元素

30 锌 海洋食物中富含的元素

本文作者 漂泊

锌元素是一种重要的微量元素,人体中有很多关键的酶中都含有锌,在代谢活动以及促进生长发育的过程中起到了重要作用。海洋食品中通常含有大量的锌,这也是人体补充锌的最佳途径。除此之外,锌在合金、防腐蚀镀层、电池材料等领域也有着重要作用。

锌的基本物理性质

分类 过渡金属
原子序号原子量 65.409
电子配置 3d104s2
密度 7140kg / m 
熔点 419.5°C
沸点 907°C
形状 蓝白色金属
丰度 75ppm(地壳)0.00005(ppm)(海水)
发现者 Andreas Marggraf
主要的同位素 64Zn,66Zn, 67Zn, 68Zn,
用途例 黄铜、镀层材料、电池负极、葡萄糖酸锌
前后的元素 铜-锌-镓

 

锌的发现

锌也是人类自远古时就知道其化合物的元素之一。利用锌矿石和铜熔化制得的合金——黄铜,早为古代人们所利用。但单质锌的获得比铜、铁、锡、铅要晚得多,这是因为碳和锌矿共热时,温度很快就会达到1000 ℃以上,而金属锌的沸点是906℃,所以锌很快就会成为蒸气,随烟散失,不易为古代人们所察觉,只有当人们掌握了冷凝气体的方法后,单质锌才有可能被制取。

世界上最早发现并使用锌的是中国,在10~11世纪中国是首先大规模生产锌的国家。1745年,东印度公司的船在瑞典的海岸沉没,其运载的货物是中国的锌,分析了回收的铸锭证明了它们是几乎纯净的金属。明朝末年宋应星所著的《天工开物》一书中有世界上最早的关于炼锌技术的记载。生产过程非常简单:将炉甘石(菱锌矿石)装满在陶罐内密封,堆成锥形,用木炭填充罐与罐之间的空隙,将罐打破,就可以得到提取出来的金属锌锭。这种方法密封了反应体系,使得锌不易汽化散失。[1]

在其他地区,锌也被广泛的冶炼制取。尽管锌被罗马人所知,但很少使用。在印度,拉贾斯坦邦的Zawar有一个锌熔炉有废弃的锌,证明了在1100年到1500年有大规模的精炼活动。[2]

1668年,佛兰德的冶金家P. Moras de Respour,从氧化锌中提取了金属锌,但欧洲人普遍认为锌是由德国化学家Andreas Marggraf于1746年发现的,而且的确是他第一个确认了锌是一种新的金属。锌的英文名称Zinc和化学符号Zn来源于拉丁文Zincum,意思是“白色薄层”或“白色沉积物”。[3]

锌单质

镀锌

镀锌指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起到美观、防锈等作用的表面处理技术。世界上锌的全部消费中大约有一半用于镀锌。由于锌在常温下表面易生成一层保护膜,充分的发挥了其抗大气腐蚀性能,因此锌最大的用途是用于镀锌工业。

现在主要采用的方法是热镀锌。锌主要被用于钢材和钢结构件的表面镀层(如镀锌板),广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业。例如,含锌粉的涂料,起连接作用的锌块(连接船舶、桥梁和近海油气井架的钢构件),镀锌铁板(锌合金板)做的屋顶等。21世纪后西方国家开始尝试直接用锌合金板做屋顶覆盖材料,其使用年限可长达120-140年,而且可回收再用,而用镀锌铁板作屋顶材料的使用寿命一般为5-10年。近年来,随着镀锌工艺的发展,高性能镀锌光亮剂的采用,镀锌已从最初的防护目的提升到防护-装饰性应用。

除了热镀锌,电镀锌也有使用,但该法一般用于较薄的镀层和不同的表面光洁度。除此之外,还有一种方法是使用含锌粉的涂料的涂层。对于与水连续接触的物体,如用于船舶、桥梁和近海油气井架的大的钢构件,不需要进行镀锌进行保护,只须和大的锌块连接,便可得到保护,不过锌块要定期更换。[4]

镀锌屋顶镀锌制品                                                                  带有锌块的轮船

电池中的锌

锌单质也是一种重要的电池负极材料。曾广泛使用过的锌锰干电池就是以锌作为负极活性物质,兼作电池的容器和负极引电体。锌是决定电池贮存性能的主要材料。在锌片中含有少量的镉和铅。镉能增强锌的强度,铅能改进锌的延展加工性能。镉与铅均能提高氢在锌电极上的过电位,减少锌电极的自放电,减缓锌片的腐蚀和氢气的释放。但若锌片中含有Cu、Fe、Ni等有害杂质,则会降低H2在锌电极上析出的过电位,加速电池在贮存过程中的自放电,所以这些有害杂质必须严格控制。最初始的酸性锌锰干电池是以氯化铵为电解质,使用寿命很短,后来,研究人员用氢氧化钾代替了氯化铵,制成了碱性锌锰电池,减少了自放电,使使用寿命大大增加。[5]

除了广泛使用的锌锰电池,锌也被用于制造锌空气电池,这是金属空气电池的一种。锌空气电池理论比能量是1350W·h/kg,目前制造出的最新的电池比能量已达到了230Wh/kg,几乎是铅酸电池的8倍,可见锌空气电池的发展空间非常大。锌空气电池一般采取抽换锌电极的办法进行“机械式充电”。更换电极的时间在几分钟即可完成。换上新的锌电极,“充电”时间极短,非常方便。锌电极可在超市、电池经营点、汽配商店等购买,对普及此电池电动车十分有利。这种电池具有体积小,电荷容量大,质量小,能在宽广的温度范围内正常工作,且无腐蚀,工作安全可靠。只是锌电极在电解还原过程中,比较耗能,每吨氧化锌还原成锌需要消耗2500度电,所以用在电动汽车上,成本较高。试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍,不甚理想。但5倍于铅酸电池的电荷量已引起了世人的关注,美国、墨西哥,新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用,考虑到目前电动车领域应用广泛的锂电池的安全问题,锌空气电池对于电动车用电池来说,也是一种极有前途的选项。[6]

           锌锰电池锌                                             空气电池                                                               电动汽车

 

锌的生理功能

是人体必须元素之一,参加了人体内二百多种酶的组成,被誉为“生命之花”,在人体中起到了非常重要的作用。

锌可以促进人体的生长发育,处于生长发育期的儿童、青少年如果缺锌,会导致发育不良。缺乏严重时,将会导致“侏儒症”和智力发育不良。锌也是脑细胞生长的关键,缺锌会影响脑的功能,使脑细胞减少。另外,锌是也是调节DNA复制、转译和转录的DNA聚合酶的必需组成部分,当锌缺乏时,蛋白质合成、DNA和RNA代谢等过程会发生障碍,可能导致情绪不稳、多疑、抑郁、情感稳定性下降和认知损害。此外,锌还能维持人体正常食欲,缺锌会导致味觉下降,出现厌食、偏食甚至异食。锌在临床上表现为对眼睛有益,就是因为锌有促进维生素A吸收的作用。维生素A的吸收离不开锌。维生素A平时储存在肝脏中,当人体需要时,将维生素A输送到血液中,这个过程是靠锌来完成“动员”工作的。锌在保持免疫反应中也有一定作用,当人缺锌时,T细胞功能会受损,引起细胞介导免疫改变,削弱免疫机制,降低抵抗力,使机体易受细菌感染。

锌元素主要存在于海产品、动物内脏中,其它食物里含锌量很少——水、主食类食物以及孩子们爱吃的蛋类里几乎都没有锌,含有锌的蔬菜和水果也不是很多。海产品中以牡蛎含锌最为高。据化验,动物性食品含锌量普遍较多,每一百克动物性食品中大约含锌3—5毫克,并且动物性蛋白质分解后所产生的氨基酸还能促进锌的吸收。植物性食品中锌较少,每一百克植物性食品中大约含锌1毫克。各种植物性食物中含锌量比较高的有豆类、花生、小米、萝卜、大白菜等。此外,除了一些日常生活中我们常见的补锌食物外,如果缺锌比较严重或想补锌更快速些,可以适当地服用一些制剂,如“葡萄糖酸锌”等,补锌效果会更好更全面些。[7-9]

                                      富含锌的海产品                                                       葡萄糖酸锌

参考文献

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