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Zink 09:56 min

Textversion des Videos

Transkript Zink

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieser Film heißt "Zink". Das Video gehört zur Reihe: Elemente. An Vorkenntnissen solltet ihr das naturwissenschaftliche Wissen bis zum 8. Schuljahr besitzen. Ich möchte dir einen Überblick über die Eigenschaften und die Verwendung des Zinks geben.

Den Film hab ich in 6 Abschnitte unterteilt: 1. Die Stellung im PSE (Periodensystem der Elemente) 2. Eigenschaften 3. Elternlos und heimatlos 4. Zink sträubt sich 5. Eine graue Maus mit Elefantenkräften 6. Die biologische Bedeutung   1. Die Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich Zink in etwa hier, es gehört zur 2. Nebengruppe des Periodensystems. Alle Nebengruppenelemente sind Metalle, Zink ist auch ein Metall. Zink hat die Wertigkeit 2. Das chemische Symbol des Zinks ist Zn.   2. Eigenschaften Zink ist ein bläulich blassgraues, unedles Metall. Sein Bruch ist weiß. Seine Dichte beträgt 7,14 g/cm³. Die Dichten des Kupfers und Eisen sind größer als die Dichte des Zinks, Zink selber hat eine bedeutend höhere Dichte als Aluminium. Zink schmilzt relativ niedrig bei 420 °C. Das Metall reagiert leicht mit Säuren, dabei bilden sich Salze. Zink bildet an der Luft eine Verbindung, die es vor weiterer Zersetzung schützt, doch dazu später.   3. Elternlos und keine Heimat Schauen wir uns einmal an, wo nachweislich erstmals Zink hergestellt wurde. Einige Quellen belegen, dass dies in Indien vor 2500 Jahren geschah. Es gibt auch Berichte darüber, dass in Rom vor 2000 Jahren Zink hergestellt wurde. Marco Polo berichtete nach seinen Reisen über die Zinkherstellung in Persien. In Europa gerieten diese Überlieferungen in Vergessenheit. Die wissenschaftlichen Arbeiten von Paracelsius und Agricola im 16. Jahrhundert lieferten einen wichtigen Beitrag zur Zinkverhüttung. Sind die beiden somit die Entdecker des Zinks? Wohl kaum und es ist vielleicht besser, das Zink zu den Elementen des Altertums zu zählen, es hat keinen Entdecker.   4. Zink sträubt sich Bei der Zinkverhüttung in Europa sträubte sich Zink zunächst vor der eigenen Herstellung. Zunächst versuchte man Zinkoxid mit Kohle zu reduzieren und tatsächlich bildet sich daraus metallisches Zink. Da es aber flüchtig ist, verbindet es sich mit dem Sauerstoff der Luft. Bei der Reaktion von beiden bildet sich wieder Zinkoxid und wir sind da angelangt, wo wir vorher waren. In einer geschlossenen Retorte kann uns das nicht passieren und man kann aus Zinkoxid und Kohle durch chemische Reduktion Zink gewinnen.   5. Eine graue Maus mit Elefantenkräften Zunächst eine einfache Frage: In welchem Zeitalter leben wir? Betrachtet man die Verwendung der Metalle, so muss man sagen, dass wir uns nach wie vor im Eisenzeitalter befinden. Wir können auch sagen, wir leben im Zeitalter des Eisens und des Rostes und damit entsteht gleichzeitig ein weiteres Problem. Dieses zentrale Problem heißt Rostschutz. Wenn man Zinkpulver mit Zinkoxid in geeigneten Verhältnissen zusammen mit Leinöl vermischt, erhält man ein billiges, effektives und gleichzeitig ansehnliches Rostschutzmittel. Diese Rostschutzfarbe ist grau, sie wird großflächig für Industrieanlagen verwendet. 