Zn

Sink

atomnummer: 30
gruppe: 12
periode: 4
atomvekt: 65,38

I mennesket
2,3 g

I jordskorpen
83 ppm

I havet
11 µg/liter

På solen
0,00 ppt

Et metall vi ikke kan leve uten.

Sink er like nødvendig som jern for kroppen vår.

Visste du at...

sink er nødvendig i proteinet karboanhydrase for at blodet skal bringe CO2 fra cellene til lungene der det avgis?

”Alle” vet at jern er nødvendig i proteinet hemoglobin for at blodet skal kunne binde oksygen og bringe dette fra lungene og ut til cellene i organismen. Men det er få som vet at sink er like nødvendig i proteinet karboanhydrase for at blodet skal bringe CO2 fra cellene til lungene der det avgis. Begge disse prosessene er nødvendige for åndedrettet. Uten sink ville heller ikke hundrevis av andre molekyler som er viktige for livsprosessene være aktive. Kort sagt; uten sink - intet liv.

Navn

Opprinnelsen til navnet sink er uklar, men det kan stamme fra det persiske ordet sing som betyr sten. Det kan også stamme fra det tyske ordet Zinke som betyr pigg eller tann. Dette fordi sinken dannet slike former ved krystallisering i smelteovnene.

Vi har visst om sink i mer enn 3000 år

Det sies at en mann ved navn Tubal-Cain som levde syv generasjoner etter Adam (!), hadde kunnskap om sinklegeringer. I alle fall har sinkforbindelser vært kjent i mer enn 3000 år. I Palestina ble det laget messing ca. 1400 – 1000 f. Kr. ved å smelte sinkholdige mineraler sammen med kobber. Fordi det var så lett å lage legeringer ved å smelte forskjellige mineraler sammen uten først å fremstille metallene i ren form, tok det lang tid før rent metallisk sink ble fremstilt. Dette skjedde først i India på 1200 tallet og senere i Kina under Mingdynastiet (1368 – 1644). I Europa ble sink først fremstilt som rent metall av den svenske kjemikeren Anton von Swab i 1743, og senere i store mengder ved et smelteverk i Bristol i 1743.

Forekomst

[Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Sfaleritt, ZnS, fra Karmøy
Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Sink er det 24’de vanligste grunnstoffet på jorden og finnes i fem naturlig forekommende isotoper.

I gjennomsnitt inneholder jordskorpen 83 ppm sink, og de vanligste mineralene er sinksulfidene sfaleritt (sinkblende) og wurtzitt som alle har sammensetning ZnS. Andre viktige mineraler er sinkkarbonatene smithsonitt og galmei med sammensetning ZnCO3 og sinksilikatet ZnSiO4 (calamin). Forekomstene finnes hovedsakelig i Canada, Russland, Australia, USA og Peru.

Sink finnes også i organisk materiale. Organiske sinkforbindelser synes å ha eksistert i minst 2 milliarder år, og dukket altså opp meget tidlig i jordens (og livets) utvikling.

Det økonomisk viktigste sinkmineralet er sfaleritt, (Zn,Fe)S. Det har vært gruvedrift etter dette mineralet flere steder i Oslofeltets kontaktsoner (Hakadal og Nannestad, Nyseter ved Grua, Konnerud ved Drammen og Glomsrudkollen på Modum). Mineralet er også en underordnet bestanddel av kismalmene i den kaledonske fjellkjede, med betydelig produksjon ved Bleikvassli og Mofjellet gruver. Sfaleritt opptrer ofte sammen med galenitt (blyglans), både i Oslofeltet og i fjellkjedenes forekomster. Kvartsganger med sfaleritt og galenitt finnes ved Tråk i Bamble.

Norge fikk sin første produksjon av sink i 1909 og har siden vært en viktig produsent i Nord-Europa. Det Norske Zinkkompani A/S i Odda ble stiftet i 1924, fikk navnet Norsink i 1976 før det i 2005 ble hetende Boliden Odda AS. Det er for tiden ingen sinkforekomster i drift i Norge. Går vi tilbake til 1983 utgjorde produksjonen ca. 32 000 tonn sfalerittkonsentrat.

Anvendelser

Dette metallet er langt mer dagligdags enn vi vanligvis tenker over. Det går neppe en dag uten at vi kommer i kontakt med sink, ikke minst gjennom korrosjonsbeskyttede jernprodukter. Ca 50 % av sinkproduksjonen går med til korrosjonsbeskyttelse. Det har vært kjent i hundrevis av år at sink kan gi jern et meget korrosjonsbestandig belegg som er både enkelt og billig å legge på. Belegget lages å dyppe jernet i smeltet sink (varmforsinking), eller ved elektrolyse (galvanisering). En jernoverflate korroderer 200 ganger raskere enn sink (som korroderer med 0,5 – 4 µm (mikrometer) pr. år). Dersom jern får et belegg av sink på 100 µm (0,1 mm) og sinken korroderer med 2 µm per år, vil det ta 50 år før jernet begynner å ruste. Uten belegg ville en 2 mm ren jernplate i praksis måtte erstattes mer enn 10 ganger i løpet av denne tiden.

