Cinkas, kartais vadinamas spelteriu, yra cheminis elementas. Tai pereinamasis metalas, priklausantis metalų grupei. Kartais jis laikomas po pereinamojo laikotarpio metalu. Jo simbolis periodinėje lentelėje yra Zn. Cinkas yra 30-asis periodinės elementų lentelės elementas, jo atominis skaičius yra 30. Cinko masės skaičius yra 65,38. Jame yra 30 protonų ir 30 elektronų. Iš viso žinomi 29 cinko izotopai, penki iš jų aptinkami gamtoje. Kai kurie izotopai yra radioaktyvūs. Jų pusėjimo trukmė yra nuo 40 milisekundžių 57Zn iki 5x1018 metų 70Zn.

Cinkas yra metalas, dažniausiai naudojamas cinkavimui ir akumuliatoriams. Tai ketvirtas pagal paplitimą metalas.

Fizikinės ir cheminės savybės

  • Atominė masė: apie 65,38 u.
  • Elektroninė konfiguracija: [Ar] 3d10 4s2.
  • Fazė: kietasis metalas esant standartinėms sąlygoms.
  • Kristalinė struktūra: heksagoninė artimiausio užpildymo (hcp).
  • Lydymosi taškas: apie 419,6 °C; virimo taškas: apie 907 °C.
  • Tankis: ~7,14 g/cm3 (20 °C).
  • Cheminės savybės: paprastai rodo oksidacijos laipsnį +2; reaguoja su rūgštimis ir alkaliais, oksiduojasi drėgnoje aplinkoje, bet keičiasi paviršiaus apsauginiu ZnO sluoksniu.

Izotopai

Gamtoje aptinkami 5 stabilūs cinko izotopai: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn ir 70Zn. Jų santykiai gamtoje skiriasi (pvz., 64Zn yra dažniausias). Iš radioaktyviųjų izotopų žinomi įvairūs branduoliai, kai kurie naudojami moksliniuose tyrimuose arba kaip cheminiai žymenys (traceriai) — pavyzdžiui, 65Zn yra naudojamas izotopiniams tyrimams ir biologiniams eksperimentams. Radioaktyvių cinko izotopų pusėjimo trukmės labai skiriasi: nuo milisekundžių iki ilgesnio laiko, kaip nurodyta aukščiau.

Gavyba ir gamyba

  • Pagrindiniai rūdos šaltiniai: sfaleritas (cinko sulfidas, ZnS), taip pat smitsonitas (ZnCO3) ir hemimorfitas.
  • Gavybos procesai: dažniausiai rūda kepama (oksiduojama) iki ZnO, tada cinkas išgaunamas elektrolizės arba redukcijos būdu (pvz., elektrolizė iš cinko sulfato tirpalo arba redukcija anglimi tam tikrais atvejais).
  • Pagrindinės gaminančios šalys: Kinija, Peru, Australija bei kitos šalys turi reikšmingą kasybą ir perdirbimą.

Panaudojimas

Cinkas yra labai svarbus pramonėje dėl savo savybių ir santykinai nedidelės kainos. Pagrindinės sritys:

  • Cinkavimas (galvanizavimas): plienui suteikiama užtvara nuo korozijos — tai vienas dažniausių cinko panaudojimo būdų.
  • Lydiniai: vario–cinko lydinys — žalvaris — naudojamas dekoratyviems ir technologiniams tikslams; taip pat cinkas dalyvauja kituose lydiniuose, pvz., liejiniai ir presuotinės dalys.
  • Akumuliatoriai: cinko pagrindu veikia cinko anglies, cinko–mangano ir cinko–oro elementai.
  • Cinko oksidas (ZnO): naudojamas guminėms priemonėms, dažams, keramikai, saulės kremams, kosmetikoje ir medicinoje dėl UV filtravimo savybių.
  • Cinko sulfidas (ZnS): naudojamas fosforinėms medžiagoms ir optiniams prietaisams.
  • Cheminė pramonė: cinko druskos naudojamos kaip katalizatoriai, fungicidai, mikroelementai trąšose ir kt.

Biologinė reikšmė ir sauga

Cinkas yra gyvybiškai svarbus mikroelementas — jis yra daugelio fermentų kofermentas ir dalyvauja baltymų sintezėje, DNR replikacijoje, imuninės sistemos funkcijose, augime ir žaizdų gyjime. Žmogui reikalingos mažos cinko paros dozės (suaugusiųjų rekomenduojama paros norma paprastai yra apie 8–11 mg, priklausomai nuo amžiaus ir lyties).

Trūkumas gali sukelti silpną augimą, imuninės sistemos sutrikimus, plaukų slinkimą, odos ir žaizdų gijimo problemas. Perdozavimas taip pat žalingas — didelės cinko dozės gali sukelti pykinimą, vėmimą, skrandžio sutrikimus, o ilgalaikis perteklius sutrikdo vario pasisavinimą ir gali sukelti anemiją. Cinko dulkės ir garai (pvz., metalo fūminių garų įkvėpimas) gali sukelti metalų fuminę karštinę.

Istorija ir paplitimas

Cinko panaudojimo pėdsakai aptinkami senovės civilizacijose (naudota lydiniams ir kaip mineralai). Metalą izoliuoti ir išgryninti pavyko vėlesniais amžiais — europietiškos chemijos istorijoje cinką 1746 m. išskyrė vokiečių chemikas Andreas Sigismund Marggraf. Žodis „zinc“ kilęs iš vokiečių kalbos žodžio „Zink“.

Cinkas yra gausiai paplitęs Žemės plutoje — jis randamas įvairiose rūdose ir kertiniuose pramoniniuose produktuose; dėl savo korozijai atsparių savybių ir sunkiai pakeičiamų funkcijų industrijoje jis išlieka labai svarbiu metalų tipu.

Santrauka

Cinkas (Zn) yra universalus ir plačiai naudojamas metalas: jis turi specifines fizines ir chemines savybes, keletą stabilų izotopų bei radioaktyvių rūšių, yra svarbus pramonėje (galvanizavimas, akumuliatoriai, lydiniai, ZnO panaudojimas) ir biologijoje (esminis mikroelementas). Naudojant cinką svarbu atsižvelgti į saugos reikalavimus, vengti pertekliaus ir apsaugoti aplinką bei sveikatą.