4. Цинк
Цинк — хімічний елемент ІІ групи періодичної системи, атомний номер 30, атомна маса 65,37. У природі 5 стабільних ізотопів з масовою часткою 64, 66 — 68, 70. Чистий цинк одер-жали ще в 16 столітті. Вміст його в земній корі — 8,3·10-3 % за масою. Утримується в поліметалічних сульфідних рудах. Ос-новні мінерали: сфалерит (цинкова обманка) ZnS, вюрцит ZnS, смітсоніт ZnCO3, каламін Zn4Si2O7(OH)2·Н2О, цинкіт - ZnО. Цинк — сріблясто-білий метал з гексагональною щільно-упакованою решіткою, густина — 7,13 г/см3, температура плавлення — 419,5 0С, температура кипіння — 906 0С, Ср — 25,4 Дж/моль·К, ΔНпл — 7,24 кДж/моль, ΔНвип — 115 кДж/моль, S0298 — 41,65 Дж/моль·К. Ступінь окиснення — +2. У вологому повітрі і воді стійкий до 200 0С, окиснен-ню перешкоджає поверхнева плівка гідроксокарбонатів. Цинк реагує з кислотами і лугами, амоніаком і солями амонію, з вологим хлором і бромом, при нагріванні — з киснем. Одер-жують обпаленням концентратів з наступним вимиванням огар-ку сульфатною кислотою і електроосадженням цинку з розчину сульфату цинку. Застосовується як компонент латуні, нейзільберу, томпаку та ін. сплавів; для цинкування сталі і чавуну з метою утворення антикорозійного покриття; для виготов-лення дрібних деталей літаків і автомобілів, електродів хімічних джерел струму; при відділенні від свинцю срібла і золота.
У харчовій промисловості використовується стеарат цинку (С17Н35СОО)2Zn як добавка для попередження грудкування муки.
У медицині знайшли застосування ацетат, оксид, стеарат, сульфат, ундецилоат і форміат цинку .
Основним джерелом надходження Цинку у навколишнє середовище є високотемпературні технологічні процеси, де ви-готовляються чи використовуються цинк або сполуки Цин-ку. Великі кількості Цинку (біля 218,8 тис.т у 2000 р.) надхо-дять в атмосферу внаслідок спалення кам'яного вугілля. Вміст Цинку у повітрі у районі заводів вторинної переробки кольо-рових металів підвищений на відстані більше 2 км. Щорічно з атмосферними опадами на 1 км поверхні Землі випадає у середньому 72 кг цинку, це у 3 рази більше, ніж Плюмбуму, і у 12 разів більше, ніж Купруму. 3 грунту Цинк проникає у рослини, а звідти у харчові продукти. Існує думка про непри-датність для поливу стічних вод, які містять Цинк.
В Україні найбільше забруднені Цинком грунти м. Красно-перскопська і м. Констянтинівки, де максимальний вміст Цин-ку перевишує ГДК для грунту у 3 рази, м. Маріуполі — у 2,9 рази, м. Краматорську — в 1,7 рази, м. Луганська і м. Львова — в 1,6 рази.
Сільськогосподарські угіддя забруднені у Київській області (середнє перевищення фонового рівня у 2,2 рази) і Луганській області (середнє перевищення фонового рівня у 1,3 рази). Дані взяті за 1995 р.
Випадки отруєнь Цинком і спалаху від цього хвороб кістко-во-м'язової системи у населення від споживання рису, виро-щених на полях зрошення, відомі у Японії.
Шлами стічних вод і самі стічні води хімічного, деревооб-робного, текстильного, паперового, цементного виробництв, а також рудників, гірничозбагачувальних і плавильних за-водів, а також металургійних комбінатів особливо небезпечні для вод Світового океану.
Суть впливу на довкілля надмірних кількостей Цинку у природних водах полягає у гальмуванні фотосинтезу планк-тоном поживних речовин (крохмалю, цукрів і ін.). Оскільки планктон є початковою і важливою ланкою у харчовому колі багатьох видів риб, то негативні наслідки такого впливу лег-ко можна оцінити.
Концентрація Цинку у стічних водах 5 — 10 мг/л знижує ефективність очищення стічних вод на 5%, ця концентрація є пороговою.
Джерелом надходження Цинку у воду є оцинковані водо-провідні труби, звідки Цинк вимивається гарячою водою.
Біологічна роль. Цинк бере участь у ферментативних про-цесах організму, наприклад, впливає на синтез інсуліну, стан судинної оболонки ока, на формування та розвиток статевих органів.
Вміст Цинку в організмі дорослої людини складає 1 — 2,5 г. 30% депонується у кістках, 60% у м'язах. Цинк всмоктується у дванадцятипалій кишці і у верхньому відділі тонкої кишки. У печінці частина Цинку депонується, частина трансформуєть-ся в металобілкові комплекси, зокрема, металоензими. Транс-портується Цинк кров'ю у вигляді комплексів з білками і лише незначна кількість міститься в іонній формі. Вміст Цинку у нерозведеній крові 700 — 800 мкг %, з цієї кількості 75-85% знаходиться в еритроцитах, 17 — 22% в плазмі і 3% в лецкоцитах. В організмі Цинк розподіляється наступним чи-ном (мкг %): надниркові залози — 6, кістки — 66, мозок — 13. шлунково-кишковий тракт — 21, серце — 27, нирки — 37, печін-ка — 38, лімфовузли — 14, м'язи — 48, яєчник — 12, передміхуро-ва залоза — 87, шкіра — 6, сперма — 125. Вміст Цинку у волоссі -до 175 мкг/г. 3 віком вміст Цинку в організмі зростає. Виво-диться Цинк в основному через кишечник (10 мг/добу), з сечею (0,3 — 0,6 мг), з потом (у жару до 2 — 3 мг). Виводиться Цинк також з молоком: середня концентрація у коров'ячому молоці 3 — 5 мг/л, у жіночому — 1,63 мг/л.
Надмірні кількості Цинку токсичні. В основі цинкових от-руєнь лежать конкурентні відносини Цинку з іншими мета-лами. Наприклад, у робітників-плавильників цинку і паку-вальниць оксиду цинку виявлено значне зниження загально-го рівня Кальцію у сироватці крові, крім цього падав вміст Кальцію у кістках з одночасним порушенням засвоєння Фос-фору, внаслідок чого розвивався остепороз.
Цинк може являти мутагенну та онкогенну небезпеку, його гонадотоксична дія проявляється зниженням рухливості спер-матозоїдів і їх здатності проникати в яйцеклітину (а, значить, і запліднювати її).
Максимальна концентрація у воді, яка при постійному впли-вові протягом скільки завгодно тривалого часу не викликає порушень біохімічних процесів, для ZnO — 5 мг/л, для ZnCl2 — 10 мг/л.
Якщо верхній шар грунту містить 8 — 13 мас. %. Цинку, то це значно змtншує загальне число мікроорганізмів у ньому. Вплив підвищених концентрацій Цинку на мікроорганізми і мікрофауну грунту знижує її родючість, що в умовах по-мірного клімату знижує урожай сільськогосподарських куль- тур на 20 — 47%. Ряд рослин мають здатність концентрувати Цинк, наприклад, гвоздичні та хрестоцвітні рослини.
Сполуки Цинку сильно пошкоджують жабра риби, викли-кають навіть її загибель. Рибу можна врятувати, якщо її у стадії опрокинення відразу перенести у свіжу воду. Токсичність Цинку підсилюють іони купруму та нікелю. Концентрація 15 мг/л протягом 8 г смертельна для всіх риб, а для плотви - 1 мг/л. У м'якій воді Цинк токсичний для форелі у концент-рації 0,15 мг/л, у твердій воді ЛК50 = 4,76 мг/л (ЛК50 — це та кількість речовини, яка при вдиханні викликає загибель 50% піддослідних тварин). Хлорид цин-ку токсичний для равликів і ракоподібних при концентрації 0,2 мг/л. Цинк здатні накопичувати устриці. а вживання та-ких устриць може викликати інтоксикацію.
Помічена токсичність цинкового пилу при інгаляційному впливові на тварин.
Аерозолі металічного цинку, оксиду або хлориду цинку вик-ликають гострі інгаляційні отруєння у людини. У випадку дії оксиду цинку вони проявляються у вигляді симптомів, типо-вих для ливарної лихоманки: солодкуватий смак у роті, біль і набряклість суглобів, геморагічні висипання в області стоп, поганий апетит, іноді сильна спрага, почуття втоми, стиснен-ня і стискуючий біль у грудях, сонливість, сухий кашель. Потім період, тривалість якого залежить від важкості отруєн-ня і може бути від 1 до 4 — 5 г, змінюється станом, коли хворого морозить, температура піднімається до 37 — 38 0С (іноді 40 0 і вище), зіниці очей розширені, слизові оболонки кон'-юктиви очей, глотки і обличчя гіперемійовані. У сечі з'явля-ються цукор, гематопорфірин, уробілін; у крові значно підви-щується вміст цукру; деколи спостерігається збільшення пе-чінки. Такий стан часто тягнеться протягом 2 — 3 днів. У залежності від індивідуальних особливостей організму, а та-кож концентрації пари цинку клінічна картина отруєння може буги досить різноманітною. У загиблих при важкому отруєнні виявлені набряк проміжної тканини легень, деструкція і метаплазія альвеолярного епітелію.
Повторні отруєння оксидом цинку призводять до ослаблен-ня організму і до активування туберкульозного процесу, до підвищеної сприйнятливості до інших хвороб дихальних органів.
Вдихання диму хлориду цинку викликає пароксизмальний кашель, нудоту, деколи блювання, потім задишку, підвишен-ня температури тіла, можливі запалення легень. Ускладнення слід чекати протягом 5 — 12 днів. На 6 — 11 дні після отруєн-ня може наступити смерть.
При потраплянні сульфату цинку у шлунок з'являється ну-дота, блювання, пронос іноді з тенезмами і домішкою крові. При смертельних наслідках на розтині — важкі пошкоджен-ня слизової оболонки шлунково-кишкового тракту, аж до не-крозу, ознаки розладу мозкового кровообігу. Відоме масове отруєння у США їжею, яку готували і зберігали у посуді з оцинкованим покриттям, у цьому випадку під дією кислот їжі утворювався ZnSO4. Можливе отруєння кислими продук-тами, наприклад, фруктовою пастилкою, при виготовленні та зберіганні їх в оцинкованому посуді. Описані харчові отруєн-ня Цинком через те, що такі продукти як квас, молоко, то-матний сік зберігали в оцинкованому посуді, а також кашею, звареною у такому посуді.
Хлорид цинку агресивно діє на слизові оболонки харчового тракту і шкіру навколо рота, він викликає опік слизових оболонок, кольки у животі, блювання з домішкою крові, кри-вавий пронос, сильне збудження, потім жовтуху, болі у кінцівках, анурію. На розтині померлих — ознаки враження печінки, нирок, міокарда.
При надходженні цинкового пилу робітники скаржились на роздратованість, безсоння, зниження пам'яті, пітливість уночі, погіршення слуху, шум у вухах, шлунково-кишкові розлади. 3 боку крові встановлена гіпохромна анемія. Спос-терігаються також субатрофічні катари верхніх дихальних шляхів, на рентгенограмі легень — підсилення легеневого ма-люнка, емфізема, початкові ознаки пневмосклерозу.
Навіть при незначному вмісті Цинку у повітрі спостері-гається його кумулятивний токсичний ефект. У шведських гірників, які видобували цинкову руду, відмічали підвищену смертність від раку легень.
Такі патологі'чні прояви як гіпоглікемія, гіпохолістерине-мія, підвищення вмісту уробіліну і порфіринів у сечі пору-шення функцій підшлункової залози і печінки, фіброз легень виявлялись у багатьох робітників, зайнятих у виробництві оксиду цинку.
Цинковміснi добрива викликають у робітників загальну слабкість, сухість у носі, кашель, шум у вухах, об'єктивно діагностується хронічне запалення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів
Виробничий контакт з хлоридом цинку призводить до вра-ження у робітників слизової верхніх дихальних шляхів (аж до прободіння носової перегородки), шлунково-кишкових роз-ладів, до виникнення виразки шлунка або дванадцятипалої кишки (після 5 — 20 років роботи).
ГДК цинку в деяких харчових продуктах. мкг/кг: продук-ти рибні — 40,0; м'ясні — 100,0; молочні — 5,0; зерно і крупа - 50,0; овочі — 10,0; фрукти — 10,0.
Для карбонату цинку ТДК хімічної речовини в повітрі, робочої зони — 2,0 мг/м3, клас небезпеки 3, для нітрату цинку ТДК хімічної речовини в повітрі, робочої зони — 0,5 мг/м3, клас небезпеки 2; для оксиду цинку ГДК — 0,5 мг/м3, клас небезпеки 2; для сульфату цинку ГДК — 5,0 мг/м3, клас небезпеки 3.