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Zink ist von Natur aus in Gewässern enthalten. Die mittlere
Konzentration von Zink in Meerwasser liegt bei circa 0,6-5 ppb. In
Flüssen ist im Allgemeinen eine Zinkkonzentration von 5-10 ppb
anzutreffen. Algen enthalten 20-700 ppm, Meeresfische und Muscheln
3-25 ppm, Austern 100-900 ppm und Krebse 7-50 ppm.
Der von der Weltgesundheitsorganisation WHO (World Health Organisation)
festgelegte Trinkwassergrenzwert für Zink ist 5 mg Zn2+/L.
Elementares Zink reagiert nicht mit Wassermolekülen. Das Ion bildet mit
den im Wasser enthaltenen Hydroxid-Ionen eine schützende, schwerlösliche
Schicht von Zinkhydroxid (Zn(OH)2). Hierbei gilt folgende
Reaktionsgleichung:
Zn2+ + 2OH- -> Zn(OH)2(s)
Mit den in Wasser enthaltenen H+-Ionen findet folgende Reaktion statt:
Zn(s) + 2H+ -> Zn2+(aq) + H2(g)
Bei dieser Reaktion kommt folglich Wasserstoff frei, der mit Sauerstoff
explosiv reagiert (Knallgaseffekt).
Zinksalze verursachen in größeren Konzentrationen eine milchige Trübung
im Wasser. Außerdem kann durch Zink ein unerwünschter Geschmack des
Wassers entstehen. Dies geschieht ab einer Konzentration von etwa 2 mg
Zn2+/L.
Die Wasserlöslichkeit von elementarem Zink ist nicht nur abhängig von
der Temperatur, sondern auch vom pH-Wert des Wassers. Im neutralen
Bereich ist Zink fast unlöslich, während die Löslichkeit bei einem
pH-Wert von 6 oder kleiner rapide steigt und auch ab pH 11 wieder
zunimmt.
Das Element liegt im gelösten Zustand als ZnOH+(aq) oder als Zn2+(aq)
vor. Auch die Form des nichtionischen ZnCO3 (Löslichkeit 0,21 g/L) ist
anzutreffen.
Beispiel für Zinkverbindungen, die in Wasser mehr oder weniger gut
löslich sind, sind: Zinkchlorid (ZnCl2) mit einer Wasserlöslichkeit von
4320 g/L, das wasserunlösliche Zinkoxid (ZnO) oder Zinkvitriol (ZnSO4 .
7H2O) mit einer Wasserlöslichkeit von 580 g/L.
Löslichkeit
und wie diese beeinflusst werden kann
Die wichtigsten Zinkerze sind Zinkblende (ZnS) und Zinkspat bzw.
Zinkcarbonat (ZnCO3). Durch Auswaschungen aus Zinkerzlagerstätten können
diese Verbindungen in Gewässer gelangen.
Etwa drei Viertel des Zinks findet als Metall Verwendung. Der Rest wird
als Zinkverbindungen in verschiedenen Industrien verwendet. In den
Industrieabwässern aus der Galvani-Industrie, Beizereien, der
Batterieherstellung etc. ist folglich Zink enthalten. Zinkverbindungen
finden auch viele andere Verwendungen. Zinkchlorid wird u.a. zur
Herstellung von Pergamentpapier verwendet, Zinkoxid in Salben und Farbe,
sowie für Katalysatoren, Zinkvitriol als Dünger und Zinkbacitracin als
wachstumsförderndes Mittel in der Tierzucht.
Doch der größte Teil des im Abwasser und Klärschlamm enthaltenen Zinks
stammt nicht aus diesen punktuellen Quellen, sondern von größeren
Oberflächen.
Durch insbesondere Wasser mit hohem Kohlensäuregehalt kann Zink aus
verzinkten Rohren und Regenrinnen gelöst werden. Zinkhaltige Autoreifen
und Motoröl aus verzinkten Tanks hinterlassen Zink auf den Straßen.
Außerdem werden zinkhaltige Verbindungen als Fungizide oder Insektizide
verwendet und können so ins Wasser gelangen.
Bei ungenügenden Sicherheitsvorkehrungen treten erhöhte Zinkemissionen
auch bei (Sonder)Mülldeponien oder Deponien für Bauschutt auf.
