Zinek
Obsah boxu
Zinek (chemická značka Zn, latinsky Zincum) je chemický prvek s protonovým číslem 30. Jedná se o namodrale bílý, křehký kov, který je druhým nejhojnějším stopovým prvkem v lidském těle po železe. Patří mezi přechodné kovy a nachází se ve 12. skupině periodické tabulky. Zinek je chemicky reaktivní a na vzduchu se pokrývá tenkou, ale pevnou vrstvou oxidu, která ho chrání před další korozí. Díky této vlastnosti, své relativně nízké ceně a schopnosti tvořit slitiny je jedním z nejdůležitějších neželezných kovů v průmyslu.
Zinek je také esenciálním stopovým prvkem pro všechny formy života. Hraje klíčovou roli ve stovkách enzymatických reakcí v těle, je nezbytný pro funkci imunitního systému, hojení ran, syntézu DNA a správný vývoj organismu. Jeho význam sahá od průmyslové výroby až po lidské zdraví.
⏳ Historie
Zinek a jeho slitiny jsou lidstvu známy po staletí, i když jeho izolace jako čistého prvku proběhla mnohem později. Mosaz, slitina mědi a zinku, byla používána již ve starověkém Řecku a Římě. Římané vyráběli mosaz tavením mědi se zinkovou rudou zvanou calamine (hemimorfit nebo smithsonit). Tento proces byl znám jako cementace, při kterém se zinková ruda zahřívala s dřevěným uhlím, čímž vznikaly zinkové páry, které následně reagovaly s roztavenou mědí.
První izolace čistého zinku se připisuje Indii, kde byl tento kov vyráběn již ve 12. století v Zawar v Rádžasthánu. Proces zahrnoval destilaci zinkové rudy v hliněných retortách. Tato technologie se postupně dostala do Číny a později i do Evropy. V Evropě byl zinek znovuobjeven a popsán až v 16. století alchymistou Paracelsem, který ho nazval zincum.
Průmyslová výroba zinku v Evropě začala v 18. století. V roce 1743 založil William Champion v Bristolu v Anglii první velkokapacitní tavírnu, která využívala proces vertikální retortové destilace. Tento objev umožnil masovou produkci zinku, což vedlo k jeho širokému využití, zejména v procesu galvanizace pro ochranu železa a oceli před korozí, který byl patentován v roce 1837.
⚛️ Vlastnosti
Zinek je při pokojové teplotě křehký, namodrale bílý kov, který se však při teplotách mezi 100 a 150 °C stává tvárným a tažným. Nad 210 °C se opět stává křehkým a lze jej snadno rozemlít na prášek. Je středně reaktivní a je amfoterní, což znamená, že reaguje jak s kyselinami, tak se silnými zásadami. Na vlhkém vzduchu reaguje s oxidem uhličitým a vytváří tenkou, nepropustnou vrstvu uhličitanu zinečnatého (Zn₅(OH)₆(CO₃)₂), která jej chrání před další korozí.
Z chemického hlediska má zinek ve valenční vrstvě dva elektrony, které snadno ztrácí, a proto se ve sloučeninách vyskytuje téměř výhradně v oxidačním stavu +2. Je to dobrý redukční činidlo. Hoří v plameni modrozelenou barvou a uvolňuje přitom oblaka oxidu zinečnatého, známého jako zinková běloba.
Zinek má pět stabilních izotopů: ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn, ⁶⁸Zn a ⁷⁰Zn, přičemž ⁶⁴Zn je nejhojnější (téměř 49 % přírodního výskytu). Bylo také popsáno více než 25 radioizotopů, z nichž nejstabilnější je ⁶⁵Zn s poločasem přeměny 244 dní.
🏭 Průmyslové využití
Zinek je čtvrtým nejvíce průmyslově využívaným kovem na světě po železe, hliníku a mědi. Jeho využití je velmi rozmanité a klíčové pro mnoho odvětví.
- Galvanizace: Přibližně 60 % celosvětové produkce zinku se používá k ochraně oceli a železa před korozí. Tento proces, známý jako galvanizace, spočívá v nanesení tenké vrstvy zinku na povrch kovu. Zinek funguje jako obětovaná anoda – koroduje přednostně, a chrání tak ocel pod ním, i když je povrch poškrábán. Galvanizovaná ocel se používá ve stavebnictví, automobilovém průmyslu a při výrobě spotřebičů.
- Slitiny: Zinek je důležitou součástí mnoha slitin. Nejznámější je mosaz, slitina zinku a mědi, která je ceněna pro svou tvrdost, odolnost proti korozi a opracovatelnost. Používá se k výrobě hudebních nástrojů, armatur a dekorativních předmětů. Slitiny zinku s hliníkem (např. Zamak) se používají pro tlakové lití složitých dílů v automobilovém a elektrotechnickém průmyslu.
- Baterie: Zinek hraje klíčovou roli v galvanických článcích. Tradiční zinko-uhlíkové baterie používají zinkové pouzdro jako anodu. Modernější alkalické baterie také využívají zinek. Nové technologie, jako jsou zinko-vzdušné baterie, nabízejí vysokou hustotu energie a jsou využívány například v naslouchátkách.
- Chemický průmysl: Oxid zinečnatý (ZnO) je nejvýznamnější sloučeninou zinku. Používá se jako bílý pigment v barvách, jako aktivátor při vulkanizaci kaučuku, v kosmetice a farmaceutickém průmyslu (např. v krémech proti opruzeninám a slunečních krémech jako UV filtr). Chlorid zinečnatý se používá jako deodorant a při ochraně dřeva.
⚕️ Biologický význam
Zinek je esenciální mikroživina pro všechny živé organismy. V lidském těle dospělého člověka se nachází přibližně 2–3 gramy zinku, nejvíce v kosterním svalstvu a kostech. Je součástí více než 300 enzymů a více než 2000 transkripčních faktorů, které regulují expresi genů.
Jeho klíčové funkce zahrnují:
- Imunitní systém: Zinek je nezbytný pro vývoj a funkci buněk imunitního systému, jako jsou T-lymfocyty a NK buňky. Nedostatek zinku oslabuje imunitní odpověď a zvyšuje náchylnost k infekcím.
- Hojení ran: Hraje důležitou roli v každé fázi hojení ran, od srážení krve po tvorbu nové tkáně a remodelaci jizvy.
- Růst a vývoj: Je klíčový pro buněčné dělení a růst, což je důležité zejména v dětství, dospívání a během těhotenství.
- Smyslové funkce: Zinek je nezbytný pro správnou funkci chuti a čichu.
- Syntéza DNA a bílkovin: Jako součást enzymů se podílí na syntéze DNA a proteinů, základních stavebních kamenů života.
📉 Nedostatek a nadbytek
Nedostatek zinku (hypozinkemie) je celosvětově významným zdravotním problémem, který postihuje odhadem až čtvrtinu populace v rozvojových zemích. Příčinou je často strava chudá na živočišné bílkoviny a bohatá na fytáty (v obilovinách a luštěninách), které snižují jeho vstřebávání. Mezi projevy nedostatku patří zpomalený růst, ztráta chuti k jídlu, padání vlasů, kožní problémy (dermatitida), zhoršené hojení ran, průjmy a oslabená imunita.
Naopak akutní nadměrný příjem zinku, obvykle z kontaminovaných potravin nebo nápojů, může způsobit nevolnost, zvracení, bolesti břicha a průjem. Chronický vysoký příjem zinku (více než 100 mg denně) může narušit metabolismus mědi, vést k jejímu nedostatku a způsobit anemii a neurologické problémy. Doporučená denní dávka pro dospělého muže je přibližně 11 mg a pro ženu 8 mg.
