До начала нашей эры людям было известно всего семь металлов, которые также называли металлами древности: золото, серебро, ртуть, свинец, олово, медь и железо. На звание восьмого «претендовал» и другой элемент. Древние нагревали минерал галмей с медью и углем, и в результате получали красивые золотистые слитки, в составе которых, как небезосновательно предполагалось, находился новый металл.
Тем не менее, попытки выделить его в чистом виде долго не удавались – в большинстве опытов получался лишь белый порошок, сосем не похожий на желаемое вещество… В начале новой эры его все же научились получать, хотя затем «рецепт» снова был утрачен на много веков. Таким образом, истинный первооткрыватель цинка не известен, а заслуги по его получению приписываются алхимику Андреасу Либавию, который в Iвеке н.э. снова вспомнил о нем и включил уже в восьмерку металлов древности. Кстати, уже тогда было известно, что элемент называется цинком, так что не только дата «рождения», но и тайна имени этого металла остается до конца не известной.
Сейчас цинк является четвертым в мире по объему производства и активно используется в производстве батареек, изготовлении сплавов и, конечно же, защите металлов от коррозии: тончайшая пленка из того самого таинственного белого порошка, оказавшегося оксидом цинка, надежно защищает его от появления ржавчины и разрушения. В промышленности цинк незаменим, но он и не менее важен для живых организмов. Несмотря на то, что в организме человека металл содержится в количестве всего 2,3 граммов, он входит в состав многих ферментов и гормонов, в том числе и молекул инсулина, при недостатке которого развивается заболевание сахарный диабет.[9]
Цинковая руда
Цинковая руда
Использовано изображение:[12]
Физические и химические свойства
Цинк (Zn) – элемент побочной подгруппы второй группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 30. Атомная масса – 65,39. Цинк обладает типичными свойствами металла и проявляет стабильную валентность +2. Характеризуется высокой комплексообразующей способностью.[2]
Цинк – голубовато-серебристый металл. При комнатной температуре хрупкий. При 100–150 °C становится пластичным, хорошо гнется и прокатывается в листы. При нагревании выше 200 °C очень хрупкий. На воздухе цинк покрывается тонким слоем оксида либо основного карбоната, который предохраняет его от дальнейшего окисления. Вода на цинк практически не действует, поскольку образующийся на поверхности металла при взаимодействии с водой гидроксид нерастворим и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных кислотах цинк растворяется и образует соответствующие соли. Данный металл образует амфотерные гидроксилы и растворяется в щелочах. При сильном нагревании на воздухе пары цинка воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем с образованием ZnO.
Общее содержание цинка в земной коре приблизительно равно 0,01 %.[3]
Содержание цинка в почвах, (мг/кг), согласно данным:[5]
|
Почвы |
Среднее содержание |
Пределы колебаний |
Тундровые |
60 |
53 – 76 |
Дерново-подзолистые |
35 |
20 – 67 |
Серые лесные |
46 |
28 – 65 |
Черноземные |
62 |
24 – 90 |
Каштановые |
53 |
- |
Сероземные |
44 |
26 – 63 |
Красноземные |
59 |
46 - 73 |
Содержание в природе
Цинк широко распространен в природе. Среднее содержание в земной коре составляет примерно 83 мг/кг, в поверхностных слоях почв – от 17 до 125 мг/кг. В породах цинк содержится в виде простого сульфида, а также замещает магний в силикатах.
В процессе выветривания минералов образуется подвижный двухвалентный металл. Он легко адсорбируется минералами и органическими соединениями.
В большей части типов почв цинк аккумулируется в поверхностных горизонтах и ассоциирует с гидроксидами железа, алюминия и глинистыми минералами.[2]
В магматических породах распределен однородно. Наблюдается небольшое обогащение мафических пород (80–120 мг/кг) и слабое обеднение кислых пород (40–60 мг/кг).
Концентрация цинка в глинистых осадках и сланцах повышена до 80–120 мг/кг. В карбонатных породах и песчаниках составляет 10–30 мг/кг.[4]
Чернозем
Чернозем
Черноземы содержит много цинка.
Использовано изображение:[11]
Содержание цинка в различных типах почв
Содержание цинка в почвах стран СНГ колеблется от 25 до 100 мг/кг и в среднем составляет 50 мг/кг. Этой же величиной характеризуется среднее содержание цинка в почвах земного шара. Содержание цинка в почвах определяется наличием этого элемента в почвообразующих породах. Повышение содержания цинка в почве тесно связано с увеличением органического вещества в ней, что говорит о биологической аккумуляции данного элемента.[5]
Баланс цинка в почвах различных экосистем показывает, что его атмосферное поступление преобладает над выносом за счет выщелачивания и образования биомассы. Исключение составляют незагрязненные лесные районы Швеции, где вынос цинка водными потоками оказался выше поступления из атмосферы.[4]
Характерно, что почвы более тяжелого механического состава, суглинки и глины, содержат больше цинка по сравнению с супесчаными и песчаными.[5]
и прочие изверженные породы характеризуются повышенным содержанием цинка.
– по содержанию цинка вдвое беднее базальтов.
содержат цинка значительно меньше, чем граниты.
. Высокое содержание Zn объясняется значительным количеством гумуса.
. Высокое содержание Zn объясняется значительным количеством этого элемента в почвообразующих породах (андезитах и базальтах).
имеют высокое содержание цинка по причине соответствующего химического состава почвообразующих пород и влияния тундровой растительности.
содержат гораздо меньше металла, чем во всех прочих типах почв.
[5]
Потребность с/х культур в цинке и симптомы его недостатка, согласно данным:[10][8]
|
Культура |
П |
Симптомы недостатка |
Общие симптомы |
|
Задержка роста, короткие междоузлия, маленькая поверхность листа. |
Зерновые |
Озимая пшеница |
Н |
|
Озимая рожь |
Н |
|
Яровая пшеница |
Н |
|
Яровая рожь |
Н |
|
Ячмень |
Н |
|
Овес |
Н |
|
Зернобобовые |
Горох |
Н |
Крапчатость листьев |
Бобы |
С |
Крапчатость листьев |
Люпин |
Н |
Крапчатость листьев |
Фасоль |
|
Хлороз листьев, асимметричность листовой пластинки, волнистые края листьев |
Масличные |
Озимый рапс |
Н |
|
Яровой рапс |
Н |
|
Горчица |
Н |
|
Лен |
В |
|
подсолнечник |
Н |
|
Овощные |
Капуста цветная |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Огурец |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых, хлоротические пятна на листьях, карликовость растений. |
Морковь |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Редис |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Редька |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Томат |
С |
Мелколистность, скручивание листовых пластинок и черешков, хлоротические пятна на листьях, карликовость растений. |
Капуста белокочанная |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Лук |
С |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Салат |
Н |
Пятнистость листьев, листья становятся желтыми до бронзовых |
Пропашные |
Картофель |
С |
На верхних, средних, а иногда и нижних листьях – серовато- бурый оттенок до бронзового. Листья узкие с завернутыми внутрь краями. Клубни мелкие. |
Свекла сахарная, кормовая, столовая |
С |
|
Кормовые |
Клевер луговой |
С |
|
Люцерна |
С |
|
Люпин |
Н |
|
Кукуруза на силос и зеленую массу |
В |
Хлороз верхних листьев |
Плодовые |
Яблоня |
В |
Мелколистность, розеточность, крона редеет, плоды уродливые, окраска нетипична. |
Абрикос |
В |
Мелколистность, розеточность, крона редеет, плоды уродливые, окраска нетипична. |
Персик |
В |
Мелколистность, розеточность, крона редеет, плоды уродливые, окраска нетипична. |
Айва |
В |
Мелколистность, розеточность, крона редеет, плоды уродливые, окраска нетипична. |
Вишня |
В |
Мелколистность, розеточность, крона редеет, плоды уродливые, окраска нетипична. |
Цитрусовые |
В |
Пятнистость листьев, плоды толстокожие, мякоть сухая, опадают преждевременно. |
Виноград |
|
Хлороз листьев,
Ягоды мелкие, деформированные |
. Основной и наиболее подвижной формой цинка считается его двухвалентный катион (Zn
2+), но в почве присутствуют и некоторые другие формы этого элемента. Главные факторы, контролирующие подвижность цинка в почвах, аналогичны тем, что и у меди. Однако цинк предположительно присутствует в более растворимых формах. Глины и органические вещества почвы способны удерживать цинк достаточно сильно, поэтому его растворимость в природных условиях ниже, чем в чистых экспериментальных. Предположительно существуют два механизма адсорбции цинка почвами:
- в кислой среде – адсорбция, связанная с катионным обменом;
- в щелочной среде – хемосорбция, которая зависит от присутствия органических лигандов.
