30 锌海洋食物中富含的元素

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2018/6/26
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代谢,海产品,电池
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Author:Peng Li

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 / m³
熔点	419．5°C
沸点	907°C
色・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

锌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

[1]《开工天物》宋应星
[2] Ancient mining and metallurgy in Rajasthan, S. M. Gandhi, chapter 2 in Crustal Evolution and Metallogeny in the Northwestern Indian Shield: A Festschrift for Asoke Mookherjee, M. Deb, ed., Alpha Science Int’l Ltd., 2000,ISBN 1-84265-001-7.
[3]Habashi, Fathi.“Discovering the 8th Metal”. International Zinc Association (IZA). Archived fromthe originalon March 4, 2009. Retrieved December 13, 2008.
[4] Porter, Frank (1994). “Wrought Zinc”.Corrosion Resistance of Zinc and Zinc Alloys. CRC Press. pp. 6–7.ISBN 978-0-8247-9213-8.
[5] “Galvanic Cell”.The New International Encyclopaedia. Dodd, Mead and Company. 1903. p. 80.
[6] Culter, T. (1996). “A design guide for rechargeable zinc-air battery technology”. Southcon/96. Conference Record: 616.doi:10.1109/SOUTHC.1996.535134.ISBN 0-7803-3268-7.
[7] Maret, Wolfgang (2013). “Chapter 12. Zinc and Human Disease”. In Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K. O. Sigel. Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences. 13. Springer. pp. 389–414.doi:10.1007/978-94-007-7500-8_12
[8]Plum, Laura; Rink, Lothar; Haase, Hajo (2010).“The Essential Toxin: Impact of Zinc on Human Health”.Int J Environ Res Public Health.7(4): 1342–1365.doi:10.3390/ijerph7041342.PMC2872358
[9]“Zinc content of selected foods per common measure”.USDA National Nutrient Database for Standard Reference, Release 20.United States Department of Agriculture. Archived from the original on March 5, 2009. Retrieved December 6, 2007.