Четвертая группа катионов

Цинк

Цинк — энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с Pb; из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; главным осадителем для него является H₂S, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы. Цинк — важный биогенный элемент; в живом веществе содержится 5•10^-4% цинка, но имеются и организмыконцентраторы (например, некоторые фиалки).

Эндрогенный минерал цинка — сфалерит ZnS — в воде растворяется лучше, чем другие сульфиды. В зоне окисления сфалерит сравнительно легко разлагается с образованием сульфатов и карбонатов. Почти все соединения цинка, кроме фтористого цинка ZnF₂, относительно широко растворимы в природных водах. В следствии этого, в отличие от меди и свинца цинк хорошо растворен в водах (занимает второе место после марганца). В загрязненных тяжелыми металлами водах концентрация цинка может достигать сотни микрограммов на 1 л. При содержании цинка 10 мкг/л рН выпадения его гидроксида равняется 9,5.Цинк — необходимый элемент, как для человека, так и для растений. В организме цинк уменьшает токсичность кадмия и меди. При недостатке цинка в растительных организмах нарушается обмен углеводов и белков, уменьшается содержание хлорофилла. Цинк образует значительное количество комплексов различной прочности. Среди процессов, оказывающих наиболее существенное влияние на поведение цинка (II) в водных растворах, выделяют гидролиз и комплексообразование.

В результате гидролиза образуется несколько многоядерных гидрокомплексов, для природных вод наиболее характерны [ZnOH⁺] и в меньшей степени [Zn (OH)₂]^o. В составе неорганических комплексных соединений цинка при отсутствии органических лигандов преобладают карбонатные и гидрокарбонатные комплексы. В присутствии органических лигандов степень закомплексованности Zn²⁺ значительно возрастает и достигает 85−97% валового содержания растворенных форм цинка. Среди металлов цинк (II) по устойчивости комплексных соединений с гумусовыми веществами занимает четвертое место после Hg (II), Cu (II), Ni (II). Прочность комплексов цинк с гумусовыми веществами зависит от кислотности среды и увеличивается с возрастанием рН. Миграционная способность у цинка более высокая, чем у меди и свинца.

В почве цинк принадлежит к числу редких элементов (микроэлемент). Накопление цинка в почве происходит при разложении органических веществ, поскольку он входит в зольный состав растений и микроорганизмов. Цинк — постоянная, необходимая для жизни составная часть растений и животных. Концентрируют его многие морские моллюски и рыбы (в печени и мышцах). Обычная концентрация цинка в пищевых растениях 1−10 мг/100 г свежего вещества. Повышенное содержание его обнаруживается в дрожжах, пшеничных и рисовых отрубях, зернах какао, шляпках грибов. Физиологическая роль цинка определяется его связью с активностью некоторых ферментов и гормонов. Цинк существенно влияет на активность гормонов гипофиза, участвует в реализации биологического действия инсулина, поддерживает кислотно-щелочное равновесие в организме. Его липотрофные свойства с способствуют нормализации жирового обмена, усиливая распад жиров и предотвращая жировую дистрофию печени. Определенную роль цинк играет в кроветворении. В организме он находится в виде легко диссоциирующих соединений с белком. При недостатке цинка замедляется рост и развитие организма. Избыток цинка также отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма, вызывая анемию. Это объясняется тем, что цинк вытесняет медь из биологически активных соединений, участвующих в кроветворении. Следует отметить, что металлический цинк не токсичен для организма, выраженной токсичность обладают сульфаты, хлориды и другие соли.

1. Тетрароданомеркурат (II) аммония образует с ионами цинка в слабокислой среде белый кристаллический осадок ZnHg (SCN)4:

ZnCl₂ + (NH₄)₂Hg (SCN)₄ = ZnHg (SCN)₄v + 2NH₄C1.

Осадок растворяется в сильных кислотах и разлагается щелочами с образованием желтого осадка HgO. Предел обнаружения цинка — 30 мкг.

В присутствии Cu (II) образуются изоморфные кристаллы фиолетового цвета; в присутствии Со (II) — от голубого до синего цвета в зависимости от концентрации Со (II). Следует иметь в виду, что ионы Со (II) и Cu (II) при достаточно высоких концентрациях образуют с (NH₄)₂Hg (SCN)₄ осадки синего и травянисто-зеленого цветов соответственно. Поэтому концентрация раствора СоСl₂•6Н ₂О не должна превышать 0,02%, a CuSO₄•5Н ₂О — 0,1%.

Мешают реакции большие количества никеля и железа (II, III). Никель и железо (II) образуют осадки зеленоватого цвета, железо (III) — фиолетового цвета. Кроме того, в присутствии железа (III) возможно образование комплексных соединений Fe (SCN)_n^(3-n)+ красного цвета. Мешающее влияние железа (III) устраняют добавлением фторидов, оксалатов, фосфатов. Мешают обнаружению цинка Cd, Sn (II). Олово (II) восстанавливает Hg (II) до Hg (I) и образуется осадок Hg₂Cl₂.

При выполнении реакции обнаружения цинка в присутствии небольших количеств Со (II) предел обнаружения цинка снижается до 4 мкг (рН 7) и до 10 мкг в 0,5 М НСl.

• 2. Дитизон образует с ионами цинка внутрикомплексное соединение, хорошо растворимое в органических растворителях (ССl₄, СНСl₃). Это соединение в отличие от дитизонатов других катионов окрашивает в щелочной среде не только органическую, но и водную фазу в красный цвет. Предел обнаружения цинка — 1 мкг. Мешают Ag (I), Hg (II), Рb (II), Cu (II), Cd (II), Со (II), Ni (II), Bi (III). Их маскируют тиосульфатом, цианидом либо осаждают в виде сульфидов.
• 3. Тетрароданомеркурат (II) аммония (микрокристаллоскопическая реакция). С (NH₄)₂Hg (SCN)₄ в слабокислой среде ионы цинка образуют характерные кристаллы — кресты, дендриты; в подкисленных минеральной кислотой или разбавленных растворах кристаллы имеют вид неравносторонних треугольников и клиньев. Предел обнаружения цинка — 0,2 мкг (рН 7) и 0,5 мкг (0,5 М НСl). Мешают Cd (II), Co (II), Сu (II) и Fe (II).