2 Fragen entstehen: Warum wird gerade Zink für den Rostschutz verwendet? Und die 2. Frage: Wie geht das überhaupt? Wie kann Zink Rostschutzmittel sein, wo es doch unedler als Eisen ist? Die 1. Frage ist relativ einfach zu beantworten: Zink wird verwendet, weil Chrom und Nickel teurer sind. Warum das unedle Zink Schutz vor Rost bietet, müssen wir etwas ausführlicher besprechen. Ein Stück Zink ist an der Luft mehreren Einflüssen ausgesetzt, und zwar dem Sauerstoff, dem Wasser und dem Kohlenstoffdioxid, alle 3 in gasförmiger Form. Alle 3 chemischen Verbindungen bilden zusammen mit dem Zink eine chemische Verbindung, diese zerstört jedoch das Zink nicht weiter, sondern bildet eine Schutzschicht um das Zinkmetall. Für die älteren von euch, man kann diese Schicht als ein Gemisch aus Zinkcarbonat und Zinkhydroxid auffassen. Andererseits habt ihr vielleicht den Begriff "Opfermetall" gehört. Wenn metallisches Zink metallisches Eisen kontaktiert, so kann das Eisen durchaus anfangen etwas zu rosten. Da Zink unedler ist als Eisen wird der Rost dieses Oxid sofort an das Zink übertragen und das Eisen bleibt erhalten. Wir haben hier eine Vorher-Nachher-Situation. Der Ausgang ist erfreulich, denn selbst wenn Zink etwas oxidiert, so schützt diese Schicht doch es selber und das Eisen vor weiterer Korrosion. Rostschutz unter Beteiligung von Zink erfolgt durch 2 prinzipielle Möglichkeiten: Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von Zinkgegenständen. Beispiele dafür sind dieser Eimer oder auch Wannen, Armaturen oder Zinkgeschirr. Die 2. Möglichkeit ist das Verzinken. Das bedeutet das Auftragen einer Zinkschutzschicht auf das Eisen. Es gibt mehrere Möglichkeiten des Verzinkens. Dazu gehören: Zerstäubung, Tauchen, Galvanisches Verzinken und Sheradisieren. Bei der Zerstäubung wird auf die Metalloberfläche durch einen Zerstäuber Zinkstaub aufgebracht. Beim Tauchen wird der zu verzinkende Gegenstand in flüssiges Zink eingebracht. Beim Galvanischen Verzinken wird der zu verzinkende Gegenstand als Anode verwendet. Seine Oberfläche wird durch eine dünne Zinkschicht überdeckt. Beim Sheradisieren befindet sich der zu verzinkende Gegenstand zusammen mit staubförmigem Zink in einem Gefäß von erhöhter Temperatur. Durch Diffusion wandern die Zinkteilchen in die Oberfläche des Eisens ein. Es sei daran erinnert, dass Zink eine Vielzahl an nützlichen Legierungen ausbilden kann, zu nennen sind Messing und Bronze. Messing enthält außer Zink noch Kupfer. Unter anderem diese Muffen und Muttern werden aus Messing gefertigt. Bronzen, die Zink enthalten, werden für Skulpturen verwendet. Eine weitere wichtige Legierung ist Tombak, es enthält neben Kupfer bis zu 4% Zink. Tombak ist äußerlich von Gold kaum zu unterscheiden.   6. Die biologische Bedeutung des Zinks In der Medizin wird Zink in Augentropfen verwendet, als 0,25%iges Zinksulfat. Im Streupulver gegen Wundsein ist es als Zinkstearat enthalten. Es gibt auch ein Antiseptikum, das Zinkphenolsulfonat enthält. Im Stoffwechsel finden wir Carboanhydrase, ein Enzym, das Zink enthält. Interessanterweise findet man in den Schlangengiften der Kobras und Vipern das Element Zink. Man kann mit Fug und Recht sagen, dass die kleine Maus, das Zink, mit Elefantenkräften zu unser aller Nutzen wirkt. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.  

1 Kommentar
  1. super erklärt

    Von Ronja B., vor fast 2 Jahren

Zink Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zink kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne die Eigenschaften von metallischem Zink.