Sinklegeringer er også ”dagligvare”. Minst en femtedel av sinkproduksjonen går med til å lage forskjellige legeringer. Mest kjent er messing; finmekanikerens metall (33 % sink og 67 % kobber) og tombak (en noe mer kobberrik variant). Nysølv og alpakka (en variant av nysølv) er heller ikke ukjent. Legeringen med denne betegnelsen kan ha et varierende innhold av elementene Zn, Cu og Ni (10-40 % Zn, 45-75 % Cu og 10-30 % Ni). Mindre kjent er kanskje Prestal (78 % Zn og 22 % Al) som er nesten like sterkt som stål, og like lett å støpe som plast. Sinklegeringer er generelt lett formbare og støpbare slik at en rekke metallartikler lages på denne måten.

Resten av sinkproduksjonen går med i en lang rekke produkter som malingspigment, batterier, medikamenter, gummidekk og støpegods etc. Bruk av sink i batterier er beskrevet i noen detalj under sinkens kjemi, mens anvendelser av utvalgte sinkforbindelser kort er beskrevet under.

Sinkoksid (ZnO) ble historisk brukt som malingspigment (sinkhvitt), men har også blitt benyttet i gummiindustrien fordi den gjør vulkaniseringsprosessen lettere og beskytter mot skader fra UV-stråling.

Videre er ZnO en n-type halvleder som har den egenskapen av ledningsevnen øker ved belysning og dette er blitt utnyttet i kopimaskiner. Papiret blir da behandlet med sinkoksid og ladet elektrostatisk. Når papiret belyses vil ladningen på de belyste stedene bli borte og de ladede stedene beskriver bildet. Dette bildet fremkalles ved å behandle papiret med en svart toner.

En annen viktig sinkforbindelse er ZnS som også er hvit og som også har blitt brukt som pigment. Denne forbindelsen viser fluorescens når den treffes av forskjellig type stråling og brukes en del i elektroniske billedskjermer. I visse typer fargeskjermer for TV og PC blir grønnfargen dannet av ZnS/CdS(Cu), blåfargen av ZnS/CdS(Ag), gult av ZnS/CdS(Ag).

Sinkforbindelser ble meget tidlig brukt i medisinen. I følge Marco Polo (1254–1324) brukte perserne sinksulfat for såre øyne. Sinksulfat er også brukt som øyedråper ved katarr (0,2–2 % løsning) og brukes fremdeles som salve til sår som har vanskelig for å gro. Fortsatt brukes også sinkoksid (astringerende), sinkklorid og sinksalisylat (antiseptisk). Lanolin brukt mot hudsykdommer som utslett og solforbrenning inneholder sink- og jernoksider. Organiske sinksalter benyttes mot fotsopp (propionat eller caprilat). Siden sink hjelper for mange hudsykdommer kan man ikke undre seg over at sink også anvendes i kosmetikken. I pudder for eksempel brukes ofte sinkstearat.

I kroppen

Visste du at...

et lavt antall sædceller hos menn gjerne er knyttet til sinkmangel?

Det faktum at morsmelk har meget høyt sinkinnhold forteller at dette metallet er viktig for organismen. Et voksent menneske inneholder så mye som 3 g sink. Selv om innholdet av sink i kroppen bare er ca halvparten av det vi har av jern, har det lang flere roller, og det daglige behovet for sink på ca 20 mg, dvs. nesten det dobbelte av behovet for jern (12–15 mg). Den største sinkkonsentrasjonen finnes i øyet og i prostata. Den er også høy i sædceller, og et lavt antall sædceller hos menn er gjerne knyttet til sinkmangel.

Opptaket av sink gjennom tarmen er ikke særlig effektiv slik at ca 2/3 av det vi spiser forsvinner ut igjen. Sinkmangel kan oppstå dersom det vi spiser inneholder stoffer som binder sink slik at opptaket minskes. Hvete er en kilde til sink som har et relativt høyt sinkinnhold, 40–50 mg/kg. Epler er et eksempel på en matvare med et relativt lavt sinkinnhold, bare 1 ppm.[2]

Den norske befolkning spiser i sum 25 tonn sink i året mens, jordens befolkning inntar mer enn 33 300 tonn.

[Illustrasjon: Carl Henrik Gørbitz, KI, UiO.]

Alkoholdehydrogenase.
Illustrasjon: Carl Henrik Gørbitz, KI, UiO.

