Физико химические свойства тяжелых металлов

Обновлено: 04.10.2024

Токсикология – наука о вредном действии на человека, животных и растения химических веществ, поступающих в ОС в результате производственной деятельности.

Главная цель – предупреждение, распознавание и лечение заболеваний химической этиологии, предупреждение и устранение отдаленных последствий вредного воздействия на индивидуумов и их потомство. Токсикология включает большой набор исследований и показателей с обязательной оценкой смертельных эффектов, кумулятивности, кожно-раздражающего, кожно-резорбтивного, эмбрионнотропного действия, влияние на сердечно-сосудистую систему, репродуктивную функцию, исследование отдаленных эффектов.

Задачи: изучение типов экотоксичности, их механизмов, последствия.

Понятие нормы и патологии.

Под нормой подразумевается не только совокупность среднестатистических значений основных и важнейших функциональных показателей и параметров состояния организма, но и среднее отклонение этих значений от среднестатистического или значения аналогичного параметра в контроле.

Понятие нормы всегда оказывается связанным со значением конкретной функции организма или биологической системы и на другие функции может не распространяться. Чем больше число показателей учитывается, тем больше вероятность того, что какой-то из них окажется за пределами нормы даже и без воздействия токсического фактора. Основным условием нормы любой совокупности контролируемых функций является сохранность популяции и вида в целом.

Переход от нормы к патологии всегда связан с некоторым порогом. Порог вредного действия вещества в токсикологии определяют, как минимальную концентрацию его в окружающей среде, при воздействии которой возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций или формируется скрытая патология.

Источники загрязнения окружающей среды вредными веществами.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ – привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.

Основным источником антропогенного поступления тяжелых металлов в ОС являются предприятия промышленности, тепловые электростанции, металлургические заводы, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд и транспорт. Технологические процессы предприятий черной и цветной металлургии не обеспечены надежными средствами очистки газовых выбросов, что приводит к сильному загрязнению атмосферы вокруг этих предприятий. Загрязненная атмосфера в этом случае является главным источником накопления тяжелых металлов в ОС.

Основным источником антропогенных выбросов вредных веществ в атмосферу сосредоточены в индустриальных странах Северной Америки, центральной Европы и Японии.

Основные физико-химические свойства тяжелых металлов, формы их миграции и условия среды.

Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п.

Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры.

Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией.

По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см 3 , и тяжелые металлы — все остальные.

Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи — так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

Тяжелые металлы

На сегодняшний день известно порядка 40 различных трактовок термина «тяжелые металлы», и совершенно невозможно выделить одну наиболее правильную. Так, каждое определение тяжелых металлов будет включать свой перечень элементов согласно с теми или иными критериями. Зачастую характеристика тяжелых металлов основывается на: атомной массе, плотности, токсичности, распространенности в природной среде, степени вовлеченности в природные и техногенные циклы. Например, основным критерием может являться минимальная относительная атомная масса, равная 50. Согласно данной особенности, под список «тяжелых металлов» попадут абсолютно все металлы, начиная с ванадия, вне зависимости от их плотности. Однако, в других определениях данного термина именно плотность является главной характеристикой, на основе которой и составляется перечень, и она должна быть более или равной 8 г/см 3 (плотность железа). Согласно данному критерию в список «тяжелых металлов» будут включены следующие элементы: свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а вот олово уже будет исключено из данного списка, так оно более легкое. Кроме того, также в основе классификации металлов могут находится и другие значения пороговой плотности (например, в 5 г/см 3 ) или атомной массы. Таким образом, к некоторым группа тяжелых металлов могут попадать элементы, которые являются хрупкими или металлоидами (например, висмут или мышьяк, соответственно). В связи с этим, термин «тяжелые металлы» рассматривается с медицинской и природоохранной точек зрения. Это позволяет при составлении списка тяжелых металлов основываться не только на физических и химический свойствах элемента, но и на его биологической активности, токсичности, а также объеме его применения в хозяйственной деятельности.