Zink gilt als im Allgemeinen nicht wassergefährdend. Hierbei handelt es
sich jedoch um elementares Zink. Zinkverbindungen, wie z.B. Zinkarsenat
oder Zinkzyanid, können sogar stark wassergefährdend sein.
Für Menschen und Tiere ist Zink ein essentieller Stoff. Doch eine
Überdosierung kann negative Folgen haben. Ab einer gewissen
Konzentration gilt Zink sogar als toxisch. Bei Mensch und Tieren ist
diese Toxizität gering. Die Phytotoxizität hingegen ist nicht zu
unterschätzen. So sollte Klärschlamm aus der Abwasserreinigung, der in
Landwirtschaft, Forstwirtschaft oder im Gartenbau genutzt wird, den
Zinkgehalt von 3 g/kg Trockenmasse nicht überschreiten.
Bei ökotoxikologischen Tests wurde für Zink ein PNEC-Wert von 50 μg/L
gelösten Zinks ermittelt. Das entspricht 150-200 μg/L Gesamt-Zink im
Wasser. Dieser PNEC-Wert gibt die voraussagbar unwirksame Konzentration
(Predicted No Effect Concentration) an.
Die Zinkemissionen aus der Industrie haben stark abgenommen. Daher
stellen die heutigen Zinkwerte kein großes Risiko für die Umwelt mehr
dar. Der Zinkgehalt im Rhein z.B. liegt im optimalen Bereich. Trotzdem
gibt es noch Orte mit historischer Kontamination.
Zink hat natürlicherweise fünf stabile Isotope (z.B. 64Zn,
66Zn und 68Zn), aber auch fünfzehn instabile Isotope.
65Zn tritt etwa im
Kühlwasser von Kernreaktoren auf und wird zu medizinischen
Diagnosezwecken verwendet.
Zink scheint sich in einigen Organismen anzureichern.
Der menschliche Körper enthält circa 2,3 g Zink, ein lebensnotwendiges
Spurenelement. Es erfüllt wichtige Funktionen auf dem Gebiet der Enzyme
und der Replikation des genetischen Codes. Auch das Hormon Insulin
enthält Zink, und es spielt eine Rolle bei der sexuellen Reifung. Die
minimale Einnahme sollte bei 2-3 mg pro Tag liegen um
Mangelerscheinungen vorzubeugen. Nur etwa 20-40% des Zinks aus der
Nahrung können vom Körper aufgenommen werden. So gelten auch
Mineralwässer mit hohem Zinkgehalt als gesund.
Zinkmangel macht sich bemerkbar durch Geschmacklosigkeit und geringen
Appetit. Bei Kindern kann er auch Störungen des Immunsystems und des
Enzymhaushalts verursachen. Ein höherer Zinkstatus schützt scheinbar vor
schädlichen Effekten von Cadmium. Auch die Absorption von Blei kann bei
Mensch und Tier durch Zink vermindert werden. Zudem scheint das
Kupfer/Zink-Verhältnis im menschlichen Körper charakteristisch zu sein.
Natürlich kann Zink auch überdosiert werden, was jedoch nicht sehr
schnell passiert. Dies kann zu akuter Übelkeit, Schwindelgefühl,
Erbrechen, Kolik, Fieber und Durchfall führen nach Einnahme von etwa
4-8 g Zink. Akute Zinkvergiftung tritt auch in Form von Bauchschmerzen
und Erbrechen nach Einnahme von 2 g Zinksulfat auf.
Interessant ist zudem, dass Zink zusammen mit Cadmium und Quecksilber in
der 12. Gruppe des Periodensystems steht, die anderen beiden
Übergangsmetalle jedoch sehr giftig sind.
Beispiele für gesundheitliche Effekte von Zinkverbindungen sind:
Verätzungen der Schleimhäute durch Zinkchlorid (tödliche Dosis: 3-5 g) und Vergiftungen durch Zinkvitriol (tödliche Dosis: 5 g).
Um Zink aus Wasser zu beseitigen können verschiedene Methoden angewandt
werden. Für normale Anwendungen sind
Koagulation,
Ionenaustauscher oder
Aktivkohle ausreichend. Als sehr effektiv gilt die Verwendung von
Sandfiltern.
Quellenangaben
Zum Periodensystem der Elemente
Zur Übersicht der Elemente
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