Metais pesados
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Li | Estar | B. | C. | N | O | F. | Não | |||||||||||
N / D | Mg | Al | Si | P | S. | Cl | Ar | |||||||||||
K | Aproximadamente | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Como | Se | Br | Kr | |
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | seg | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Dentro | Sn | Sb | Te | EU. | Xe | |
Cs | BA | La | * | Hf | Ta | W. | ré | Os | Ir | Pt | Au | Ed | Tl | Pb | Bi | Po | Em | Marg |
Fr. | Ra | Ac | ** | Rf | Db | Sg | Sutiã | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Acima |
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Metais pesados são combinados com metais de definições não uniformes cuja densidade ou massa atômica excede um certo valor. Em alguns casos, outras propriedades, como número atômico e toxicidade, também estão incluídas na definição . Muitas fontes classificam um metal pesado como um metal cuja densidade é maior que 5,0 g / cm³ ou - no caso de fontes mais antigas - maior que 4,5 g / cm³.
Na engenharia nuclear , "metal pesado" é usado em dois significados especiais diferentes:
- como um termo coletivo para todos os nuclídeos que podem ser divididos por nêutrons ,
- no caso de considerações de combustão para o conteúdo de metal físsil ( urânio , plutônio ) do combustível nuclear novo .
Definições
Em tecnologia (apenas metais não ferrosos ) e química, o termo "metal pesado" inclui metais com densidade> 5 g / cm³. Estes incluem os metais preciosos , os metais básicos ferro , cobre , chumbo , zinco , estanho e níquel , bem como bismuto , cádmio , cromo e urânio . No entanto, um estudo da IUPAC encontrou pelo menos 38 definições para o termo "metal pesado", variando de densidade , peso atômico ou número atômico a propriedades químicas ou toxicidade . Assim, as listas de "metais pesados" diferem de um conjunto de diretrizes para outro; embora muitas vezes também metalóides tais. B. arsênico incluído. O termo é freqüentemente usado sem especificar os metais aos quais se refere. Pelas razões listadas acima, a designação de todos os outros metais como metais leves também é indefinida. Aos olhos do público, todas as substâncias designadas como “metais pesados” (e seus compostos e ligas também são frequentemente incluídos) são consideradas tóxicas. Os seguintes elementos têm uma densidade acima de 5 g / cm³:
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* Semimetais
** Uma vez que esses elementos não podem ser sintetizados em quantidades mensuráveis, muitas de suas propriedades, como densidade, não podem ser medidas. No entanto, os cálculos do modelo sugerem intervalos de valores para essas quantidades.
A tabela contém elementos com densidade de 5 g / cm³. Elementos com densidade conhecida entre 5 e 10 g / cm³ têm fundo amarelo, entre 10 e 20 g / cm³ laranja e mais de 20 g / cm³ marrom.
Ocorrência e origem
Os metais pesados ocorrem nas rochas da crosta terrestre, onde estão firmemente ligados aos minérios como óxidos , sulfetos e carbonatos e também estão encerrados em silicatos ou são parcialmente nativos . Sua concentração na hidrosfera , atmosfera e pedosfera oscila em muitas ordens de magnitude. Sua concentração na crosta terrestre varia de partes de um dígito por bilhão (ppb) (irídio, ouro, platina) a 5% (ferro). Devido ao intemperismo e à erosão, eles encontram naturalmente seu caminho para o solo e as águas subterrâneas. Algumas rochas como picrita , serpentinita , basaltos e, principalmente, minérios contêm em alguns casos altas concentrações de cromo, níquel e cobalto, o que leva a uma alta carga natural de metais pesados no solo em suas proximidades. A quantidade de ciclos materiais e a acumulação no meio ambiente aumentaram rapidamente desde a industrialização no século 19 devido ao aumento das emissões de várias fontes antropogênicas . Isso inclui a extração de metais pesados e seu processamento, a produção de fertilizantes, a queima de carvão, lixo e lodo de esgoto, tráfego de veículos automotores e produção de aço, cimento e vidro. A mineração de "minérios de metais pesados" é frequentemente associada a altos níveis de poluição por metais pesados no solo. Em alguns lugares nas áreas de Harz , Siegerland e Aachen , por exemplo, a vegetação azonal de comunidades de plantas específicas formou -se nos solos poluídos pela mineração de minério . Lá, as plantas galmei formam o que é conhecido como " grama de metal pesado ".
4,5 bilhões de anos atrás - quando o manto da Terra ainda era líquido - os metais pesados afundaram até o centro da Terra e formaram seu núcleo . Em relação à ocorrência de metais pesados na crosta terrestre , os geólogos presumem que a maioria deles provém de asteróides . Essa suposição é apoiada por um estudo com tungstênio , que vem de uma amostra de rocha da Groenlândia . O isótopo 182 W foi encontrado 13 vezes mais frequentemente nesta amostra de rocha do que em amostras de rocha de outros locais. Matthias Willbold, da Universidade de Bristol , primeiro autor do estudo, diz: “A maioria dos metais preciosos nos quais nossa economia e muitos processos industriais importantes se baseiam chegaram ao nosso planeta por feliz coincidência - quando a Terra era composta por cerca de 20 trilhões de toneladas de material asteróide foi atingido. "
características
Propriedades biológicas e impacto ambiental
metal | essencial | tóxico | ||
---|---|---|---|---|
plantas | Animais | plantas | Animais | |
conduzir | ☠ | ☠ | ||
cádmio | ☠ | ☠ | ||
cromada | ✓ | ☠ | ☠ | |
Cobalto | ✓ | |||
cobre | ✓ | ✓ | ☠ | ☠ |
manganês | ✓ | ✓ | ☠ | |
molibdênio | ✓ | ✓ | ☠ | |
níquel | ✓ | ☠ | ||
mercúrio | ☠ | ☠ | ||
selênio | ✓ | ☠ | ||
zinco | ✓ | ✓ | ☠ | ☠ |
lata | ✓ |
Por natureza, os metais pesados e seus compostos ocorrem apenas em vestígios na biosfera. Alguns deles são vitais para plantas, animais e humanos em pequenas quantidades, sendo então chamados de metais pesados essenciais ou oligoelementos . Estes incluem cromo , ferro , cobalto , cobre , manganês , molibdênio , níquel , vanádio , zinco e estanho . Muitos metais pesados, inclusive os essenciais, podem ser nocivos ou tóxicos ao organismo humano mesmo em ligeira superconcentração , sendo que seu efeito tóxico também depende fortemente do composto químico do metal pesado. Um exemplo disso é o cromo, que não é tóxico em sua forma elementar, essencial como o cromo (III) e tóxico e carcinogênico como o cromo (VI). Em geral, a periculosidade dos compostos aumenta com sua solubilidade em água e gordura. As substâncias são geralmente absorvidas pela cadeia alimentar e, portanto, entram no corpo humano . As plantas desempenham um papel importante aqui, pois podem absorver e acumular metais pesados. Em humanos, o envenenamento crônico por metais pesados freqüentemente tem um efeito específico em certos órgãos e causa quadros clínicos característicos.
Os metais pesados do solo podem ser mobilizados para a água subterrânea , para as plantas e, portanto, para a cadeia alimentar e aí causar danos fisiológicos.
Desde 2006, o American Blacksmith Institute publica uma lista dos dez lugares mais poluídos do mundo. Todos os metais pesados - principalmente emitidos pela mineração ou fundição - são representados de várias maneiras todas as vezes.
conduzir
O chumbo se acumula no organismo humano quando é absorvido pelos alimentos e pela respiração e atua como um veneno crônico mesmo em pequenos vestígios . Ele se acumula nos ossos , dentes e no cérebro e afeta a funcionalidade do sistema nervoso . As crianças em particular estão em risco, pois frequentemente apresentam distúrbios de inteligência , aprendizagem e concentração . O sistema imunológico também é danificado pelo envenenamento por chumbo, o que leva a um aumento da suscetibilidade à infecção.
A maior fonte de envenenamento por chumbo costumava ser a gasolina com chumbo, desenvolvida nos Estados Unidos na década de 1920, à qual o chumbo tetraetila era adicionado para aumentar a resistência à detonação . Nos EUA, esse combustível foi gradualmente retirado de uso a partir de 1973. Na Europa, a gasolina sem chumbo foi vendida novamente pela primeira vez na Alemanha em 1983. Depois de ser gradualmente substituída e abolida, a gasolina com chumbo foi proibida em toda a UE no início de 2000. Em todo o mundo, no entanto, a gasolina com chumbo ainda é usada na África e em grande parte da Ásia - com as consequências para a saúde correspondentes.
Desde 1973, nenhum encanamento de chumbo foi construído em casa como encanamento de água na Alemanha. Todo o sul da Alemanha está praticamente livre de tubos de chumbo, já que nenhum foi colocado ali por mais de cem anos. O valor limite para o chumbo na água da torneira era de 25 µg / L em 1 de dezembro de 2003 e foi reduzido para 10 µg / L em 1 de dezembro de 2013.
cádmio
O cádmio e seus compostos são tóxicos mesmo em baixas concentrações. Foi demonstrado que é cancerígeno em experimentos com animais e é mutagênico e teratogênico. O corpo de um adulto contém cerca de 30 mg de cádmio sem que seja necessário para a construção de substâncias corporais. É um dos elementos não essenciais . A ingestão de sais de cádmio solúveis pode causar vômitos e distúrbios digestivos , danos ao fígado e cólicas . A inalação de vapores de cádmio causa irritação do trato respiratório e dores de cabeça. O envenenamento crônico se manifesta pela perda do olfato , descoloração amarelada do colo dos dentes, anemia e dores vertebrais, em estágio avançado por lesão da medula óssea e osteoporose . O cádmio tem caído cada vez mais em descrédito desde o aparecimento da frequentemente fatal doença de Itai-Itai no Japão , que está associada a graves alterações esqueléticas. A acumulação de cádmio no fígado e especialmente nos rins é particularmente preocupante. Os níveis de cádmio em fumantes eram cerca de duas vezes mais altos do que em não fumantes. A exposição média ao cádmio pelo fumo é de 2 a 4 µg por dia. Os seres humanos ingerem entre 10 e 35 µg de cádmio todos os dias. Segundo a OMS , o limite crítico é de 10 µg por dia e quilograma de massa corporal. A meia-vida biológica em humanos é entre 10 e 35 anos.
cobre
O cobre é um dos oligoelementos essenciais. No entanto, compostos especiais podem causar fraqueza, vômito e inflamação no trato digestivo se grandes quantidades forem ingeridas . O envenenamento agudo causado por quantidades muito elevadas é raro em humanos, pois o vômito é inevitável. O cobre tem um efeito catalítico em vários processos químicos, incluindo processos metabólicos.
O cobre deve ser consumido em quantidades suficientes todos os dias. A capacidade de armazenamento no corpo é limitada. A necessidade diária de um adulto é de cerca de 1 a 2 mg. Vários alimentos contêm esse oligoelemento, incluindo nozes, certos tipos de peixe e carne e alguns vegetais. O cobre também pode entrar na água potável através de encanamentos contendo cobre, mas apenas se a água potável estiver nos encanamentos por muito tempo. Isso só é importante em termos de quantidade para água com baixo valor de pH . Nesse caso, é recomendável drenar toda a água parada. A água doce que não fica estagnada nas tubulações basicamente não é alterada em sua composição pelos materiais usados na instalação da casa. Os padrões de água potável da OMS e da UE permitem um teor máximo de cobre de 2 mg / L. A Portaria Alemã de Água Potável adotou este valor, que foi especificado para 2,0 mg / L na Emenda de 2011 à Portaria de Água Potável.