Адсорбция цинка ослабляется при pH ниже 7. К этому приводит конкуренция со стороны других ионов. При повышенных pH и возрастании в почвенном растворе концентрации органических соединений цинк-органические комплексы вносят свой вклад в растворимость цинка.
Органическое вещество способно связывать цинк в устойчивые формы. Это приводит к накоплению данного металла в органическом горизонте почв и торфе. Но устойчивость цинк-органических соединений в почвах относительно низка. Считается, что цинк более растворим в почвах, чем другие тяжелые металлы.
Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в почвах:
- кислых,
- легких,
- минеральных.
Кислотное выщелачивание особенно действенно для мобилизации металла, поэтому наблюдается потеря данного элемента в некоторых почвах, например, в подзолах и бурых кислых, развитых на песках.
Цинк неподвижен в почвах, богатых кальцием и фосфором, в хорошо аэрируемых почвах с содержанием соединений серы, а также при содержании в земле повышенного количества насыщенных кальцием минералов и водных оксидов.[4]
Данные в таблице представлены согласно:[5]
Роль в растении
Биохимические функции
Наиболее существенная из выполняемых цинком функций – это вхождение в состав разнообразных энзимов: дегидрогеназы, пептидазы, фосфогидролазы.
Основные функции цинка в растениях:
- метаболизм углеводов, фосфатов и протеинов;
- образование ауксинов, ДНК, рибосом.
Кроме того, цинк влияет на проницаемость мембран, стабилизирует клеточные компоненты и системы микроорганизмов, повышает устойчивость растений к сухому и жаркому климату, грибковым и бактериальным заболеваниям.[4]
В растениях цинк не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку находится в двухвалентной форме.
встречается в виде свободного двухвалентного катиона, а также в составе комплексов с органическими соединениями.
цинк связан в комплексы, поскольку она характеризуется более высокими концентрациями органических соединений и значениями рH. Мобильность соединений цинка во флоэме выше, чем марганца.
Метаболические функции цинка основываются на его способности формировать комплексные соединения с N-, О- и S-лигандами.
Металл входит в состав многих ферментов в качестве интегрального компонента, выполняя при этом каталитическую и структурную функции.
цинк выполняет в ферментах карбоангидразе и карбоксипептидазе. В этом случае металл координируется четырьмя лигандами, три из них представлены аминокислотными остатками (гистидин, глутамин, аспарагин), а четвертый – это молекула воды.
цинк несет в алкогольдегидрогеназе и Zn-белках, включенных в репликацию ДНК и экспрессию генов. В данном случае атомы цинка координируются S-группами четырех остатков цистеина.
К цинкосодержащим ферментам относятся щелочная фосфатаза, фосфолипаза, РНК-полимераза и многие другие. Кроме того, цинк выступает активатором многих ферментов.
Цинк тесно связан с белковым синтезом. Он является структурным компонентом рибосом. Влияние цинка на белковый синтез осуществляется через регуляцию активности РНК-азы, существенно возрастающую в условиях Zn-дефицита. Интересно, что повышение активности этого фермента опережает появление у растений симптоматики недостатка цинка.
Цинк связан с метаболизмом ауксинов. При его дефиците в тканях уменьшается уровень индолилуксусной кислоты (ИУК).[2]
Недостаток (дефицит) цинка в растениях
Дефицит цинка в растениях проявляется чаще всего на кислых почвах, подверженных сильному выветриванию, на карбонатных и переизвесткованных почвах. На карбонатных почвах недоступность этого элемента обусловлена адсорбцией его глинистыми минералами и карбонатом кальция. Недостаток цинка может усугубиться внесением фосфорных удобрений. Симптомы дефицита цинка обнаруживаются в растениях при содержании его не более 15 пмоль на сухую массу.[2]
Основные причины дефицита цинка:
- низкое содержание в почве;
- карбонатность почв и значение pH больше семи;
- низкое содержание органического вещества в почве;
- слабая микробиологическая активация данного элемента в почве;
- ограниченное поглощение цинка корнями, вызванное зоной сужения развития корневых систем;
- различия свойств генотипов и видов растений;
- антагонистические эффекты.[4]
Повышенной чувствительностью к недостатку цинка характеризуются хмель, гречиха, картофель, свекла, клевер луговой, картофель. Содержание данного металла в сорных растениях выше, чем в культурных. Кроме того, повышенным его содержанием отличаются хвойные породы. Максимально высокое содержание цинка обнаружено в ядовитых грибах. Потребность в цинке у плодовых культур выше, чем у полевых. [10]
Недостаток цинка приводит к высокой концентрации неорганического фосфора в растениях. Горох и томат при дефиците увеличивают поглощение фосфора, но вследствие этого нарушается его утилизация. При этом, содержание неорганического фосфора возрастает, и снижается содержание фосфора в составе нуклеотидов, а также липидов и нуклеиновых кислот. Добавление цинка в питательный раствор приводит к нормализации использования поглощенного фосфора.
