Sinkki on metalli ja alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Zn () ja CAS-numero 7440-66-6. Nimi on tullut saksan sanan Zink kautta mahdollisesti persian kiveä tarkoittavasta sanasta sing.
Sinkin sulamispiste on noin 420 °C ja kiehumispiste 908 °C. Sinkki on huoneenlämmössä haurasta ja kiteistä, mutta lämmitessään muuttuu taipuisaksi ja pulverimaiseksi. Sinkki esiintyy hapetusluvulla +II. Puhdas sinkki on reaktiivista, mutta metallisen sinkin pinnalle muodostuva sinkkioksidikerros ei reagoi ilman hapen tai halogeenien kanssa. Sinkillä on korkea pelkistymispotentiaali, eli se hapettuu helposti.
Sinkki on tunnettu jo 3 000 vuoden takaa, jolloin sitä käytettiin messingin tekemiseen. Sinkki kuitenkin identifioitiin vasta 1746, kun Andreas Marggraf erotti metallista sinkkiä hemimorfiitin ja hiilen seoksesta.
Nykyään sinkki on kuparin, raudan ja alumiinin jälkeen maailman neljänneksi käytetyin metalli. Sinkkiä käytetään esimerkiksi rakennusteollisuudessa, autoteollisuudessa, lääketeollisuudessa ja kuluttajatuotteiden valmistuksessa. Yksi sinkin tärkeimmistä ominaisuuksista on sen kyky suojata terästä korroosiolta.
Ominaisuudet
Fysikaaliset ominaisuudet thumb|left|200px|Puhdasta sinkkiä. Kiinteänä sinkki on kiiltävää ja sinertävän valkoista. Huoneenlämmössä sinkki on haurasta ja kiteistä, mutta yli 100 °C:ssa se muuttuu taipuisaksi ja muotoiltavaksi. Yli 210 °C:ssa sinkki muuttuu pulverimaiseksi ja heikoksi, mutta korkeammassa lämpötilassa siitä tulee jälleen taipuisaa. Sinkin pinnalle muodostuu ohut karbonaattikerros, joka tekee sen melko taipumattomaksi, kun se reagoi ilman hiilidioksidin ja veden kanssa. Sinkki on melko pehmeää, ja sen kovuus Mohsin asteikolla on 2,5. Sen kiderakenne on heksagonaalinen. Sinkin sulamispiste on noin 420 °C ja kiehumispiste 908 °C. Sinkki palaa sinivihreällä liekillä.
Kemialliset ominaisuudet
Sinkki on metalli, jonka hapetusluku on yleensä +II. Sinkki on melko reaktiivista, mutta sen pinnalle muodostuva oksidikerros kestää hyvin hapen tai halogeenien vaikutusta. Jauheena sinkki reagoi kuumennettaessa hapen tai kloorin kanssa syttyen palamaan. Hapot, kuten suolahappo, liuottavat sinkkiä helposti vapauttaen vetyä ja typpihapon tapauksessa typen oksideja. Sinkin kemiallisista ominaisuuksista merkittävin on sen korkea pelkistyspotentiaali eli se hapettuu helposti. Tähän perustuu sen käyttö suojaamaan rautaa korroosiolta ja jalompien metallien kuten hopean pelkistämiseen.
Metallinen sinkki liukenee sekä emäksiin että happoihin. Sinkin liukoisuuteen vaikuttaa pH. Ionimuotoinen sinkki voidaan saostaa lievästi emäksisessä liuoksessa sinkkihydroksidiksi (Zn(OH)2). Voimakkaasti emäksiseen liuokseen sinkki liukenee tetrahydroksosinkaattina ([Zn(OH)4]2−). Zn2+-ioni voidaan myös saostaa vesiliuoksissa sulfidi-, boraatti-, karbonaatti-, fosfaatti- ja kromaatti-ioneilla. Nämä kuitenkin liukenevat happoihin. Analyysissa sinkki voidaan saostaa ja tunnistaa heksasyanoferraatilla(III) ([Fe(CN)6]3−) ruskehtavana sinkkiheksasyanoferraatti(III)na. 3 Zn2+ + 2 [Fe(CN)6]3− → Zn3[Fe(CN)6]2 ↓
Sinkin yhdisteet
Sinkin yhdisteet ovat tyypillisesti ioniyhdisteitä hapetusluvulla +II. Niille tyypillistä on värittömyys, eräitä kompleksiyhdisteitä lukuun ottamatta. Yhdisteistä halogenidit ja sulfaatti liukenevat hyvin veteen, mutta oksidi, fosfaatti, karbonaatti ja silikaatti ovat liukenemattomia. Sinkin suolat ovat yleensä ei-magneettisia, eivät johda sähköä, valkoisia ja jauhemaisia. Poikkeuksia ovat kromaattiyhdisteet.Frank E. Goodwin :Zinc Compounds, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 19.06.2011Günter G. Graf: Zinc, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 19.06.2011
Tärkein sinkkiyhdiste on sinkkioksidi, jota valmistetaan hehkuttamalla metallista sinkkiä ilman vaikutuksessa. Sinkkioksidia käytetään mm. kumiteollisuudessa. Muita tärkeitä ovat mm. sinkkikloridi, jota käytetään metallisulatteissa.Greenwood & Earnshaw s. 1208–1209Greenwood & Earnshaw s. 1211
Sinkille on tyypillistä muodostaa myös kompleksiyhdisteitä muun muassa ammoniakin, hydroksidi- ja syanidi-ionien sekä orgaanisten yhdisteiden kanssa. Sinkki kuitenkin muodostaa lähinnä tetraedrisiä komplekseja, kuten tetra-ammiinisinkki(II)- ([Zn(NH3)4]2+), tetrasyanosinkaatti(II)- ([Zn(CN)4]2+) ja tetraklorosinkaatti(II)-ioneja ([ZnCl4]2−). Poikkeuksena on sinkin hydraatti, joka on oktaedrinen [Zn(H2O)6]2+.Greenwood & Earnshaw s. 1207, 1215
Sinkki muodostaa myös orgaanisia yhdisteitä. Asetaatti-ionien kanssa reagoidessa sinkistä muodostuu [Zn4O(OCOMe)6], joka on kiteistä ja emäksistä. Sinkin ja asetyyliasetonin (acac) reaktiossa syntyy [Zn(acac)2]3, jossa sinkkiatomit linkittyvät toisiinsa asetyyliasetonaatti-ionien välityksellä. Sinkki muodostaa myös organometalliyhdisteitä, jotka ovat yleensä muotoa ZnR2 ja jotka ovat lineaarisia ja poolittomia. R on tyypillisesti metyyli, etyyli tai fenyyli. Ne reagoivat helposti ilman kanssa muodostaen sinkkioksidia. Muita tyypillisiä orgaanisia sinkkiyhdisteitä ovat aryylisinkkihalogeenit (RZnX, jossa X on jokin halogeeni ja R aryyli, fenyyliryhmä).Greenwood & Earnshaw s. 1215–1221
Haitallisuus Sinkkijauhe on helposti syttyvää, ja se reagoi kiivaasti veden, happojen sekä emästen kanssa, jolloin syntyy syttyvää vetykaasua. Sinkkijauhe saattaa sisältää myös pieniä määriä arseenia, joten myrkyllisten arseenikaasujen muodostuminen on mahdollista. Sinkistä syntyvät kaasut saattavat aiheuttaa metallikuumeen. Sinkki itsessään ei ole myrkyllistä, pieninä määrinä se on jopa välttämätön hivenaine, mutta yliannostus sinkkiä voi aiheuttaa pahoinvointia. Vapaana ionina sinkki on erittäin myrkyllistä kasveille, selkärangattomille ja kaloille. Liiallinen sinkki muuttaa kuparin ja raudan imeytymistä erityisesti lihassoluissa. Sinkki reagoi vatsahappojen kanssa muodostaen sinkkikloridia, joka voi tuhota vatsaa. Krooninen altistuminen sinkille aiheuttaa anemiaa, väsymystä sekä HDL:n laskua. Sinkin yliannostusta voi hoitaa veden ja maidon avulla sekä vatsalääkkein. Viitattu 19.6.2011
Historia thumb|upright|Alkemistien käyttämiä symboli sinkistä. Sinkin yhdisteitä ja metalliseoksia kuparin kanssa tunnetaan ainakin 3 000 vuoden takaa. Erityisen käytettyjä olivat messinkiset astiat. 1200-luvulla Intiassa sinkki tunnistettiin omaksi metalliksi, kun intialaiset kuumensivat sinkkimalmia suljetussa astiassa. Sinkki sublimoituu helposti, mutta se härmistyy astian reunoille, josta se on helposti irrotettavissa. Tämä tapa levisi ensin Kiinaan ja sieltä Eurooppaan. Kiinassa Ming-dynastian aikana (1368–1644) oli käytössä sinkkisiä kolikoita. 1500-luvun alussa Paracelsus kirjoitti joistakin sinkin ominaisuuksista kuitenkaan tietämättä, mitä hänen tutkimansa metalli oli. 1700-luvulla Euroopassa aloitettiin Bristolin alueella sinkin valmistus, mistä se levisi Sisiliaan ja Belgiaan. Sinkki tunnistettiin 1746, kun saksalainen kemisti Andreas Marggraf lämmitti hemimorfiitin (sinkki- ja rautaoksidin seos) ja hiilen seosta ilman kuparia, jolloin hän sai metallista sinkkiä. Sana sinkki tulee saksan kielen sanasta zinke, zin tai zink, joiden alkuperä on persian kielen sanassa sing.Greenwood & Earnshaw s. 1201
Esiintyminen ja erotus thumb|200px|Sinkkivälke on yksi tärkeimpiä sinkin lähteitä. Sinkkiä esiintyy muun muassa sulfidimineraaleissa, sinkkivälkkeessä, hemimorfiitissa, willemiitissä ja sinkkisälvässä. Tärkein lähde on sinkkivälke. Sinkkiä esiintyy eri puolilla maapalloa melko paljon, noin 0,02 % kaikista alkuaineista. Sinkkiä tuotetaan maailmassa noin seitsemän miljoonaa tonnia vuosittain. Sinkki on suhteellisen halpaa: 100 grammaa puhdasta sinkkiä maksaa noin 3,7 euroa. Suurin osa sinkistä tuotetaan Kanadassa, Australiassa ja Kiinassa. Muita merkittäviä tuottajia ovat Venäjä, Yhdysvallat, Peru ja Meksiko. Suomessa sinkkiä tuottaa Kokkolassa toimiva Boliden Kokkola Oy, joka on Euroopan toiseksi suurin sinkkitehdas.Greenwood & Earnshaw s. 1202–1203
Sulfidimineraaleista sinkki muutetaan ensin sinkkioksidiksi (ZnO). Tämän jälkeen se sekoitetaan hiilen kanssa ja kuumennetaan 1 200 °C:seen. Sinkki sublimoituu kaasuksi, jolloin se kulkeutuu pois reaktioastiasta, minkä jälkeen se kerätään. Tämä voidaan myös tehdä siten, että mineraali kuumennetaan ilman kanssa, jolloin rikin oksidit saadaan poistettua seoksesta. Rikkidioksidi voidaan myöhemmin muuttaa rikkihapoksi. Tällöin syntyy sinkkisulfaattia (ZnSO4), joka erotetaan elektrolyyttisesti. Toisessa vaihtoehdossa mineraali ensin jauhetaan pieneksi, minkä jälkeen hydrofobinen ja hydrofiilinen aines erotellaan toisistaan, minkä jälkeen sinkki suodatetaan ja kuumennetaan. Tämän jälkeen se uutetaan ja jälleen suodatetaan. Saadusta liuoksesta voidaan sinkki erottaa elektrolyyttisesti. Valmistamisen ongelma on, että kaasumainen sinkki reagoi ilman hapen kanssa muodostaen sinkkioksidia. Ongelma on ratkaistu lyijyllä, joka nopeuttaa sinkin kiinteytymistä huomattavasti, jolloin sinkin hapettuminen jää minimaaliseksi. Puhtausprosentiksi voidaan saada jopa 99,99 %.
Ongelmat ja ympäristövaikutukset Sinkin tarve kasvaa koko ajan. Sinkkiä joutuu ajoittain jätevesien kautta vesistöihin, joissa se kertyy mutaan ja rantapenkkoihin. Muita sinkin lähteitä ekosysteemeihin ovat muun muassa sinkityt putket, moottoriöljy sekä hyönteismyrkyt. Sinkki lisää veden happamuutta. Sinkki myös kertyy kaloihin ja myöhemmin rikastuu ravintoketjussa. Jos sinkkiä kertyy maaperään, se rikastuu eläimissä, mikä on haitallista niiden terveydelle. Myöskään kasvit eivät kestä liikaa sinkkiä. Turvallisen sinkkipitoisuuden raja-arvoksi vedessä on määritelty 2 mg/l. Tällöin sinkki saattaa aiheuttaa veden maun huononemista. Sinkki-ioni ei ole itsessään pienissä määrissä myrkyllinen, mutta jotkin sinkin yhdisteistä, kuten sinkkisyanidi ja -arsenidi, ovat erittäin myrkyllisiä. Sinkin määrää vesistöissä on pystytty laskemaan tuntuvasti viime vuosikymmeninä. Tunnettu sinkistä saastunut joki on Rein, mutta sen sinkkimäärät on saatu laskemaan suositeltuihin arvoihin. Sinkki voidaan puhdistaa vesistöissä muun muassa aktiivihiilen, hyydyttämisen tai ioninvaihdon avulla.
Käyttö thumb|200px|Sinkkikolikko vuodelta 1921. Sinkki on maailman neljänneksi käytetyin metalli raudan, alumiinin ja kuparin jälkeen. Yli puolet tuotetusta sinkkimetallista käytetään kuumasinkitykseen ja galvanointiin, eli sillä päällystetään terästä, esimerkiksi nauloja. Galvanoidussa (sähkösinkitys) metallissa sinkki toimii niin sanottuna uhrianodina, eli se hapettuu pinnoitetun metallin sijaan, jolloin esimerkiksi teräksen tapauksessa vältytään ruostumiselta. Sinkkiä käytetään muutenkin rakentamisessa, erityisesti katoissa ja sadevesikouruissa käytetään sinkittyä peltiä. Ilman vesi ja hiilidioksidi muodostavat sinkin pinnalle sinkkikarbonaattia, joka suojaa muuta metallia. Sinkkiä ei voida käyttää esimerkiksi ruokatölkkien päällystämiseen, sillä ruoissa olevat hapot liuottavat sitä. Sinkkiä käytetään myös painevaluissa, jolloin sulaa sinkkiä valetaan rautaiseen muottiin, johon se jähmettyy. Painevalettuja osia käytetään muun muassa autoissa. Sinkkiä käytetään myös muun muassa kolikoissa. Sinkkiä voidaan käyttää myös mm. hyönteismyrkyissä. Sinkkiä käytetään alkaliparistoissa anodina. Paristoissa sinkin kanssa käytetään yleensä mangaanidioksidia, elohopeaoksidia ja ammoniumkloridia.Gray s. 81Greenwood & Earnshaw s. 1204
Sinkkiä käytetään myös useissa metalliseoksissa, kuten pronssissa, messingissä ja uushopeassa. Sinkkiä voidaan käyttää metalliseoksissa, kunhan seosten ei tarvitse olla erityisen vahvoja. Messinkiä käytetään soittimissa, koruissa ja monenlaisissa koriste-esineissä.