    Tipps

    Zink reagiert mit Salzsäure zu Zinkchlorid $ZnCl_2$.

    Lösung

    Zink ist ein unedles Metall und reagiert daher bereits mit verdünnten Säuren. Wenn es z.B. mit Salzsäure reagiert, dann bildet sich das Salz Zinkchlorid $ZnCl_2$. An dieser Formel kannst die auch die Wertigkeit des Zinks erkennen. Da zwei Chloridionen im Salz mit einem Zinkion reagieren, muss das Zinkion also zweiwertig sein.

    Zink sieht blassgrau aus und sein Bruch ist weiß. An der Luft bildet Zink eine graue Schutzschicht, die es vor chemischer Zersetzung schützt.

    Die Dichte des Zinks beträgt $\rho\:=\:7,14\,g/cm^{3}$. Sie ist also relativ hoch, weshalb Zink auch zu den Schwermetallen gehört. Die Schmelztemperatur von Zink liegt bei 420 °C. Damit ist sie relativ gering verglichen mit anderen Metallen.

  • Begründe die Verwendung von Zink als Rostschutzmittel.

    Tipps

    Neben einem ansprechenden Äußeren spielen bei der Oberflächenbeschichtung auch wirtschaftliche Aspekte eine wichtige Rolle.

    Lösung

    Es mag sein, dass so manchem ein durch Zink beschichteter Gegenstand gefällt. Doch wohl größeres Wohlwollen sollten dem Auge des Betrachters Oberflächen von Chrom oder Nickel bereiten.

    Generell gilt: Je edler das Metall ist, desto leichter erfolgt die Entladung der Metall-Ionen bei der Elektrolyse. Natürlich besitzt jedes technische Verfahren einen Mindestanspruch an den zu gestaltenden Aufwand. Mit Sicherheit darf man aber nicht von großen technischen Problemen sprechen.

    Es stimmt nicht, dass Chrom und Nickel keine löslichen Salze bilden. Chrom(III)-chlorid wird in der Galvanik verwendet. Es ist zwar weniger wasserlöslich als Kochsalz, aber löslich genug, um eine Eignung als Chromlieferant bei der Elektrolyse aufzuweisen. Nickel(II)-chlorid ist sogar gut löslich.

    Nickel und Chrom sind teurer als Zink. Das ist der Hauptgrund für das Verzinken.

    Mit der Behauptung, vergoldete Gegenstände seien wegen Betrugsgefahr vom Gesetzgeber nicht zugelassen, hat sich der Autor der Aufgabe einen Scherz erlaubt. Anderenfalls müsste jeglicher Schmuck ebenfalls verboten werden.

    Die Oberflächenbeschichtung durch Tauchen lässt sich beim Zink leichter als bei Nickel oder Chrom realisieren. Das verhält sich tatsächlich so. Ein Tauchen ist bei der Schmelztemperatur des Zinks von 420 °C durchaus möglich. Die hohen Schmelztemperaturen von Nickel von über 1700 °C und Chrom von fast 2000 °C lassen eine solche Technik nicht zu.

  • Benenne Etappen der Entdeckung des Zinks.

    Tipps

    Die erste Zinkherstellung gelang in einem Land, das im 21. Jahrhundert das bevölkerungsreichste Land der Erde sein wird.

    Der zweitälteste Nachweis über die Zinkverhüttung betrifft einen Staat, der damals ein riesiges Reich erobert hatte.

    Der dritte Bericht über die Herstellung von Zink durch einen Weltreisenden bezieht sich auf ein Land an einer großen und berühmten Meeresbucht, die heute noch den alten Namen dieses Landes trägt.

    Lösung

    Die Geschichte des Zinks lässt sich in folgenden Etappen zusammenfassen:

    • Es gibt Nachweise über die Herstellung von Zink vor bereits 2500 Jahren in Indien.
    • Im alten Rom wurde Zink schon vor 2000 Jahren produziert.
    • Marco Polo berichtete im 13. Jahrhundert über die Zinkherstellung in Persien.
    • Die alten Überlieferungen gerieten in Europa in Vergessenheit.
    • Paracelsus und Agricola leisteten im 16. Jahrhundert einen wichtigen Beitrag zur Zinkverhüttung.
    • Zink hat keinen Entdecker. Es ist ein Element des Altertums.

