Ako je moguće i u upotrebi, koriste seosnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.
Cink (latinski:zincum) jestehemijski element koji ima simbolZn iatomski broj 30. Cink se ubraja u prelazne metale12. grupe, ali među njima on zauzima posebno mjesto zbog popunjene d-orbitale u atomu, pa je dosta sličanzemnoalkalnim metalima. Po starijim razvrstavanjima, cinkova grupa elemenata se označavala kao 2. sporedna grupa (analogno tome su zemnoalkalni metali označavali 2. glavnu grupu), dok po današnjoj prihvaćenojIUPAC nomenklaturi, cink zajedno sakadmijem iživom sačinjava 12. grupu.
Cink je plavo-bijeli lomljiv i krhak metal koji se najčešće koristi zapocinčavanje željeza ičeličnih dijelova kao i za izradu oluka. On je za sva živa bića neophodan u ishrani i dio je vrlo važnih enzima u organizmima. Imecink je nastalo od riječizind ilizinke u značenju zub, nazubljen, a potiče od nazubljenih metalnih kristala cinka.
Ima 23izotopa čije seatomske mase nalaze između 57-78, od kojih su stabilni 64, 66, 67, 68 i 70.
Još ustarom vijeku cink je bio osnovni materijal za proizvodnju leguremesinga. Kao samostalan metal, otkriven je uIndiji iliKini prije1500. p. n. e., aEvropu je donesen tek krajem16. vijeka[5][6]. Već 1679. godine kod njemačkog gradaKassela otvara se prva radionica za proizvodnju mesinga. Smatra se da je flamanski metalurg P.M. de Respour prvi ekstraktirao metalni cink izcink-oksida 1668. godine.[7] Već početkom 18. vijeka, Étienne François Geoffroy opisuje kako se cink-oksid kondenzira u žute kristale na željeznim šipkama koje su stavljene iznad cinkove rude pri topljenju.[7] U Britaniji, metalurg John Lane je izveo eksperiment da istopi cink, prije nego što jebankrotirao 1726. godine.[8] Godine 1738., britanski metalurg William Champion je patentirao proces ekstrakcije cinka izkalamina u vertikalnoj topionici.[8] Njegova tehnologija je donekle slična onoj koju su koristili u cinkovim rudnicima Zawar uRajasthanu, međutim nema dokaza da je on posjetioIndiju.[9] Championov proces se koristio sve do 1851. godine.
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 uheksagonskom kuglastom kristalnom sistemu. On se zapravo prostire vertikalno po slojevima kugle, a razmaci između atoma cinka se međusobno neznatno razlikuju, unutar sloja 264,4 pm, a između slojeva 291,2 pm[10].
Stajanjem na zraku na površini cinka se formira otporni zaštitni sloj sastavljen izcink-oksida icink-karbonata (Zn5(OH)6(CO3)2). Zbog toga se cink, i pored svojih neplemenitih osobina, za zaštitu odkorozije (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:
Poznato je ukupno 29 izotopa cinka od54Zn do83Zn te još daljnjih deset nuklearnih izomera.[11] Od njih, pet izotopa je stabilno64Zn,66Zn,67Zn,68Zn i70Zn i mogu se naći u prirodi. Ne postoje prirodniradioaktivni izotopi cinka. Najčešći izotop je64Zn sa 48,63 % udjela u prirodnom odnosu izotopa. Nakon njega slijede66Zn sa 27,90 %,68Zn sa 18,75 %,67Zn sa 4,10 %, i kao najrjeđi prirodni izotop je70Zn sa udjelom 0,62 %.[11] Najstabilniji vještački izotop jebeta igama radijacijski izotop65Zn sa vremenom poluraspada od 244 dana. Ovaj i nuklearni izomer69m služe kao sredstvo za praćenje (traser) u nuklearnoj medicini. Kao jedini prirodni izotop67Zn se može dokazati putem NMRspektroskopije.
Cink sa zastupljenošću naZemlji od 0,0076 % (odnosno 76 ppm[2]) uZemljinoj kori je relativno čest element. Po zastupljenosti je na 24. mjestu[2] najčešćih elemenata na Zemlji. Ima ga više odbakra iliolova. 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.[12]
Pretežno se cink može naći vezan urudama. Najvažnija i najčešća cinkova ruda jecink sulfid. On se javlja u prirodi kaosfalerit ilivurcit, koji u sebi sadrže oko 65 % cinka. Od ostalih cinkovih ruda važan je još ismitsonit ZnCCO3 (sa 52 % cinka), zatim neki rjeđi cinkovi minerali između ostalihcinkit 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) ifranklinit (Zn,Fe,Mn)(Fe2Mn2)O4 (16 % cinka). Do danas je poznato oko 300 cinkovih minerala.[13]
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 naKosovu (Trepča), u Sloveniji (Mežica) i Bosni i Hercegovini (Sase kodSrebrenice). Na površini zemlje, na mjestima gdje se cinkova ruda nalazi u plitkim slojevima zemlje, rastu rijetke biljke poput nekih vrsta iz porodiceViola, a kojima su neophodne veće količine cinka da bi rasle.
Namirnice koje su bogate cinkom su:ostrige, posnomeso iribe. Također ga ima i u zrnastomhljebu.
