Zinkoxid auch Zinkoxyd (ZnO) ist eine chemische Verbindung aus Zink und Sauerstoff, die einerseits farblose, hexagonale Kristalle bildet oder andererseits, aufgrund der Lichtbrechung bei sehr kleinen Kristallen, als lockeres, weißes Pulver vorliegt.

Die traditionelle Bezeichnung Zinkweiß (Chinesischweiß, Ewigweiß, Schneeweiß) stammt von der Verwendung als weißes Farbmittel in Malerfarbe.

Medizinische Präparate zur Haut- und Wundbehandlung enthalten oft Zinkoxid wegen dessen antiseptischer Wirkung. Es wird häufig in der Zahnheilkunde (z. B. bei Wurzelkanalbehandlungen) eingesetzt und gilt als Biomaterial.

Vorkommen

Natürliche Vorkommen von Zinkoxid sind in Form des Minerals Zinkit (Rotzinkerz) zu finden.

Gewinnung und Darstellung

Je nach Herstellungsverfahren gewinnt man Zinkweiß oder Zinkoxid. Zinkweiß wird nach dem sogenannten französischen Verfahren aus Zinkdampf und Luftsauerstoff hergestellt.

Zinkoxid dagegen gewinnt man entweder aus der Durchführung der Herstellung nach dem sogenannten amerikanischen Verfahren aus Zinkerzen oder -Schrott durch Röstung, durch Reduktion mit Kohle und direkte anschließende Reoxidation oder nasschemisch durch Fällung als Hydroxid oder Carbonat aus Zinksalzlösungen und anschließende Calcination.

Zinkoxid entsteht durch die Verbrennung von Zink. Dabei kann sich das Oxid in feinfilziger, wollartiger Form (Lana philosophica) bilden.

${\displaystyle \mathrm {2\ Zn_{(s)}+O_{2(g)}\longrightarrow 2\ ZnO_{(s)}} }$

Zink verbrennt bei Anwesenheit von Sauerstoff zu Zinkoxid.

Es kann aber auch durch Glühen (Pyrolyse) von Zinkhydroxid, Zinkcarbonat oder Zinknitrat gewonnen werden:

${\displaystyle \mathrm {Zn(OH)_{2(s)}\longrightarrow ZnO_{(s)}+H_{2}O_{(g)}} }$

Bei höheren Temperaturen gibt Zinkhydroxid Wasser ab. Es entsteht Zinkoxid.

${\displaystyle \mathrm {ZnCO_{3(s)}\longrightarrow ZnO_{(s)}+CO_{2(g)}} }$

Aus Zinkcarbonat entstehen beim Glühen Zinkoxid und Kohlenstoffdioxid.

Beim Rösten von Zinksulfid entsteht ebenfalls Zinkoxid:

${\displaystyle \mathrm {2\ ZnS_{(s)}+3\ O_{2(g)}\longrightarrow 2\ ZnO_{(s)}+2\ SO_{2(g)}} }$

Je nach Anwendungsbereich kann durch Variieren der Reaktionsbedingungen Zinkoxid in unterschiedlichen Qualitäten hergestellt werden. Industriell produzierte Zinkoxidpigmente sind häufig bleihaltig und somit zusätzlich mit dem Gefahrensymbol Xn (gesundheitsschädlich) zu kennzeichnen.

Dünne Schichten von Zinkoxid stellt man durch physikalische Abscheideverfahren (PVD) wie Sputtern und chemische Gasphasenabscheidung (CVD) her. CVD ermöglicht die Entstehung rauer Oberflächen, die sich dadurch auszeichnen, einfallendes Licht zu streuen und z. B. Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad zu verleihen.

Produktion

Die weltweite Produktion von Zinkoxid wird auf 1,5 Mio. t geschätzt. In Europa werden 240.000 t pro Jahr verbraucht.

Eigenschaften

Zinkoxid verdunstet ab ca. 1300 °C, der Sublimationspunkt unter Normaldruck liegt bei etwa 1800 °C. Ein Schmelzen von Zinkoxid ist erst unter erhöhtem Druck bei 1975 °C zu beobachten. Beim Erhitzen färbt es sich zitronengelb, nach Abkühlen ist es wieder weiß (siehe Thermochromie). Im Dunkeln kann man anschließend ein schwaches Nachleuchten beobachten. Die Farbänderung ist auf einen geringen, durch Sauerstoffabgabe beim Erhitzen entstehenden Zinküberschuss (etwa 0,03 %) zurückzuführen. Dieser Zinküberschuss bzw. die Konzentration der Sauerstoff-Defekte ist stark abhängig von der Synthesemethode, Temperatur oder Verunreinigungen des Zinkoxids.

Zinkoxid ist ein direkter Halbleiter mit einer Bandlücke von 3,2…3,4 eV. Es absorbiert demzufolge UV-Strahlung und ist für sichtbares Licht transparent. Bedingt durch die nichtzentrosymmetrische Elementarzelle ist Zinkoxid piezoelektrisch.

Die elektrische Leitfähigkeit von Zinkoxid kann durch Dotierung mit geeigneten Elementen erhöht werden. Häufig wird dazu Aluminium (Aluminiumdotiertes Zinkoxid, AZO) oder Bor benutzt. Andere Elemente für eine N-Dotierung wie Indium oder Gallium werden momentan nicht eingesetzt. P-dotiertes Zinkoxid ist schwieriger herzustellen und ein Bereich der aktuellen Forschung.

Zinkoxid ist in Wasser unlöslich, während verdünnte Säuren es unter Salzbildung lösen. Mit Alkali, wie z. B. Natronlauge, frisch gefälltes, hydratisiertes Zinkoxid löst sich bei einem Überschuss an Base wieder auf. Dabei entsteht ein lösliches Zinkat.

Wird die Verbindung mit Cobalt(II)-oxid (CoO) erhitzt, so entsteht eine grüne feste Lösung von Cobaltoxid in Zinkoxid (Rinmans Grün).

Verwendung

Sicherheitshinweise

Zinkoxidrauch oder -aerosole können die Schleimhäute reizen.

Das Einatmen von Zinkoxid kann zu Metalldampffieber führen. Insbesondere beim Arbeiten mit Zinkschmelzen oder Erhitzen (z. B. Schweißen) von zinkhaltigen Materialien kann sich Zinkdampf bilden, der sich sofort in Zinkoxidrauch umwandelt. Es ist daher auf gute Lüftung und Atemschutz zu achten.

Risikobewertung

Zinkoxid wurde 2015 von der EU gemäß der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) im Rahmen der Stoffbewertung in den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CoRAP) aufgenommen. Hierbei werden die Auswirkungen des Stoffs auf die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt neu bewertet und ggf. Folgemaßnahmen eingeleitet. Ursächlich für die Aufnahme von Zinkoxid waren die Besorgnisse bezüglich Verbraucherverwendung, Umweltexposition, anderer gefahrenbezogener Bedenken und weit verbreiteter Verwendung. Die Neubewertung läuft seit 2017 und wird von Deutschland durchgeführt. Um zu einer abschließenden Bewertung gelangen zu können, wurden weitere Informationen nachgefordert.

