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鋅

原子序數為30的化學元素
「Zn」重新導向至此。關於其他用法，請見「ZN」。

鋅（san1）（英語：Zinc)，是一種化學元素，化學符號為Zn，原子序數為30，原子量為65.38 u，屬於過渡金屬；鋅由於形、色類似鉛，故也稱為亞鉛，古稱倭鉛。鋅在常溫下為硬脆物質，且帶有藍銀色光澤。鋅為元素週期表第十二族中的第一個元素。在某些方面，鋅的化學性質與鎂相似：兩者皆呈現單一氧化態 (+2)，且Zn2+和Mg2+離子大小相似。鋅為地殼中含量第二十四多的元素，有五個穩定的同位素。最常見的含鋅礦物為閃鋅礦，是鋅硫化物。最大可開採的礦脈位於澳洲、亞洲及美國。鋅礦物利用泡沫浮選（英語：Froth flotation）法精煉，並經過焙燒（英語：Roasting (metallurgy)）和電解提煉（英語：Extractive metallurgy）。

鋅 30Zn
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
－
↑
鋅
↓
鎘
銅 ← 鋅 → 鎵
外觀
銀灰色
概況
名稱·符號·序數鋅（zinc）·Zn·30
元素類別過渡金屬
或者被認為是貧金屬
族·週期·區12·4·d
標準原子質量65.38(2)[1]
電子排布[Ar] 3d10 4s2
2, 8, 18, 2
鋅的電子層（2, 8, 18, 2）
鋅的電子層（2, 8, 18, 2）
歷史
發現古印度冶金學家（約西元前1000年）
分離馬格拉夫（1746年）
物理性質
物態固態
密度（接近室溫）
7.14 g·cm−3
熔點時液體密度6.57 g·cm−3
熔點692.68 K，419.53 °C，787.15 °F
沸點1180 K，907 °C，1665 °F
熔化熱7.32 kJ·mol−1
汽化熱123.6 kJ·mol−1
比熱容25.470 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 610 670 750 852 990 1179
原子性質
氧化態+2, +1, 0
（兩性氧化物）
電負性1.65（鮑林標度）
電離能第一：906.4 kJ·mol−1
第二：1733.3 kJ·mol−1
第三：3833 kJ·mol−1
（更多）
原子半徑134 pm
共價半徑122±4 pm
范德華半徑139 pm
鋅的原子譜線
雜項
晶體結構六方密堆積
磁序抗磁性
電阻率（20 °C）59.0 n Ω·m
熱導率116 W·m−1·K−1
膨脹系數（25 °C）30.2 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）（室溫）(細棒) 3850 m·s−1
楊氏模量108 GPa
剪切模量43 GPa
體積模量70 GPa
泊松比0.25
莫氏硬度2.5
布氏硬度412 MPa
CAS號7440-66-6
同位素
主條目：鋅的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
62Zn 人造 9.193 小時 β+ 0.598 65Cu
64Zn 49.17% 穩定，帶34粒中子
65Zn 人造 243.94 天 β+ 0.330 65Cu
66Zn 27.73% 穩定，帶36粒中子
67Zn 4.04% 穩定，帶37粒中子
68Zn 18.45% 穩定，帶38粒中子
70Zn 0.61% 穩定，帶40粒中子

黃銅為依各種比例混合的銅及鋅的合金，早在西元三千年前的愛琴海、伊拉克、阿拉伯聯合酋長國、卡爾梅克、土庫曼斯坦及格魯吉亞，和西元兩千年前的印度西部、烏茲別克斯坦、伊朗、敘利亞、伊拉克及以色列/巴勒斯坦就已經被人們利用[2] [3] [4]。儘管人們在古代羅馬跟希臘時就知道鋅金屬，但直到十二世紀時才在印度被大規模生產[5]。藉由拉賈斯坦邦的礦物我們獲得確切的證據，將鋅的生產回溯至西元前六世紀[6]。迄今，最古老的純鋅來自拉賈斯坦邦的扎瓦爾，早在西元九世紀時便利用蒸餾法來生產純鋅了[7]。煉金術士在空氣中燃燒鋅，用來產生氧化鋅，他們稱之為「白雪」。

此元素可能是由煉金術士帕拉塞爾蘇斯經德語：Zinke（叉、牙齒之意）所命名。純金屬鋅在1746年被德國化學家馬格拉夫發現。1800年時，路易吉·伽伐尼和亞歷山德羅·伏打揭示了鋅的電化學性質。鋅最主要的應用為抗腐蝕的鐵鍍鋅（熱浸鍍鋅），在現代工業中對於碳鋅電池製造上有不可磨滅的地位，最具代表性之用途為「鍍鋅鐵板」，該技術被廣泛用於汽車、電力、電子及建築等各種產業中。其他應用在電池、小型非結構鑄件及合金像是黃銅等。人們在生活中普遍的使用各種鋅化合物，例如碳酸鋅和葡萄糖酸鋅（膳食補充劑）、氯化鋅（除臭劑）、吡硫鎓鋅（去屑洗髮精）、硫化鋅（螢光塗料），及有機實驗室的二甲基鋅或二乙基鋅。

鋅為必需礦物質，包含產前生長及產後發育[8]。發展中國家約有二十億的人受到缺鋅症的影響，及其連帶的疾病[9]。若孩童缺乏鋅（英語：Zinc deficiency），將導致生長遲緩、性晚熟、免疫力下降及腹瀉[8]。在生物化學中，鋅為酶中廣泛存在的輔因子，例如人體的醇脫氫酶[10]。

食用過量鋅可能造成共濟失調、精神萎靡（英語：Lethargy）和缺銅症（英語：Copper deficiency）。

性質

物理性質

鋅是一種青白色、光亮、具有反磁性的金屬，雖然一般用作商品的鋅都經過加工，這些特性已不再鮮明[11]。其密度比鐵略小，呈六邊形晶體結構[12]。

在常溫下鋅是硬而易碎的，但在100至150°C下會變得有韌性[11]。當溫度超過210℃時，鋅又重新變脆，可以用敲打來粉碎它。[13]鋅的電導率居中。在所有金屬中，它的熔點（420℃）和沸點（900℃）相對較低[14]。它的熔點是所有過渡金屬中第三低的，僅次於鎘和汞[14]。

化學性質

與非金屬反應

鋅加熱至225℃後氧化激烈，燃燒時呈綠色火焰，與氧氣反應生成氧化鋅：

2 Zn + O2 → 2 ZnO

與鹵素反應生成鹵化鋅：

Zn + X2 → ZnX2(X=F、Cl、Br、I)

與硫反應生成硫化鋅：

Zn + S → ZnS

與水反應

鋅與水蒸氣反應生成氧化鋅：

Zn + H2O(g)→ ZnO + H2

兩性金屬

與鋁類似，鋅也具有兩性。鋅能和強鹼溶液生成四羥基合鋅酸鹽及氫氣。

例如與氫氧化鈉反應生成四羥基合鋅酸鈉：

Zn+2NaOH+2H2O→ Na2[Zn(OH)4]+H2↑

化合物

主分類：鋅化合物

在鋅化合物中，鋅最常見的化合價是+2。

鋅(II)

鋅可以和所有陰離子形成化合物。如常見的ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等，可溶性大的鋅化合物都有很強的潮解性，如氯化鋅、高氯酸鋅等。鋅的一些二元化合物（ZnSe、ZnTe等）在光電方面有着引人注目的特性。

在鋅的化合物中，ZnO、Zn(OH)2和ZnCO3是難溶於水的。

鋅(II)可以形成配合物，如[Zn(NH3)4]2+、[Zn(OH)4]2-、[Zn(CN)4]2-等。

鋅(II)也有不少有機化合物，如二乙基鋅。

歷史

過去，鋅每磅（約454克）的價格約一美元，屬於價格較低廉的金屬。故美國政府用以鑄造1美分硬幣（1 cent），但隨着鋅的價格飛漲，反而出現造價超過錢幣面值的現象。

1美分硬幣含有97.5%的鋅，表面再鍍上銅。然因鋅的價格飆漲，一枚硬幣的造價已達至1.79美分，超過幣值許多，更因亞洲的經濟崛起，銅及鋅等需求大幅增加，價格持續上揚，情況嚴重至有人提議廢除1美分硬幣。[15]

用途

鋅合金

加入其他元素組成的一種合金。根據加入的元素不同而分出不同的種類，可以形成不同種類的低溫鋅合金。許多合金都包含鋅元素，比如黃銅就是鋅和銅的合金。其它可與鋅組成二元合金的金屬包括鋁、銻、銀、錫、鎂、鈷、鎳、碲、鎘、鉛、鈦和鈉。[16]雖然鋅和鋯均非鐵磁材料，它們的合金ZrZn
2 卻能在35 K時表現出鐵磁性。

特性

  1. 熔點低，在385℃熔化；
  2. 流動性好；
  3. 在大氣中耐腐蝕；
  4. 蠕變強度低，尺寸容易在自然時效下發生變化

鋅合金類別

  • 黃銅：機械性能和耐磨性能都很好；敲起來聲音獨特；
  • 鋅鎘合金：流動性好、光面好，容易進行拋光、焊接等加工；
  • 2號鋅合金：機械性能最好；硬度要求達標；尺寸精度一般；
  • 3號鋅合金：流動性良好；機械性能良好；適合做玩具、燈具、裝飾品等；應用最為廣泛；
  • 5號合金：流動性良好；機械性能良好；適合做汽車配件、機電配件等；
  • 8號合金：良好的機械性；尺寸穩定性好；流動性較差；適合做元器件；
  • Superloy：流動性最好；一般用作壓鑄薄壁；適合做電器元件以及盒體。

對人體的影響

人體含量和分佈

人體含鋅的總量約佔體重的0.003%，相當於成人體內約有2公克鋅。90%的鋅都存在肌肉與骨骼中，其餘10%在血中扮演舉足輕重的角色[17]。

建議攝取量與食物來源

含鋅豐富的食物包括蚵與紅蟳等海鮮、鵝肝與豬肝等內臟、牛腱等肉類、牛乳與乳酪等乳製品、洋菜、火麻仁、麥芽、南瓜籽、啤酒、栗子、蛋、芝麻、芥末、腰果、豆類等。在豆科植物和全穀類植物來源中發現的鋅吸收效率較低，因為其他植物化合物抑制吸收。[18]

鋅的參考攝取量（DRI）
年齡性別 美國（mg/day）[19] 臺灣（mg/day）[20]
0-6個月 2 5
7-12個月 3 5
1-3歲 3 10
4-8歲 5 10
9-13歲 8 10
14-18歲 男11女9 男15女12
19-50歲 男11女8 男15女12
51歲以上 男11女8 男15女12
孕婦14-18歲 12 15
孕婦19-50歲 11 15
乳婦14-18歲 13 15
乳婦19-50歲 12 15

生理功能

  1. 維持免疫功能：人體鋅不足會出現淋巴球數量低落、血中免疫球蛋白降低、自然殺手細胞功能減弱、皮膚免疫測試反應降低等狀況，臨床的結果就是肺炎、念珠球菌感染，甚至傷風感冒。
  2. 生長與發育：促進生長、性器官的發育、傷口癒合、毛髮、指甲，以及口腔黏膜等多處位置的修補作用。
  3. 運用在保養品：為控油類型的典型的成份。
  4. 調節基因表現：許多蛋白質轉錄因子的分子中含有鋅指結構，負責與DNA結合，而改變基因的表現功能，是很重要的調控機制。
  5. 酵素組成分：已知的含鋅酵素超過300多種，鋅位於催化中心，或穩定酶蛋白質的立體結構，失去鋅會使酵素失去活性。
  6. 維持味覺功能與促進食慾。
  7. 促進胰島素分泌。
  8. 增強記憶力。

吸收與排泄

鋅的最佳吸收部位是十二指腸。基本排泄途徑是經消化道由糞便排出。腎臟具有調節功能，會將鋅離子進行再吸收。

鋅的吸收通道

hZTL1/ZnT5的結構、活性

SLC30A5可分成兩個部分，較低分子量的hZTL1，以及重量較大的ZnT5。(ZnT-like transporter 1)

hZTL1在人體組織中較為含量較多，轉譯出的蛋白質有523個胺基酸，和老鼠的ZnT1有34%是相同的。 以拓樸學來預測其結構，在其序列上的N端到C端有十二個跨膜結構區。在C端的myc轉譯出的蛋白質可標定在極化的Caco-2(結腸上皮細胞)上，會回到原先的皮膜表層。

利用Xenopus laevis的卵母細胞進行表現實驗時，hZTL1會調節Zn的吸收，而hZTL1調控對Zn的吸收在pH 5.5不如pH 7.6.時來得好。

早期的資料顯示DMT1在Zn吸收中扮演重要的角色，可是這些資訊已在將Caco-2上的DMT1消去之後，卻不影響Zn吸收的實驗中得到充分的反例，Zn不會跟Fe競爭DMT1，並且其活性與細胞膜電位無關。

人類小腸細胞中ZTL1的位置證實

在腸細胞Zn運輸蛋白的相似細胞中，可區分為屬於兩大類別，SLC30跟SLC39，其中有兩種蛋白質hZTL1(h;human)和hZIP4在小腸細胞攝取Zn的過程中扮演相當重要的角色。在ZTL1發現前，並沒有人在哺乳類細胞中看到有Zn通道的表現。

ZnT1透過免疫沉澱的方式在大鼠腸細胞邊側的細胞膜上發現，並在人類小腸細胞Caso-2中獲得證實。

ZIP1一開始被認為是用來吸收小腸內Zn的transporter，K562 cell細胞膜定位的實驗推翻了這點，綠色螢光跟FLAG標定的hZIP1位在許多皮質細胞的內質網上，包括了Caco-2，更近一步透過在PC-3前列腺細胞操作hZIP1抗體可以更精確的證明這件事。

其他可能存在的Zinc transporter

關於其他Zn transporter,有一種ZNT1蛋白質在腸道扮演很重要的角色，研究顯示，ZNT1會攜帶從飲食中獲得的Zn離子在腸壁細胞吸收後攜帶進入肝門靜脈，但在SLC30蛋白質中沒有其他蛋白質被發現跟ZNT1一樣有完全相同的功能。

在人體的胰島ß細胞中，ZnT5和一個富含胰島素的分泌細粒結合，Zn對於將胰島素以晶體的方式儲存扮演重要的角色。

ZNT6,ZNT7兩蛋白質雖然在腸道也能發現，但其兩在其他器官都有發現到他們的蹤跡，所以其功能和ZNT1並不相似。

在人體方面,hZIP1、hZIP2、hZIP4都有攜帶Zn離子的功能,但這些蛋白質也被發現在子宮和攝護腺中，所以其功能並不是完全清楚，另外ZIP6,ZIP8兩蛋白質功能不明，還有在老鼠內質網中發現的ZIP7也是一樣。

在胎盤中鋅的傳導

鋅在胎盤中的傳輸過程大致上和在腸中類似，由SLC30中的ZnT1,2,5來負責，至於ZnT6,7的功能則仍在實驗當中。 在免疫組織化學中，以人類和老鼠為實驗對象，hZTL1/ZnT5被探測到在胎盤上層細胞中扮演着重要角色，負責傳送Zn給胎兒。而ZnT1則有着類似的功能，擁有負責傳輸營養物質給胎兒的功能，但作用機制仍未完全了解。在人體中， hZTP1均在腸和胎盤中表現出來，但是沒有任何證據顯示hZIP2的表現。

此外，ZTP4雖然都有在人類和老鼠的腸中被表現，但是基因卻沒有在人類的胎盤中被表現出來，反而老鼠的卵黃囊中會進行表現。後來才發現原來hZIP4對人體飲食中鋅在腸的吸收扮演着重要角色，hZTL1/ZnT5在Zn的傳輸中，對胎兒的影響遠大於對成人的影響。

在小腸和胎盤中鋅通道的調節

小腸中鋅的吸收調節被認為是維持體內鋅衡定很重要的部分，在一份大鼠的研究中已經論證當可吸收的鋅濃度增加，在小腸裏有一個位置會調節ZnT1的上游mRNA，但在同一份研究中也顯示當可吸收的鋅濃度下降ZnT1的mRNA並不會受影響，而另一個鋅的傳送蛋白ZnT2在提供充足地鋅的情況下ZnT2 mRNA會加強表現，如果是缺乏鋅的情況下則會降低ZnT2 mRNA的表現。

老鼠的ZIP4 mRNA在缺乏鋅的時候會增加表現量。在人類腸道細胞Caco-2中，增加培養基裏的鋅濃度會引起鋅的傳送蛋白hZTL1/ZnT5、ZnT1、ZnT4和hZIP1 mRNA表現量的增加，同樣，在蛋白質的表現量上也是有增加的情形；但是在胎盤細胞中就有不同的表現，當增加鋅的濃度後，並沒有任何鋅的傳送蛋白mRNA有改變表現量，更甚至於發現ZnT1和hZTL1/ZnT5蛋白的表現量有減少的現象，但是現在對於Zn如何調節這些蛋白質並沒有完整地知識去描述它的機制。

鋅缺乏後果

鋅缺乏會導致免疫力低下、食慾不振、生長減緩、下痢、掉髮、夜盲、前列腺肥大、男性生殖功能減退、動脈硬化、貧血等問題。鋅缺乏導致腹瀉的過程包括：腸細胞絨毛結構破壞、含鋅消化酵素減少、發炎造成腸壁水腫、消化道免疫力變差。缺鋅與腹瀉容易形成惡性循環，腹瀉更減少鋅吸收，增加鋅的流失，造成雙重的缺鋅原因，常發生在老人[21]、嬰幼兒、胰臟功能不全、腸病變或腸手術者的身上。

此外有腎臟病變者很容易有高尿鋅症與低血鋅症。糖尿病、肝病或慢性發炎性疾病，如風濕性關節炎患者，都會因腎病變導致體內鋅慢性缺乏，免疫力會變差，形成了一個惡性循環。

支端皮膚炎

hZIP4(SLC39A4)是一在腸膜上端的二次基因表現產物，它被發現和遺傳的Zn-deficiency disease acrodermatitis enteropathica(缺乏Zn的支端皮膚炎)有關，此病和第八染色體有密切關係，會減低腸道吸收Zn的效率。

經過研究證實，突變的hZIP4蛋白質也會降低腸道吸收Zn的效率，最近有另外的實驗結果指出，在老鼠身上的HEK293蛋白質會增加腸道Zn的吸收效率.

鋅過量後果

主條目：鋅中毒

大量鋅會引發噁心、嘔吐、發燒、血液中高密度脂蛋白減少，進而提高心血管疾病發生概率。

參考文獻

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延伸閱讀

外部連結

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