Mangel på sink kan vise seg som minsket appetitt og tap av smak og luktesans. Etter hvert kan det dukke opp forvirring, problemer med bena, manglende sårheling, ufruktbarhet og svekket immunsystem. Et typisk symptom ved sinkmangel er at sår har vanskelig for å gro. Sykdommen acrodermatitis enteropathica kan oppstå når spebarn slutter å die. Sykdommen kan være dødelig men kan behandles med tilførsel av sink.

Man kjenner i dag ingen kronisk sykdom som skyldes for høy sinkkonsentrasjon, men akutt sinkforgiftning er likevel kjent og kan gi diaré, kvalme og brekninger. Inhalering av sinkstøv kan føre til ”sinkfeber”, der feber, hoste og hodepine er typiske symptomer. Tistanden går imidlertid over i løpet av noen dager.

Sinkens betydning for biokjemiske prosesser ble forstått først på 1800 tallet, og senere års forskning har klarlagt hundrevis av enzymer og hormoner som trenger sink for å fungere. Som eksempler kan nevnes alkoholdehydrogenase som hjelper oss til å bli kvitt alkoholer som for eksempel etanol, og såkalte transmisjonsfaktorer som er proteiner som tiltrekkes til bestemte sekvenser i DNA slik at de kan påvirke genstrengen.

Sinkoksid ved UiO

Oksidet av sinkmetall heter sinkoksid. Siden sink danner et toverdig kation, har oksidet et oksygenion og et sinkion, ZnO.

Forskning på ZnO begynte for alvor på 50 tallet, og har i senere tid blitt veldig aktuelt, da materialet har mange potensielle bruksområder.

[Foto: Thinkstock]

Solceller er et av bruksområdene til sinkoksid.
Foto: Thinkstock

ZnO er en halvleder med et relativt stort, direkte båndgap på ca 3.4 eV. Dette båndgapet (et opphold i tillatte energitilstander) er perfekt for mange anvendelser, som for eksempel solceller som bruker lys i UV delen av spekteret (og som derfor kan gjøres gjennomsiktige) eller i lysdioder som slipper ut lys i UV (som videre kan produsere hvitt lys).

Begge disse teknologiene (en lysdiode kan sees på som en solcelle i revers) gjør bruk av det kvantemekaniske fenomenet Einstein forklarte og fikk Nobelprisen for, nemlig den fotoelektriske effekt. Strømproduserende vinduer hadde selvsagt vært kult, men det gjenstår noen utfordringer!

For at ZnO skal kunne brukes i disse innretningene, må man klare å lage materialet i to forskjellige typer: n-type og p-type. n-type halvledere leder elektroner i ledningsbåndet, mens p-type halvledere leder elektronhull (mangel på elektroner) i valensbåndet. For å kunne lage en fungerende innretning trenger man å kontakte disse to typene. Grunnet diverse forurensninger, finnes naturlig ZnO alltid i n-type, og det viser seg vanskelig å produsere p-type.

Det er mye forskning på verdensbasis, og ved UiO, for å finne ut av hvilke forurensninger som er grunnen til at ZnO alltid er n-type, og forskningsgrupper ved både Kjemisk og Fysisk institutt, UiO er involvert i dette arbeidet.

Hydrogen er et stoff som finnes i større eller mindre mengder stort sett overalt, og det viser seg at hydrogen promoterer n-type oppførsel i ZnO (hydrogen er en såkalt elektrondonor).

Andre grunnstoffer, som for eksempel litium viser seg å kunne promotere begge typer ZnO, avhengig av hvor i krystallstrukturen det sitter, og forskere ved MiNa-laboratoriet ved UiO jobber mye med å finne ut av hvordan en kan inkorporere litium i ZnO for å lage det etterlengtede p-type ZnO.

Sinkens kjemi

Sink er et relativt reaktivt elektropositivt grunnstoff som reagerer både med syrer og baser. Det oksideres meget lett og i luft vil H2O og CO2 gi sinkoverflaten et sjikt av basisk sinkkarbonat som beskytter mot videre korrosjon.

Når sink derfor ikke umiddelbart reagerer med vann er det på grunn av dette beskyttende laget, men en ren overflate vil reagere med vann under frigjøring av hydrogen:

Zn + H2O => ZnO + H2

Forfatter:  Arvid Mostad

Velg grunnstoff:  

Finn nabogrunnstoff

    Al
Cu Zn Ga
Ag Cd In

Vis alt om sink

Sink i periodesystemet

Visste du at...

O

ozon er en ustabil, blå, diamagnetisk gass med en metallisk lukt som kan merkes ned til en konsentrasjon på bare 0,01 ppm?

Les mer om oksygen

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Søk i periodesystemet

Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter