Elementler - Çinko Nedir?

Çinko (Lat Zinkum, İng Zinc, Alm Zink), mavimsi açık gri renkte, kırılgan bir metal Elementlerin periyodik tablosunda geçiş elementleri grubunda yer alır Düşük kaynama sıcaklığı dikkat çekicidir Bu değer özellikle pirometalurjik metal üretiminde çok belirleyici bir etmendir Dökülmüş halde sert ve kırılgandır 120°C'de şekillendirilebilir Elektrokimyasal potansiyel dizisinde demirden daha negatif değerdedir Böylece çinko anot olarak katodik korozyon korumada önemli bir kullanım bulur Galvanizleme bu tür uygulamalardan biridir

Bulunuşu

Çinko, yerkabuğunda en çok bulunan elementler arasında 23 sıradadır En çok kullanılan cevheri sfalerit (ZnS) olup %40-50 çinko ve yaklaşık %10 demir içerir Çinkonun ayrıştırıldığı diğer mineraller smitsonit (çinko karbonat), hemimorfit (çinko silikat) ve franklinit ((Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn)2O4) dir
Sfalerit (çinko sülfür) minerali
Sfalerit (çinko sülfür) minerali
Smitsonit (çinko karbonat) minerali
Smitsonit (çinko karbonat) minerali

Genel

Çinko, bileşiklerinde (2+) değerlikli olarak bulunur Oluşturduğu bileşiklerde kovalent bağ yapar Amonyak, amin, siyanür ve halojen iyonları ile kompleks bileşikler meydana getirir Mineral asitlerinde H2 çıkışıyla çözünür Ancak nitrik asitte NOx çıkışı olur Dolayısıyla çinko, özellikle toz halde çok etkili bir redükleyicidir Normal sıcaklıkta havada bırakılan metalin yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluştuğundan bu sıcaklıkta halojenlere bile dayanıklıdır HCl gazı çinkoyu çok çabuk korozyona uğratır Toz çinkonun reaksiyona girme kabiliyeti oldukça fazla ise de yanıcı değildir Yüksek sıcaklıkta oksijen, klor ve kükürt gibi elementlerle şiddetle reaksiyona girer Civa ile sert bir amalgam meydana getirir Klorür ve sülfat tuzları suda yüksek miktarda çözünür Buna karşılık çinko oksit, silikat, fosfat ve organik kompleksleri ya suda hiç çözünmezler ya da çok ağır çözünürler Bileşikleri arasında çinko oksitin teknik ve ekonomik değeri vardır Organik bileşikleri arasında çinko sabunu en önemli kullanıma sahiptir

Çinko (Zn)
H Periyodik cetvel He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Temel özellikleri
Atom numarası {{{Atom_numarası}}}
Element serisi Geçiş metalleri
Grup, periyot, blok 12, 4, d
Görünüş Mavimsi açık gri
[[Resim:Zn,{{{Atom_numarası}}}jpg|125px|Çinko]]
Atom ağırlığı 65,409(4) g/mol
Elektron dizilimi Ar 3d10 4s2
Enerji seviyesi başına
Elektronlar 2, 8, 18, 2
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hali katı
Yoğunluk 7,14 g/cm³
Sıvı haldeki yoğunluğu 6,57 g/cm³
Ergime noktası 692,68 °K
419,53 °C
787,15 °F
Kaynama noktası 1180 °K
907 °C
1665 °F
Ergime ısısı 7,32 kJ/mol
Buharlaşma ısısı 123,6 kJ/mol
Isı kapasitesi 25,390 (25 °C) J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı Hegzagonal
Yükseltgenme seviyeleri (2+) Amfoter oksit
Elektronegatifliği 1,65 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi 906,4 kJ/mol
Atom yarıçapı 135 pm
Atom yarıçapı (hes) 142 pm
Kovalent yarıçapı 131 pm
Van der Waals yarıçapı 139 pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci 59,0 nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik 116 W/(m·K)
Isıl genleşme 30,2 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı 3850 m/s (25°C'de)
Mohs sertliği 2,5
Vickers sertliği ? MPa
Brinell sertliği 412 MPa

Etimolojisi, tarihçesi

Çinko, antik çağlardan beri bilinen ancak üretimi ve kullanılması tam anlaşılamadığından diğer metallerle karıştırılan bir elementtir Metalin ilk tarifi, Strabos'un yazdığı Mysia adlı eserin Andriera adlı bölümünde "Sahte gümüş" (False silver, Yunanca: Pseudargyros) olarak yapılmıştır

Bilinen en eski çinko parçası Dakya medeniyetine ait Transilvanya'daki Dortaş harabelerinde bulunan ve %8752 Zn + %1141 Pb + %107 Fe içeren bir idoldür MÖ 500 yıllarına ait Comeros harabelerinde çinkodan yapılmış iki bileziğe ve MS 79'da yıkılan Pompei harabelerinde ise çinkoyla kaplanmış bir musluğa rastlanmıştır