  • Beschreibe verschiedene Verfahren des Verzinkens.

    Tipps

    Es gibt nur ein einziges Beschichtungsverfahren, das die Regelung der Schichtdicke mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

    Lösung

    Zink wird häufig als Schutzmetall verwendet, um damit andere Metalle zu beschichten. Um diese Beschichtung aufzutragen, gibt es verschiedene Möglichkeiten.

    Zerstäubung
    Diese Art der Beschichtung erfolgt durch einen Zerstäuber mit Zinkstaub.

    Tauchen
    Getaucht wird in flüssiges Zink, die Temperatur muss folglich größer als 420 °C sein. Mit der Methode werden höhere Schichtdicken erreicht. Durch Legierungsbildung an der Grenzfläche zwischen den Metallen wird ein Abplatzen der Beschichtung nahezu unmöglich.

    Galvanisches Verzinken
    Für die Entladung der positiven Metall-Ionen wird der zu beschichtende Gegenstand als Anode geschaltet. Durch die allmähliche Beschichtung erhält man eine glatte Schicht. Gute Qualität wird durch niedrige Spannungen und hohe Stromstärken erreicht. Die Haftung ist gut, die Schichtdicke ist regelbar.

  • Erläutere den Nutzen eines Rennofens für die Herstellung von Zink und Eisen.

    Tipps

    Der Rennofen ist nur für Metalle mit hohen Siedetemperaturen geeignet.

    Lösung

    Wesen des Rennofens
    Kohle ist größtenteils Kohlenstoff. Er dient als Reduktionsmittel. Auch Kohlenstoffmonoxid reduziert das Metalloxid zum Metall.

    Verhüttung von Eisenerz
    Es findet folgende Reaktion statt:

    $Fe_2O_3 + 3~CO \longrightarrow 2~Fe + 3~CO_2$

    Statt Kohlenstoff reduziert hauptsächlich das gasförmige Kohlenstoffmonoxid, da es besser an das feste Erz gelangt.

    Verhüttung von Zinkerz
    Im Ofen findet folgende Reduktion statt:

    $ZnO+ C \longrightarrow Zn + CO$

    Zink wird in der Hitze gasförmig. Der eindringende Sauerstoff oxidiert das Metall. Dabei entsteht Zinkoxid. Daher ist der Rennofen für die Herstellung von Zink ungeeignet.

  • Beschreibe die Entstehung der Schicht auf der Zinkoberfläche.

    Tipps

    An das metallische Zink werden nacheinander die chemischen Elemente Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff gebunden.

    Lösung

    Zink ist ein unedles Metall. Trotzdem ist es gegenüber Luft und Feuchtigkeit recht beständig. Möglich macht das die Bildung einer Schutzschicht. Diese Schutzschicht besteht aus dem Oxid, dem Hydroxid und dem Carbonat und passiviert das darunter liegende Zink. Die Schutzschicht bildet sich dabei in folgenden Schritten.

    Oxidation von Zink:
    Unedle Metalle wie Zink reagieren mit Säuren und mit Sauerstoff.

    $2~Zn + O_2 \longrightarrow 2~ZnO$ Das Produkt ist Zinkoxid.

    Entstehung von Zinkhydroxid:
    Zinkhydroxid entsteht durch die Reaktion des Oxids mit Wasser.

    $ZnO + H_2O \longrightarrow Zn(OH)_2$

    Bildung des Carbonats:
    Zinkhydroxid reagiert mit Kohlenstoffdioxid zu Zinkcarbonat.

    $Zn(OH)_2+ CO_2 \longrightarrow ZnCO_3 + H_2O$

    Bildung der Schutzschicht:

    $ZnCO_3 + Zn(OH)_2 \longrightarrow$ Schutzschicht