Cinks, dažkārt saukts par spelteri, ir ķīmisks elements. Tas ir pārejas metāls, metālu grupa. Dažkārt to uzskata par pēcpārejas metālu. Tā simbols periodiskajā tabulā ir Zn. Cinks ir 30. elements periodiskajā tabulā, un tā atomu skaits ir 30. Cinka masas skaitlis ir 65,38. Tas satur 30 protonus un 30 elektronus. Kopumā ir zināmi 29 cinka izotopi, un dabā sastopami pieci no tiem. Daži izotopi ir radioaktīvi. To pussabrukšanas periodi ir no 40 milisekundēm 57Zn līdz 5x1018 gadiem 70Zn.

Cinks ir metāls, ko galvenokārt izmanto cinkošanai un baterijām. Tas ir ceturtais izplatītākais metāls.

Fizikālās īpašības

  • Densitāte: aptuveni 7,14 g/cm3 pie 20 °C.
  • Kušanas temperatūra: ~419,5 °C.
  • Vārīšanās temperatūra: ~907 °C.
  • Kristāliskā struktūra: heksagonāla blīvi pildīta (hcp) pie istabas temperatūras.
  • Elektronu konfigurācija: [Ar] 3d10 4s2, kas nodrošina stabilu 2+ oksidācijas stāvokli.

Ķīmiskās īpašības

Cinks parasti izrāda oksidācijas stāvokli +2 un veido jonu savienojumus Zn2+. Tā oksīds (ZnO) ir amfoterisks — tas reaģē gan ar skābēm, gan ar bāzēm (piemēram, veidojot anjonus kā [Zn(OH)4]2− alkaliskā vidē). Cinks uz virsmas ātri veido plānu oksīda slāni, kas daļēji pasargā metālu no tālākas korozijas. Cinka savienojumi (ZnO, ZnS, ZnCl2, ZnSO4) ir plaši izplatīti rūpniecībā un laboratorijās.

Izotopi

Dabā sastopamas piecas stabilas izotopa: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn un 70Zn. No šiem izotopiem 64Zn ir visbiežāk sastopamais (~48,6%), kam seko 66Zn, 68Zn, 67Zn un 70Zn. Pastāv arī daudzi radioaktīvie izotopi; no tiem praktiskai lietošanai zināms, piemēram, 65Zn (pussabrukšana ~244 dienas), ko izmanto kā marķieri/izsekošanas līdzekli pētījumos.

Rodas dabā un iegūšana

Cinks parasti atrodams sulfīdu un karbonātu rudās formās. Galvenā cinka ruda ir sphalerīts (ZnS). Citu pazīstamu minerālu piemēri ir smithsonīts (ZnCO3) un hemimorfīts (Zn4Si2O7(OH)2). Komerciālā cinka ieguve parasti notiek, apstrādājot sulfīdru dasragus ar koncentrēšanu un tālāk smelšanas vai hidrometalurģijas ceļiem (piem., flotācija, kausēšana, elektrolītiskā atdalīšana).

Pielietojums

  • Cinkošanās (galvanizācija): cinkošana dzelzs/ tērauda virsmu aizsargā no korozijas — tas ir viens no lielākajiem cinka izmantotājiem.
  • Sakausējumi: vara-cinka sakausējumi (misiņš) un citi sakausējumi (piem., metāla liešanas sakausējumi) izmanto konstrukcijās un mašīnās.
  • Baterijas: cinks ir galvenā sastāvdaļa tradicionālajās cinka-oglekļa un alkaliskajās baterijās; arī attīstās atkārtoti uzlādējamas cinka jonu baterijas.
  • ZnO un ķīmija: cinka oksīds tiek izmantots gumijas ražošanā, krāsās, keramikā, kā arī kosmētikā (saules aizsarglīdzekļos) un medicīnā (piem., cinka sulfāts, cinka oksīds antiseptiskos un brūču ārstēšanas preparātos).
  • Korozijas aizsardzība: cinka anodi (sacrificial anodes) aizsargā kuģus, cauruļvadus un citas metāla konstrukcijas.
  • Lauksaimniecība un medicīna: mikroelementu piedevas, mēslojumi, lopbarības piedevas — cinks ir būtisks augu un dzīvnieku augšanai.
  • Elektronika un optoelektronika: ZnO ir pusvadītājs ar plašu joslu platumu un tiek pētīts sensoros, optoierīcēs un fotonikas lietojumos.

Bioloģiskā loma un drošība

Cinks ir essenciāls mikroelements cilvēka un daudzu organismu metabolismā. Tas ir cofaktors simtiem enzīmu, ieskaitot fermentus, kas iesaistīti DNS sintēzē, proteīnu sintēzē un imūnsistēmas funkcijās. Savienojumos tas veido pazīstamās "cinka pirkstiem" (zinc fingers) balstītas proteīnu struktūras, kas saistītas ar DNS atpazīšanu.

Ieteicamā diennakts deva atšķiras pēc vecuma un dzimuma; pieaugušajiem tā parasti ir aptuveni 8–11 mg/dienā. Pārmērīgi augstas cinka devas var izraisīt nelabvēlīgas blakusparādības (piem., slikta dūša, imunitātes nomākums, mijiedarbība ar dzelzi un varu). Cinka oksīda putekļi vai tvaiki var izraisīt "metāla dūmu drudzi" (kas parasti ir īslaicīgs un atgriezenisks).

Vides ietekme un ilgtspēja

Cinka ieguve un apstrāde var radīt vides slodzi — atkritumu kaudzes, ūdens piesārņojumu ar sulfātiem un metāniem. Tomēr cinks ir plaši pārstrādājams; cinka atgūšana no rūdītām detaļām un baterijām samazina nepieciešamību pēc izejvielu ieguves. Rūpnieciskā prakse un regulācijas mēģina mazināt emisijas un piesārņojuma riskus.

Kopsavilkums

Cinks (Zn) ir daudzpusīgs, tehniski un bioloģiski svarīgs metāls ar dominējošo +2 oksidācijas stāvokli, plašu pielietojumu korozijas aizsardzībā, sakausējumu ražošanā, baterijās un ķīmiskajā rūpniecībā. Tas ir būtisks mikroelements dzīvajiem organismiem, taču tā ieguvei un izmantošanai nepieciešama atbildīga iepēja un vides pārvaldība.