При цинковом дефиците в два-три раза подавляется деление клеток. Это приводит к изменению внешнего строения листьев, нарушению растяжения клеток и дифференциации тканей, меристематические клетки гипертрофируются, продольное растяжение столбчатых клеток льна угнетается, уменьшается размер хлоропластов, уменьшается количество митохондрий.[10]
Наиболее чувствительны к недостатку цинка плодовые культуры, особенно цитрусовые. У всех растений его дефицит приводит к задержке роста.[10]
Характерные внешние признаки недостатка цинка – заторможенный рост, короткие междоузлия, маленькая площадь поверхности листовой пластинки. Эти симптомы могут сочетаться с хлорозом и проявляться в большей степени при увеличении освещенности.Надо учитывать, что хлороз и некроз старых листьев обычно имеют вторичное происхождение и являются причиной токсичности бора или фосфора.
Кроме того, при дефиците цинка рост побега подавляется больше, чем рост корней, а урожай семян снижается сильнее, чем урожайность вегетативных органов.[2]
Данные в таблице представлены согласно:[10][8][2]
Избыток цинка
Большинство растительных генотипов и видов обладает высокой степенью приспособляемости к избыточным значениям цинка. Обычные симптомы переизбытка цинка – хлороз, особенно у молодых листьев, и замедление роста растений.[4]
Изменения листьев при дефиците цинка
Изменения листьев при дефиците цинка
1 – хлороз листьев пшеницы; 2 – пятнистость листьев риса
Использовано изображение:[13][14]
На старых грунтах, куда систематически вносится фосфор и кальций, часто наблюдается избыток цинка.[8]
:
- Хлороз, замедление роста;
- Некротические ткани.
:
- Жилка листа становится темно-фиолетовой, пластинка листа – желтой.
:
- Листья уменьшаются, между жилками – хлороз;
- Нижняя сторона листа с багровым оттенком, жилки- зеленые, лист-желтый.[8]
Содержание в различных соединениях
Цинк добывают из минерала галмей ZnCO3 и цинковой обманки ZnS. Большинство цинковых руд содержат совсем небольшие количества цинка, поэтому их обогащают и получают цинковый концентрат.[3]
Соединения цинка для получения удобрений получают в результате переработки полиметаллических сульфидных руд. Из них цинк извлекают пирометаллургическим или гидрометаллургическим способами. Первый способ – восстановление обожженного концентрата углем и отгонка паров цинка. Второй – электролиз растворов, полученных при обработке серной кислотой цинкового концентрата.
Большое количество металлического цинка и его соединений получают путем переработки вторичных цветных металлов и различных промышленных отходов.
Содержание цинка в удобрениях, %, согласно данным:[2][6]
|
Удобрение |
Содержание, % |
Сернокислый цинк |
До 25 |
Суперфорфат с цинком |
0,5 -0,8 |
Цинковые полимикроудобрения (ПМУ) |
До 25 |
Цинкосодержащие молотые шлаки |
2 – 7 |
Сульфат цинка технический |
Не менее 21,8 |
Порошок на тальке |
8,1 - 9,9 |
Основных цинковых удобрений производится несколько:
- сернокислый цинк, содержит до 25 % цинка; белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде;
- суперфосфат с цинком, содержит 0,5–0,8 % цинка в форме дигидрофосфата;
- цинковые полимикроудобрения (ПМУ), содержат до 25 % элемента; темно-серый порошок.[2]
Способы применения
применяют для предпосевной обработки,
некорневых подкормок и в виде порошка – для опыливания семян.
[2]
применяют для предпосевной обработки,
некорневых подкормок.
[7]
применяются для
предпосевной обработки семян (опудривания) и внесения в почву.
[7]
вносят в почву в качестве основного удобрения.
используют как основное удобрение, для
обработки семян и
некорневой подкормки растений. Кроме того, возможно применение его для обработки растений совместно с гербицидами и
инсектицидами.
может быть использован только при
предпосевной обработке семян.
[7]
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle