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30. Zink (Zn): Der stille Beschützer · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt,
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bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu
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produzieren heute widmen wir uns einem Element, das selten im
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Rampenlicht steht, aber im verborgenen Unglaubliches
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leistet. Es schützt Metalle vor dem
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Rosten, hält unser Immunsystem am Laufen, lässt Wunden heilen
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und findet sich in jeder einzelnen Zelle unseres Körpers.
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Die Rede ist von Zink, dem Element mit dem Symbol zn, der
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Ordnungszahl 30 und einem Charakter, der so leise wie
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unverzichtbar ist. Zink ist der stille Beschützer.
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Und wer genauer hinhört, entdeckt hinter dieser Stille
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eine der faszinierendsten Geschichten des gesamten
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Periodensystems. Beginnen wir dort, wo alles
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beginnt, im Atom selbst. Zink trägt die Ordnungszahl 30
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und gehört zur Gruppe 12 des Periodensystems, gemeinsam mit
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Cadmium und Quecksilber. Seine Elektronenkonfiguration
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lautet ar 3 d, 10 4 s. 2, was bedeutet, dass alle Deorbitale
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vollständig besetzt sind. Diese abgeschlossene D Schale
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ist entscheidend für das chemische Verhalten von Zink, es
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tritt fast ausschließlich in der Oxidationsstufe plus 2 auf, also
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als zn 2 plus Ion und zeigt damit eine Gleichmäßigkeit, die
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in der Chemie eher selten ist. Die.
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Viele Übergangsmetalle spielen mit mehreren Oxidationsstufen,
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wechseln ihre Ladung je nach Umgebung.
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Zink bleibt konsequent diese Beständigkeit macht es zu einem
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zuverlässigen Partner in chemischen Reaktionen und in
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biologischen Systemen. Zink ist ein silbrig weißes
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Metall mit einem charakteristischen bläulichen
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Schimmer. Es ist vergleichsweise spröde,
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bei Raumtemperatur, wird aber zwischen 101 150 Grad Celsius
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gut verformbar. Sein Schmelzpunkt liegt bei
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419,5 Grad Celsius, sein Siedepunkt bei 907 Grad Celsius,
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beides recht niedrig für ein Metall, was die Verarbeitung
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vereinfacht, die Dichte beträgt 7,14 Gramm pro Kubikzentimeter,
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die. Zink leitet Wärme und
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Elektrizität gut, aber nicht so hervorragend wie Kupfer oder
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Silber. Auf der Erde ist Zink das 24
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häufigste Element und kommt in der Erdkruste mit etwa 70
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Milligramm pro Kilogramm vor, deutlich häufiger als etwa
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Kupfer oder Blei. Die Geschichte des Zinks als
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bewusst genutztes Metall ist überraschend jung, zumindest im
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Vergleich zu Gold, Silber oder Kupfer.
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Zwar wurde Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink,
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schon in der Antike hergestellt, doch dabei wurde Zink nicht als
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eigenständiges Metall erkannt. Die Römerinnen und Römer
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stellten Messing her, indem sie Kupfer mit Galmei, einem
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zinkhaltigen Mineral Zusammenschmolzen, ohne zu
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wissen, dass ein zweites Metall dabei entstand.
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Zink verdampft beim Schmelzen von Zinkerzen leicht,
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kondensiert an kühleren Stellen und wurde lange als
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geheimnisvoller Rauch oder Asche betrachtet, die sich nicht
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greifen ließ. In Indien war man früher als in
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Europa archäologische Funde aus Zavar in Rajasthan belegen, das
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dort bereits im 9. Jahrhundert vor Christus Zink
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durch Destillation gewonnen wurde.
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Ein Verfahren, das die Flüchtigkeit des Metalls nutzte,
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anstatt daran zu scheitern. Große Mengen reines Zink wurden
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in Savar etwa ab dem 9. Bis 10 Jahrhundert nach Christus
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industriell produziert und von dort aus gelangte das Wissen
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allmählich nach China und schließlich nach Europa.