🌍 Výskyt a produkce
Zinek se v zemské kůře vyskytuje s průměrnou koncentrací přibližně 75 ppm, což ho řadí na 24. místo v hojnosti prvků. V přírodě se nikdy nenachází v ryzí formě, ale vždy ve sloučeninách. Nejdůležitější zinkovou rudou je sfalerit (sulfid zinečnatý, ZnS), který často obsahuje příměsi kadmia, železa a manganu. Dalšími významnými rudami jsou smithsonit (uhličitan zinečnatý, ZnCO₃) a hemimorfit (křemičitan).
Těžba a výroba zinku jsou koncentrovány v několika zemích. Podle údajů z roku 2024 a prognóz pro rok 2025 jsou největšími producenty zinku:
Čína (s velkým náskokem)
Peru
Austrálie
Indie
Spojené státy americké
Celosvětová produkce zinku se pohybuje kolem 13 milionů tun ročně. Zinek se získává z rudy hydrometalurgickým nebo pyrometalurgickým procesem. Většina moderní produkce (přes 90 %) využívá hydrometalurgii, kde se ruda nejprve praží, aby se sulfid převedl na oxid, ten se následně vylouhuje v kyselině sírové a výsledný roztok síranu zinečnatého se čistí a podrobuje elektrolýze, při které se na katodě vylučuje vysoce čistý zinek.
♻️ Recyklace a životní prostředí
Zinek je vysoce recyklovatelný kov. Odhaduje se, že přibližně 30 % celosvětové spotřeby zinku je pokryto z recyklovaných zdrojů, především z ocelového šrotu (při recyklaci galvanizované oceli) a z vyřazených mosazných výrobků. Recyklace zinku je energeticky méně náročná než jeho výroba z primárních surovin, což snižuje zátěž pro životní prostředí.
Přesto může těžba a zpracování zinkových rud představovat ekologickou zátěž. Zinkové rudy často obsahují toxické těžké kovy jako kadmium a olovo, které se mohou uvolňovat do okolí, pokud nejsou provozy řádně zabezpečeny. Kyselé důlní vody mohou kontaminovat povrchové i podzemní zdroje vody. Moderní těžební a zpracovatelské závody proto investují do technologií na minimalizaci dopadů na životní prostředí.
🥦 Potravinové zdroje
Bohatým zdrojem zinku v potravě jsou především živočišné produkty, kde je zinek také lépe biologicky dostupný. Vstřebávání zinku z rostlinných zdrojů je často omezeno přítomností fytátů.
Nejlepší zdroje zinku zahrnují:
- Mořské plody:
Ústřice jsou absolutně nejbohatším zdrojem zinku. Dále krabi a humři. - Maso: Červené maso (hovězí, jehněčí) a drůbež.
- Luštěniny: Fazole, cizrna, čočka.
- Ořechy a semena: Dýňová semínka, kešu ořechy, konopná semínka.
- Mléčné výrobky: Sýry a mléko.
- Celozrnné obiloviny: Oves, quinoa, hnědá rýže.
Pro vegetariány a vegany je důležité dbát na dostatečný příjem zinku a případně využívat techniky jako namáčení nebo klíčení luštěnin a obilovin, které snižují obsah fytátů a zlepšují jeho vstřebatelnost.
⚛️ Pro laiky
Představte si zinek jako univerzálního "údržbáře" a "ochránce" v jednom. V průmyslu je to jako neviditelný štít pro ocel. Když se ocelový plot nebo karoserie auta potáhne tenkou vrstvou zinku (procesu se říká galvanizace), zinek se dobrovolně "obětuje". Místo aby rezavěla ocel, rezaví nejdříve zinek, a tím ocel chrání po mnoho let. Je to hrdina, který chrání ostatní kovy před zkázou.
V našem těle je zinek jako šéf tisíců malých dělníků (enzymů). Bez něj by tito dělníci nedokázali opravovat poškozené buňky, stavět nové tkáně (třeba když se říznete), ani bojovat proti virům a bakteriím. Když máte málo zinku, váš imunitní systém je jako armáda bez velitele – zmatený a slabý. Zinek také pomáhá, abyste cítili chuť jídla a vůni květin. Je to tedy klíčový prvek, který zajišťuje, aby jak stroje, tak i naše tělo fungovaly správně a bez problémů.