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2021-02-26 12:10:49

資料專題:鋅基本信息匯總表

(英語:zinc)是化學元素,化學符號是Zn,原子序數是30,相對原子質量是65.39,是過渡金屬;鋅由於形、色類似鉛,故也稱為亞鉛,古稱倭鉛。鋅在常溫下為硬脆物質,且帶有藍銀色光澤。鋅為元素周期表第十二族中的第壹個元素。在某些方面,鋅的化學性質與鎂相似:兩者皆呈現單壹氧化態(+2),且Zn和Mg離子大小相似。鋅為地殼中含量第二十四多的元素,有五個穩定的同位素。最常見的含鋅礦石為閃鋅礦,是鋅硫化物。最大可開采的礦脈位於澳洲、亞洲及美國。鋅礦物利用泡沫浮選英語Froth flotation法精煉,並經過焙燒英語Roasting(metallurgy)電(解提)煉英語Extractive metallurgy

黃銅為依各種比例混合的銅及鋅的合金,早在西元叁千年前的愛琴海、伊拉克、阿拉伯聯合酋長國、卡爾梅克共和國、土庫曼斯坦及格魯吉亞,和西元兩千年前的印度西部、烏茲別克斯坦、伊朗、敘利亞、伊拉克及以色列/巴勒斯坦就已經被人們利用. 。盡管人們在古代羅馬跟希臘時就知道鋅金屬,但直到十二世紀時才在印度被大規模生產。借由拉賈斯坦邦的礦物我們獲得確切的證據,將鋅的生產回溯至公元前六世紀。迄今,最古老的純鋅來自拉賈斯坦邦的紮瓦爾,早在西元九世紀時便利用蒸餾法來生產純鋅了。煉金術士在空氣中燃燒鋅,用來產生氧化鋅,他們稱之為“白雪”。

此元素可能是由煉金術士帕拉塞爾蘇斯經德語:Zinke(叉、牙齒之意)所命名。純金屬鋅在1746年被德國化學家馬格拉夫發現。1800年時,路易吉·伽伐尼和亞歷山德羅·伏打揭示了鋅的電化學性質。鋅最主要的應用為抗腐蝕的鐵鍍鋅(熱浸鍍鋅),在現代工業中對於碳鋅電池制造上有不可磨滅的地位,最具代表性之用途為“鍍鋅鐵板”,該技術被廣泛用於汽車、電力、電子及建築等各種產業中。其他應用在電池、小型非結構鑄件及合金像是黃銅等。人們在生活中普遍的使用各種鋅化合物,例如碳酸鋅葡萄糖酸鋅英語Zinc gluconate(膳食補充劑)、氯化鋅(除臭劑)、吡硫𬭩锌(去屑洗發精)、硫化鋅(螢光塗料),及有機實驗室的二甲基鋅或二乙基鋅

鋅為必需礦物質,包含產前生長及產後發育。發展中國家約有二十億的人受到缺鋅癥的影響,及其連帶的疾病。若孩童缺乏鋅英語Zinc deficiency,將導致生長遲緩、性晚熟、免疫力下降及下痢。在生物化學中,鋅為酵素中廣泛存在的輔酶,例如人體的乙醇脫氫酶。

食用過量鋅可能造成運動失調精神萎靡英語Lethargy缺銅癥英語Copper deficiency

性質

物理性質

鋅是壹種青白色、光亮、具有反磁性的金屬,雖然壹般用作商品的鋅都經過加工,這些特性已不再鮮明。其密度比鐵略小,呈六邊形晶體結構

在常溫下鋅是硬而易碎的,但在100至150°C下會變得有韌性。當溫度超過210°C時,鋅又重新變脆,可以用敲打來粉碎它。鋅的電導率居中。在所有金屬中,它的熔點(420°C)和沸點(900°C)相對較低。除了汞和鎘以外,它的熔點是所有過渡金屬裏最低的。

化學性質

與非金屬反應

鋅加熱至225℃後氧化激烈,燃燒時呈綠色火焰,與氧氣反應生成氧化鋅:

2 Zn + O2 → 2 ZnO

與鹵素反應生成鹵化鋅:

Zn + X2 → ZnX2(X=F、Cl、Br、I)

與硫反應生成硫化鋅

Zn + S → ZnS

與水反應

鋅與水蒸氣反應生成氧化鋅:

Zn + H2O(g)→ ZnO + H2

兩性金屬

類似,鋅也具有兩性。鋅能和強堿溶液生成四羥基合鋅酸鹽及氫氣。

例如與氫氧化鈉反應生成四羥基合鋅酸鈉

Zn+2NaOH+2H2O→ Na2[Zn(OH)4]+H2↑

化合物

在鋅化合物中,鋅最常見的化合價是+2。

鋅(II)

鋅可以和所有陰離子形成化合物。如常見的ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等,可溶性大的鋅化合物都有很強的潮解性,如氯化鋅、高氯酸鋅等。鋅的壹些二元化合物(ZnSe、ZnTe等)在光電方面有著引人註目的特性。

在鋅的化合物中,ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3是難溶於水的。

鋅(II)可以形成配合物,如[Zn(NH3)4]、[Zn(OH)4]、[Zn(CN)4]等。

鋅(II)也有不少有機化合物,如二乙基鋅

歷史

過去,鋅每(約454克)的價格約壹美元,屬於價格較低廉的金屬。故美國政府用以鑄造1美分硬幣(1 cent),但隨著鋅的價格飛漲,反而出現造價超過錢幣面值的的現象。