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In Europa gelang die erste kontrollierte Zinkverhüttung im
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modernen Sinne erst im 17 Jahrhundert.
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Der Brite William Champion erhielt 1738 das erste
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europäische Patent auf ein Zink destillationsverfahren.
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Erst dann begann Zink als eigenständiges Metall in der
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Industrie Fuß zu fassen. Andreas Sigismund Markgraf, ein
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deutscher Chemiker, gilt als Entdecker des reinen Zinks in
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Europa. Er beschrieb 1746 erstmals die
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Isolierung und die Eigenschaften des Metalls in einer
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wissenschaftlichen Abhandlung. Markgraf ist auch für die
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Entdeckung von Zucker in der Zuckerrübe bekannt, ein Beweis
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dafür, dass die großen Wissenschaftlerinnen und
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Wissenschaftler des 18 Jahrhunderts oft mehrere
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bahnbrechende Entdeckungen in ganz unterschiedlichen Gebieten
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machten. In dieser Epoche der Aufklärung,
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in der Vernunft und Beobachtung über Überlieferung und Glauben
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gestellt wurden, entfaltete die Chemie als Wissenschaft ihre
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eigentliche Kraft. Zink war ein Produkt dieser
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Zeit, ein Metall, das nicht durch Mythos oder Zufall bekannt
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war, sondern durch systematische Untersuchung und Experiment.
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Heute ist Zink das Viertmeist verwendete Metall der Welt nach
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Eisen. Aluminium und Kupfer jährlich
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werden weltweit rund 13 bis 14000000 Tonnen Zink produziert.
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Die größten Förderländer sind China, Peru, Australien, Indien
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und die USA. Das wichtigste Zinkmineral ist
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Sphalerid, auch Zinkblende genannt, mit der chemischen
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Formel ZNS. Weitere bedeutende Minerale sind
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Smithsonit, Znco 3, hemimorphit zn 4, Sai 2, o 7, OH 2 mal, h 2
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o und zinkite zno. Die Aufbereitung erfolgt ähnlich
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wie bei Kupfer, Bergbau, Flotation, rösten und Laugung,
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gefolgt von Elektrolytischer Raffination, die Zink mit einer
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Reinheit von über 99,99% liefert.
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Der mit Abstand größte Verwendungszweck von Zink, mehr
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als 50% der weltweiten Produktion ist die
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Galvanisierung, auch Verzinken genannt.
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Dabei wird Stahl mit einer dünnen Zinkschicht überzogen,
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die als Korrosionsschutz dient. Stahl ohne Schutz rostet
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schnell, wenn er Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt ist.
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Die Oxidation des Eisens ist ein unaufhaltsamer chemischer
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Prozess. Zink schützt auf 2 Arten erstens
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bildet es eine physikalische Barriere zwischen dem Stahl und
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der Umgebung. Zweitens, und das ist das
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Faszinierendere, fungiert es als Opferanode, da Zink unedler ist
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als Eisen. Es hat ein negativeres Standard
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Elektrodenpotential oxidiert es bevorzugt, bevor das Eisen
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angegriffen wird. Selbst wenn der Zinküberzug an
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einer Stelle beschädigt wird und das darunterliegende Eisen
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Freiliegt, schützt das umliegende Zink es weiterhin
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elektrochemisch. Das Zink opfert sich für den
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Stahl, daher der Beiname Stiller Beschützer.
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Diese Eigenschaft macht Verzinkten Stahl zu einem der
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wichtigsten Baustoffe unserer Zeit, die.
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Brücken, Leitplanken, Stahlträger in Gebäuden,
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Autokarosserien, Dachbleche, schrauben, bolzen, all das ist
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häufig Verzinkt, die Verzinkung verlängert die Lebensdauer von
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Stahlkonstruktionen um Jahrzehnte und spart damit
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enorme Ressourcen, da weniger Stahl ersetzt werden muss.
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Es ist eine der nachhaltigsten Anwendungen eines Metalls
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überhaupt. Zink schützt nicht nur den
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Stahl, sondern letztlich auch Rohstoffe, Energie und
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Emissionen, die für den Ersatz korrodierter Teile anfallen
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würden. Der zweitgrößte
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Anwendungsbereich von Zink sind Legierungen Messing, die
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Legierung aus Kupfer und Zink ist seit Jahrtausenden im
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Einsatz und heute noch unverzichtbar für Wasserhähne,
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Armaturen, Schlösser, schrauben. Musikinstrumente und elektrische
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Steckverbinder je nach Zinkanteil entstehen
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verschiedene Messingtypen mit unterschiedlichen Härten, Farben
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und Bearbeitungseigenschaften Neusilber, eine Legierung aus
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Kupfer, Zink und Nickel, imitiert das Aussehen von Silber
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und wird für Besteck, Schmuck und Dekorationsgegenstände
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genutzt. Zinkdruckguss, reines Zink oder
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Zinklegierungen in Formen gegossen, liefert präzise,
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langlebige Kleinbauteile für die Automobil und Elektroindustrie
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besonders interessant ist dabei die Entwicklung des Messings
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durch die Geschichte, die alten Römerinnen und Römer nannten
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Messing Aurichalcum, also Goldkupfer, und verwendeten es
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für Münzen, Waffen und Schmuck. In der islamischen Welt des
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Mittelalters war Messing ein begehrter Werkstoff für feinste
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astronomische Instrumente wie Astrolabien, jene eleganten
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Scheibenapparate, mit denen Astronominnen und Astronomen die
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Positionen von Gestirnen bestimmten und die Uhrzeit
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ablesen konnten. Bis heute klingt Messing in
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Blasinstrumenten wie Trompete, Posaune und Tuba.
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Der warme, volle Klang dieser Instrumente ist nicht zuletzt
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dem Zinkanteil in der Legierung zu verdanken, der die
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Schwingeigenschaften des Metalls günstig beeinflusst.
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Weniger bekannt, aber in der modernen Wirtschaft bedeutsam
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ist. Zinkoxid zno diese weiße,
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pulverförmige Verbindung findet Anwendung in der Gummiindustrie.
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Sie beschleunigt die Vulkanisierung von Kautschuk.
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Sowie in Kosmetika, sonnenschutzmitteln, Farben,
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Keramiken und als Halbleitermaterial.
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Zinkoxid ist ein sogenannter Breitband Halbleiter mit einer
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Bandlücke von 3,37 Elektronen Volt, was ihn besonders
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interessant für UV Leuchtdioden, transparente Elektroden und
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Sensoren macht, in Sonnenschutzmitteln reflektiert
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und streut es UV Strahlung physikalisch, ohne in die Haut
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einzudringen, die. Einer der wenigen
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Sonnenschutzfilter, der als sicher für Haut und
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Meeresökosysteme gilt. Doch nun zu dem Bereich, der
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vielleicht am Unmittelbarsten unser Leben berührt, der
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Biologie des Zinks. Zink ist nach Eisen das
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häufigste Spurenelement im menschlichen Körper, ein
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erwachsener Mensch enthält etwa 2 bis 3 Gramm Zink, verteilt
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über nahezu alle Organe und Gewebe.
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Am stärksten konzentriert in der Prostata, den Augen, in Muskeln,
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Knochen und der Leber und Zink ist nicht irgendein stilles
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Dasein, es ist an der Funktion von mehr als 300 verschiedenen
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Enzymen beteiligt. Das macht es zum wichtigsten
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metallischen Kofaktor in der gesamten Biochemie des
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menschlichen Organismus Enzyme. Die Zink benötigen, spielen
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rollen in der DNA, Synthese der RNA, Transkription der
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Zellteilung, dem Zellwachstum, der Apoptose, dem Stoffwechsel
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von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen sowie der Wundheilung.
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Zink ist unverzichtbar für die Aktivität der
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Alkoholdehydrogenase des Enzyms, das Alkohol im Körper abbaut.
