Zink (Zn) und seine Verbindungen

Eigenschaften:
Seine Dichte beträgt 7190 kg/m³, die Wärmeleitfähigkeit von Reinzink beträgt 113 W/mK und die elektrische Leitfähigkeit 16,5 m Ω^-1 mm^-2. Es hat ein hexagonales Gitter. Die Zugfestigkeit beträgt 130 N mm^-2, die Brinellhärte 35 HB und die spezifische Wärmeleitfähigkeit 113 W/mK. Der Schmelzpunkt liegt bei 419°C, der Siedepunkt bei 907°C die relative Atommasse ist 65,39 , die Ordnungszahl 30 hat von allen Metallen den größten Ausdehnungskoeffizienten (T= 29 . 10^-6/K), daher sind Ausdehnungsmöglichkeiten konstruktiv (Falzverbindungen, Schiebenähte) zu beachten. Bei normaler Temperatur ist Zink spröde, zwischen 100 und 200°C ist es weich und dehnbar und lässt sich zu Blechen auswalzen, zu Drähten ziehen. Ober halb 200ºC ist es wieder spröde und lässt sich zu Pulver zerstoßen. Bläulich-weißes Metall, das sich walzen, schweißen, löten und gießen lässt, es ist hämmer- und treibbar.

Chemische Eigenschaften:
An feuchter Luft läuft das Zink weiß an "Weißrost" (Zinkhydroxidkarbonat). Es bildet sich eine festhaftende Schicht von Zinkoxid bzw. basischem Zinkkarbonat (graublauen wasserunlöslichen Patina, 2ZnO + H₂O + C0₂ --> ZnC0₃ . Zn(OH)₂). Diese Schicht schützt das darunter liegende Metall vor weiterer Oxidation. Ein dauerhafter Schutz wird durch Lacküberzug erreicht. Das technisch reine Zink wird durch Säuren leicht aufgelöst, wobei gasförmiger H2 entsteht. Beim Lösen in Salpetersäure allerdings die Wasserstoffentwicklung, da der frei werdende H₂ durch sie sofort wieder oxidiert wird. Reinstzink wird durch verdünnte Säuren wegen der hohen Überspannung nicht angegriffen. Beim technisch reinen Zink kommt dies nicht zur Geltung, da dort zahlreiche Lokalelemente vorliegen und der Wasserstoff an den als Katoden wirkenden edleren Einschlüssen ohne oder mit nur geringer Überspannung abgeschieden wird. Sehr reines Zink ist gegen Korrosionseinflüsse verhältnismäßig widerstandsfähig. Enthält das korrodierende Mittel aber gelöste edlere Metalle, z.B. Spuren Cu, so wird die Korrosion sofort eingeleitet. Ursache ist die elektrochemische Wirkung von Lokalelementen, die sich aus der Cu-Abscheidung ergibt.
Säuren, auch konzentrierte Alkalilaugen, gelöstes Ammoniak und Ammoniumchloridlösungen greifen Zink stark an. Dagegen wirkt reines Wasser nur wenig ein.
In Zinkgefäße und verzinkten Gefäßen dürfen keine Speisen aufbewahrt werden. Zink bildet mit den organischen Säuren giftige Salze.

Technische Zink-Legierungen
Interkristalline Korrosion der Al-Legierungen des Zinks durch ganz geringe Beimengungen an Cd, Sn, Pb, Bi oder Th verursacht wird. Pb und Sn wirken am stärksten. Durch Zugabe von Li, Cu oder Mg (bis zu 0,1%) wird die Wirkung der die Korrosion auslösenden Elemente weitgehend gehemmt.
Die meisten verwendeten Zinklegierungen sind gegen atmosphärische Einflüsse sowie gegen kaltes und warmes Wasser sehr beständig. Sie sind aber empfindlich gegen heißes Wasser, Seewasser und starke Laugen. Bei Berührungen mit edleren Metallen, wie Cu, Fe oder (Al) entstehen Korrosionselemente, in den das unedlere Zink stark angegriffen wird. Zinklegierungen neigen zur Kaltsprödigkeit. Die Anwendung erfolgt bis 150ºC. Die Wirkung des Zinküberzuges besteht einmal darin, dass er korrodierende Einflüsse vom Eisen abhält. Ist aber an einzelnen (kleinen) Stellen das Eisen freigelegt, dann kann das Zink zusätzlich noch eine Fernwirkung ausüben, indem es durch sein unedleres Potential den Korrosionsangriff auf sich lenkt und so das Eisen damit schützt.

Verwendung und Verarbeitung:
Als Überzugsmetall zum Korrosionsschutz im Stahl- und Maschinenbau (Feuerverzinkung oder Tauchbad), in der Metallurgie zur Herstellung von Zinklegierungen, als Konstruktionsmaterial (mit 1 bis 6% Al und 1% Cu), für Druckplatten und Anoden galvanischer Elektrolyte und galvanischer Ketten (z.B. Trockenelemente). Breites Anwendungsgebiet bane das Zink und seine Legierung bei Druckguss.
Nach DIN 17770 wird im Bauwesen Zink in Form von Titanzink verwendet. Kurzzeichen D-Zn bd aus Feinzink mit 99,995 % und geringen Zusätzen z.B. 0,1 bis 0,2 % Titan. Wärmeausdehnung aT =20 . 10^-6/K Zugfestigkeit mindestens 170 N/mm2, z.B. für Dacheindeckung, Dachrinnen, Regenfallrohre, Traufbleche Randeinfassungen, Bekleidungen u.a. oder als Bestanteil für Zinkfarben.

»Mineralstoff für den lebenden Organismus und Wirkung als Gift

Quelle:
Eisenkolb, F.; Einführung in die Werkstoffkunde Band IV, Verlag Technik Berlin 1967
Wosnizok, Wolfgang; Werkstoffe kurz und übersichtlich, 6.Aufl., Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1974
Scholz, Wilhelm, Hiese, Wolfram, Ettel, Wolf-Peter; Baustoffkennwerte, 13.Aufl., Werner-Verlag GmbH Düsseldorf 1995, S.477
Schröter, Werner; Lautenschläger, K.-H.; u.a.; Chemie 17.Aufl., Fachbuchverlag Leipzig 1986, S. 420

5/2005

Autor: Peter Rauch