锌

锌（Zinc），是一种化学元素，化学符号为锌，原子序数为30，原子量为65.38u，属于过渡金属；锌由于形、色类似铅，故也称为亚铅，古称倭铅、白铅。锌在常温下为硬脆物质，且带有蓝银色光泽。锌为元素周期表第十二族中的第一个元素。在某些方面，锌的化学性质与镁相似：两者皆呈现单一氧化态 (+2)，且Zn2+和Mg2+离子大小相似。锌为地壳中含量第二十四多的元素，有五个稳定的同位素。最常见的含锌矿物为闪锌矿，是锌硫化物。最大可开采的矿脉位于澳洲、亚洲及美国。锌矿物利用泡沫浮选法精炼，并经过焙烧和电解提炼。

黄铜为依各种比例混合的铜及锌的合金，早在西元三千年前的爱琴海、伊拉克、阿拉伯联合酋长国、卡尔梅克、土库曼斯坦及格鲁吉亚，和西元两千年前的印度西部、乌兹别克斯坦、伊朗、叙利亚、伊拉克及以色列/巴勒斯坦就已经被人们利用。尽管人们在古代罗马跟希腊时就知道锌金属，但直到十二世纪时才在印度被大规模生产。借由拉贾斯坦邦的矿物我们获得确切的证据，将锌的生产回溯至公元前六世纪。迄今，最古老的纯锌来自拉贾斯坦邦的扎瓦尔，早在西元九世纪时便利用蒸馏法来生产纯锌了。炼金术士在空气中燃烧锌，用来产生氧化锌，他们称之为“白雪”。

此元素可能是由炼金术士帕拉塞尔苏斯经Zinke（叉、牙齿之意）所命名。纯金属锌在1746年被德国化学家马格拉夫发现。1800年时，路易吉·伽伐尼和亚历山德罗·伏打揭示了锌的电化学性质。锌最主要的应用为抗腐蚀的铁镀锌（热浸镀锌），在现代工业中对于碳锌电池制造上有不可磨灭的地位，最具代表性之用途为“镀锌铁板”，该技术被广泛用于汽车、电力、电子及建筑等各种产业中。其他应用在电池、小型非结构铸件及合金像是黄铜等。人们在生活中普遍的使用各种锌化合物，例如碳酸锌和葡萄糖酸锌（膳食补充剂）、氯化锌（除臭剂）、吡硫𬭩锌（去屑洗发精）、硫化锌（萤光涂料），及有机实验室的二甲基锌或二乙基锌。

锌为必需矿物质，包含产前生长及产后发育。发展中国家约有二十亿的人受到缺锌症的影响，及其连带的疾病。若孩童缺乏锌，将导致生长迟缓、性晚熟、免疫力下降及腹泻。在生物化学中，锌为酶中广泛存在的辅因子，例如人体的醇脱氢酶。

食用过量锌可能造成共济失调、精神萎靡和缺铜症。

## 性质

### 物理性质

锌是一种青白色、光亮、具有反磁性的金属，虽然一般用作商品的锌都经过加工，这些特性已不再鲜明。其密度比铁略小，呈六边形晶体结构。

在常温下锌是硬而易碎的，但在100至150°C下会变得有韧性。当温度超过210℃时，锌又重新变脆，可以用敲打来粉碎它。锌的电导率居中。在所有金属中，它的熔点（420℃）和沸点（900℃）相对较低。它的熔点是所有过渡金属中第三低的，仅次于镉和汞。

### 化学性质

#### 与非金属反应

锌加热至225℃后氧化激烈，燃烧时呈绿色火焰，与氧气反应生成氧化锌：

2 Zn + O2 → 2 ZnO

与卤素反应生成卤化锌：

Zn + X2 → ZnX2(X=F、Cl、Br、I)