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Es ist Bestandteil der Superoxiddismutase, die Zellen
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vor freien Radikalen schützt. Es ist notwendig für
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Thymidinkinase, die für die DNA Replikation gebraucht wird.
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Ohne Zink würde keine Zelle im menschlichen Körper korrekt
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funktionieren, besonders wichtig ist Zink für das Immunsystem, es
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ist notwendig für die Entwicklung und Aktivierung von
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Telymphozyten. Den weißen Blutkörperchen, die
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gezielt Krankheitserreger und infizierte Zellen bekämpfen.
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Zinkmangel führt zu einer geschwächten Immunantwort,
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erhöhter Anfälligkeit für Infektionen und Verzögerter
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Wundheilung. Weltweit leiden nach Schätzungen
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der Weltgesundheitsorganisation Rund 17% der Weltbevölkerung an
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einem Zinkmangel. Besonders betroffen sind Kinder
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und Menschen in einkommensschwachen Regionen, wo
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zinkarme Ernährung verbreitet ist.
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Zinkmangel ist eine der häufigsten Ursachen für
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Kindersterblichkeit weltweit. Weil er die Anfälligkeit für
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Durchfallerkrankungen, Atemwegsinfektionen und Malaria
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drastisch erhöht. Die Entdeckung dieser
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Zusammenhänge geht maßgeblich auf die Arbeit des Iranisch
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amerikanischen Mediziners Ananda Brasad zurück, der in den 1960er
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Jahren Wachstumsverzögerungen bei jungen Männern in Iran und
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Ägypten auf Zinkmangel zurückführte.
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Eine damals revolutionäre Erkenntnis, die zunächst auf
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großen Widerstand stieß. Prassats Forschungsarbeit gilt
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heute als einer der wichtigsten Meilensteine der
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Spurenelementforschung Zinkpräparate werden seither
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weltweit zur Behandlung und Prävention von
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Infektionskrankheiten eingesetzt, insbesondere bei
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Kindern in Entwicklungsländern. Zink spielt auch eine
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Schlüsselrolle in der Genetik. Sogenannte Zinkfingerproteine
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sind eine der häufigsten Strukturklassen von DNA
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bindenden Proteinen im menschlichen Genom.
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Sie besitzen charakteristische Fingerstrukturen, in denen ein
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Zinkion von Aminosäuren koordiniert wird und so die
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dreidimensionale Form des Proteins stabilisiert.
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Diese Zinkfinger binden spezifisch an bestimmte DNA
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Sequenzen und steuern die Genaktivität.
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Sie schalten Gene an oder aus mehr als 700 verschiedene
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Zinkfingerproteine wurden im menschlichen Genom
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identifiziert, darunter viele Transkriptionsfaktoren, die die
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Entwicklung des Embryos, die Differenzierung von Zellen und
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die Reaktion auf äußere Reize steuern.
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Ohne Zink wäre die gesamte Genregulation unseres Körpers
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gestört. Interessant ist auch die Rolle
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von Zink in der Fortpflanzung. In Spermien ist Zink in
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besonders hoher Konzentration vorhanden und ist entscheidend
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für deren Beweglichkeit und Stabilität unmittelbar nach der
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Befruchtung einer Eizelle kommt es zu einem sogenannten
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Zinkfunken innerhalb von Sekunden nach dem Eindringen des
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Spermiums werden Millionen von Zinkatomen aus der Eizelle
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freigesetzt. Ein regelrechtes Feuerwerk auf
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zellulärer Ebene, das mit Fluoreszenzfärbung sichtbar
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gemacht wurde und 2016 an der Northwestern University für
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Aufsehen sorgte. Dieser Zinkblitz gilt als eines
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der ersten molekularen Zeichen einer erfolgreichen Befruchtung
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und ist möglicherweise ein zukünftiger Marker zur
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Beurteilung der Eizellqualität in der Reproduktionsmedizin.
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Zink ist auch in der Neurologie relevant.
