Metale ciężkie.doc

Metale ciężkie

- umownie metale, których gęstość przekracza 5 g/cm3.

Metalami ciężkimi są np.: miedź, kadm, ołów, rtęć, cynk, chrom, nikiel, molibden i arsen.

Zatrucia metalami ciężkimi

·         Ze względu na znaczą toksyczność wielu tych metali i zdolność do kumulacji (np. w kościach, nerkach, mózgu) ich sole oraz tlenki mogą być przyczyną groźnych zatruć ostrych i przewlekłych, chorób układu krążenia, układu nerwowego, nerek, chorób nowotworowych. Metale ciężkie w postaci pierwiastkowej natomiast się zwykle nie wchłaniają.

·         Zatrucia metalami ciężkimi notuje się szczególnie wśród pracowników określonej gałęzi przemysłu, co powoduje liczne choroby zawodowe np. ołowicę w wytwórniach bieli ołowiowej i wśród drukarzy. Zatrucia wywołane są też spożywaniem pokarmów zanieczyszczonych związkami metali, np. rtęcica.

Choroba zawodowa – choroba spowodowana działaniem czynników szkodliwych dla zdrowia występujących w środowisku pracy lub sposobem wykonywania pracy. Powstaje wskutek stałego przebywania ciała w niedogodnej pozycji, systematycznego wykonywania forsownych czynności lub regularnego przebywania w otoczeniu zawierającym czynniki szkodliwe dla zdrowia (hałas, nieodpowiednie oświetlenie, zapylenie, promieniowanie, związki chemiczne, zwiększone obciążenie psychiczne i fizyczne itp.).

Choroby zawodowe występują po dłuższym okresie przebywania w niesprzyjających warunkach, a ich przebieg i leczenie jest równie długotrwałe. Są zazwyczaj chroniczne lub przewlekłe i często prowadzą do trwałej utraty zdrowia. Chorobami zawodowymi mogą być zarówno takie, które dotykają w różnym stopniu całość populacji, jak również choroby charakterystyczne - występujące tylko (lub głównie) w wybranych grupach zawodowych.

Ołowica – zatrucie ołowiem powodujące osłabienie, bezsenność, brak łaknienia, zaburzenia widzenia i uszkodzenia wewnętrznych narządów ciała (wątroby oraz nerek). Dodatkowo poprzez wiązanie się z niektórymi enzymami mogą uszkadzać krwinki czerwone, a także komórki układu nerwowego. Substancją wiążącą ołów (Pb) w organizmie jest chelaton, dlatego też stosuje się go w leczeniu ołowicy.

Rtęcica – to choroba wywołana poprzez akumulację rtęci w organizmie człowieka. Rtęć uszkadza centralny układ nerwowy człowieka oraz układ hormonalny. Może doprowadzić do uszkodzenia warg, zębów oraz dziąseł. Długi czas styczności ze związkami rtęci prowadzić może do urazów mózgu oraz śmierci. Wpływa negatywnie na rozwój płodu oraz niemowlęcia. Gdy matka karmiąca piersią wystawiona jest na działanie związków rtęci, przekazując je dziecku naraża je na defekt mózgu, co może prowadzić do autyzmu.

Przykłady

Sztandarowym przykładem wystąpienia tej choroby jest okręg zatoki Minamata w Japonii (rok 1956), gdzie swego czasu funkcjonowała fabryka używająca do jednego ze swych procesów katalizatora chlorek rtęci(II). Ścieki z tej produkcji odprowadzano do zatoki, gdzie w cyklu biologicznym rtęć przekształcała się do metylortęci i dimetylortęci. Te związki z kolei kumulowały się w mięsie ryb i krabów, będących podstawą żywności mieszkańców Minamaty. Związki te kumulowały się w organizmach ludzkich, powodując zatrucia mieszkańców zatoki. Oficjalnie zginęło więcej niż 900 osób w wyniku zatrucia, a tysiące uległy zatruciu.

Do zatrucia rtęcią doszło również w Iraku w latach 1971-1972 na obszarze wiejskim, gdzie pestycyd zawierający związki metylortęci przeznaczony do roślin doniczkowych został użyty do upraw zbóż, które w późniejszym czasie przerobione zostały na chleb.

Miedź (Cu)

Nazwa miedzi w języku angielskim pochodzi od Cypru, gdzie w starożytności odkryto ten metal. Początkowo nazywano go metalem cypryjskim a następnie cuprum.

W naturze występuje w postaci rud oraz w postaci czystej jako minerał - miedź rodzima. Miedź rodzima jest rzadko spotykana. Głównym źródłem tego metalu są minerały: – siarczki: [ chalkopiryt (CuFeS2), chalkozyn (Cu2S), bornit (Cu5FeS4)] i węglany - azuryt (Cu3(CO3)2(OH)2), malachit (Cu2CO3(OH)2).

Czysta miedź metaliczna

·         Miedź jest metalem barwy ceglastoczerwonej, o gęstości 8,96 g/cm³ i temperaturze topnienia 1083°C.

·         Miedź metaliczna po wytopie i oczyszczeniu jest czerwono-brązowym, miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym.

·         Nie ulega na powietrzu korozji, ale reaguje z zawartym w powietrzu dwutlenkiem węgla pokrywając się charakterystyczną zieloną patyną zwaną grynszpanem szlachetnym.

·         W środowisku o dużym stężeniu dwutlenku siarki zamiast zielonej patyny pojawia się czarny nalot siarczku miedzi.

·         Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600°C).

·         Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp. 650-800°C.

·         Cennymi własnościami miedzi są wysoka przewodność elektryczna i cieplna oraz odporność chemiczna (z tej przyczyny miedź określa się jako metal półszlachetny).

·         Miedź czysta zawiera 0,01-1,0% zanieczyszczeń.

Związki

·         Pięciowodny siarczan miedzi(II) CuSO4·5H2O ma własności odkażające, a bezwodny ma silne własności higroskopijne i niekiedy stosowany jest do osuszania rozpuszczalników.

·         Kompleksy miedzi są trwałe, jednak dość łatwo jest zmieniać stopień utlenienia miedzi w takich kompleksach i dlatego są one często stosowane jak katalizatory reakcji redoks.

·         Związki miedzi(I) są trudno rozpuszczalne w wodzie, natomiast wodne roztwory soli miedzi(II) z reguły mają barwę niebieską lub niebiesko-zieloną.

Zastosowanie miedzi

·         Jest masowo wykorzystywana jako surowiec do produkcji przewodów elektrycznych i powszechnie w elektronice, a także w budownictwie (pokrycie dachów, elementy różnych instalacji), jako barwnik szkła oraz katalizator.

·         Miedź jest dodawana do wielu stopów, zarówno do stali jaki i do stopów aluminium. Jest też dodawana do srebra i złota poprawiając znacznie ich własności mechaniczne.

·         Miedź z cyną, cynkiem, molibdenem i innymi metalami przejściowymi tworzy cały zestaw stopów zwanych ogólnie brązami. Najbardziej znane z nich to: udający złoto tombak i posiadający bardzo dobre własności mechaniczne oraz znaczną odporność na korozję mosiądz.

·         Stopy miedzi stosuje się do wyrobu kosztownej armatury, elementów precyzyjnych urządzeń mechanicznych i w jubilerstwie.

Kadm (Cd)

Nazwa pochodzi od greckiej nazwy rudy cynku - kalaminu.

Minerałem tego pierwiastka, bez znaczenia przemysłowego, jest np. grenokit (CdS) i monteponit (CdO), ale jest zwykle uzyskiwany jako produkt uboczny przy produkcji cynku.

Kadm odkrył w 1817 niemiecki chemik Friedrich Strohmeyer.

Występowanie

Znaczne ilości kadmu zawierają rudy cynku i paliwa kopalne (np. węgiel kamienny). W wyniku ich wydobywania i przetwarzania jego znaczne ilości uwalniają się do atmosfery, hydrosfery i gleb.

Znaczenie biologiczne

·         Kadm jest pierwiastkiem niezwykle toksycznym (wielokrotnie bardziej niż arsen).

·         Uszkadza nerki - niszczy kłębuszki i kanaliki nerkowe, powoduje anemię, choroby kostne (osteoporozę), zaburzenia powonienia, białkomocz.

·         Zmniejsza wydzielanie insuliny, zwiększa utlenianie lipidów (co prowadzi do zwiększonego wytwarzania wolnych rodników).

·         Oddziałuje też niekorzystnie na układ krążenia.

·         Kadm odkłada się również w łożysku matek palących w czasie ciąży lub w inny sposób narażonych na wyższe stężenia tego metalu. Może on zmieniać funkcję i strukturę łożyska zaburzając rozwój płodu.

·         Podawanie związków kadmu ciężarnym samicom szczurów powodowało ciężkie wady u potomstwa, takie jak brak oczu, wodogłowie, przepuklinę mózgową, brak kości śródstopia. Stwierdzono również u szczurów rakotwórcze działanie kadmu.

·         Kadm może upośledzać różne procesy zachodzące w organizmie, np.: fosforylację oksydacyjną, aktywny transport jonów sodowych i potasowych, metabolizm węglowodanów. W organizmie, kadm jest wiązany przez tioninę - białko wiążące toksyczne metale - tworząc nietoksyczną metalotioninę.

·         Ostre, śmiertelne zatrucia kadmem występują gdy jego stężenie w powietrzu jest większe niż 40 mg/m3, po godzinie, lub po spożyciu od 350 do 3500mg kadmu.

·         Kadm kumuluje się zazwyczaj w nerkach i wątrobie, u mężczyzn może też znajdować się w jądrach. Czas połowicznej eliminacji kadmu z nerek wynosi 15 lat. Oznacza to, że po 15 latach od zaprzestania podawania kadmu jego stężenie w nerkach zmniejszy się o połowę.

Zastosowanie

Kadm, głównie metaliczny, stosuje się w:

·         metalurgii

- w stopach łożyskowych

- jako powłoki ochronne innych metali

·         medycynie (plomby zębów)

·         energetyce

- w akumulatorach, np. niklowo-kadmowych

- w reaktorach jądrowych, np. do wyrobu prętów kontrolujących przebieg reakcji łańcuchowej

·         sztuce (do otrzymywania barwnika, żółcieni kadmowej)

·         ...