne François Geoffroy opisuje kako se cink-oksid kondenzira u žute kristale na željeznim šipkama koje su stavljene iznad cinkove rude pri topljenju. U Britaniji, metalurg John Lane izveo je eksperiment da istopi cink, prije nego što je bankrotirao 1726. Godine 1738. britanski metalurg William Champion patentirao je proces ekstrakcije cinka iz kalamina u vertikalnoj topionici. Njegova tehnologija donekle je slična onoj koju su koristili u cinkovim rudnicima Zawar u Rajasthanu, međutim, nema dokaza da je on posjetio Indiju. Championov proces bio je u upotrebi sve do 1851.

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

 Hemijske 
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 slično). 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 +2 (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:

 Izotopi 
Poznato je ukupno 29 izotopa cinka od 54Zn do 83Zn te još daljnjih deset nuklearnih izomera. 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 %. Najstabilniji vještački izotop je beta i gama radijacijski izotop 65Zn sa vremenom poluraspada od 244 dana. Ovaj i nuklearni izomer 69m služe kao sredstvo za praćenje (traser) u nuklearnoj medicini. Kao jedini prirodni izotop 67Zn se može dokazati putem NMR spektroskopije.

 Rasprostranjenost 
Cink sa zastupljenošću na Zemlji od 0,0076 % (odnosno 76 ppm) u Zemljinoj kori je relativno čest element. Po zastupljenosti je na 24. mjestu 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.

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.

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 

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. U 2009. godini, prema podacima Američkog geološkog instituta proizvedeno je 11,2 miliona tona cinka. 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. Rang Država Tona 1  3.500.000 2  1.520.000 3  1.450.000 4  750.000 5  720.000 6  670.000

 Dobijanje 
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.

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

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. Pri tome se cink-oksid miješa sa fino samljevenim ugljem i zagrijava u posebnim pećima za topljenje na oko 1100–1300 °C. 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:

Redukcija cinka

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.

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.

 Upotreba 
Osnovne primjene cinka uključuju (procenti su dati za SAD u 2006. godini)
 galvanizaciju (55%)
 legure (21%)
 mesing i bronzu (16%)
 ostala primjena (8%)
U 2006. godiini u svijetu je potrošeno preko 11 miliona tona cinka.

Antikorozivna zaštita i baterije
Metal cink je najčešće korišteno antikorozivno sredstvo. 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.

Cink je mnogo reaktivniji od željeza ili čelika te će on privlačiti gotovo svu lokalnu oksidaciju sve dok potpuno ne korodira. Dok cink polahko korodira, formira se zaštitni sloj oksida i karbonata () 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. 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.

Legure
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. Mesing je općenito snažniji i duktilniji od bakra i ima mnogo veću otpornost prema koroziji. Ove osobine čine mesing korisnim za upotrebu za dijelove komunikacijske opreme, hardver, muzičke instrumente i ventile za vodu.

 Spojevi 
 Dietil-cink
 Zamak
 Cink-acetat (Zn(CH3COO)2)
 Cink-hlorid (ZnCl2)
 Cink-oksid (ZnO)
 Cink-sulfid (ZnS)
 Cink-stearat (Zn(C18H35O2)2)
 Cink-karbonat

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

Između ostalog ima udjela i u: mineralizaciji kostiju, sintezi bjelančevina, zarastanju rana, utiče na rad imunološkog sistema, pravilnu raspodjelu inzulina i štednju holesterola i vitamina A. Ima udjela i u regulaciji krvnog pritiska i srčanog ritma. Prema podacima Svjetske zdravstvene organizacije, preporučena dnevna količina cinka za odrasle muškarce iznosi 15 mg, za žene 12 mg, za predpubertetsku djecu 10 mg a za dojenčad 5 mg. U Sjedinjenim Američkim Državama unos cinka putem hrane iznosi 9 mg/dnevno za žene i 14 mg/dnevno za muškarce. Dugotrajno veće unošenje cinka u organizam može dovesti do nedostatka bakra i smetnji u proizvodnji krvi. 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 

 Vanjski linkovi 

 Cink, britannica.com


Kategorija:Hemijski elementi
Kategorija:Prijelazni metali
Kategorija:Dijetetski minerali
Kategorija:Minerali samorodnih elemenata
Kategorija:Pirotehnička goriva
Kategorija:Reducensi
Kategorija:Alhemijske supstance