Um teor de cobre de 2 mg / L já dá à água um sabor metálico, 5 mg / L a torna não comestível. De acordo com o conhecimento atual, um teor médio de água potável de 2 mg / L é considerado inofensivo para a saúde, o que se aplica ao prazer ao longo da vida. A ingestão excessiva de cobre através da água ou alimentos pode causar cirrose hepática em bebês e crianças pequenas, cujo metabolismo do cobre ainda não está totalmente desenvolvido . Uma das razões para isso é que a quantidade total específica de cobre no corpo dos bebês é naturalmente relativamente alta no nascimento. Em adolescentes e adultos, o cobre em excesso é excretado de forma semelhante à vitamina C.
Em 2011, a Agência Federal do Meio Ambiente publicou o esboço dos materiais metálicos adequados para a higiene da água potável, o cobre está incluído para todos os tipos de componentes. Na água com um valor de pH baixo, os componentes de cobre devem ser estanhados na superfície interna - DIN 50930-6 fornece descrições detalhadas das condições da estrutura do lado da água. Um teste preciso é necessário para poços domésticos porque a água dos poços geralmente não é tratada. Com exceção dessa exceção, a água potável é muito melhor do que se supõe e é seguro para as crianças beberem em abundância.
Embora o cobre seja um dos oligoelementos essenciais para os humanos, ele tem um efeito inibidor do crescimento ou até mesmo um efeito antimicrobiano ativo em muitos microrganismos. Esta propriedade é usada especificamente para superfícies de contato na área médica como uma medida complementar na luta contra microorganismos resistentes a antibióticos.
plutônio
A dose letal para um ser humano é provavelmente da ordem das dezenas de miligramas. Muito mais perigoso do que o efeito químico, porém, é sua radioatividade , que pode causar câncer . Uma quantidade da ordem de alguns microgramas é provavelmente suficiente para o desenvolvimento do câncer. O mal-entendido generalizado sobre o perigo particular representado pelo plutônio foi derivado dessa estimativa . Como a radiação alfa emitida já está protegida pelas camadas mais externas da córnea, o plutônio só é prejudicial à saúde quando é incorporado (por exemplo, a inalação de poeira contendo plutônio).
mercúrio
O mercúrio metálico pode ser absorvido pelo corpo como vapor de mercúrio pelos pulmões . Irrita os tratos respiratório e digestivo , pode causar vômitos com dor abdominal e também causar danos aos rins e ao sistema nervoso central .
Tálio
O tálio e os compostos que contêm tálio são altamente tóxicos e devem ser manuseados com muito cuidado.
usar
Os metais pesados são usados em muitas áreas, mas principalmente para acabamento de metais . Isso dá propriedades especiais aos materiais selecionados . As seguintes áreas de aplicação são proibidas hoje devido aos seus efeitos nocivos:
- Chumbo em tubos de PVC e água potável
- De acordo com a diretiva RoHS , chumbo na solda não é mais permitido (com algumas exceções, veja abaixo)
- Cádmio em cosméticos , proteção de cultivos e PVC, e antes também em acumuladores
- Mercúrio em conservantes de madeira, agentes de impregnação, tintas anti-incrustantes e para tratamento de água
Metais pesados ainda usados:
- Chumbo em solda em dispositivos médicos, em instrumentos de monitoramento e controle, nos setores aeroespacial e militar, bem como para reparos
- Cromo e níquel para aço , níquel também em acumuladores
- Chumbo para acumuladores (= baterias recarregáveis ), bainhas de cabos, pigmentos , ligas e para proteção contra radiação
- Mercúrio em pequenas quantidades em lâmpadas fluorescentes e lâmpadas economizadoras de energia , em termômetros, em tecnologia de aparelhos e em obturações dentárias de amálgama
- Cádmio para acumuladores (níquel-cádmio e prata-cádmio), como proteção contra corrosão para ferro e metais semelhantes ( revestimentos de cádmio produzidos por deposição eletrolítica ou deposição física de vapor protegem contra corrosão mesmo em uma espessura de 0,008 mm ), pigmentos de cádmio e sabão de cádmio como estabilizadores para PVC, cádmio (também como ligas) para proteção contra nêutrons térmicos e para barras de controle em reatores (cádmio-113 tem uma seção transversal particularmente grande para captura de nêutrons ).