1美分硬幣含有97.5%的鋅,表面再鍍上銅。然因鋅的價格飆漲,壹枚硬幣的造價已達至1.79美分,超過幣值許多,更因亞洲的經濟崛起,銅及鋅等需求大幅增加,價格持續上揚,情況嚴重至有人提議廢除1美分硬幣。

用途

鋅合金

加入其他元素組成的壹種合金。根據加入的元素不同而分出不同的種類,可以形成不同種類的低溫鋅合金。許多合金都包含鋅元素,比如黃銅就是鋅和的合金。其它可與鋅組成二元合金的金屬包括、銀、、鎳、、鎘、、鈦和鈉。雖然鋅和均非鐵磁材料,它們的合金ZrZn2卻能在35K時表現出鐵磁性。

特性

  1. 熔點低,在385℃熔化;
  2. 流動性好;
  3. 在大氣中耐腐蝕;
  4. 蠕變強度低,尺寸容易在自然時效下發生變化

鋅合金類別

  • 黃銅:機械性能和耐磨性能都很好;敲起來聲音獨特;
  • 鋅鎘合金:流動性好、光面好,容易進行拋光、焊接等加工;
  • 2號鋅合金:機械性能最好;硬度要求達標;尺寸精度壹般;
  • 3號鋅合金:流動性良好;機械性能良好;適合做玩具、燈具、裝飾品等;應用最為廣泛;
  • 5號合金:流動性良好;機械性能良好;適合做汽車配件、機電配件等;
  • 8號合金:良好的機械性;尺寸穩定性好;流動性較差;適合做元器件;
  • Superloy:流動性最好;壹般用作壓鑄薄壁;適合做電器元件以及盒體。

對人體的影響

人體含量和分布

人體含鋅的總量約占體重的0.003%,相當於成人體內約有2公克鋅。90%的鋅都存在肌肉與骨骼中,其余10%在血中扮演舉足輕重的角色。

建議攝取量與食物來源

含鋅豐富的食物包括蚵與紅蟳等海鮮、鵝肝與豬肝等內臟、牛腱等肉類、牛乳與起士等乳制品、洋菜、火麻仁麥芽南瓜籽啤酒、栗子、芝麻、芥末、腰果、豆類等。在豆科植物和全谷類植物來源中發現的鋅吸收效率較低,因為其他植物化合物抑制吸收。

鋅的參考攝取量(DRI)
年齡性別美國(mg/day)臺灣(mg/day)
0-6個月25
7-12個月35
1-3歲310
4-8歲510
9-13歲810
14-18歲男11女9男15女12
19-50歲男11女8男15女12
51歲以上男11女8男15女12
孕婦14-18歲1215
孕婦19-50歲1115
乳婦14-18歲1315
乳婦19-50歲1215

生理功能

  1. 維持免疫功能:人體鋅不足會出現淋巴球數量低落、血中免疫球蛋白降低、自然殺手細胞功能減弱、皮膚免疫測試反應降低等狀況,臨床的結果就是肺炎、念珠球菌感染,甚至傷風感冒。
  2. 生長與發育:促進生長、性器官的發育、傷口愈合、毛發、指甲,以及口腔黏膜等多處位置的修補作用。
  3. 運用在保養品:為控油類型的典型的成分。
  4. 調節基因表現:許多蛋白質轉錄因子的分子中含有鋅指結構,負責與DNA結合,而改變基因的表現功能,是很重要的調控機制。
  5. 酵素組成分:已知的含鋅酵素超過300多種,鋅位於催化中心,或穩定酶蛋白質的立體結構,失去鋅會使酵素失去活性。
  6. 維持味覺功能與促進食欲。
  7. 促進胰島素分泌。
  8. 增強記憶力。

吸收與排泄

鋅的最佳吸收部位是十二指腸。基本排泄途徑是經消化道由糞便排出。腎臟具有調節功能,會將鋅離子進行再吸收。

鋅的吸收通道

資料專題:鋅對人體的影響鋅的吸收通道

鋅缺乏後果

鋅缺乏會導致免疫力低下、食欲不振、生長減緩、下痢、掉發、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能減退、動脈硬化、貧血等問題。鋅缺乏導致腹瀉的過程包括:腸細胞絨毛結構破壞、含鋅消化酵素減少、發炎造成腸壁水腫、消化道免疫力變差。缺鋅與腹瀉容易形成惡性循環,腹瀉更減少鋅吸收,增加鋅的流失,造成雙重的缺鋅原因,常發生在老人、嬰幼兒、胰臟功能不全、腸病變或腸手術者的身上。

此外有腎臟病變者很容易有高尿鋅癥與低血鋅癥。糖尿病、肝病或慢性發炎性疾病,如風濕性關節炎患者,都會因腎病變導致體內鋅慢性缺乏,免疫力會變差,形成了壹個惡性循環。

支端皮膚炎

hZIP4(SLC39A4)是壹在腸膜上端的二次基因表現產物,它被發現和遺傳的Zn-deficiency disease acrodermatitis enteropathica(缺乏Zn的支端皮膚炎)有關,此病和第八染色體有密切關係,會減低腸道吸收Zn的效率。

經過研究證實,突變的hZIP4蛋白質也會降低腸道吸收Zn的效率,最近有另外的實驗結果指出,在老鼠身上的HEK293蛋白質會增加腸道Zn的吸收效率.

鋅過量後果

大量鋅會引發惡心、嘔吐、發燒、血液中高密度脂蛋白減少,進而提高心血管疾病發生幾率。

參考文獻

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延伸閱讀

外部鏈接

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