Однако, все же в большинстве случаев, в список тяжелых металлов входит 40 элементов, имеющие относительную плотность, превышающую 6. Не смотря на то, что термин «тяжелые металлы» и «токсичные металлы» принято считать синонимами, все же количество опасных металлов существенно меньше, что не может не радовать.

В первую очередь интерес представляют элементы, имеющие самое широкое и активное использование в производстве, в результате чего происходит их накопление в окружающей среде, что и представляет опасность здоровью человечества с точки зрения их биологической активности и токсичности. Среди таковых следует выделить свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Свойства тяжелых металлов

Тяжелые металлы в атмосфере представляют собой органические и неорганические соединения. Они могут присутствовать как пыль, аэрозоль, или же иметь газообразную элементную форму (например, ртуть). Стоит отметить, что свинец, кадмий, медь и цинк в виде аэрозоля включают в себя, главным образом, субмикронные частицы, диаметр которых составляет примерно 0,5 – 1 мкм. А вот частицы никеля и кобальта в виде аэрозоля представляют собой крупнодисперсные частицы, имеющие диаметр, превышающий 1 мкм. Их образование, в основном, происходит во время сгорания дизельного топлива.

В водной среде тяжелые металлы могут быть представлены в виде трех основных форм: взвешенных частиц, коллоидных частиц, а также растворенных соединений. Последние представляют собой свободные ионы и растворимые комплексные соединения с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогены, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Форма нахождения элемента в воде определяется гидролизом, который очень сильно влияет на нахождение указанных элементов в водной среде. Огромное количество тяжелых металлов переносится посредством поверхностных вод во взвешенном состоянии.

Содержание тяжелых металлов в почвах представлено водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Первые, главным образом, представляют собой хлориды, нитраты, сульфаты, а также органические комплексные соединения. Следует сказать, что часто отмечается связь ионов тяжелых металлов с минералами почвы, как часть кристаллической решетки.

В таблице представлены биогеохимические свойства тяжелых металлов, оценка которых осуществлялась по трем главным критериям: высокая (В), умеренная (У), низкая (Н).

Стоит отметить, что к биогеохимическим свойствам тяжелых металлов относятся токсичность, канцерогенность, растворимость и многие другие, которые выражены у них по-разному. Однако, существует два основных свойства, на основе которых и определяется степень опасности того или иного тяжелого металла для живого организма в зависимости от концентрации. К данным свойствам относятся: биохимическая активность и органическая форма распространения.

Определение тяжелых металлов

На сегодняшний день есть две главные группы аналитических методов, которые позволяют определять тяжелые металлы (например, в воде или почве), а именно:

электрохимические методы;
спектрометрические методы.

Стоит отметить что вторая группа постепенно сдает свои позиции и уступает электрохимическим методам.

Среди спектрометрических методов следует выделить наиболее распространенный – атомно-абсорбционную спектрометрию с разной атомизацией образцов. В том случае, когда необходимо определить несколько элементов одновременно, главным методом определения выступают атомная эмиссионная спектрометрия с индукционно связанной плазмой, а также масс-спектрометрия с индукционно связанной плазмой.

Для того, чтобы определить тяжелые металлы электрохимическими способами пробу переводят в водный раствор. К электрохимическим методам относятся: полярографический (вольтамперометрический), потенциометрический, кулонометрический, кондуктометрический и многие другие. Стоит отметить, что бывают ситуации, когда невозможно определить тяжелые металлы с помощью лишь только одного метода, тогда используются сразу несколько методов с дальнейшим титрованием. Данные методы основываются на анализе вольт-амперных характеристик, потенциалов ион-селективных электродов, интегрального заряда, который служит для того, чтобы искомый метал выпал в осадок на электроде электрохимической ячейке, электропроводности раствора и т.д. Указанные способы позволяют определять тяжелые металлы до 10 -9 моль/л.

Группа спектральных анализов является включает в себя множество различных методов, с помощью которых осуществляется определение тяжелых металлов. Прежде всего, она включает в свой перечень атомный эмиссионный анализ, атомный абсорбционный анализ, спектрофотометрию, масс-спектрометрию, спектрометрию с индуктивно связанной плазмой, рентгеноспектральный анализ.

В отдельных случаях, когда концентрация тяжелых металлов находится в достаточно небольшой концентрации, то они определяются, зачастую, несколькими методами спектрометрии.

Иногда, для определения тяжелых металлов, следует прибегнуть к комплексным методам, которые сочетают в себе как спектральные, как и электрохимические способы. Одним из таких методов является спектрополяриметральный анализ.

Самый тяжелый металл

Определить и назвать один единственный самый тяжелый металл невозможно, так как критерии определения «тяжести» металла могут быть совершенно разными. Об этом шла речь в начале данной статьи. Таким образом, одним из самых тяжелых металлов является свинец, которому не уступают цинк, олово, железо, и медь, однако он не может носить титул самого тяжелого металла. Например, свинец существенно уступает жидкому металлу – ртути. Так, если поместить в ртуть кусочек свинца, то он не утонет, а будет уверенно держаться на ее поверхности. Бутылка с ртутью объемом в 1 литр будет весить 14 кг. Но, не смотря на это, и ртуть не является самым тяжелым металлом, так как золото и платина тяжелее ртути в полтора раза.

Опережают золото и платину редкие металлы – иридий и осмий, которые в два раза тяжелее железа. Итак, самые тяжелые металлы, согласно их удельному весу:

цинк – 7,1;
олово – 7,3;
железо – 7,8;
медь – 8,9;
свинец – 11,3;
ртуть – 13,6;
золото – 19,3;
платина – 21,5;
иридий – 22,4;
осмий – 22,5

Если же взять за основную характеристику тяжелых металлов плотность, то список будет отличаться, и в него войдут следующие элементы:

тантал – 16,67 г/см 3 ;
уран – 19,05 г/см 3 ;
вольфрам – 19,29 г/см 3 ;
золото – 19,29 г/см 3 ;
плутоний – 19,80 г/см 3 ;
нептуний – 20,47 г/см 3 ;
рений – 21,01 г/см 3 ;
платина – 21,40 г/см 3 ;
осмий – 22,61 г/см 3 ;
иридий – 22,65 г/см 3 ;

Однако, существует перечень металлов, которых общепринято считать тяжелыми. Основные тяжелые металлы:

Особенности тяжелых металлов заключаются в том, что все они обладают высокой токсичностью и в некоторых случаях несут угрозу здоровью и жизни живых организмов. Кроме этого, они обладают способностью к биоаккумуляции и биомагнификации.

Применение тяжелых металлов

В далекие времена появившиеся первые металлы в жизни человека существенно облегчили его существование на Земле. Ведь металл является более прочным материалом, чем камень или дерево. Из металла получались более продуктивные орудия труда, более разрушительное оружие, а также более надежная защита. Кроме этого, из металла люди также научились изготавливать украшения, посуду, различные ритуальные предметы, а также предметы повседневного обихода. На сегодняшний день человечеству известно порядка 70 металлов, часть из которых, согласно разным определениям и критериям отбора, являются тяжелыми. Благодаря своим уникальным свойствам и особенностям, тяжелые металлы нашли свое применение во многих сферах человеческой деятельности, в частности, в машиностроении, судостроении, авиастроении, медицине, производстве техники и электроники, строительстве, в производстве посуды, украшений, а также вещей повседневного обихода.

Например, свинец используется для покрытия различной аппаратуры с целью ее защиты от коррозии. Также его используют в качестве оболочки кабелей, которые прокладываются под землей, в воде или любой другой влажной среде. Для зажигания двигателей внутреннего сгорания все так же используются свинцовые аккумуляторы, не смотря на то, что уже в природе давно существуют никелевые аккумуляторы, однако, стоимость последних значительно выше.

Ртуть также нашла свое широкое применение в электротехнике, электронике, приборостроении, металлургии, химии (изготовление термометров, барометров, реле, лампы дневного света, кварцевые ртутные лампы) и т.д.

Медь благодаря своему низкому удельному сопротивлению и высокой теплопроводности, достаточно широко используется в электротехнике – она является основным материалом, из которого производят силовые и другие кабели, провода, другие проводники. Из меди изготавливают различные теплообменники – радиаторы охлаждения, кондиционирования, отопления, компьютерные кулеры, тепловые трубки и многое другое.

Данные элементы добываются из руды тяжелых металлов – изначально извлекается руда, после чего осуществляется ее обогащение и затем при помощи химического или электролитического восстановления уже получается сам металл.

Токсичные металлы

Общая характеристика основных свойств токсических металлов и хлорорганических веществ. Изучение строения и химического состава тяжелых металлов: ртуть, кадмий, никель, цинк, хром, медь, сурьма, свинец и мышьяк. Промышленное применение токсичных веществ.

Рубрика	Химия
Вид	лекция
Язык	русский
Дата добавления	10.11.2012
Размер файла	19,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

на тему: «Токсичные металлы»

Эта лекция имеет справочный характер, но она будет полезна тем, что покажет свойства новой группы токсикантов -- до сих пор мы говорили только об органических веществах, теперь речь пойдет о неорганических. Между этими группами (хлорорганические вещества и токсические металлы) есть некое сходство -- и те и другие довольно устойчивы в природных условиях, а некоторые даже очень устойчивы, но есть и важное различие, которое я хотел отразить в названии этой лекции. «Ne quid nimis» означает «ничего слишком». Это важный принцип не только в медицине (откуда он взят), но и вообще в жизни. Применительно к нашей теме он указывает, что «токсичные» металлы могут быть и «нетоксичными».

Обычно всю эту группу металлов называют не «токсичными», а «тяжелыми», но это несколько путает нас. Тяжелые металлы -- это термин химический: «к тяжелым металлам относятся те металлы, которые в определенных условиях дают осадок при пропускании сероводорода». Очевидно, что это мало дает нам для понимания проблемы. Для нас важнее понятие «токсичные металлы».

Подобно диоксинам, почти 70 % токсичных металлов попадает в организм с пищей, а поскольку в настоящее время именно пищевые продукты являются предметом интенсивной международной торговли, то объединенная комиссия ФАО (международная организация в области продовольствия) и ВОЗ (то же -- в области здравоохранения) по Пищевому Кодексу (Сodex Alimentarius) включила в число пищевых компонентов, подвергаемых контролю в международной торговле, восемь наиболее опасных токсичных элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, олово, цинк, железо. В передовой России к ним добавили еще семь: сурьма, никель, селен, хром, алюминий, фтор, йод.

Вы уже обратили внимание на тот странный факт, что и обычные для нас железо, медь и алюминий включены в этот перечень. Это как раз и есть одна из иллюстраций принципа «ничего слишком» -- да, и железо в неумеренных количествах вредно. Так, в прекрасном городе Суздаль вода содержит много железа, и там пришлось устанавливать станцию очистки воды от железа, чтобы дети и взрослые не страдали разными заболеваниями (предельно допустимая концентрация железа в питьевой воде в США 0,3 мг/л, в России ПДК для водных объектов 0,5 мг/л). Но, как почти все знают, то же железо врачи назначают при анемиях и других недугах -- без него мы жить не можем, так как оно входит в состав гемоглобина, основного компонента крови (отчего и цвет ее красный). Совершенно другой пример применения нашего принципа дает селен. Если железа содержится в организме 0,0035 % от массы тела, то селена на порядок меньше -- 0,0003 %. Его долго считали сильным ядом (ПДК в воде 0,001 мг/л; для свинца ПДК 0,1 мг/л, то есть селен считается в 100 раз токсичнее свинца), однако уже в 50-х годах было установлено, что селен является необходимым микроэлементом. Так, при содержании селена в кормах ниже 0,1 мг/кг у животных развивается дистрофия мышц, у птиц -- экссудативный диатез, а у свиней печеночная недостаточность. Человек потребляет в день в среднем 60 мкг селена -- больше плохо, меньше плохо, ничего слишком.