Uso na medicina:
- O lantânio é usado como um carbonato de lantânio ( aglutinante de fosfato ) para tratar a hiperfosfatemia em pacientes com insuficiência renal .
- O gadolínio é usado na forma de ligação complexa como agente de contraste em imagens de ressonância magnética , como o gadopentetato dimeglumina . Existe o risco de fibrose sistêmica nefrogênica (FNS) em pacientes com insuficiência renal.
- Metais pesados como o mercúrio costumavam ter uma ampla gama de indicações, por exemplo, no tratamento da sífilis .
literatura
- Jerome Nriagu : A History of Global Metal Pollution . In: Science . fita 272 , no. 5259 , 1996, pp. 223-223 , doi : 10.1126 / science.272.5259.223 .
Links da web
Evidência individual
- ^ ME Hodson: Metais pesados - homens fantasmas geoquímicos? In: Environmental Pollution , 129/2004, pp. 341–343, doi: 10.1016 / j.envpol.2003.11.003 .
- ^ JH Duffus: Definições de heavy metal: Levantamento do uso atual . Abril de 2001.
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Textbook of Inorganic Chemistry . 102ª edição. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , página 1141.
- ↑ metais leves . Chemistry Lexicon, Science Online Lexicons; Recuperado em 16 de abril de 2009.
- ↑ K. Maile, E. Roos: Ciência dos materiais para engenheiros: fundamentos, aplicação, teste. Birkhäuser, 2005, ISBN 978-3-540-22034-3 , página 10.
-
↑ Poucas fontes mais antigas fornecem um valor limite de <4,5 g / cm³
J. Elpers, H. Meyer, N. Meyer, H. Marquard, W. Nabbefeld, W. Skornitzke, W. Willner, F. Ruwe: Mechatronik. Nível elementar. 4ª edição. Bildungsverlag Eins, 2001, ISBN 978-3-8242-2080-9 , página 52
K. Hengesbach: Fachwissen Metall Grundstufe e Fachstufe 1. 4ª edição. Bildungsverlag Eins, 1994, ISBN 978-3-8237-0330-3 , página 248. - ↑ R. Zahoransky (Ed.): Tecnologia de energia . 7ª edição, Springer 2015, ISBN 978-3-658-07453-1 , página 109.
- ↑ Livro especializado em metais . 56ª edição. Europa-Lehrmittel, página 268: Tabela 1: Classificação de metais não ferrosos.
- ↑ a b A. F. Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Textbook of Inorganic Chemistry . 101ª edição. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 , página 1065.
- ^ John H. Duffus: 'Metais pesados' - um termo sem sentido? Em: International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Pure and Applied Chemistry , 74/2002, pp. 793-807, doi: 10.1351 / pac200274050793 .
- ↑ Jyoti Gyanchandani, SKSikka: Structural Properties of Group IV B Element Rutherfordium by First Principles Theory , 2011, arxiv : 1106.3146 .
- ↑ a b c Andreas Heintz, Guido A. Reinhardt: Química e Meio Ambiente: Um livro de estudo para químicos, físicos, biólogos e geólogos . Springer DE, 2000, ISBN 3-642-61205-9 , p. 233 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
- ↑ a b Jörg Lewandowski, Stephan Leitschuh, Volker Koss: Poluentes no solo: uma introdução à análise e avaliação: com… Springer DE, 1997, ISBN 3-540-62643-3 , p. 99 ff . ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
- ↑ Heinz Brauer: Manual de proteção ambiental e tecnologia de proteção ambiental: Volume 1: Emissões e seus efeitos . Springer DE, 1996, ISBN 3-642-59197-3 , pp. 475 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
- ↑ Os meteoritos permitem que metais preciosos chovam na terra . Spiegel online , 8 de setembro de 2011.