Einzelnachweise

1. ↑ Zinc. In: Encyclopædia Britannica. 11. Auflage. Band 28: Vetch – Zymotic Diseases. London 1911, S. 984 (englisch, Volltext [Wikisource]). 
2. ↑ Eintrag zu ZINC OXIDE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 26. Februar 2020.
3. 1 2 3 Eintrag zu Zinkoxid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 1. Oktober 2014.
4. 1 2 3 4 5 Eintrag zu Zinkoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 20. Februar 2017. (JavaScript erforderlich)
5. ↑ Eintrag zu Zinc oxide im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
6. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 1314-13-2 bzw. Zinkoxid), abgerufen am 2. November 2015.
7. ↑ Umicore Zinc Chemicals: ZINC OXIDE APPLICATIONS (Memento des Originals vom 7. November 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.zincchemicals.umicore.com
8. ↑ Olaf Lückert: Pigment + Füllstoff Tabellen. Vincentz Network GmbH & Co KG, 2002, ISBN 3-87870-744-4, S. 74 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
9. 1 2 3 4 5 6 7 Hermann Sicius: Zinkgruppe: Elemente der zweiten Nebengruppe Eine Reise durch das Periodensystem. Springer-Verlag, 2017, ISBN 978-3-658-17868-0, S. 14 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
10. ↑ Otto Zekert (Hrsg.): Dispensatorium pro pharmacopoeis Viennensibus in Austria 1570. Hrsg. vom österreichischen Apothekerverein und der Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie. Deutscher Apotheker-Verlag Hans Hösel, Berlin 1938, S. 137 (Cadmia: C.lota, C. usta = gebrannter Galmei, Zinkkalk, Zinkoxyd).
11. ↑ Roderich König, Gerhard Winkler (Hrsg.): C. Plinius Secundus d. Ä., Naturkunde. Lateinisch–deutsch. Buch XXXIII: Metallurgie. 2. Auflage, Artemis & Winkler, Düsseldorf 2007, ISBN 978-3-7608-1613-5, S. 159 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
12. ↑ Karl Bayer, Kai Brodersen (Hrsg.): C. Plinius Secundus d. Ä., Naturkunde. Gesamtregister. Artemis & Winkler, Düsseldorf/Zürich 2004, ISBN 3-7608-1705-X, S. 243 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
13. ↑ Otto Zekert (Hrsg.): Dispensatorium pro pharmacopoeis Viennensibus in Austria 1570. Hrsg. vom österreichischen Apothekerverein und der Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie. Deutscher Apotheker-Verlag Hans Hösel, Berlin 1938, S. 152 (Pompholyx: Nihil album, Hüttenrauch, Zinkoxyd) und 158 (Tutia).
14. ↑ www.thefreedictionary.com.
15. ↑ Wilhelm Hassenstein, Hermann Virl: Das Feuerwerkbuch von 1420. 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Büchsenmeisterei. Neudruck des Erstdruckes aus dem Jahr 1529 mit Übertragung ins Hochdeutsche und Erläuterungen von Wilhelm Hassenstein. Verlag der Deutschen Technik, München 1941, S. 105 (Nichts oder Galmeyflug, nihil: „Ist die ausgelöschte Asche von Metallen, wenn sie weiß ist, nihil album und pompholix, die graue aber grau nihil grisium und spodium genannt wird“).
16. ↑ William Jervis Jones: Historisches Lexikon deutscher Farbbezeichnungen. Walter de Gruyter, 2013, ISBN 978-3-05-006322-5, S. 3135 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
17. ↑ G: Römpp Lexikon Chemie. 10. Auflage. Band 2: Cm–G. Georg Thieme Verlag, 2014, ISBN 978-3-13-199971-9, S. 1131 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
18. ↑ Sanjeev Kumar et al.: Synthesis of photoconducting ZnO nano-needles using an unbalanced magnetron sputtered ZnO/Zn/ZnO multilayer structure, in Nanotechnology 16 1167, Jg. 2005.
19. ↑ Anna Stefanski: Hautunreinheiten: Warum Zinksalbe gegen Pickel wirklich helfen kann. In: Stern, 6. Januar 2021, abgerufen am 14. Januar 2021.
20. ↑ Birger Konz, Gerd Plewig: Fortschritte der Dermatologie - Ein Rückblick auf 50 Jahre anlässlich des 80. Geburtstages. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-57539-6, S. 62 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
21. ↑ Werner Espe: Werkstoffkunde Der Hochvakuumtechnik: Bd. 3 Hilfswerkstoffe. Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1961, OCLC 316813787, S. 108 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
22. ↑ Safety assessment of the substance zinc oxide, nanoparticles, for use in food contact materials. In: EFSA Journal. 14, 2016, doi:10.2903/j.efsa.2016.4408.
23. 1 2 Zinkexpositionen in der Metallbranche (= Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung [Hrsg.]: IFA Report. Nr. 6/2013). Berlin 2013, ISBN 978-3-86423-086-8 (dguv.de [PDF; abgerufen am 4. April 2022]). 
24. ↑ Gasschweißen (= Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung [Hrsg.]: DGUV Information. Nr. 209-011). Berlin Oktober 2018 (dguv.de [PDF; abgerufen am 4. April 2022]). 
25. ↑ Community rolling action plan (CoRAP) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA): Zinc oxide, abgerufen am 6. März 2022.Vorlage:CoRAP-Status/2017