Ввиду скудости места я отсылаю вас к двум прекрасным книгам, одну из которых вы уже знаете, а другая полностью посвящена нашей теме и многие данные для этой лекции взяты из нее; кроме того, величины ПДК мы будем брать из официального издания. Если вы добавите к ним еще и брошюру, то будет полный комплект, который дополнит эту краткую лекцию.

Среди всех токсичных металлов мы выберем только те, которые нормируются для выбросов мусоросжигательных заводов в Европейском Союзе. Такой выбор позволит ввести вас в суть проблемы и даст ориентиры для использования этих данных.

токсичный металл хлорорганическое вещество

Характеристики токсичных металлов

Прежде чем приступить к описанию свойств выбранных нами токсичных металлов, полезно дать общую картину для всех металлов. Для этого следует рассмотреть две таблицы, которые приведены в упомянутой выше книге К. Рейли.

Следует иметь в виду, что металлы в организме взаимодействуют друг с другом, усиливая или ослабляя их действие на жизненные процессы. Так, физиологическое воздействие кадмия на организм, в том числе и его токсичность, зависит от количества присутствующего цинка, а функции железа в клетках определяются присутствием меди, кобальта и в некоторой степени молибдена. О связи селена и мышьяка мы уже говорили. Связей таких множество, и поэтому при обсуждении токсичности металлов необходимо иметь в виду их возможные взаимные воздействия.

Жидкий металл (температура плавления -- 38,9°С), довольно летуч. Соединения ртути, особенно ртутьорганические, токсичны. Большую опасность представляют пары ртути, проникающие в легкие и вызывающие отравления.

При остром отравлении поражаются почки и слизистая желудочно-кишечного тракта, при этом наблюдаются рвота, острые боли, которые могут привести к коллапсу и смерти.

При хронических отравлениях поражаются почки, воспаляются десны. Летальная доза солей двухвалентной ртути около 1 г. Повреждение почек наблюдается при содержании в них 10-70 мг/кг.

Органические соединения ртути, в основном метилртуть, аккумулируются в эритроцитах и особенно много в головном мозге. Полупериод биологического распада ртути составляет 70 дней, но у некоторых он доходит до 190 дней и больше.

Метилртуть поступает в грудное молоко, она приводит к пре- и постнатальным отравлениям, что проявляется в потере чувствительности конечностей, языка, а при сильных отравлениях повреждается центральная нервная система, что приводит к судорогам, нарушениям речи, слепоте, потере слуха и даже к смерти.

Концентрация ртути в крови является точным показателем содержания метилртути в организме.

Серебристо-белый ковкий металл. Он относится к наиболее опасным из всех металлических загрязнителей пищи и напитков, не только из-за высокой токсичности, но и из-за широкого распространения и использования в современной промышленности.

Кадмий попадает в организм с пищей и напитками, но очень много его попадает в организм при курении. При выкуривании 20 сигарет всасывается 0,5-2 мкг кадмия.

Кадмий транспортируется кровью, накапливается в печени и почках. Полупериод биологической жизни очень большой -- около 40 лет.

Кадмий может вызывать тошноту, рвоту, спазмы в животе, головную боль. В тяжелых случаях может быть диарея и шок, нарушается минеральный состав костей и поражаются почки.

Никель -- прочный металл серебристого цвета, присутствует в небольших количествах почти во всех почвах, содержится в растениях и в большинстве тканей животных. Он плохо адсорбируется из пищевых продуктов и напитков. Среднее содержание никеля в продуктах питания, как правило, не превышает 0,5 мг/кг, хотя в отдельных продуктах его может быть намного больше, так, в чае может быть 8 мг/кг, в орехах 5,1 мг/кг и т. д. Интересно, что по никелю можно определить пол человека: в волосах у женщин содержится 3,96±1,055 мг/кг, а у мужчин всего 0,97±0,147 мг/кг.

В организме никель активирует некоторые ферменты (карбоксилазу, трипсин и ацетил-коэнзим-А-синтетазу). По-видимому, сам никель для человека не токсичен. Однако у рабочих предприятий по очистке никеля наблюдались случаи рака органов дыхания. Его соединения вызывают заболевания носоглотки, легких, злокачественные новообразования, дерматиты, экземы.

Весьма токсичен карбонил никеля, который образуется при курении в количествах, способствующих возникновению рака легких. Этот карбонил используют для получения чистого никеля, что в заметной степени определяет токсический фон вокруг производящих никель металлургических комбинатов.

Голубовато-белый блестящий металл, на воздухе окисляется. Человеку с пищей необходимо получать цинк, так как он участвует в ряде ферментативных процессов. Наиболее значительную роль из цинксодержащих ферментов играет карбоангидраза. Этот фермент участвует в переносе СО2 кровью и его высвобождении в легких. Цинк участвует в процессах, происходящих в поджелудочной железе, стабилизируя молекулу инсулина. Он воздействует на сосудистую оболочку глаза, связывая сетчатку. Есть все основания считать цинк необходимым элементом. Человеческому организму цинка потребно столько же, сколько и железа. Потребность человека в цинке в 10 раз больше, чем в меди. А медь и железо известны как необходимые неорганические элементы. В общем, можно подумать, что цинк попал в наш список токсичных металлов по ошибке, напротив, его следовало поместить в список металлов, необходимых для здоровья, и более того, в список металлов, которых не хватает в нашем рационе. Все это так. Но принцип «ничего слишком» действует и тут.

Токсичные дозы солей цинка действуют на желудочно-кишечный тракт, что приводит к острому, но излечимому заболеванию, сопровождающемуся тошнотой, рвотой, истощением желудка, коликами и диареей. Однако следует помнить, что цинку всегда сопутствует кадмий, поэтому, возможно, все эти симптомы связаны с токсичностью кадмия. В сравнении с другими микроэлементами цинк мало токсичен. Это пишет скептик К. Рейли. А вот что пишет «Справочник практического врача»:

«Отравление цинком (хлористый цинк, цинковый или белый купорос, цинковые белила). Симптомы. Слизистая оболочка рта сморщенная, гиперемированная, иногда беловатая. Металлический вкус. Слюнотечение. Частая упорная рвота беловатыми, а затем кровянистыми массами, раздражение глотки, головная боль, боли в животе, понос, испражнения кофейного цвета, судороги икроножных мышц, коллапс».

Вот так. Именно поэтому следует внимательно изучать таблицы ПДК, поскольку, если уж пришлось медикам потратить много времени и средств, чтобы определить эти самые ПДК, то -- будьте уверены -- делали они это по жестокой необходимости, а не из любопытства. И когда мы видим цинк в списке токсичных («тяжелых») металлов, которые нормируются в европейских нормах для выбросов МСЗ, то это также означает, что металл токсичен.

Хром -- слаболетучий, голубовато-серебристый, очень твердый и хрупкий металл. Он содержится в большинстве продуктов и напитков.

В организме человека адсорбируется в желудочно-кишечном тракте, накапливается в волосах и в печени. Он необходим для поддержания стабильного уровня глюкозы в организме, его недостаток может привести к диабету и атеросклерозу. У людей, работающих с хромом и его соединениями, наблюдаются аллергическая экзема и другие формы дерматита, хронические язвы, рак вepxних дыхательных путей и легких.

Следует отличать два типа солей хрома: соли трехвалентного хрома и соли шестивалентного хрома. Они сильно отличаются по токсичности, особенно токсичны соединения щестивалентного хрома. Шестивалентный хром переходит в менее токсичный трехвалентный при восстановлении, то есть при действии восстанавливающих агентов (водород, угарный газ, электрическое восстановление и др.), а трехвалентный хром переходит в токсичный шестивалентный при окислении, то есть при действии окислителей (кислород, галогены и др.). Соли шестивалентного хрома широко применяются при обработке кож и даже термин-название «хромовая кожа» указывает на обработку кожи хромовыми квасцами, содержащими шестивалентный хром. Именно поэтому сбросы в воду отходов кожевенного производства особенно опасны. Отличить соединения трехвалентного хрома от шестивалентного просто: все шестивалентные соединения имеют густую красную или оранжевую окраску, а трехвалентные соединения окрашены в холодные цвета -- зеленый, синий.

Медь -- плотный, мягкий, легко поддающийся обработке металл. Она присутствует во всех пищевых продуктах и всасывается через желудочно-кишечный тракт. Она необходима организму для нормального обмена веществ. По рекомендациям ВОЗ нормы поступления в организм должны быть следующими: для взрослых 30 мг/кг веса, для больших детей 40 мг/кг и для младенцев 80 мг/кг. По большей части мы недополучаем нужное количество меди, что может вести к повышению частоты сердечных заболеваний. Медь накапливается в печени, почках и мышцах. Период полувыведения ее из организма около 4 недель. Основная часть меди в организме находится не в виде ионов, а связана с белками. При дефиците меди в организме может наблюдаться анемия, нарушение клеточного метаболизма, болезнь Вильсона. Употребление с пищей большого количества меди может приводить к токсикозам: желудочно-кишечные расстройства, повреждения почек. Сульфат меди обладает сильным рвотным действием.

Медь является хорошим примером принципа «пе quid nimis». Если в рационе не хватает меди, то одним из симптомов может быть анемия; в тех районах мира, где в почве мало меди, у животных наблюдаются дефекты костей, слабая пигментация шерсти и нарушение синтеза гемоглобина. Наряду с этим наблюдаются случаи медного токсикоза у животных, обитающих на богатых медью почвах и пастбищах. Характерным проявлением отравления медью является заболевание овец, носящее название «седловидность». Было показано, что употребление в пищу большого количества солей меди у людей и животных вызывает токсические эффекты, к счастью, как правило, обратимые. А вот правильная подкормка медью, особенно у свиней, хорошо отражается на росте животных и их общем состоянии.

Серебристо-белый металл, поступает в организм с пищей, концентрируется в печени, надпочечниках, коже.

Симптомы отравления сурьмой -- колики, сильная тошнота, слабость и коллапс, при котором наблюдается нерегулярное дыхание и понижение температуры кожи. Отравления происходят также при лечении инфекционных заболеваний, вызванных паразитами. Во время лечения такими препаратами иногда наблюдались тошнота и рвота (сурьма входит в состав «рвотного камня») и известно несколько случаев внезапной смерти.

Типичный металлоид (так иногда называют вещества, промежуточные по свойствам между металлами и неметаллами), серые кристаллы с металлическим блеском. Токсичны неорганические соединения мышьяка (соединения трехвалентного мышьяка, оксид мышьяка, арсениты, арсенаты), органические соединения мышьяка и арсин (AsH3 -- газ).

Мышьяк присутствует в большинстве пищевых продуктов и почти во все пресных водах. Он находится во всех тканях организма человека. Биологически период полувыведения мышьяка из организма от 10 дней (для трехвалентного мышьяка) до 30 часов (для метилированных форм).