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Im Gehirn sind hohe Zinkkonzentrationen im
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Hippocampus und im Kortex zu finden, beides Regionen, die für
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Gedächtnis und kognitive Funktionen wichtig sind.
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Zink wird in Synapsen gespeichert und bei
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Nervenaktivität freigesetzt, wo es die Signalübertragung
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moduliert, es beeinflusst unter anderem nmda Rezeptoren, die an
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Lernprozessen und der Gedächtnisbildung beteiligt
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sind. Ein gestörter Zinkhaushalt wird
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mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen in
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Verbindung gebracht, darunter Depression, Alzheimer und
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Aufmerksamkeitsdefizit. Hyperaktivitätsstörungen die
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Forschung zu Zink im Gehirn ist noch jung, aber sie deutet auf
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eine viel zentralere Rolle hin, als bisher angenommen wurde.
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Zink besitzt 5 stabile Isotope, 64 ZN. 66 zn, 68 zn, 67 zn und
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70 zn. Das häufigste ist 64 zn mit
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einem Anteil von knapp 49% in der modernen Isotopen geochemie
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werden Zinkverhältnisse genutzt, um Nahrungsquellen in
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archäologischen Überresten zu rekonstruieren.
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Denn pflanzliche und tierische Nahrung hinterlassen
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charakteristisch unterschiedliche
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Zinkisotopensignaturen in Knochen, Zähnen und Geweben.
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Anhand dieser Signaturen können Archäologinnen und Archäologen
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heute Rückschlüsse auf die Ernährungsweise längst
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verstorbener Menschen ziehen, auch in der Umweltforschung
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dienen Zinkisotopen als Tracer, um Schadstoffquellen in Böden
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und Gewässern zurückzuverfolgen. Das stille Element verrät also
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auch in seinen atomaren Fingerabdrücken mehr, als man
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auf den ersten Blick vermuten würde.
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In der Medizin hat Zink auch praktische Anwendungen jenseits
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der Nahrungsergänzung, Zinksulfat und Zinkoxid werden
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seit Jahrhunderten in Salben und Cremes zur Wundbehandlung
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eingesetzt. Zinkpaste schützt empfindliche
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Haut, lindert Entzündungen und fördert die Regeneration.
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Sie ist Bestandteil von Wundschutzcremema für
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Neugeborene, von Mitteln gegen Akne und von
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Sonnenschutzpräparaten in der Zahnmedizin wird Zinkoxid
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Eugenol als provisorischer Zahnfüllstoff eingesetzt.
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Zinkchlorid findet Verwendung als Antiseptikum.
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Und in der Ophthalmologie zeigt Zink zusammen mit anderen
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Antioxidantien eine schützende Wirkung gegen altersbedingte
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Makuladegeneration. Eine der häufigsten Ursachen für
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Erblindung im Alter. Die Ernährungsquellen für Zink
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sind vielfältig Austern sind die Reichhaltigste natürliche
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Zinkquelle überhaupt. 100 Gramm Austern können bis zu 90
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Milligramm Zink enthalten, den mehrfachen Tagesbedarf.
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Rotes Fleisch, Geflügel, Hülsenfrüchte, Nüsse dimmen,
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Vollkornprodukte und Milchprodukte sind ebenfalls
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gute Quellen. Der tägliche Bedarf liegt für
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Erwachsene bei etwa 7 bis 10 Milligramm, für Schwangere und
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Stillende höher. Veganerinnen und Veganer müssen
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besonders auf ihre Zinkversorgung achten, da
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pflanzliche Lebensmittel Phytate enthalten, die die Zinkaufnahme
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hemmen, einweichen, Keimen und Fermentieren von Hülsenfrüchten
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und Getreide kann diesen Hemmeffekt deutlich reduzieren,
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auch für Pflanzen ist Zink essentiell es ist notwendig für
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die Chlorophyllsynthese, die Auxinbildung, ein wichtiges
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Wachstumshormon der Pflanzen. Sowie für enzymatische Prozesse
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in der Photosynthese. Zinkmangel in Böden ist weltweit
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verbreitet und gilt als einer der häufigsten
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Pflanzennährstoffmängel überhaupt.