与硫反应生成硫化锌：

Zn + S → ZnS

#### 与水反应

锌与水蒸气反应生成氧化锌：

Zn + H2O(g)→ ZnO + H2

#### 两性金属

与铝类似，锌也具有两性。锌能和强碱溶液生成四羟基合锌酸盐及氢气。

例如与氢氧化钠反应生成四羟基合锌酸钠：

Zn+2NaOH+2H2O→ Na2Zn(OH)4+H2↑

### 化合物

在锌化合物中，锌最常见的化合价是+2。

#### 锌(II)

锌可以和所有阴离子形成化合物。如常见的ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等，可溶性大的锌化合物都有很强的潮解性，如氯化锌、高氯酸锌等。锌的一些二元化合物（ZnSe、ZnTe等）在光电方面有着引人注目的特性。

在锌的化合物中，ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3是难溶于水的。

锌(II)可以形成配合物，如Zn(NH3)42+、Zn(OH)42-、Zn(CN)42-等。

锌(II)也有不少有机化合物，如二乙基锌。

## 历史

日本古称为亚铅，古代中国称为倭铅，又称白铅，约在明朝时传入，由炉甘石炼成。在清朝时，由化学家徐寿改称为锌。

过去，锌每磅（约454克）的价格约一美元，属于价格较低廉的金属。故美国政府用以铸造1美分硬币（1 cent），但随着锌的价格飞涨，反而出现造价超过钱币面值的现象。

1美分硬币含有97.5%的锌，表面再镀上铜。然因锌的价格飙涨，一枚硬币的造价已达至1.79美分，超过币值许多，更因亚洲的经济崛起，铜及锌等需求大幅增加，价格持续上扬，情况严重至有人提议废除1美分硬币。

## 用途

### 锌合金

加入其他元素组成的一种合金。根据加入的元素不同而分出不同的种类，可以形成不同种类的低温锌合金。许多合金都包含锌元素，比如黄铜就是锌和铜的合金。其它可与锌组成二元合金的金属包括铝、锑、银、锡、镁、钴、镍、碲、镉、铅、钛和钠。虽然锌和锆均非铁磁材料，它们的合金ZrZn2 却能在35 K时表现出铁磁性。

#### 特性

- 熔点低，在385℃熔化。
- 流动性好。
- 在大气中耐腐蚀。
- 蠕变强度低，尺寸容易在自然时效下发生变化

#### 锌合金类别

- 黄铜：机械性能和耐磨性能都很好；敲起来声音独特。
- 锌镉合金：流动性好、光面好，容易进行抛光、焊接等加工。
- 2号锌合金：机械性能最好；硬度要求达标；尺寸精度一般。
- 3号锌合金：流动性良好；机械性能良好；适合做玩具、灯具、装饰品等；应用最为广泛。
- 5号合金：流动性良好；机械性能良好；适合做汽车配件、机电配件等。
- 8号合金：良好的机械性；尺寸稳定性好；流动性较差；适合做元器件。
- Superloy：流动性最好；一般用作压铸薄壁；适合做电器元件以及盒体。

## 对人体的影响

### 人体含量和分布

人体含锌的总量约占体重的0.003%，相当于成人体内约有2公克锌。90%的锌都存在肌肉与骨骼中，其余10%在血中扮演举足轻重的角色。

### 建议摄取量与食物来源

含锌丰富的食物包括蚵与红蟳等海鲜、鹅肝与猪肝等内脏、牛腱等肉类、牛乳与乳酪等乳制品、洋菜、火麻仁、麦芽、南瓜籽、啤酒、栗子、蛋、芝麻、芥末、腰果、豆类等。在豆科植物和全谷类植物来源中发现的锌吸收效率较低，因为其他植物化合物抑制吸收。

年龄性别｜美国（mg/day）｜台湾（mg/day）

0-6个月｜2｜5

7-12个月｜3｜5

1-3岁｜3｜10

4-8岁｜5｜10

9-13岁｜8｜10

14-18岁｜男11女9｜男15女12

19-50岁｜男11女8｜男15女12

51岁以上｜男11女8｜男15女12

孕妇14-18岁｜12｜15

孕妇19-50岁｜11｜15

乳妇14-18岁｜13｜15

乳妇19-50岁｜12｜15

### 生理功能

- 维持免疫功能：人体锌不足会出现淋巴球数量低落、血中免疫球蛋白降低、自然杀手细胞功能减弱、皮肤免疫测试反应降低等状况，临床的结果就是肺炎、念珠球菌感染，甚至伤风感冒。
- 生长与发育：促进生长、性器官的发育、伤口愈合、毛发、指甲，以及口腔黏膜等多处位置的修补作用。
- 运用在保养品：为控油类型的典型的成分。
- 调节基因表现：许多蛋白质转录因子的分子中含有锌指结构，负责与DNA结合，而改变基因的表现功能，是很重要的调控机制。
- 酵素组成分：已知的含锌酵素超过300多种，锌位于催化中心，或稳定酶蛋白质的立体结构，失去锌会使酵素失去活性。
- 维持味觉功能与促进食欲。
- 促进胰岛素分泌。
- 增强记忆力。

### 吸收与排泄

锌的最佳吸收部位是十二指肠。基本排泄途径是经消化道由粪便排出。肾脏具有调节功能，会将锌离子进行再吸收。

### 锌的吸收通道

#### hZTL1/ZnT5的结构、活性

SLC30A5可分成两个部分，较低分子量的hZTL1，以及重量较大的ZnT5。(ZnT-like transporter 1)

hZTL1在人体组织中较为含量较多，转译出的蛋白质有523个氨基酸，和老鼠的ZnT1有34%是相同的。

以拓朴学来预测其结构，在其序列上的N端到C端有十二个跨膜结构区。在C端的myc转译出的蛋白质可标定在极化的Caco-2(结肠上皮细胞)上，会回到原先的皮膜表层。

利用Xenopus laevis的卵母细胞进行表现实验时，hZTL1会调节Zn的吸收，而hZTL1调控对Zn的吸收在pH 5.5不如pH 7.6.时来得好。

早期的资料显示DMT1在Zn吸收中扮演重要的角色，可是这些资讯已在将Caco-2上的DMT1消去之后，却不影响Zn吸收的实验中得到充分的反例，Zn不会跟Fe竞争DMT1，并且其活性与细胞膜电位无关。

#### 人类小肠细胞中ZTL1的位置证实

在肠细胞Zn运输蛋白的相似细胞中，可区分为属于两大类别，SLC30跟SLC39，其中有两种蛋白质hZTL1(h;human)和hZIP4在小肠细胞摄取Zn的过程中扮演相当重要的角色。在ZTL1发现前，并没有人在哺乳类细胞中看到有Zn通道的表现。

ZnT1透过免疫沉淀的方式在大鼠肠细胞边侧的细胞膜上发现，并在人类小肠细胞Caso-2中获得证实。

ZIP1一开始被认为是用来吸收小肠内Zn的transporter，K562 cell细胞膜定位的实验推翻了这点，绿色萤光跟FLAG标定的hZIP1位在许多皮质细胞的内质网上，包括了Caco-2，更近一步透过在PC-3前列腺细胞操作hZIP1抗体可以更精确的证明这件事。

#### 其他可能存在的Zinc transporter

关于其他Zn transporter,有一种ZNT1蛋白质在肠道扮演很重要的角色，研究显示，ZNT1会携带从饮食中获得的Zn离子在肠壁细胞吸收后携带进入肝门静脉，但在SLC30蛋白质中没有其他蛋白质被发现跟ZNT1一样有完全相同的功能。

在人体的胰岛ß细胞中，ZnT5和一个富含胰岛素的分泌细粒结合，Zn对于将胰岛素以晶体的方式储存扮演重要的角色。

ZNT6,ZNT7两蛋白质虽然在肠道也能发现，但其两在其他器官都有发现到他们的踪迹，所以其功能和ZNT1并不相似。

在人体方面,hZIP1、hZIP2、hZIP4都有携带Zn离子的功能，但这些蛋白质也被发现在子宫和摄护腺中，所以其功能并不是完全清楚，另外ZIP6,ZIP8两蛋白质功能不明，还有在老鼠内质网中发现的ZIP7也是一样。

