亜鉛

プロパティ

物理的性質

亜鉛は光沢のある青みがかった灰色の金属である。切ったばかりの亜鉛は白っぽい灰色をしています。空気に触れると、光沢が長続きしません。亜鉛の融点は419.58℃、沸点は907.0℃、冷却点は-419.58℃、凝固点は-907.0℃です。この温度は、ほとんどの遷移金属よりは低いが、錫や鉛よりは高い。調理用コンロで溶かすことができる。金属の中では低い温度で沸騰します。磁性はありません。少し熱すると非常に柔軟になります。少し熱すると非常に柔軟になり、さらに熱すると非常にもろくなる。他の金属と簡単に合金になります。

化学的性質

亜鉛は反応性の高い金属です。アルミニウムと同程度の反応性があり、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの一般的な金属のほとんどよりも反応性が高い。マグネシウムよりは反応性が低いです。亜鉛は、酸、塩基、非金属と反応します。しかし、空気中では錆びません。空気中では、亜鉛の表面に酸化亜鉛と炭酸亜鉛の皮膜が形成されます。この皮膜が腐食を食い止める。酸はこの皮膜を溶かして亜鉛金属と反応させます。この亜鉛と酸の反応により、塩化亜鉛などの亜鉛(II)塩と水素ガスが生成されます。これは非常に一般的な化学反応です。下の反応は、塩酸との反応です。

Zn + 2HCl → ZnCl ₂+ H₂

亜鉛は、粉末や小片にして白い粉である酸化亜鉛にすると燃える。炎は明るい青緑色。

2 Zn + O ₂→ 2 ZnO

酸化亜鉛は強い塩基に溶けることがあります。この反応は、亜鉛が入っている一部の電池で起こります。

ZnO +₂ HO + 2 OH ^-→ Zn(OH)。₄^2-

亜鉛はカルコフィル（親水性）です。つまり、酸素よりも硫黄や周期表の下位の元素との反応を好むのです。亜鉛鉱石の中で酸化亜鉛ではなく硫化亜鉛が最も一般的なのはそのためです。

化合物

亜鉛は他の元素と化学的に化合物を作ることができます。これらの化学化合物は、1つの酸化状態しかない。+2.1の化合物も見つかっていますが、作るのは難しいです。これらの化合物のほとんどは色がありません。もし色がついていても、その色を作っているのは亜鉛ではありません。

塩化亜鉛は、最も一般的な亜鉛化合物の一つです。これらは非常に反応性が低い。水に溶かすと少し酸味があります。火の中で加熱すると緑色の炎を出します。

他の亜鉛化合物は

• 灰色の半導体、アンチモン化亜鉛
• オレンジ色の半導体であるヒ化亜鉛
• 放射能を防ぐ臭化亜鉛
• 炭酸亜鉛、亜鉛の鉱石
• フッ化亜鉛
• 水酸化亜鉛（外科用包帯に使用
• X線写真の撮影に使われるヨウ化亜鉛
• 媒染剤としての硝酸亜鉛
• 酸化亜鉛（日焼け止めに使用
• 歯科で使用されるリン酸亜鉛
• 顔料に使われる硫酸亜鉛
• 一般的な亜鉛鉱石である硫化亜鉛

亜鉛の燃焼

亜鉛のある場所

自然界には5つの亜鉛の同位体が存在する。⁶⁴Znは最も一般的な同位体で、自然界に存在する亜鉛の48.63%を占めています。この同位体の半減期は4.3¹⁸×10年である。これは非常に長いので、その放射能は無視してよい。同様に、半減期が1.3¹⁶×10年の⁷⁰
亜鉛（0.6％）は、通常、放射性物質ではないと考えられています。自然界に存在する他の同位体は、⁶⁶
Zn(28%)、⁶⁷
Zn(4%)、⁶⁸
Zn(19%)である。

亜鉛は金属として地殻の中には存在しません。亜鉛は亜鉛化合物としてのみ存在します。亜鉛の主な鉱石は、硫化亜鉛からできている閃亜鉛鉱である。海の中には亜鉛はほとんどありません。亜鉛の鉱石は通常、銅や鉛の鉱石と一緒に見つかります。

亜鉛の鉱石には他にもスミソナイト（炭酸亜鉛）やケイ酸亜鉛の鉱石があります。これらはあまり一般的ではありません。

亜鉛鉱石の代表格である閃亜鉛鉱

準備

硫化亜鉛はフローテーションで濃縮される。硫化亜鉛を集める洗剤があります。不純物は底に沈んで取り除かれます。その後、硫化亜鉛を空気中で加熱し、酸化亜鉛と二酸化硫黄を作ります。

2 ZnS + 3 O ₂→ 2 ZnO + 2 SO₂

二酸化硫黄は酸化されて三酸化硫黄になる。

2ソ₂＋オ ₂→ 2ソ₃

三酸化硫黄は、酸化亜鉛と反応して硫酸亜鉛を作る。これにより、より多くの加工が可能な可溶性の亜鉛ができあがります。

SO ₃+ ZnO → ZnSO₄

硫酸亜鉛は精製され、電気分解されます。この電気分解では、酸素、亜鉛、硫酸が作られる。これにより、「SHG」（スペシャル・ハイ・グレード）と呼ばれる純度の高い亜鉛ができる。

2 ZnSO ₄+ 2₂ HO → 2 Zn + 2 HSO ₂₄+ O₂

硫酸は三酸化硫黄の代わりに再利用され、さらに酸化亜鉛を浸出する。

また、酸化亜鉛は高温下で炭素によって還元され、金属亜鉛と二酸化炭素になる。これは鉄を作るのと同じ高炉法です。

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

この形態の亜鉛は安価ですが、純粋ではありません。

亜鉛は、世界で4番目に多い金属です。毎年、約1,000万トンが作られている。

用途

金属として

亜鉛は電気電池に使われています。亜鉛を一番使っているのは、アルカリ電池とルクランシェ電池です。酸化されて、電池が動くための電子を供給します。

亜鉛の約59％は、亜鉛メッキを含む防食用に使用されています。世界の亜鉛の47％は亜鉛メッキに使われています。これは、他の金属（通常は鉄）を錆びから守るために使用されます。鉄の代わりに亜鉛のコーティングが腐食するのです。亜鉛のコーティングには2つの方法がある。亜鉛を溶かした鍋に金属を浸す方法。また、亜鉛を電気めっきすることもできます。浸漬法は長持ちしますが、表面に斑点ができてしまい、見た目が良くないと感じる人もいます。亜鉛はモーターボートやパイプラインにも使われ、錆びるのを遅らせます。モーターボートのモーターには、亜鉛の「弾丸」が付いていることが多く、腐食しやすいのですが、モーターの他の金属部分が錆びないように助けてくれます。

亜鉛は合金に使われます。真鍮は、銅と亜鉛の合金です。真鍮は最も一般的な亜鉛合金です。亜鉛は他の多くの金属と合金を作ることができます。亜鉛アルミニウムは、亜鉛とアルミニウムの合金で、優れたベアリングを作ることができます。市販のブロンズには亜鉛が含まれています。テルル化カドミウムと亜鉛を反応させて、半導体であるテルル化カドミウム亜鉛を作ることもあります。洋銀も亜鉛合金の一つです。

パイプオルガンのパイプには亜鉛が使われています。昔は錫と鉛の合金が使われていました。アメリカのペニーには亜鉛が使われていますが、そこには薄い銅の層しかありません。芯は亜鉛です。昔のペニーは完全に青銅で作られていました。

粉末状の亜鉛と硫黄の混合物は、モデルロケットの推進力として利用できます。この反応により、硫化亜鉛、熱、光、ガスが発生します。亜鉛の薄板は、亜鉛の棒を作るのに使われます。

亜鉛化合物として

亜鉛の約1/4は、亜鉛化合物を作るのに使われます。酸化亜鉛は、日焼け止めや塗料の顔料として使われます。また、酸化亜鉛は半導体でもあります。塩化亜鉛は、木材が腐らないように保存するために使われます。殺菌剤にも亜鉛が含まれているものがあります。硫酸亜鉛は、染料や顔料に使用されています。硫化亜鉛は、紫外線を可視光線に変換するために蛍光灯に使われています。

生物学では

人間は、体をうまく動かすために、少しずつ亜鉛を必要とします。食物中の亜鉛が不足すると、ミネラル欠乏症になります。約20億人が亜鉛不足に陥っています。亜鉛が不足すると、感染症にかかりやすくなります。ある人は、風邪をひいたときには亜鉛を多く摂るべきだと言います。また、「亜鉛を摂っても変わらない」という人もいます。風邪をひいたときに使える薬があります。また、ビタミン剤やシリアルに微量の亜鉛化合物を加えることで、十分な亜鉛を摂取することができます。単剤のビタミン剤にはほとんど亜鉛が含まれています。亜鉛は少なくとも100種類の酵素に含まれています。亜鉛は、鉄以外の遷移金属の中で2番目に多い金属です。また、亜鉛は脳でも使用されます。人体には2～4gの亜鉛が含まれています。亜鉛の酵素は、血液中の二酸化炭素を除去するのに役立ちます。小麦には多くの亜鉛が含まれている。

溶融亜鉛メッキを施したアイテム


一般的なアルカリ乾電池。この電池は、中央部に青みがかった灰色の亜鉛の粉末が入っている。

安全性

大量の金属亜鉛は有毒です。胃酸で溶けてしまうこともあります。亜鉛を食べ過ぎると、体内の銅と鉄のレベルが下がる。亜鉛化合物は胃の中で腐食することがある。亜鉛化合物を鼻に入れると、嗅覚がダメになる。

亜鉛イオンは、魚や水中に生息する多くの生物にとって非常に有害です。