Sinkki
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | Sinkki | ||||
| Tunnus | Zn | ||||
| Järjestysluku | 30 | ||||
| Luokka | siirtymämetalli | ||||
| Lohko | d-lohko | ||||
| Ryhmä | 12 | ||||
| Jakso | 4 | ||||
| Tiheys | 7,14[1] · 103 kg/m3 | ||||
| Kovuus | 2.5[1] (Mohsin asteikko) | ||||
| Väri | sinertävä kalpeanharmaa | ||||
| Löytövuosi, löytäjä | 1746, Andreas Marggraf | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino (Ar) | 65,38[2] | ||||
| Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 135[1] pm | ||||
| Van der Waalsin säde | 139[3] pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [Ar] 3d10 4s2 | ||||
| Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 18, 2 | ||||
| Hapetusluvut | 2 | ||||
| Kiderakenne | heksagonaalinen | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | kiinteä | ||||
| Sulamispiste | 692.68[1] K (419.53 °C) | ||||
| Kiehumispiste | 1183 K (910[1] °C) | ||||
| Höyrystymislämpö | 115.30[1] kJ/mol | ||||
| Sulamislämpö | 7.322[1] kJ/mol | ||||
| Äänen nopeus | 3700[3] m/s K:ssa | ||||
| Muuta | |||||
| Elektronegatiivisuus | 1.65[1] (Paulingin asteikko) | ||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 0,388 kJ/(kg K) | ||||
| Sähkönjohtavuus | 0,169 * 106[1] S/m | ||||
| Lämmönjohtavuus | (300 K) 116[1] W/(m·K) | ||||
| CAS-numero | 7440-66-6 | ||||
| Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Sinkki on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Zn ja CAS-numero 7440-66-6. Nimi on tullut saksan sanan Zink kautta mahdollisesti persian kiveä tarkoittavasta sanasta sing.
Sinkki on tunnettu jo 3000 vuoden takaa, jolloin sitä käytettiin messingin tekemiseen. Sinkki kuitenkin identifioitiin vasta 1746, kun Andreas Marggraf erotti metallista sinkkiä hemimorfiitin ja hiilen seoksesta. Nykyään sinkki on neljänneksi käytetyin metalli. Suurin osa tuotetusta metallista käytetään sinkitykseen eli metallien päällystämiseen sinkillä. Tämä estää muun muassa ruostumista. Sinkkiä voidaan käyttää myös metalliseoksissa ja paristoissa. Sinkki on myös erittäin tärkeä hivenaine, sillä monet entsyymit tarvitsevat sinkkiä toimiakseen.
Ominaisuudet
Kiinteänä sinkki on kiiltävä ja sinertävän valkoinen. Huoneenlämmössä sinkki on haurasta ja kiteistä, mutta yli 100 °C se muuttuu taipuisaksi ja muotoiltavaksi. Reagoidessaan ilman hiilidioksidin ja veden kanssa, sinkin pinnalle muodostuu ohut karbonaattikerros, joka tekee sinkin melko taipumattomaksi. Sinkki on melko pehmeää ja sen kovuus Mohsin asteikolla on 2,5. Sen kiderakenne on heksagonaalinen Sen sulamispiste on noin 420 °C ja kiehumispiste 908 °C. Sinkki palaa sinertävällä liekillä.[4][5][1][6]
Sinkki on metalli, jonka hapetusluku on yleensä +2. Sinkki on melko reaktiivista, mutta sen pinnalle muodostuva oksidikerros kestää hyvin hapen tai halogeenien vaikutusta. Jauheena sinkki reagoi kuumennettaessa hapen tai kloorin kanssa syttyen palamaan. Hapot, kuten suolahappo, liuottavat sinkkiä helposti vapauttaen vetyä ja typpihapon tapauksessa typen oksideja. Sinkin kemiallista ominaisuuksista merkittävin on sen korkea pelkistyspotentiaali eli se hapettuu helposti. Tähän perustuu sen käyttö suojaamaan rautaa korroosiolta ja jalompien metallien kuten hopean pelkistämiseen. [7][8][4]
Metallinen sinkki liukenee sekä emäksiin että happoihin. Sinkin liukoisuuteen vaikuttaa pH. Ionimuotoinen sinkki voidaan saostaa lievästi emäksisessä liuoksessa sinkkihydroksidiksi (Zn(OH)2). Voimakkaasti emäksiseen liuokseen sinkki liukenee tetrahydroksosinkaattina ([Zn(OH)4]2-). Zn2--ioni voidaan myös saostaa vesiliuoksissa sulfidi-, boraatti-, karbonaatti-, fosfaatti- ja kromaatti-ioneilla. Nämä kuitenkin liukenevat happoihin. Sinkki-ioni muodostaa myös joitakin komplekseja, kuten tetra-ammiinisinkki(II)- ([Zn(NH3)4]2+), tetrasyanosinkaatti(II) ([Zn(CN)4]2+) ja tetraklorosinkaatti(II)-ioneja ([ZnCl4]2-). Analyysissa sinkki voidaan saostaa ja tunnistaa heksasyanoferraatilla(III) ([Fe(CN)6]3-.[9][5]
- 3 Zn2+ + 2 [Fe(CN)6]3- → Zn3[Fe(CN)6]2 ↓
Sinkin yhdisteet
Sinkin yhdisteet ovat tyypillisesti ioniyhdisteitä hapetusluvulla +II. Niille tyypillistä on värittömyys, eräitä kompleksiyhdisteitä lukuun ottamatta. Yhdisteistä halogenidit ja sulfaatti liukenevat hyvin veteen, mutta oksidi, fosfaatti, karbonaatti ja silikaatti ovat liukenemattomia. Sinkille on tyypillistä muodostaa myös kompleksiyhdisteitä muun muassa ammoniakin, hydroksidi- ja syanidi-ionien sekä orgaanisten yhdisteiden kanssa.[7][8]
Historia
Sinkin yhdisteitä ja metalliseoksia kuparin kanssa tunnetaan ainakin 3000 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 irroitettavissa. Tämä tapa levisi ensin Kiinaan ja sieltä Eurooppaan. 1500–luvun alussa Paracelsus kirjoitti joistakin sinkin ominaisuuksista kuitenkaan tietämättä, että mitä tutkimansa metalli oli. Sinkki identifoitiin 1746, kun saksalainen kemisti Andreas Marggraf, joka lämmitti hemimorfiitin (sinkki- ja rautaoksidin seos) ja hiilen seosta ilman kuparia, jolloin saatiin metallista sinkkiä. Sana sinkki tulee saksan kielen sanasta zinke, zin tai zink, joiden alkuperä on persian kielen sanassa sing.[5][10][11]
Esiintyminen ja erotus
Sinkkiä esiintyy muun muassa sulfidimineraaleissa, sinkkivälkkeessä, hemimorfiitissa ja sinkkisälvässä. 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 Venäjällä, Kanadassa, Yhdysvalloissa, Australiassa, Perussa, Kiinassa ja Meksikossa.[10][4][5][1]
Sulfidimineraaleista sinkki muutetaan ensin sinkkioksidiksi (ZnO). Tämän jälkeen se sekoitetaan hiilen kanssa ja kuumennetaan 1200 °C. Sinkki sublimoituu kaasuksi, jolloin se kulkeutuu pois reaktioastiasta, jonka jälkeen se kerätään. Tämä voidaan myös tehdä siten, että mineraali kuumennetaan ilman kanssa, jolloin rikin oksidit saadaan pois seoksesta. Tällöin syntyy sinkkisulfaattia (ZnSO4), joka erotetaan elektrolyyttisesti. Toisessa vaihtoehdossa mineraali ensin jauhetaan pieneksi, jonka jälkeen hydrofobinen ja hydrofiilinen aines erotellaan toisistaan, jonka jälkeen sinkki suodatetaan ja kuumennetaan. Tämän jälkeen se uutetaan ja jälleen suodatetaan. Saadusta liuoksesta voidaan sinkki erottaa elektrolyyttisesti.[4][6]
Käyttö
Sinkki on maailman neljänneksi käytetyin metalli raudan, alumiinin ja kuparin jälkeen. Yli puolet tuotetusta sinkkimetallista käytetään galvanointiin, eli sillä päällystetään terästä, esimerkiksi nauloja. Galvanoinnissa (sinkitys) sinkki toimii niin sanottuna uhrianodina eli se hapettuu eikä esimerkiksi rauta, jolloin vältytään muun muassa ruostumiselta. Sinkkiä käytetään myös muutenkin rakentamisessa, erityisesti katoissa ja sadevesikouruissa. Ilman vesi ja hiilidioksidi muodostavat sinkin pinnalle sinkkikarbonaattia, joka suojaa muita metalleja. Sinkkiä ei voida käyttää muun muassa ruokatölkkien päällystämiseen, sillä ruuoissa olevat hapot liuottavat sitä. Sinkki käytetään myös painevaluissa, jolloin sulaa sinkkiä laitetaan rautaiseen muottiin, johon se jähmettyy. Painevaluja käytetään muun muassa autoissa. Sinkkiä käytetty myös muun muassa kolikoissa. Sinkkiä käytetään alkaliparistoissa anodina. Sitä käytetään myös useissa metalliseoksissa, kuten pronssissa, messingissä ja uushopeassa. Messinkiä käytetään soittimissa, koruissa ja monenlaisissa koriste-esineissä.[10][4][5][6]
Sinkkiä voidaan käyttää vapauttamaan epäorgaanisista hapoista (kuten suola- ja typpihappo) vetyä.[4]
Sinkin yhdisteillä on monia käyttötarkoituksia. Sinkkikloridia voidaan käyttää puun kyllästämiseen, tekstiilien värjäämiseen, liimoihin ja sementtiin. Sinkkisulfidia käytetään televisioissa ja röntgenlaitteissa. Sinkkiyhdisteitä voidaan käyttää myös muun muassa väriaineina, veden pehmennyksessä ja veden puhdistuksessa.[4]
Isotoopit
Luonnossa esiintyvä sinkki koostuu neljästä pysyvästä isotoopista 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn ja yhdestä erittäin pitkän puoliintumisajan isotoopista 70Zn. Isotoopin 70Zn puoliintumisaika on 5e+14 vuotta. Näistä 64Zn on yleisin 48,6 % osuudella. Sinkillä on ytimessään 30 protonia ja neutronien lukumäärä vaihtelee 27:n ja 51:n välillä.[12]
|
1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyyvästä sinkistä. |
EC = Elektronisieppaus |
Sinkki ravitsemuksessa
Suomessa ei puutetta esiinny tavallista ruokavaliota noudattavilla. Puutoksen suhteen riskiryhmiä ovat laihduttajat ja vegaanit. Sinkkiä on runsaasti lihassa, maksassa ja yleensä juustossa. Kasviksista sinkkiä on runsaasti täysjyväviljassa, auringonkukan- ja kurpitsansiemenissä, vehnänalkioissa ja -leseissä sekä pähkinöissä, erityisesti parapähkinöissä.[10]
Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan sinkkiä tulisi saada 1,1 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli aikuisilla naisilla noin 7 mg/vrk ja miehillä 9 mg/vrk. Erityisryhmillä kuten raskaana olevilla ja imettävillä naisilla sinkin tarve on hieman suurempi. Vegaaniruokavaliossa saantisuositus on 25-30 % suurempi, koska eläinperäinen proteiini parantaa sinkin hyväksikäyttöä ruoassa, kun taas viljavalmisteiden fytiinihappo heikentää sitä. Lapsilla ja nuorilla suositus vaihtelee iän mukaan. Suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 25 mg/vrk.[13] Suomalaiset saavat sinkkiä keskimäärin: naiset 10,0 mg/vrk (1,5 mg/MJ) ja miehet 13,6 mg/vrk (1,5 mg/MJ). Suosituksiin verrattuna sinkkiä saadaan ravinnosta riittävästi. Kun myös ravintoainevalmisteista saatava sinkki otetaan huomioon, muutamalla prosentilla väestössä saanti kuitenkin ylittää suurimman hyväksyttävän päiväsaannin. Suomalaisten kolme tärkeintä sinkin lähdettä ovat viljat, liha ja maito. Ihminen tarvitsee sinkkiä useiden entsyymien rakennusosaksi sekä DNA:n valmistamisessa. Nämä entsyymit tyypillisesti säätelevät ihmisen kehitystä ja hedelmällisyyttä.[10][14][5]
Huomiotavaa ja varoitukset
Sinkkijauhe on helposti syttyvää sekä reagoi kiivaasti veden, happojen ja 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, mutta yliannostus sinkkiä voi aiheuttaa pahoinvointia.[15][1]
Lähteet
- ↑ a b c d e f g h i j k l m Zinc Element Facts chemicool.com. Viitattu 21.6.2011. (englanniksi)
- ↑ Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
- ↑ a b Technical data for Zinc periodictable.com. Viitattu 21.6.2011. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g zinc infoplease.com. Viitattu 19.6.2011. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f Zinc chemistryexplained.com. Viitattu 19.6.2011. (englanniksi)
- ↑ a b c J. B. Calvert: Introduction to Zinc and its Uses 20. elokuuta 2007. mysite.du.edu. Viitattu 21.6.2011. (englanniksi)
- ↑ a b Frank E. Goodwin :Zinc Compounds, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 19.06.2011
- ↑ a b Günter G. Graf: Zinc, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 19.06.2011
- ↑ Muhonen H, Oksanen A, Pajunen S, Tilus P, Lumme K: Epäorgaanisen kemian perustyöt 1B: Ionien reaktiot ja kvalitatiivinen analyysi, s. 41–42, 78. Kemian laitos, Epäorgaanisen kemian laboratorio, 2009.
- ↑ a b c d e Marko Hamilo: Sinkin puutos on Suomessa harvinaista 9. tammikuuta 2007. Helsingin Sanomat. Viitattu 19.6.2011.
- ↑ Basic Information chemicalelements.com. Viitattu 19.6.2011. (englanniksi)
- ↑ a b Isotopes of Zinc ie.lbl.gov. Viitattu 19.6.2011. (englanniksi)
- ↑ Valtion ravitsemusneuvottelukunta: Suomalaiset ravitsemussuositukset - ravinto ja liikunta tasapainoon. 2005. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Viitattu 10.10.2008.
- ↑ Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Viitattu 10.10.2008.
- ↑ Sinkkijauheen kemikaalikortti kappa.ttl.fi. Viitattu 19.6.2011.
Aiheesta muualla
- Fineli: Sinkin lähteet ruoka-aineissa
- Sinkki.com: tietoa sinkin terveysvaikutuksista
- PubChem: Zinc (englanniksi)
- Human Metabolome Database: Zinc (englanniksi)
- Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Zinc (englanniksi)
- IPCS INCHEM - tietoja sinkistä (englanniksi)
- Mindat: Zinc (englanniksi)
- Webmineral: Zinc Mineral Data (englanniksi)
- Handbook of Mineralogy: Zinc (pdf) (englanniksi)