#### 在胎盘中锌的传导

锌在胎盘中的传输过程大致上和在肠中类似，由SLC30中的ZnT1,2,5来负责，至于ZnT6,7的功能则仍在实验当中。在免疫组织化学中，以人类和老鼠为实验对象，hZTL1/ZnT5被探测到在胎盘上层细胞中扮演着重要角色，负责传送Zn给胎儿。而ZnT1则有着类似的功能，拥有负责传输营养物质给胎儿的功能，但作用机制仍未完全了解。在人体中， hZTP1均在肠和胎盘中表现出来，但是没有任何证据显示hZIP2的表现。

此外，ZTP4虽然都有在人类和老鼠的肠中被表现，但是基因却没有在人类的胎盘中被表现出来，反而老鼠的卵黄囊中会进行表现。后来才发现原来hZIP4对人体饮食中锌在肠的吸收扮演着重要角色，hZTL1/ZnT5在Zn的传输中，对胎儿的影响远大于对成人的影响。

#### 在小肠和胎盘中锌通道的调节

小肠中锌的吸收调节被认为是维持体内锌衡定很重要的部分，在一份大鼠的研究中已经论证当可吸收的锌浓度增加，在小肠里有一个位置会调节ZnT1的上游mRNA，但在同一份研究中也显示当可吸收的锌浓度下降ZnT1的mRNA并不会受影响，而另一个锌的传送蛋白ZnT2在提供充足地锌的情况下ZnT2 mRNA会加强表现，如果是缺乏锌的情况下则会降低ZnT2 mRNA的表现。

老鼠的ZIP4 mRNA在缺乏锌的时候会增加表现量。在人类肠道细胞Caco-2中，增加培养基里的锌浓度会引起锌的传送蛋白hZTL1/ZnT5、ZnT1、ZnT4和hZIP1 mRNA表现量的增加，同样，在蛋白质的表现量上也是有增加的情形；但是在胎盘细胞中就有不同的表现，当增加锌的浓度后，并没有任何锌的传送蛋白mRNA有改变表现量，更甚至于发现ZnT1和hZTL1/ZnT5蛋白的表现量有减少的现象，但是现在对于Zn如何调节这些蛋白质并没有完整地知识去描述它的机制。

### 锌缺乏后果

锌缺乏会导致免疫力低下、食欲不振、生长减缓、下痢、掉发、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能减退、动脉硬化、贫血等问题。锌缺乏导致腹泻的过程包括：肠细胞绒毛结构破坏、含锌消化酵素减少、发炎造成肠壁水肿、消化道免疫力变差。缺锌与腹泻容易形成恶性循环，腹泻更减少锌吸收，增加锌的流失，造成双重的缺锌原因，常发生在老人、婴幼儿、胰脏功能不全、肠病变或肠手术者的身上。

此外有肾脏病变者很容易有高尿锌症与低血锌症。糖尿病、肝病或慢性发炎性疾病，如风湿性关节炎患者，都会因肾病变导致体内锌慢性缺乏，免疫力会变差，形成了一个恶性循环。

#### 支端皮肤炎

hZIP4(SLC39A4)是一在肠膜上端的二次基因表现产物，它被发现和遗传的Zn-deficiency disease acrodermatitis enteropathica(缺乏Zn的支端皮肤炎)有关，此病和第八染色体有密切关系，会减低肠道吸收Zn的效率。

经过研究证实，突变的hZIP4蛋白质也会降低肠道吸收Zn的效率，最近有另外的实验结果指出，在老鼠身上的HEK293蛋白质会增加肠道Zn的吸收效率.

### 锌过量后果

大量锌会引发恶心、呕吐、发烧、血液中高密度脂蛋白减少，进而提高心血管疾病发生几率。

## 延伸阅读

- 刘广定：〈中国用锌史研究：五代已知“倭铅”说重考〉。