Мышьяк вызывает как острые, так и хронические отравления. Отравления происходят чаще всего при попадании в организм оксида трехвалентного мышьяка, смертельная доза которого 70-180 мг. Хроническое отравление мышьяком приводит к потере аппетита и снижению веса, желудочно-кишечным расстройствам, периферическим неврозам, конъюнктивиту, гиперкератозу и меланоме кожи, которая нередко переходит в рак кожи. Был отмечен высокий уровень возникновения paка кожи в некоторых районах Великобритании, где в питьевой воде содержалось около 12 мг/л мышьяка. В организме мышьяк взаимодействует с другими металлами, в частности, с селеном, о чем мы уже говорили, и с кадмием.

В основном мышьяк применяется в сельском хозяйстве и родственных областях. Гербициды, фу-нгициды, инсектициды, разнообразные консерванты -- все они могут содержать мышьяк. К важнейшим ядохимикатам относятся арсенат свинца (один из источников загрязнения табака свинцом и мышьяком), арсенат меди, ацетарсенид меди («парижская зелень»), арсенат натрия и какодиловая кислота. Некоторые из них запрещены.

Заключение

Мой друг А. А. Дулов для забавы придумал палиндром (фраза, которую можно читать слева направо и справа налево): «Цени в себе свинеЦ». Мы все очень смеялись над его (палиндрома) бессмысленностью. Теперь вы понимаете, что мы ошибались -- сколько-то молекул свинца, наверно, зачем-то организму нужны, если уже при рождении ребенок несет в себе свинец. У взрослого человека, не подвергавшегося воздействию избыточного количества свинца, в организме содержится от 100 до 400 мг свинца. По-видимому, можно предположить, что это и есть тот предел, который переходить не стоит, ведь на самом деле свинец весьма токсичный металл (см. начало лекции).

Я считаю: не надо ничего бояться, но надо знать суть опасности.

И еще. Мудрый англичанин Гилберт Честертон говорил, что «сорняки -- это те растения, полезность которых неизвестна».

Подобные документы

Физические и химические свойства тяжелых металлов и их соединений, используемых в промышленном производстве и являющихся источником загрязнения окружающй среды: хром, марганец, никель, кадмий, цинк, вольфрам, ртуть, олово, свинец, сурьма, молибден.

реферат [48,0 K], добавлен 13.03.2010

Проблема загрязнения окружающей среды химическими веществами - продуктами техногенеза. Определение содержания кислоторастворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почв Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

курсовая работа [805,1 K], добавлен 23.08.2015

Общая характеристика металлов. Определение, строение. Общие физические свойства. Способы получения металлов. Химические свойства металлов. Сплавы металлов. Характеристика элементов главных подгрупп. Характеристика переходных металлов.

реферат [76,2 K], добавлен 18.05.2006

Понятие тяжелых металлов и агроландшафтов. Основные причины появления металлов в больших концентрация в почвах, в результате чего они становятся губительными для окружающей среды. Биогеохимические циклы тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, никеля.

реферат [200,4 K], добавлен 15.03.2015

Общая характеристика металлов. Элементы I группы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Оксиды и пероксиды щелочных металлов. Гидроксиды. Элементы главной II группы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Переходные металлы. Хром, железо, цынк, медь и их соединения.

реферат [29,5 K], добавлен 18.05.2006

Золото - один из семи металлов древности. Состав серебряных предметов в Египте и других странах Западной Азии. Медь - один из первых металлов, которые человек стал применять для технических целей. Применение ртути для изготовления пилюлей бессмертия.

презентация [686,7 K], добавлен 23.11.2010

Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Коррозия металлов. Понятие о сплавах. Способы получения металлов.

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

Атомный номер выше 50.
Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

Токсичные соединения растворяются в воде.
В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

Работники меткомбинатов.
Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Читайте также: