สังกะสี (Zn) เป็นโลหะธาตุสีเงิน มันวาว ที่นิยมนำมาใช้ในภาคอุตสาหกรรมมากมาย สำหรับเป็นโลหะโครงสร้างหรือโลหะผสมกับโลหะอื่นสำหรับประยุกต์ใช้งานในด้านต่างๆ นอกจากนั้น สังกะสียังเป็นแร่ธาตุหนึ่งที่สามารถพบได้ในร่างกายมนุษย์ และสัตว์ เนื่องจากจัดเป็นแร่ที่ร่างกายต้องการชนิดหนึ่ง
มนุษย์รู้จักนำสังกะสีมาใช้ประโยชน์เป็นเวลาช้านานแล้ว แต่การรู้จักว่าเป็นแร่สังกะสีในรูปของโลหะหรือธาตุอิสระเกิดขึ้นจากการเปรียบเทียบกับทองแดง และตะกั่ว ที่มีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน เพราะในสมัยโบราณรู้จักใช้สังกะสีเพียงในรูปของโลหะผสมเท่านั้น การนำแร่สังกะสีโลหะธาตุหรือแร่สังกะสีบริสุทธิ์มาใช้เริ่มแรกเมื่อประมาณปี ค.ศ. 1000 จากการถลุง และสกัดสังกะสีที่ไม่บริสุทธิ์ในประเทศจีน และอินเดีย จนมีการพัฒนาการถลุงให้ค่อนข้างบริสุทธิ์ ที่เรียกว่า slab zinc หรือ spelter ซึ่งนำเข้าขายยังยุโรปในศตวรรษที่ 17 โดยได้มีการเรียกชื่อต่าง ๆ กัน เช่น tutanego, indian tin, calamine และ spiauter เป็นต้น
สังกะสีที่พบในธรรมชาติไม่พบในรูปของธาตุอิสระ โดยทั่วไปมักพบสังกะสีในดินประมาณ 120 กรัม/ตัน โดยอยู่ในรูปของซัลไฟด์ (ZnS) และมักปนกับซัลไฟด์ของโลหะอื่น เช่น เหล็ก, ตะกั่ว, แคดเมียม และทองแดง สำหรับสังกะสีที่พบเป็นสินแร่มักพบในรูปแร่เฮมิเมอร์ไฟต์ [Zn4(Si2O7) (OH)2 (H2O)] แร่สมิทซอไนต์ (ZnCO3) และแร่ซิงไคต์ (ZnO) สำหรับแร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก คือ แร่สฟาเลอไรต์ (ZnS) บางครั้งมักพบสังกะสีเป็นสินแร่ขนาดใหญ่ในต่างประเทศ เช่น บริติชโคลัมเบีย แคนนาดา หลายรัฐในภาคตะวันตกของสหรัฐอเมริกา, โปแลนด์ และญี่ปุ่น ส่วนในประเทศไทยพบสินแร่สังกะสีเป็นชนิดซัลไฟด์ปนกับแร่ตะกั่วซัลไฟด์ พบมากที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
ความสำคัญต่อร่างกาย
สังกะสีถือเป็นแร่ธาตุชนิดหนึ่งที่จำเป็นต่อร่างกาย และต้องได้รับเป็นประจำ เนื่องจากเป็นแร่ธาตุที่มีบทบาทสำคัญหลายประการต่อร่างกาย ได้แก่
1. ช่วยกระตุ้นการสร้าง และการซ่อมแซมหนังกำพร้า
2. ช่วยกระตุ้นการสังเคราะห์คอลลาเจน
3. ช่วยในกระบวนการสร้างเอนไซม์ ระบบภูมิคุ้มกัน การสร้างสารพันธุกรรม และการซ่อมแซมบาดแผล
ความต้องการแร่ธาตุสังกะสีของคนในแต่ละช่วงอายุ
1. ช่วง 0-6เดือน
– ชาย และหญิง 2 มิลลิกรัม/วัน
2. ช่วง 7-12 เดือน
– ชาย และหญิง 3 มิลลิกรัม/วัน
3. ช่วง 1-3 ปี
– ชาย และหญิง 3 มิลลิกรัม/วัน
4. ช่วง 4-8 ปี
– ชาย และหญิง 5 มิลลิกรัม/วัน
5. ช่วง 9-13 ปี
– ชาย และหญิง 8 มิลลิกรัม/วัน
6. ช่วง 14-18 ปี
– ชาย 11 มิลลิกรัม/วัน
– หญิง 9 มิลลิกรัม/วัน
7. ช่วง 19 ปี ขึ้นไป
– ชาย 11 มิลลิกรัม/วัน
– หญิง 8 มิลลิกรัม/วัน
ประโยชน์สังกะสี
สังกะสีเป็นโลหะในหมู่เดียวกันกับปรอท มีลักษณะสีเงิน มันวาว หลอม และขึ้นรูปได้ง่าย มีความทนต่อการเกิดสนิม มีความแข็ง แต่เปราะง่าย ไม่สามารถดัดโค้งงอตามรูปที่ต้องการได้ เนื่องจากเปราะ และมีจุดหลอมเหลวต่ำเมื่อเทียบกับโลหะอื่น เช่น ทอง ที่ดัดโค้งงอได้ดีกว่า
1. เป็นโลหะสำคัญที่ใช้เป็นโลหะผสมกับโลหะชนิดอื่นเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติโลหะต่างๆ
2. เป็นโหละที่ใช้เคลือบโลหะอื่นๆสำหรับป้องกันการเกิดสนิม
3. ใช้ผลิตทองเหลือง (สังกะสีผสมทองแดง)
4. ใช้ผลิตสังกะสีมุงหลังคา
5. ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) มีลักษณะสีขาว ใช้เป็นส่วนผสมผลิตสีเคลือบ สีทา และใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกส์
6. ซิงค์คาร์บอเนต (ZnCO3) ใช้เป็นส่วนผสมในอุตสาหกรรมยา เช่น ยาทาแก้อาการคันตามผิวหนัง
7. ซิงค์ซัลเฟต (ZnSO3) ใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ
8. ซิงค์ซัลไฟต์ (ZnS) ใช้เป็นสีขาวในอุตสาหกรรมยาง ใช้เคลือบเป็นฉากเรืองแสงในหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ของโทรทัศน์ และใช้เป็นส่วนผสมของสีพรายน้ำ
9. ซิงค์ไฮดรอกไซด์ (Zn(OH2) ใช้ในอุตสาหกรรมยาง
10. ซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2) ใช้เป็นสารป้องกันเชื้อราในอุตสาหกรรมกระดาษ และไม้อัด
11. ซิงค์ไพริดีนไธโอน (zinc pyridinethione) ใช้เป็นส่วนผสมในน้ำยาหรือแซมพูสระผมป้องกันรังแค
พิษของสังกะสี
การได้รับสังกะสีเข้าสู่ร่างกายในปริมาณที่อาจทำให้เกิดพิษสามารถแบ่งได้หลายกรณี ได้แก่
1. การได้รับสังกะสีจากภาวะมลพิษ
สังกะสีที่ปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมมักเกิดจากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมที่บำบัดไม่หมดหรือการผลิตภัณฑ์ที่มีสังกะสีเป็นส่วนประกอบ มลพิษที่ปนเปื้อนสังกะสีมักอยู่ในรูปของฝุ่นหรือไอสารที่ลอยในอากาศ ซึ่งมีโอกาสสัมผัส และได้รับสารได้ง่าย โดยเฉพาะคนงานที่เกี่ยวข้องกับการผลิต
ฝุ่นหรือไอของซิงค์ออกไซด์สามารถทำให้เกิดความระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจ ส่วนการสัมผัสทางผิวหนังเป็นเวลานานจะทำให้เกิดผิวหนังอักเสบอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า โรคออกไซด์พ็อกซ์ (oxide pox)
อาการเมื่อได้รับฝุ่นหรือไอของสังกะสีในปริมาณมากจากการสูดดมจะเกิดอาการกระหายน้ำ ไอ หลอดลมอักเสบ ปอดบวม เหนื่อยล้าง่าย อ่อนแรง มีอาการปวดกล้ามเนื้อ คลื่นไส้ มีไข้ มีอาการหนาวสะท้าน และผิวหนังเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ซึ่งมักเกิดภายใน 4-12 ชั่วโมง หลังการสัมผัส อาการเหล่านี้จะหายเป็นปกติภายใน 1-2 เรียกชื่อโรคนี้ว่า โรคไข้วันจันทร์ (Monday fever) หรือโรคไข้พิษโลหะ (metal fume fever)
2. การปนเปื้อนจากอาหาร และน้ำดื่ม
สารประกอบซิงค์ออกไซด์มักปะปนในแหล่งน้ำหรืออาหารได้ง่าย โดยเฉพาะพื้นที่ที่อยู่ใกล้แหล่งแร่สังกะสี เมื่อร่างกายได้รับสาร และสะสมเป็นเวลานานจะก่อให้เอนไซม์ของตับเกิดความผิดปกติ และพบอาการเลือดออกในระบบทางเดินอาหาร ตามประกาศคณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ ฉบับที่ 8 (พ.ศ. 2537) ได้กำหนดให้มีสังกะสีปนเปื้อนในแหล่งน้ำไม่เกิน 1 มิลลิกรัม/ลิตร
การเกิดพิษในระบบทางเดินอาหารจากการกินสังกะสีเข้าไปจะเกิดกัดกร่อนบริเวณทางเดินอาหารส่วนต้น ได้แก่ หลอดอาหาร และกระเพาะอาหาร ทำให้มีอาการอักเสบ ปวดท้องอย่างรุนแรง และอาจทำให้ทางเดินอาหารตีบตันได้
3. ผลิตภัณฑ์อาหารเสริมสังกะสี
ผลิตภัณฑ์อาหารเสริมสังกะสี ทั้งในรูปของอาหารเสริมสังกะสีชนิดเม็ด และชนิดน้ำ หากผู้บริโภครับประมาณในจำนวนมากที่เกินความต้องการของร่างกายมักทำให้เกิดอาการเหมือนการได้รับซิงค์ออกไซด์ในข้อที่ 2 ที่กล่าวมา
คุณลักษณะเฉพาะ
– เลขอะตอม : 30
– นํ้าหนักอะตอม (กรัม/โมล) : 65.39
– โครงสร้างผลึก : hexagonal close-packed
– จุดเดือด (oC) : 907
– จุดหลอมเหลว (oC) : 419.5
– ความหนาแน่น ที่ 25 oC (กรัม/ลบ.ซม.) : 7.133
– ความร้อนจำเพาะ ที่ 25 oC (แคลอรี่/กรัม) : 0.0925
– ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (แคลอรี่/กรัม) : 24.4
– ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (แคลอรี่/กรัม) : 419.5
– การจัดระดับอิเล็กตรอน : [Ar] 4s2 3d10
– ออกซิเดชันเสตท : +2
– ค่าความต่างศักย์, Eo (volts) : -0.763
Zn2+ + 2e– → Zn
– รัศมีไอออน Zn2+ (nm) : 0.074
– รัศมีอะตอม Zn (nm) : 0.133
ลักษณะทางเคมี
สังกะสีเป็นโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยาเคมี จึงไม่พบแร่สังกะสีอิสระในธรรมชาติเนื่องจากสังกะสีจะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับแร่ธาตุอื่นที่เสถียร เลขออกซิเดชันสังกะสีที่เป็นสารประกอบที่เสถียรที่สุด คือ สารประกอบสังกะสี ที่มีประจุ +2
แร่สังกะสีบริสุทธิ์จะมีลักษณะขาววาว คล้ายเงิน แต่จะขุ่นมัวเมื่อถูกอากาศ เพราะเกิดออกไซด์ที่ผิว (ZnO) ที่มีลักษณะเป็นชั้นบางๆ เคลือบพื้นผิว ซึ่งมีข้อดีที่ช่วยป้องกันไม่ให้เนื้อโลหะข้างในถูกออกซิไดส์ต่อ คุณสมบัติของสังกะสีนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์ในด้านการชุบผิวเหล็กด้วยสังกะสีเพื่อป้องกันสนิม
การเตรียมสารละลายสังกะสี สามารถเตรียมได้ด้วยการละลายในกรด ปฏิกิริยานี้จะให้ก๊าซไฮโดรเจน ดังสมการ
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+ (aq) + H2(g)
โลหะสังกะสีเป็นโลหะที่มีสภาพประจุบวกปานกลาง และมีสมบัติโควาเลนต์ เช่น ZnO ที่สามารถระเหิดได้ นอกจากจะละลายได้ในกรด ยังละลายได้ในด่าง ดังสมการ
ZnO + 2OH– + H2O → [ Zn(OH)4 ] 2-
เมื่อเติมด่าง เช่น NaOH ลงในสารละลาย Zn2+ จะได้ตะกอนของ Zn(OH)2 ที่มีลักษณะเป็นวุ้นขาวของ Zn(OH)2 มีคุณสมบัติทั้งเป็นกรด และด่าง ละลายได้ทั้งในกรด และในด่าง ดังสมการ
Zn(OH)2 + 2H+ → Zn2+ + 2 H2O
Zn(OH)2 + 2OH– → [ Zn(OH)4 ]2-
นอกจาก Zn(OH)2 จะละลายได้ในกรด และด่างแล้ว ยังละลายในสารละลายแอมโมเนีย และสารละลายไซยาไนด์ ดังสมการ
Zn(OH)2 + 4NH3 → [ Zn(NH3)4 ]2+ + 2OH–
Zn(OH)2 + 4CN– → [ Zn(CN)4 ]2- + 2OH–