Zinek a sloučeniny (jako Zn)

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení (ES) č. 1272/2008, ve znění pozdějších předpisů.

Zinek je měkký lehce tavitelný kov. Za normálních teplot je křehký. Kujný je v teplotním rozmezí od 100 do 150 °C. Při teplotách nad 210 °C se opět stává křehkým a za vysokých teplot je znovu měkký a kujný. Vede elektrický proud a má vysoký redukční potenciál. Ve sloučeninách se vyskytuje ve stavu Zn²⁺.

Zinek je po železe, mědi a hliníku čtvrtým průmyslově nejvíce vyráběným kovem. Elementární zinek nachází významné uplatnění (až 40 % produkce) jako antikorozní ochranný materiál především pro železo a jeho slitiny (pozinkovaný plech). Zinek má také velmi dobré vlastnosti pro výrobu odlitků. Vyrábějí se tak kovové součástky, které jsou dobře odolné vůči atmosférickým vlivům, ale nesnášejí výrazné mechanické namáhání, protože zinek je mechanicky velmi málo odolný. Příkladem mohou být některé části motorových karburátorů, kovové ozdoby, okenní kliky apod. Poměrně významné místo patřilo zinku ve výrobě galvanických elektrických článků (suchých článků např. v kombinací s uhlíkem). V současné době je však nahrazován jinými kovy. Zinek je také součástí mnoha slitin. Nejvýznamnější je bezesporu slitina s mědí – mosaz. Prakticky se využívá řady různých mosazí s odlišným poměrem obou kovů, které se liší jak barvou, tak mechanickými vlastnostmi – tvrdostí, kujností, tažností i odolností proti vlivům okolního prostředí. Obecně se mosaz oproti čistému zinku vyznačuje výrazně lepší mechanickou odolností i vzhledem. Zinek se v menší míře používá i při výrobě klenotnických slitin se zlatem, stříbrem, mědí a niklem.

Z hlediska praktického využití je nejdůležitější sloučeninou zinku jeho oxid (ZnO). Užívá se jako netoxický bílý pigment při výrobě barviv, slouží také jako plnicí prostředek při výrobě vulkanizovaného kaučuku a nachází uplatnění i v keramickém a sklářském průmyslu při výrobě speciálních chemicky odolných skel a glazur nebo emailů. Z oxidu zinečnatého se vyrábějí zinečnatá mýdla, která se používají jako sušidla nátěrových hmot, stabilizátory plastů a fungicidy. Sulfid zinečnatý je výrazně luminiscenční a slouží jako základní látka pro světélkující nátěry hodinových ručiček a v podobných aplikacích, používá se také při výrobě různých druhů obrazovek. Je vhodným pigmentem pro dětské hračky.

Další sloučeniny zinku slouží jako součást metalurgických tavidel, barviv pro potisk tkanin i impregnačních prostředků pro ochranu dřeva před plísněmi a hnilobou. Používají se také při výrobě deodorantů, léčiv (masti na vyrážky, vitaminové preparáty), při úpravě textilií a k přípravě hořečnatého cementu pro zubní výplně. Zředěné vodné roztoky některých zinečnatých solí mají dezinfekční účinky.

Do atmosféry se zinek uvolňuje při spalování fosilních paliv a při těžbě a zpracování zinkových rud (i rud jiných kovů, které mohou obsahovat příměsi zinku). Atmosférickou depozicí se dostává do půdy a vody. Zdrojem zinku v půdách jsou také hnojiva obsahující zinek jako znečisťující příměs nebo deponované čistírenské kaly. Antropogenním zdrojem zinku v přírodních vodách je především atmosférický spad. Zinek se může do vody také dostat splachem z půd. Z průmyslových odpadních vod obsahují zinek např. vody ze zpracování neželezných rud, z moříren mosazi, ze zpracování tuků a z povrchové úpravy kovů, kde je zinek zpravidla vázán v různých komplexech. Zdrojem zinku ve vodě jsou také nádoby ze zinku nebo z pozinkovaných kovů (vědra, plechy, okapy), se kterými voda přichází do styku. Přirozeným zdrojem zinku je zvětrávání rud s obsahem zinku.

Mezi významné antropogenní zdroje zinku patří:

• Spalování fosilních paliv;
• Těžba a zpracování rud;
• Průmyslové odpadní vody (zpracování neželezných rud, mořírny mosazi, zpracování tuků a povrchová úprava kovů);
• Hnojiva s obsahem zinku.

Ve vzduchu se zinek váže na půdní a prachové částice. Atmosférickou depozicí se mohou tyto částice dostávat do vody nebo půdy. Zinek je běžnou součástí hornin, půd a sedimentů. Například v jílech bývá obsaženo asi 100 mg/kg zinku. Pozaďová koncentrace zinku v půdách je asi 80 mg/kg. V půdě se většina zinku vyskytuje ve formě vázané na půdní částice a nerozpouští se ve vodě, proto jsou koncentrace zinku ve vodách většinou nízké. Větší množství zinku se dostává do podzemních vod při oxidačním rozkladu sulfidických rud. Rozpuštěný zinek (ve formě Zn²⁺) se sorbuje na jíly a huminové koloidy. Zinek je značně toxický pro ryby a jiné vodní organismy. Zvlášť citlivé jsou lososové ryby.

Zinek patří mezi esenciální stopové prvky pro lidi, zvířata i rostliny. Přitom není obsažen v živých tkáních ve vysokém množství – uvádí se, že tělo dospělého člověka obsahuje pouze přibližně 2 g zinku. Přítomnost zinku v organismu je nezbytnou podmínkou pro správné fungování řady enzymatických systémů (např. inzulínový, dehydrogenasa, karboxypeptidasa). Zinek má však i řadu dalších biologických a biochemických funkcí. Hraje roli v metabolismu bílkovin a nukleových kyselin a je nezbytný pro syntézu DNA. Přítomnost zinku v potravě je důležitá nejen v době růstu organismu, kdy jeho nedostatek vede k opožďování tělesného i duševního dospívání, ale i v dospělosti. Nedostatečné množství zinku v potravě způsobuje nechtěný úbytek na váze, pomalé hojení ran, zhoršování paměti, smyslové poruchy (především zrakové a čichové), malý vzrůst a mentální letargii. Zinek je přítomen v poměrně značném množství ve spermatu a jeho dostatek v potravě je podmínkou pro správný pohlavní vývoj i dokonalou funkci pohlavních orgánů mužů. Chronický nedostatek zinku může vést až ke smrti.

Přílišné množství zinku způsobuje bolesti žaludku, křeče, zvracení a průjmy. Nejčastější případy předávkování jsou způsobeny jídlem skladovaným v pozinkovaných nádobách nebo předávkování vitaminovými doplňky. Zinek se snadno vylučuje z těla gastrointestinálním traktem, proto nehrozí nebezpečí jeho kumulace v těle. Chronická konzumace velkého množství zinku však může zvyšovat riziko srdečních chorob a ovlivňovat imunitní systém.

Při práci s roztaveným Zn a jeho slitinami se projevuje profesionální otrava, označovaná jako „horečka slévačů“ s několikahodinovou latencí, jejíž příčinou je alergická reakce na bílkoviny denaturované působením dýmů ZnO. Tato intoxikace je známá i u dalších kovů, např. Cd, Co, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Sn. Obvyklé symptomy otravy jsou sladko v ústech, kašel, únava, bolesti hlavy, třesavka, horečnaté stavy. Rozpustné sloučeniny mají místní leptavé a po požití i emetické účinky (např. ZnSO₄.7H₂O, ZnCl₂, a další). ZnCl₂ působí na pokožku i sliznice silně leptavě. Zředěné roztoky (cca 1%) perorálně způsobují zvracení. Při vyšších dávkách dochází k zánětu sliznic, ledvin a poškození srdce. Aerosol může způsobit závažné podráždění plic. Dimethyldithiokarbamát zinečnatý způsobuje nesnášenlivost k alkoholu, prach dráždí sliznice dýchacích cest a očí a po velké expozici může způsobit až edém plic. Jsou podezřelé z karcinogenity. Z organických sloučenin Zn je z toxikologického hlediska významný diethylzinkium (C₂H₅)₂Zn, který se při styku se vzdušným kyslíkem samovolně vznítí. Produkty hoření způsobují podobné otravy jako po intoxikaci způsobené iontovými sloučeninami (horečka slévačů).

Zinek patří mezi esenciální stopové prvky pro lidi, rostliny i živočichy. Je tedy v malém množství nezbytný. Ve zvýšeném množství však působí toxicky. Pro lidské zdraví nepředstavuje velké riziko. Značně toxický je pro vodní organismy.

Odhad emisí zinku je možné učinit z rozdílu množství zinku v surovině a v produktu. Přesnější informace je nutné získat měřením. Obsah zinku ve vodných vzorcích je možné stanovit pomocí atomové absorpční emise (AAS) nebo hmotností spektrometrie (MS). Vzorky půd a prašný aerosol je nutné nejdříve převést na vodný roztok, např. mineralizací kyselinou dusičnou. Pro měření se lze obrátit na komerční laboratoře. Pro stanovení zinku ve specifických matricích je k dispozici řada normovaných postupů:

Při koncentraci zinku v odpadní vodě 10 mg.l^-1 je ohlašovací práh pro emise a přenosy do vody dosažen při vypouštění 10 000 m³ odpadní vody ročně. Pokud je zinek přítomen ve vypouštěném vzduchu v koncentraci 100 mg.m^-3, ohlašovací práh pro emise do vzduchu je dosažen při vypouštění 2 000 000 m³ odpadního vzduchu ročně (pokud byl údaj o koncentraci uveden při stejné teplotě a tlaku jako objem plynu).

Zinek je přijímán především v potravě. Hlavními zdroji zinku jsou játra, tmavé maso, mléko, vaječné žloutky a mořští živočichové (především ústřice). Z rostlinných produktů jde především o celozrnné cereálie, fazole, ořechy a dýňová semena. Protože množství přijímaného zinku obsaženého v živočišné potravě značně převyšuje objem zinku, který může být získán z rostlinné potravy, je důležité, aby přísní vegetariáni dbali o dostatečný příjem zinku (především v případě těhotných žen).

• Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Zinc, https://cs.wikipedia.org/wiki/Zinek
• Harte J., Holdren C., Schneider R., Shirley Ch.: Toxics A to Z, A Guide to Everyday Pollution Hazards, University of California Press, 1991
• Weiner E. R., Applications of Environmental Chemistry, A Practical Guide for Environmental Professionals, Lewis Publishers, 2000
• Horáková M.: Analytika vody, VŠCHT Praha, 2003
• Pitter P.: Hydrochemie, Vydavatelství VŠCHT, 1999
• Agency for Toxic Substances and Disease Registry, https://www.atsdr.cdc.gov/
• US EPA IRIS, https://cfpub.epa.gov/ncea/iris2/chemicalLanding.cfm?substance_nmbr=426
• PubChem, Open Chemistry Database, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/23994
• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, 2008
• European Industrial Emissions Portal, https://industry.eea.europa.eu/pollutants/pollutant-index
• ČSN online, https://csnonline.agentura-cas.cz/
• Right to Know Hazardous Substance Fact Sheets, State of New Jersey Department of Health, https://web.doh.state.nj.us/rtkhsfs/indexfs.aspx