Zink

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Einleitung

Zink, chemisches Symbol Zn, bläulich weißes, metallisches Element mit der Ordnungszahl 30, das zu den Übergangsmetallen gehört und zusammen mit Cadmium, Quecksilber und Ununbium in der zweiten Nebengruppe des Periodensystems steht. Zink spielt in der Technik eine wichtige Rolle, z. B. als Bestandteil von Legierungen und Lötmetallen oder als Pigment für den Korrosionsschutz.

Zinkerze waren bereits in der Bronzezeit bekannt; reines Zink soll im 13. Jahrhundert in Indien gewonnen worden sein. 1746 fand der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Markgraf heraus, dass Zink ein Element ist. Markgraf gewann das Metall aus dem Zinkerz Galmei durch Reduktion mit Holzkohle bei Temperaturen um 1 000 °C. Galmei weist häufig Zacken oder Zinken auf, weshalb man das Erz auch Zinck oder Zink nannte. Später wurde dieser Name auf das Element selbst übertragen.

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Vorkommen und Eigenschaften

In der Häufigkeitsskala der in der Erdkruste vorkommenden Elemente steht Zink an 24. Stelle. Das Metall kommt im pflanzlichen und tierischen Organismus vor und ist für den Menschen ein essentielles Spurenelement. Von den fünf natürlichen Isotopen sind Zink 64 mit 49 Prozent und Zink 66 mit 28 Prozent am häufigsten. Das Schwermetall trifft man in der Natur nie in elementarer Form, sondern nur als Verbindung in verschiedenen Mineralien an: Zinkoxid (ZnO) in Zinkit, Zinksilicat (Zn₄[(OH)₂/Si₂O₇] · H₂O) in Hemimorphit, Zinkcarbonat (ZnCO₃) in Zinkspat, ein Mischoxid von Zink, Mangan und Eisen ((Zn,Mn)(Fe,Mn)₂O₄) in Franklinit und Zinksulfid (ZnS) im Mineral Sphalerit (auch Zinkblende). Wichtige Lagerstätten mit zinkerz- oder zinkhaltigen Erzen gibt es u. a. in Australien, China, Kanada und Peru.

Reines Zinkmetall ist löslich in Alkohol, Säuren und Alkalien, aber nicht in Wasser. Bei Raumtemperatur noch relativ spröde, kann es erst zwischen 120 und 150 °C bearbeitet werden. So lässt sich Zinkmetall zwischen heißen Walzen zu dünnen Folien (Zinkblech) auswalzen. Von trockener Luft wird Zink nicht angegriffen. Dagegen kommt es an feuchter Luft zur Oxidation. Dabei wird die Metalloberfläche mit einer dünnen Oxidschicht (ZnO) und zusätzlich, bedingt durch das in der Luft enthaltene Kohlendioxid, mit einer basischen Carbonatschicht überzogen:

6Zn + 3O2 + 2CO2 +2H2O → 2ZnO + 2ZnCO3 + 2Zn(OH)2.

Da beide Schichten das Fortschreiten der Reaktion unterbinden, bezeichnet man diesen Vorgang auch als Passivierung. Oxidierende Säuren wie Salpetersäure lösen Zinkmetall auf, nicht oxidierende Säuren wie Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff) greifen das Metall kaum an. Reines Zink schmilzt bei rund 420 °C und siedet bei 907 °C. Die Dichte liegt bei 7,14 Gramm pro Kubikzentimeter und die Atommasse beträgt 65,38 u.

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Verbindungen

Zink kommt in Verbindungen praktisch nur in der Oxidationsstufe +2 vor, z. B. in Zinkdichlorid (ZnCl₂), Zinkoxid (ZnO) und Zinksulfat (ZnSO₄) – alle drei sind farblos. Wie andere Metalle verbindet sich auch Zink mit organischen Resten oder Liganden (siehe Koordinationschemie). Zinkorganische Verbindungen zählen zu den ersten metallorganischen Verbindungen, die hergestellt wurden.

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Gewinnung

Zink wird vor allem aus den Erzen Zinkspat und Zinkblende gewonnen. Vor der Verhüttung wird das Erz durch Erhitzen und Sauerstoffzufuhr in Zinkoxid überführt (siehe Röstverfahren) und dieses dann in einem elektrischen Ofen mit Kohlenstoff reduziert. Der beim Verdampfen entstehende Zinkdampf kondensiert als so genanntes Hüttenzink, das meist noch kleine Mengen Eisen, Arsen, Cadmium sowie Blei enthält. Das Hüttenzink wird durch Umschmelzen und Destillation gereinigt und zu Feinzink (Reinheit: 99,99 Prozent) verarbeitet. Bei einer anderen Methode der Zinkgewinnung wird das Erz im ersten Schritt geröstet und anschließend mit Schwefelsäure behandelt. Nach dem Abfiltrieren wird das in der Lösung enthaltene Zink auf elektrolytischem Weg gereinigt (siehe Elektrolyse). Elektrolytzink ist etwas reiner als Feinzink (Reinheit: 99,999 Prozent) und wie dieses sehr korrosionsbeständig.