Ruda cinka se najviše kopa uKini, zatimPeruu,Australiji,Kanadi,SAD-u,Meksiku iJužnoafričkoj 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.[14] U 2009. godini, prema podacima Američkog geološkog instituta proizvedeno je 11,2 miliona tona cinka.[15] Prema tim podacima, u Bosni i Hercegovini je 2009. godine proizvedeno 2.000 tona, što je 38. mjesto u svijetu po proizvodnji ruda cinka.
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 količinesumpor-dioksida, koji se dalje može koristiti za proizvodnjusumporne kiseline.
Ako se kao polazna sirovina koristi mineral smitsonit, to se može odvijati putem gorenja uz izdvajanjeugljik-dioksida.
Daljnja obrada se može odvijati na dva moguća načina. To su takozvanimokri isuhi postupak. Suhim postupkom se dobija oko 60% od ukupne količine proizvedenog cinka.[10] Pri tome se cink-oksid miješa sa fino samljevenimugljem i zagrijava u posebnim pećima za topljenje na oko 1100–1300 °C.[10] Pri tom procesu se naprije formiraugljik-monoksid, a kasnije on reducira cink-oksid do metalnog cinka. Iz nastalog ugljik-dioksida ponovo se formira ugljik-monoksid poBoudouardovoj 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 nanosiolovo da bi se cink kondenzirao.
Tako nastali sirovi cink sadrži velike količine nečistoće, naročito olova,željeza ikadmija. 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, takozvanacinkova prašina.[16]
Sagorijevanje cinka
Mokri postupak se koristi, kada je moguće obezbijediti jeftin izvorelektrične 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 rastvorelektrolizira uz upotrebu olovne anode i aluminijske katode. Na katodi se talože 99,99% čisti cink slično kao i kod suhog postupka.
Galvanizirana pocinčana kristalna površina željeznog predmeta
Metal cink je najčešće korišteno antikorozivno sredstvo.[2]Galvanizacija, proces kojim se željezo iličelik prekrivaju sredstvima da se zaštitili odkorozije, 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.[17]
Cink je mnogo reaktivniji od željeza ili čelika te će onprivlačiti gotovo svu lokalnu oksidaciju sve dok potpuno ne korodira.[19] Dok cink polahko korodira, formira se zaštitni sloj oksida i karbonata (Zn5(OH)6(CO3)2))[20] 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.[20] 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.[7]
Široko korištenalegura koja sadrži cink jemesing, koja sadržibakar legiran sa cinkom u količini od 3% do 45% cinka, u zavisnosti od način i svrhe upotrebe mesinga.[20] Mesing je općenito snažniji iduktilniji od bakra i ima mnogo veću otpornost prema koroziji.[20] Ove osobine čine mesing korisnim za upotrebu za dijelove komunikacijske opreme, hardver, muzičke instrumente i ventile za vodu.[20]
Cink je nezamjenjivimikroelement, neophodan za rastbiljaka[21], životinja[22] imikroorganizama.[23] Cink je pronađen u gotovo 100 određenihenzima[24], 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 metalnimionima. On jetipični drugi po rasprostranjenosti tranzicijski metal u organizmima odmah poslije željeza a jedini je metal koji se pojavljuje u svim klasama enzima.[21]
Između ostalog ima udjela i u: mineralizacijikostiju, sintezi bjelančevina, zarastanju rana, utiče na rad imunološkog sistema, pravilnu raspodjeluinzulina i štednjuholesterola ivitamina A. Ima udjela i u regulacijikrvnog pritiska i srčanog ritma. Prema podacimaSvjetske zdravstvene organizacije, preporučena dnevna količina cinka za odraslemuškarce iznosi 15 mg, zažene 12 mg, za predpubertetsku djecu 10 mg a za dojenčad 5 mg.[25] 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 nedostatkabakra[26][27] i smetnji u proizvodnji krvi.[27] Nedostatak cinka uzrokuje: malokrvnost, usporavanje tempa rasta, sporo zarastanje rana, zapaljenja kože, itd. Nedostatak cinka kod djece izaziva niži rast i lošije umno razviće.
^abHarry H. Binder (1999).Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag.ISBN3-7776-0736-3.
^abcdN. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988).Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 1545.ISBN3-527-26169-9.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^David R. Lide (izd.) (2009). "Magnetic Susceptibility of the Elements and Inorganic Compounds".CRC Handbook of Chemistry and Physics (90 izd.). Boca Raton, FL: CRC Press/Taylor and Francis. str. 4–147.ISBN9781420090840.
^abYiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u:Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337,doi:10.1021/je1011086
^Cink, na stranici Industrialmetalcastings, pristupljeno 5. septembra 2017.(en)
^abBroadley M. R.; White, P. J.; Hammond, J. P.; Zelko I.; Lux A. (2007). "Zinc in plants".New Phytologist.173 (4): 677–702.doi:10.1111/j.1469-8137.2007.01996.x.PMID17286818.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^Uloga cinka u mikroorganizmima se djelimično može vidjeti u:Sugarman B (1983). "Zinc and infection".Review of Infectious Diseases.5 (1): 137–47.doi:10.1093/clinids/5.1.137.PMID6338570.