MÖ 200 yıllarında pirinç, özellikle Roma'lılar tarafından iyi bilinen bir alaşımdı Yapım tekniği ZnO içerikli hammaddenin redüksiyonu, çinko buharlarının metal bakır üzerinde kondanse edilmesi ve ergitme kademelerinden oluşuyordu Özellikle simyacılar pirinç yapımını çok iyi biliyorlardı ve amaçları bu alaşımı bakıra, bakırı da altına dönüştürmekti

Avrupa'da ilk kez Basilius Valentinius metalik çinkoyu tariflemeden "Zinck" terimini kullandı "Zinck" isminin bir metal olduğu ve bu metalin fiziksel özellikleri Paracelsus (1490-1541) tarafından yazıldı "Doğunun Plinius'u" (Romalı tabiatçı ve yazar Goius Plinius Secundus'a (MS 23-MS 79) benzetme) olarak tanınan Kazwiui (ölümü MS 630) Çinlilerin çinkodan sikke ve aynalar ürettiklerini söyler Hintliler 1000-1300 yılları arasında çinkoyu ticari boyutta üretmişlerdir Mewar eyaletinin racalarından olan Ranu Laksh Singh'in Zawar madenlerini işlettiği (1382) bilinmektedir Ancak bu cevher çıkarma ve izabe işlemleri feodal savaşlar nedeniyle arasıra durmuş ve en sonunda Moğollarla yapılan Maratha savaşlarından sonra 1830'dan 1940 yılına kadar tamamen kapanmıştır

17 ve 18 yüzyılda önemli miktarlarda külçe çinko doğudan Portekiz gemileri ile getiriliyor ve Hollandalılar tarafından dağıtılıyordu Ürün; "Spelter", "Hint kalayı", "Caloaem" ve "Tutaney" gibi değişik isimler altında pazarlandı 1745 yılında, doğudan gelen ve İsveç açıklarında batan bir gemiden çıkarılan külçeler %9899 Zn, %0765 Fe ve %0245 Sb içeriyordu

Üretim yöntemleri, gelişimi

1730 yılında çinko izabe bilgisi Çin'den İngiltere'ye geldi ve 1739'da aşağıya doğru distilasyon tekniği ile ilgili ilk patent alındı 1740-1743 yıllarında Bristol'de üretime başlandı Üretim yılda 200 ton civarında idi Proseste, cevher + odun kömürü karışımı sızdırmaz kil potalarda işleniyordu Potanın dibi bir boru ile aşağıdaki toplama kabına bağlıydı Gazdan yoğuşan olan metal bu kaba damlıyordu 1758'de alınan bir patentten sonra sülfürlü cevherlerden izabik çinko üretimine başlandı

1798'de Silesia - Wessola'da demir yüksek fırınında elde edilen çinkolu artıklar (Zincky Crust = Skafold) odun ısıtmalı bir cam fırınında İngiliz yöntemi ile işlendi Yine 18 yüzyılın sonlarına doğru kurulan Corinthia çinko izabe fırınında ilk dikey retort uygulamasına başlandı 19 yüzyılın başlarında geliştirilen "Belçika prosesi" reverber fırınında izabe ve potada yoğuşmayı kapsıyordu 1836'da Stolberg'te Belçika ve Silesia fırınlarının kombinasyonu olan "Renisch" fırını yapıldı Fırın dikey retortlar, tek kondansatör ve dışarıdan ısıtma ile çalışıyordu

Sheffield'da 1805 yılında 100-150°C'ye tavlanan çinkonun saç haline geleceği keşfedildi İlk sac haddesi 1812'de Belçika-Liege'de, ilk çinko levha ise 1857'de Philadelphia'da yapıldı Endüstriyel üretime 1866 yılında La Salle-Illinois'de Matthiessen ve Hegeler tarafından başlandı

ABD'de ilk üretim 1835 yılında Arsenal-Washington DC'dedir Amerikan hükümeti bu tesiste Belçika'lı uzmanlarca eleman yetiştirilmesini ve çinko metal ve alaşımlarının standartlaşmasını sağlamıştır İlk ticari üretim ise Belçika prosesine göre 1850'de New Jersey'de başlamıştır Bununla beraber 1856'da Friedensville-Pennsylvania'da Silesian prosesi ve 1860'da La Salle-Illinois'deki Belçika prosesi ile yapılan üretimler de önemli boyutlardaydı 1850-1860 yıllarında kondensasyonun fırın üstünde pik plakalar üzerinde yapılmasını kapsayan Wetherill-American prosesi geliştirildi 1860-1880 arasında Avrupa'da sekonder hava ısıtmalı ve gaz yakmalı fırınlar yapıldı ve ilk ısı değiştiriciler kullanıldı Dikey mufla fırınlarındaki ilk uygulamalar 1878'de Fransa'da ve ABD'de gerçekleştirildi

Yatay retort işlemi ise ilk kez 1872'de, ABD'de La Salle-Illinois'de denendi Gaz ısıtmalı bir tünel fırında toplam 408 retort bulunuyordu 1880'lerde sülfürlü cevherleri kavurmak ve H2SO4 üretimi için mekanik karıştırmalı muflalı fırın (Hegeler) geliştirildi 1881'de asidik ZnSO4 çözeltisinden katodik çinko üretimi denendi ve başarısız oldu Kavurma-Liç-Elektroliz'le çinko üretimini amaçlayan ilk tesis 1914'den sonra gerçekleştirildi 1895'te çinko izabesinde ilk defa doğal gaz kullanıldı 20 yüzyılın başlangıcında flotasyon devreye girdi ve 1920'lerde sfalerit'in (ZnS) selektif flotasyonu gerçekleştirildi Birinci Dünya Savaşı çok sayıda fabrika kurulmasını teşvik etti 1917'de sinterleyici kavurma uygulaması çinko üretimini arttırdı 1920'den itibaren Japonya, İtalya ve Fransa'da küçük; Norveç'te Odda'da, Kanada Manitoba'da (Flin Flon) ve Almanya'da Magdeburg'ta büyük kapasiteli elektrolitik çinko tesisleri kuruldu Dikey retort + sürekli distilasyon işlemi 1925'den sonra Almanya ve İngiltere'de uygulandı Ancak en başarılısı ABD'deki New Jersey prosesi idi

İkinci Dünya Savaşından sonra çinko izabesinde en büyük gelişmeler kavurmada akışkan yatak ve üretimde ISP (Imperial Smelting Process 1950-1960) uygulamalarının başlamasıydı 1960-1980 yılları arasında ise nötr liç artıklarının değerlendirilmesi konusundaki çalışmalar tamamlandı

Günümüzün en büyük çinko cevher üreticileri Avustralya, Kanada, Çin, Peru ve ABD'dir Avrupalı üreticiler arasında ise; Belçika'da Vieille Montagne, İrlanda'da Tara ve İsveç'te Zinkgruvan sayılabilir Çinko metali ekstraktif metalurji yöntemleri ile elde edilir Çinko sülfür minerali, flotasyon tekniği kullanılarak zenginleştirilir ve ardından pirometalurjik yöntemlerle kavurma işlemi uygulanarak çinko sülfürün, çinko okside kavrulması sağlanır Çinko oksit daha sonra sülfürik asitte liç edilir ve elde edilen çözelti çinko tozu ile arındırılır Nihayet çinko metali, bu temiz çözeltiden elektroliz yoluyla katot levhalar halinde kazanılır Çinko katotlar ya doğrudan dökümhaneye gönderilerek ingotlar halinde dökülür ya da alüminyum ile alaşımlandırılır

Bir diğer çinko üretim prosesi de pirometalurjik bir proses olan flaş ergitme yöntemidir, ancak bu yöntemle elde edilen çinko oksit, hidrometalurjik alternatifine göre daha düşük safiyette çinko üretimine yol açar

Kullanım alanları

Çinko, dünyada yıllık kullanım miktarı açısından demir, alüminyum, ve bakırdan sonra gelir Çinko:

* korozyondan korunma amacıyla, çelik gibi diğer metallerin galvanize edilmesinde,
* pirinç, nikelli gümüş, değişik lehimler, alman gümüşü gibi alaşımların yapımında,
* genellikle otomotiv endüstrisinde döküm kalıplarında,
* pillerin gövdelerinin yapımında kullanılır
* Çinko oksit, sulu boyalarda beyaz pigment olarak ve lastik sanayiinde aktivatör olarak kullanılır Reçetesiz satılabilen bazı merhemlerin bileşiminde bulunur ve ince bir tabaka halinde uygulandığında cildin su kaybetmesini önler Yazın güneş, kışın da soğuk yanıklarına karşı koruyucudur Bebeklerin bez bağlanan bölgelerinde çok az miktarda kullanılarak ciltte meydana gelebilecek kızarıklıklar önlenebilir Yaşa bağlı göz hastalıklarının tedavisinde de kullanılır
* Çinko klorür, deodorantlarda ve ahşap koruyucu olarak kullanılır
* Çinko sülfür, karanlıkta parlayan pigment olarak saatlerin akrep ve yelkovanlarında kullanılır
* Çinko metil, (Zn(CH3)2) pek çok organik maddenin sentezinde kullanılır
* Çinko, pek çok günlük vitamin ve mineral ilaçlarının bileşenidir Cildin ve kasların erken yaşlanmasını önleyen anti-oksidan özellikler taşıdığına inanılmaktadır