- ^ A composição isotópica de tungstênio do manto da Terra antes do bombardeio terminal . In: Nature , 8 de setembro de 2011, doi: 10.1038 / nature10399 .
- ↑ Metais tóxicos . GeoLexicon.
- ↑ Georg Schwedt: Pocket Atlas of Environmental Chemistry . John Wiley & Sons, 1996, ISBN 3-527-30872-5 , pp. 206 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
- ↑ Robert Guderian: Manual de mudanças ambientais e ecotoxicologia: Volume 2B: Terrestrische… Springer DE, 2001, ISBN 3-642-56413-5 , p. 103 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
- ↑ As dez principais ameaças tóxicas . 2013, Blacksmith Institute (PDF; 4,8 MB).
- ^ SZ: Gasolina sem chumbo
- ↑ a b c ajuda serviço de informações nutrição, agricultura, proteção ao consumidor e. V. com financiamento do Ministério Federal da Alimentação, Agricultura e Defesa do Consumidor .
- ↑ BR Stern, M. Solioz, D. Krewski, P. Aggett, TC Aw, S. Baker, K. Crump, M. Dourson, L. Haber, R. Hertzberg, C. Keen, B. Meek, L. Rudenko , R. Schoeny, W. Slob, T. Starr: Cobre e saúde humana: bioquímica, genética e estratégias para modelar relações dose-resposta. In: Jornal de Toxicologia e Saúde Ambiental - Parte B - Revisões Críticas . Volume 10, Número 3, abril-maio de 2007, pp. 157-222, doi: 10.1080 / 10937400600755911 , PMID 17454552 (revisão).
- ↑ Cobre e o corpo humano. ( Memento do originais de 23 de maio de 2012 no Internet Archive ) Info: O arquivo de ligação foi inserido automaticamente e ainda não verificada. Verifique o link original e o arquivo de acordo com as instruções e, em seguida, remova este aviso. Eurocopper.
- ↑ Qualidade da água potável para consumidores finais (metais pesados) ( Memento de 18 de julho de 2013 no Internet Archive ). Agência Federal do Meio Ambiente, dados sobre o meio ambiente.
- ↑ Lista de materiais metálicos adequados para a higiene da água potável (rascunho) Materiais metálicos adequados para a higiene da água potável ( Memento de 3 de setembro de 2013 no Arquivo da Internet ). Agência Federal do Meio Ambiente (PDF; 103 kB).
- ↑ Higiene da saúde. ( Memento do originais de 23 de maio de 2012 no Internet Archive ) Info: O arquivo de ligação foi inserido automaticamente e ainda não foi marcada. Verifique o link original e o arquivo de acordo com as instruções e, em seguida, remova este aviso. Eurocopper.
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Textbook of Inorganic Chemistry . 101ª edição. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 , página 1093.
- ↑ M. Fukagawa, C. Harman: O carbonato de lantânio é mais seguro e mais eficaz do que o carbonato de cálcio para hiperfosfatemia em pacientes em diálise? In: Nature Clinical Practice Nephrology . fita 1 , não. 1 , 2005, p. 20-21 , doi : 10.1038 / ncpneph0020 .
- ↑ KJ Murphy, JA Brunberg, RH Cohan: reações adversas ao meio de contraste gadolínio: uma revisão de 36 casos . In: American Journal of Roentgenology . fita 167 , no. 4 , 1996, pp. 847-849 , doi : 10.2214 / ajr.167.4.8819369 .
- ↑ HS Thomsen, SK Morcos, P. Dawson: Existe uma relação causal entre a administração de meios de contraste à base de gadolínio e o desenvolvimento de fibrose sistêmica nefrogênica (FNS)? In: Clinical Radiology . fita 61 , nº 11 , 2006, p. 905-906 , doi : 10.1016 / j.crad.2006.09.003 .
- ^ Robert C. Thompson, Dudley C. Smith: Avaliação do tratamento da sífilis inicial com arsphenamine e metal pesado. In: Am. J. Syph. Gon. Ven. Dis. Volume 34, 1950, pp. 410-419.