Sinkki (Zn) — kemiallinen alkuaine: ominaisuudet, isotoopit ja käyttö

Tutustu sinkin (Zn) ominaisuuksiin, isotooppeihin ja käyttöön: fysikaaliset ja kemialliset tiedot, radioaktiivisuus, galvanointi, akut ja teolliset sovellukset.

Tekijä: Leandro Alegsa

30-12-2025 22:08

Sinkki, jota joskus kutsutaan myös spelteriksi, on kemiallinen alkuaine. Se kuuluu ryhmään 12 ja sitä on joskus luonnehdittu sekä siirtymämetalliksi että post‑siirtymämetalliksi; käytännössä sinkin kemialliset ominaisuudet poikkeavat monista perinteisistä siirtymämetalleista. Sinkin symboli jaksollisessa järjestelmässä on "Zn" ja se on jaksollisen järjestelmän 30. alkuaine, jonka järjestysluku on 30. Sen keskimääräinen massaluku (atomipaino) on noin 65,38 u. Atomin ytimessä on 30 protonia ja ilman varausta 30 elektronia.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Sinkki on hopeanhohtoinen metalli, jolla on kohtalainen kovuus ja alhainen sulamispiste verrattuna moniin muihin metalleihin. Sen tärkeimpiä ominaisuuksia:

Elektronikonfiguraatio: [Ar] 3d¹⁰ 4s².
Kiderakenne: heksagoninen tiivispakkaus (hcp) huoneenlämpötilassa.
Sulamispiste: noin 419,5 °C; kiehumispiste: noin 907 °C.
Tiheys: noin 7,14 g/cm³ (20 °C).
Tavallisin hapetusluku: +2 (Zn2+); sinkki muodostaa helposti ionisia yhdisteitä ja oksideja.
Korroosionkestävyys: pinta muodostaa ilmakehässä ohuen ZnO– ja karbonaattikerroksen, joka suojaa metallia edelleen korroosiolta — tämä on yksi syy galvanointiin.

Isotoopit

Sinkistä tunnetaan yhteensä 29 isotooppia, joista viisi esiintyy luonnossa: ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn, ⁶⁸Zn ja ⁷⁰Zn. Osa synteettisistä isotoopeista on radioaktiivisia. Niiden puoliintumisaika vaihtelee lyhyistä arvoista — esimerkiksi ⁵⁷Zn:n kanssa noin 40 millisekunnin luokkaa — aina erittäin pitkiin arvioihin, kuten ⁷⁰Zn:lle ilmoitettuja erittäin pitkiä elinaikoja (arviolta jopa ~5×10¹⁸ vuotta) kun tarkastellaan harvinaisia hajoamisprosesseja.

Esineminen ja tuotanto

Luonnossa sinkki esiintyy pääasiassa malmimineraalissa sfaleriitissa (sinkkisulfidi, ZnS). Suurimmat teolliset tuotantomenetelmät perustuvat malmikaivokseen, rikastusprosessiin sekä paahtoon ja liuotukseen, minkä jälkeen puhdistetaan esimerkiksi sähkölyysin avulla. Kierrätys on myös merkittävä sinkin lähde, sillä metallia on helppo palauttaa käyttöön jätteestä ja vanhoista tuotteista.

Käyttö

Sinkin tärkeimmät käyttöalueet:

Galvanointi: suurin osa tuotetusta sinkistä käytetään teräksen sinkitykseen korroosion estämiseksi.
Paristot: sinkki on keskeinen komponentti monissa akkuteknologioissa, kuten sinkki-hiili ja alkaliparistoissa sekä sinkki-ilma -akuissa.
Messinki ja muut seokset: kuparin ja sinkin seos messinki on laajalti käytetty korujen, putkistojen ja koneenosien valmistuksessa.
Sinkkioksidi (ZnO): käytetään kumiteollisuudessa, kosmetiikassa (aurinkosuojat), maaleissa, keramiikassa ja lääkkeissä.
Ruostumattomuutta parantavat pinnoitteet, die-casting‑osat (sinkki‑alumiiniseokset), katalyytit ja korroosionestoaineet.

Biologinen merkitys ja turvallisuus

Sinkki on välttämätön hivenaine eläimille ja ihmisille. Se toimii kofaktorina sadoissa entsyymeissä, on tärkeä immuunijärjestelmän toiminnalle, DNA:n synteesille ja solujen jakautumiselle. Puutos voi johtaa kasvun hidastumiseen, haavojen hitaaseen parantumiseen ja immuunivasteen heikkenemiseen; toisaalta suurten annosten pitkäaikainen saanti voi olla toksista.

Työympäristössä ja teollisuudessa huomioitavaa: sinkkijauhe, -höyryt ja sinkkioksidin hengittäminen voi aiheuttaa ärsytystä ja lyhytaikaista oireyhtymää, jota kutsutaan metallipölykuumeeksi tai metal fume feveriksi. Kemiallisesti sinkin haitat ovat yleensä vähäisempiä kuin monien muiden raskasmetallien, mutta asianmukaiset suojatoimet ja jätehuolto ovat tärkeitä.

Yhteenveto

Sinkki (Zn) on monipuolinen ja teollisesti erittäin tärkeä alkuaine. Sen fyysiset ja kemialliset ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen korroosionestoon, paristoihin, seoksiin ja moniin kemiallisiin sovelluksiin. Samalla se on biologisesti välttämätön hivenaine, joten sen tuotanto, käyttö ja kierrätys ovat merkittäviä sekä taloudellisesti että ympäristön ja terveyden kannalta.

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Sinkki on kiiltävä sinertävän harmaa metalli. Juuri leikattuna sinkki on väriltään valkoisenharmaa. Jos se altistuu ilmalle, se ei pysy kiiltävänä pitkään. Sen sulamispiste on (419,58 °C (787,24 °F)), kiehumispiste on (907,0 °C (1 664,6 °F)), jäähtymispiste on -419,58 °C (-723,24 °F) ja jäätymispiste on -907,0 °C (-1 600,6 °F). Tämä lämpötila on alhaisempi kuin useimpien siirtymämetallien mutta korkeampi kuin tinan tai lyijyn. Se voidaan sulattaa keittoliedellä. Se kiehuu metallin alhaisessa lämpötilassa. Se ei ole magneettinen. Kun sitä kuumennetaan hieman, se muuttuu hyvin joustavaksi. Jos sitä kuumennetaan enemmän, se haurastuu. Se seostuu helposti muiden metallien kanssa.

Kemialliset ominaisuudet

Sinkki on reaktiivinen metalli. Se on suunnilleen yhtä reaktiivinen kuin alumiini ja reaktiivisempi kuin useimmat yleisimmät metallit, kuten rauta, kupari, nikkeli ja kromi. Se on vähemmän reaktiivinen kuin magnesium. Sinkki voi reagoida happojen, emästen ja epämetallien kanssa. Se ei kuitenkaan ruostu ilmassa. Sinkin pinnalle muodostuu sinkkioksidista ja sinkkikarbonaatista koostuva pinnoite, kun se on ilmassa. Tämä pinnoite pysäyttää korroosion. Hapot voivat liuottaa tämän pinnoitteen ja reagoida sinkkimetallin kanssa. Sinkin reagoidessa hapon kanssa syntyy sinkki(II)-suolaa, kuten sinkkikloridia, ja vetykaasua. Tämä on hyvin yleinen kemiallinen reaktio. Alla oleva reaktio on reaktio suolahapon kanssa.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Sinkki voi palaa jauheena tai pieninä palasina sinkkioksidiksi, joka on valkoista jauhetta. Liekki on kirkkaan sinivihreä.

2 Zn + O ₂→ 2 ZnO

Sinkkioksidi voi liueta vahvoihin emäksiin. Tämä reaktio tapahtuu joissakin paristoissa, joissa on sinkkiä.

ZnO +₂ HO + 2 OH ^-→ Zn(OH)₄^2-.

Sinkki on kalsofiili. Tämä tarkoittaa, että se reagoi mieluummin rikin ja jaksollisessa järjestelmässä sen alapuolella olevien alkuaineiden kuin hapen kanssa. Tämän vuoksi sinkkisulfidi on yleisin sinkkimalmi, ei sinkkioksidi.

Kemialliset yhdisteet

Sinkki voi muodostaa kemiallisia yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa. Nämä kemialliset yhdisteet ovat vain yhdessä hapetusasteessa: +2. On löydetty +1-yhdiste, mutta sitä on vaikea valmistaa. Muita hapetusasteita kuin +1 tai +2 ei ole. Useimmilla näistä yhdisteistä ei ole väriä. Jos niillä on väriä, se ei ole sinkkiä, joka tekee värin.

Sinkkikloridi on yksi yleisimmistä sinkkiyhdisteistä. Ne ovat melko reagoimattomia. Ne ovat hieman happamia veteen liuotettuina. Ne muodostavat vihreän liekin, kun niitä kuumennetaan tulessa.

Muita sinkkiyhdisteitä ovat:

Sinkkiantimonidi, harmaa puolijohde
Sinkkiarsenidi, oranssi puolijohde
Sinkkibromidi, suojakilpi säteilyä vastaan.
Sinkkikarbonaatti, sinkkimalmi
Sinkkifluoridi
Sinkkihydroksidi, jota käytetään kirurgisissa siteissä.
Sinkkijodidi, jota käytetään röntgenkuvien ottamisessa.
Sinkkinitraatti, jota käytetään peittausaineena.
Sinkkioksidi, jota käytetään aurinkovoiteissa
Sinkkifosfaatti, jota käytetään hammaslääketieteessä
Sinkkisulfaatti, jota käytetään pigmenteissä.
Sinkkisulfidi, yleinen sinkkimalmi

Sinkkikloridi

Sinkkioksidi

Sinkkisulfaatti

Sinkin polttaminen

Mistä sinkkiä löytyy

Luonnossa esiintyy viisi sinkin isotooppia. ⁶⁴Zn on yleisin isotooppi, ja sen osuus luonnossa esiintyvästä sinkistä on 48,63 prosenttia. Tämän isotoopin puoliintumisaika on 4,3x10¹⁸ vuotta. Se on niin pitkä, että sen radioaktiivisuus voidaan jättää huomiotta. Vastaavasti ⁷⁰
Zn:n (0,6 %), jonka puoliintumisaika on 1,3x10¹⁶ vuotta, ei yleensä katsota olevan radioaktiivinen. Muita luonnossa esiintyviä isotooppeja ovat ⁶⁶
Zn (28 %),⁶⁷
Zn (4 %) ja⁶⁸
Zn (19 %).

Sinkkiä ei esiinny metallina maankuoressa. Sinkkiä esiintyy vain sinkkiyhdisteinä. Sinkkisulfidista koostuva mineraali sfaleriitti on tärkein sinkkimalmi. Meressä on hyvin vähän sinkkiä. Sinkkimalmia esiintyy yleensä kupari- ja lyijymalmien kanssa.

On olemassa joitakin muita sinkkimalmeja, kuten smithsonite (sinkkikarbonaatti) ja sinkkisilikaattimineraali. Ne ovat harvinaisempia.

Sphaleriitti, yleinen sinkkimalmi

Valmistelu

Sinkkisulfidi rikastetaan flotaatiolla. Sinkkisulfidia kerätään pesuaineella. Epäpuhtaudet vajoavat pohjalle ja poistuvat. Sitten sinkkisulfidia kuumennetaan ilmassa, jolloin syntyy sinkkioksidia ja rikkidioksidia.

2 ZnS + 3 O ₂→ 2 ZnO + 2 SO₂

Rikkidioksidi hapettuu rikkitrioksidiksi.

2 NIIN ₂+ O₂ → 2 NIIN₃

Rikkitrioksidi reagoi sinkkioksidin kanssa ja muodostaa sinkkisulfaattia. Näin saadaan sinkistä liukoinen muoto, jota voidaan käsitellä enemmän.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Sinkkisulfaatti puhdistetaan ja elektrolysoidaan. Elektrolyysissä syntyy happea, sinkkiä ja rikkihappoa. Näin saadaan puhdasta sinkkiä, joka tunnetaan nimellä "SHG" eli special high grade.

2 ZnSO ₄+ 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Rikkihappoa käytetään uudelleen rikkitrioksidin sijasta sinkkioksidin liuottamiseen.

Sinkkioksidia voidaan myös pelkistää hiilen avulla sinkkimetalliksi ja hiilidioksidiksi korkeissa lämpötiloissa. Tämä on samanlainen masuuniprosessi kuin raudan valmistuksessa.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Tämä sinkkimuoto on halvempaa, mutta se ei ole puhdasta.

Sinkki on maailman neljänneksi yleisin metalli. Sitä valmistetaan vuosittain noin 10 miljoonaa tonnia.

Käyttää

Metallina

Sinkkiä käytetään sähköparistoissa. Sinkkiä käytetään eniten alkaliparistoissa ja Leclanche-paristoissa. Se hapettuu ja tuottaa elektroneja akun toimintaa varten.

Noin 59 prosenttia sinkistä käytetään korroosionestoon, johon kuuluu myös sinkitys. 47 % maailman sinkistä käytetään sinkitykseen. Sitä käytetään suojaamaan toista metallia, yleensä rautaa, ruostumiselta. Sinkkipinnoite syöpyy raudan sijasta. Sinkkipinnoite voidaan laittaa metalliin kahdella tavalla. Metalli voidaan kastaa sulatettuun sinkkiin. Sinkki voidaan myös galvanoida metallin päälle. Upottaminen kestää pidempään, mutta siitä syntyy epätasainen pinta, joka ei joidenkin mielestä näytä hyvältä. Sitä käytetään myös moottoriveneissä ja putkistoissa ruostumisen hidastamiseksi. Moottoriveneen moottorissa on usein sinkkiä sisältävä "luoti", joka ruostuu helposti, mutta auttaa moottorin muita metalliosia pysymään ruostumattomina.

Sinkkiä käytetään seoksissa. Messinki on kuparin ja sinkin seos. Messinki on yleisin sinkkiseos. Sinkki voi muodostaa seoksia monien muiden metallien kanssa. Sinkkialumiini on sinkin ja alumiinin seos, josta saadaan hyviä laakereita. Kaupallisessa pronssissa on sinkkiä. Joskus kadmiumtelluridi reagoi sinkin kanssa, jolloin saadaan kadmiumsinkkitelluridia, puolijohdetta. Nikkelihopea on toinen sinkkiseos.

Sinkkiä voidaan käyttää urkujen pilleissä. Aiemmin käytettiin tinan ja lyijyn seosta. Sinkkiä käytetään Yhdysvaltain pennissä, jossa on vain ohut kuparikerros. Ydin on sinkkiä. Vanhemmat pennit tehtiin kokonaan pronssista.

Sinkki- ja rikkijauheen seosta voidaan käyttää pienoistoraketin käyttövoimana. Tässä reaktiossa syntyy sinkkisulfidia, lämpöä, valoa ja kaasuja. Sinkkilevystä valmistetaan sinkkitankoja.

Kuten sinkkiyhdisteet

Noin 1/4 sinkistä käytetään sinkkiyhdisteiden valmistukseen. Sinkkioksidia voidaan käyttää aurinkosuojana tai maalipigmenttinä. Sinkkioksidi on myös puolijohde. Sinkkikloridia käytetään puun säilömiseen, jotta se ei lahoa. Joissakin sienitautien torjunta-aineissa on sinkkiä. Sinkkisulfaattia käytetään väriaineissa ja pigmenteissä. Sinkkisulfidia käytetään loistelampuissa muuntamaan ultraviolettivalo näkyväksi valoksi.

Biologiassa

Ihminen tarvitsee hieman sinkkiä auttaakseen kehoaan toimimaan hyvin. Jos ihminen ei saa ravinnostaan riittävästi sinkkiä, hän voi saada kivennäisaineen puutteen. Lähes kahdella miljardilla ihmisellä on sinkin puute. Sinkkipuutos aiheuttaa sen, että ihminen saa helpommin infektioita. Jotkut sanovat, että kun sairastamme vilustumista, meidän pitäisi ottaa enemmän sinkkiä. Toiset sanovat, että sinkillä ei ole merkitystä. On olemassa lääkkeitä, joita voi käyttää, kun on vilustunut. Ihmiset lisäävät pieniä määriä sinkkiyhdisteitä vitamiinipillereihin ja viljoihin varmistaakseen, että he saavat riittävästi sinkkiä. Useimmissa yhden tabletin vitamiineissa on sinkkiä. Sinkkiä on ainakin 100 entsyymissä. Se on raudan ohella toiseksi yleisin siirtymämetalli. Myös aivot käyttävät sinkkiä. Ihmiskehossa on 2-4 grammaa sinkkiä. Sinkkientsyymi auttaa poistamaan hiilidioksidia verestä. Vehnässä on paljon sinkkiä.

Kuumasinkitty tuote

Tavalliset alkaliparistot. Näissä paristoissa on sinertävän harmaata sinkkijauhetta pariston keskellä.

Turvallisuus

Suuret määrät sinkkimetallia ovat myrkyllisiä. Se voi liueta mahahappoon. Kun sinkkiä syödään liikaa, elimistön kupari- ja rautapitoisuudet laskevat. Sinkkiyhdisteet voivat olla syövyttäviä vatsassa. Nenään joutuvat sinkkiyhdisteet voivat pilata hajuaistin.

Sinkki-ionit ovat erittäin myrkyllisiä kaloille ja monille vedessä eläville asioille.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on sinkki?

V: Sinkki on kemiallinen alkuaine, joka kuuluu siirtymämetallien ryhmään.

K: Mikä on sinkin symboli jaksollisessa järjestelmässä?

V: Sinkin symboli jaksollisessa järjestelmässä on "Zn".

K: Mikä on sinkin massaluku?

V: Sinkin massaluku on 65,38.

K: Kuinka monta protonia ja elektronia sinkillä on?

V: Sinkillä on 30 protonia ja 30 elektronia.

K: Kuinka monta sinkin isotooppia tunnetaan ja kuinka monta esiintyy luonnossa?

V: Sinkkiä tunnetaan yhteensä 29 isotooppia, joista viisi esiintyy luonnossa.

Kysymys: Mitä yleisiä käyttötarkoituksia sinkillä on?

V: Sinkkiä käytetään useimmiten galvanointiin ja akkuihin, ja se on neljänneksi yleisin ihmisten käyttämä metalli.

K: Ovatko kaikki sinkin isotoopit radioaktiivisia?

V: Ei, kaikki sinkin isotoopit eivät ole radioaktiivisia, mutta jotkut niistä ovat. Niiden puoliintumisajat vaihtelevat 40 millisekunnista 5x1018 vuoteen.

Etsiä