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In Böden mit hohem PH Wert, also in kalkhaltigen oder stark
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ausgelaugten Böden, ist Zink oft nur eingeschränkt Pflanzen
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verfügbar. Biofortifikation also die
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gezielte Züchtung von Nutzpflanzen mit höherem
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Zinkgehalt, ist eine der Strategien, die internationale
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Forschungsinitiativen verfolgen, um Zinkmangel in der
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menschlichen Ernährung zu bekämpfen.
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Ein letzter Blick auf Zink in der Zukunft im Bereich der
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Energiespeicherung gewinnt Zink an Bedeutung Zink Luftbatterien
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haben eine außerordentlich hohe theoretische Energiedichte.
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Deutlich höher als Lithium Ionen Batterien und nutzen Zink als
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Anode sowie Luftsauerstoff als Kathode.
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Sie sind günstig, ungiftig und beruhen auf einem reichlich
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verfügbaren Element. Bisher scheitert die breite
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Anwendung von Zink, Luft Batterien an der begrenzten
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Wiederaufladbarkeit, doch intensive Forschung weltweit
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arbeitet an Lösungen. Auch Zink Ionen Batterien auf
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wässriger Basis werden als mögliche Alternative zu Lithium
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Technologien erforscht. Sicherer, günstiger und mit
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einem besseren Umweltprofil Bofi todichitu Zink ist also weit
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mehr als ein stiller Beschützer im Hintergrund, es ist ein
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Element, das Leben ermöglicht, Strukturen bewahrt, Energie
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speichert und Zukunft gestaltet. Es schützt ohne Aufsehen, es
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arbeitet in jeder Zelle unseres Körpers, in jeder Brücke, in
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jedem Dach, in jedem Gen. Es ist das Metall der
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Zuverlässigkeit, der Beständigkeit, der unsichtbaren
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Stärke und einer Wissenschaftsgeschichte, die von
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neugierigen Menschen geprägt wurde, die bereit waren, genau
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hinzusehen, Gewohntes zu hinterfragen und das verborgene
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ans Licht zu bringen. Und vielleicht liegt in dieser
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Eigenschaft des Zinks eine tiefere Botschaft für uns als
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Gesellschaft. Die wertvollsten Dinge sind oft
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die, die wir am wenigsten sehen, weil sie so selbstverständlich
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funktionieren, sauberes Wasser, stabile Infrastruktur, ein
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funktionierendes Gesundheitssystem, freie Presse,
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unabhängige Gerichte wie der Zinküberzug auf dem Stahl
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schützen, demokratische Institutionen das Fundament
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unserer Gesellschaft. Still, beständig, oft unbemerkt.
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Doch wenn dieser Schutz fehlt, wenn er vernachlässigt oder
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abgetragen wird, beginnt das Rosten unsere Erde mit all ihren
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Ökosystemen und unsere demokratischen Gesellschaften
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sind das Kostbarste, was wir haben, sie zu schützen, zu
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pflegen und aktiv zu verteidigen, ist keine
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Selbstverständlichkeit, es ist eine Aufgabe, die jede
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Generation neu annehmen muss. Danke, dass du heute dabei
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warst, auf dieser Wissensreise durch das Periodensystem der
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Elemente. Wenn dir diese Folge gefallen
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hat, dann bewerte uns gerne und empfiehl uns weiter, das hilft
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uns sehr dabei, weitere folgen zu produzieren und noch mehr
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Menschen für die Wissenschaft zu begeistern.
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Kennst du schon unsere anderen Podcastreihen?
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Vielleicht magst du auch in die Schlafreise durchs Universum,
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oder? Die Wissensreise durch die
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Geschichte reinschnuppern, Podcasterlebnisse für neugierige
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Menschen, die die Welt ein bisschen tiefer verstehen
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möchten, bis zum nächsten Mal.