Těžké kovy

Těžké kovy jsou kombinovány s nejednotnými definicemi kovů, jejichž hustota nebo atomová hmotnost přesahuje určitou hodnotu. V některých případech jsou do definice zahrnuty také další vlastnosti, jako je atomové číslo a toxicita . Mnoho zdrojů klasifikuje těžký kov jako kov, jehož hustota je větší než 5,0 g / cm3 nebo - v případě starších zdrojů - vyšší než 4,5 g / cm3.

V jaderném inženýrství se „těžký kov“ používá ve dvou různých zvláštních významech:

• jako souhrnný termín pro všechny nuklidy, které lze rozdělit neutrony ,
• v případě úvah o vyhoření obsahu štěpných kovů ( uranu , plutonia ) v čerstvém jaderném palivu.

Definice

V technologii (pouze neželezné kovy ) a chemii výraz „těžký kov“ zahrnuje kovy s hustotou> 5 g / cm³. Patří sem drahé kovy , obecné kovy železo , měď , olovo , zinek , cín a nikl , dále vizmut , kadmium , chrom a uran . Studie IUPAC však našla alespoň 38 definic pro termín „těžký kov“, od hustoty , atomové hmotnosti nebo atomového čísla po chemické vlastnosti nebo toxicitu . Seznamy „těžkých kovů“ se tedy liší od jednoho souboru pokynů k druhému; zatímco často také metaloidy takový. B. arsen zahrnut. Termín je často používán bez upřesnění kovů, na které se vztahuje. Z výše uvedených důvodů není ani označení všech ostatních kovů jako lehkých kovů definováno. V očích veřejnosti jsou všechny látky označené jako „těžké kovy“ (a jejich sloučeniny a slitiny jsou často také zahrnuty) považovány za toxické. Následující prvky mají hustotu více než 5 g / cm³:

* Semimetaly
** Protože tyto prvky nelze syntetizovat v měřitelných množstvích, mnoho jejich vlastností, jako je hustota, nelze změřit. Modelové výpočty však naznačují rozsahy hodnot pro tyto veličiny.

Tabulka obsahuje prvky s hustotou od 5 g / cm³. Prvky se známou hustotou mezi 5 a 10 g / cm3 mají žluté pozadí, mezi 10 a 20 g / cm3 oranžové a přes 20 g / cm3 hnědé.

Výskyt a původ

Těžké kovy se vyskytují v horninách zemské kůry, kde jsou pevně spojeny v rudách jako oxidy , sulfidy a uhličitany a jsou také uzavřeny v křemičitanech nebo jsou někdy v pevné formě. Jejich koncentrace v hydrosféře , atmosféře a pedosféře kolísá v mnoha řádech. Jejich koncentrace v zemské kůře se pohybuje od jednociferných částic na miliardu (ppb) (iridium, zlato, platina) do 5 procent (železo). Díky povětrnostním vlivům a erozi se tyto přirozeně dostávají do půdy a podzemních vod. Některé horniny, jako je pikrit , serpentinit , čediče a především rudy, obsahují v některých případech vysoké koncentrace chromu, niklu a kobaltu, což vede k vysoké úrovni přirozeného znečištění těžkými kovy v půdě v jejich blízkosti. Množství materiálových cyklů a akumulace v životním prostředí se od industrializace v 19. století rychle zvyšovaly kvůli rostoucím emisím z různých antropogenních zdrojů. Patří sem těžba těžkých kovů a jejich zpracování, výroba hnojiv, spalování uhlí, odpadkového a čistírenského kalu, provoz motorových vozidel a výroba oceli, cementu a skla. Těžba „rud těžkých kovů“ je často spojena s vysokou úrovní znečištění těžkými kovy v půdě. Na některých místech v oblasti Harz , Siegerland a Aachen se například na půdách znečištěných těžbou rudy vytvořila azonální vegetace konkrétních rostlinných společenstev. Tam rostliny galmei tvoří takzvaný „ těžký kovový trávník “.

Před 4,5 miliardami let - když byl zemský plášť ještě tekutý - se těžké kovy potopily do středu Země a vytvořily zemské jádro . Pokud jde o výskyt těžkých kovů v zemské kůře , geologové předpokládají, že většina z nich pochází z asteroidů . Tento předpoklad podporuje studie s wolframem , která pochází ze skalního vzorku z Grónska . Izotop ¹⁸² W byl v tomto horninovém vzorku nalezen 13krát častěji než ve vzorcích hornin z jiných míst. Matthias Willbold z University of Bristol , první autor studie, říká: „Většina drahých kovů, na nichž je založena naše ekonomika a mnoho důležitých průmyslových procesů, přišla na naši planetu šťastnou náhodou - když se Země skládala z Bylo zasaženo 20 bilionů tun asteroidového materiálu. “

vlastnosti

Biologické vlastnosti a dopad na životní prostředí

Trend emisí těžkých kovů v Německu od roku 1990

Od přírody se těžké kovy a jejich sloučeniny vyskytují pouze ve stopách v biosféře. Některé z nich jsou v malém množství životně důležité pro rostliny, zvířata a lidi; pak jsou označovány jako esenciální těžké kovy nebo stopové prvky . Patří sem chrom , železo , kobalt , měď , mangan , molybden , nikl , vanad , zinek a cín . Mnoho těžkých kovů, včetně těch esenciálních, může být škodlivých nebo toxických pro lidský organismus i při mírné nadměrné koncentraci , přičemž jejich toxický účinek také silně závisí na chemické sloučenině těžkých kovů. Příkladem toho je chrom, který je ve své elementární formě netoxický, nezbytný jako chrom (III) a toxický a karcinogenní jako chrom (VI). Obecně se nebezpečnost sloučenin zvyšuje s jejich rozpustností ve vodě a tucích. Látky jsou obvykle absorbovány potravním řetězcem a dostávají se tak do lidského těla . Rostliny zde hrají hlavní roli, protože mohou absorbovat a akumulovat těžké kovy. U lidí má chronická otrava těžkými kovy často specifický účinek na určité orgány a způsobuje charakteristické klinické obrazy.

Těžké kovy v půdě se mohou mobilizovat do podzemních vod , do rostlin a tím i do potravinového řetězce a způsobit zde fyziologické poškození.

Americký kovářský institut od roku 2006 zveřejnil seznam deseti nejvíce znečištěných míst na světě. Všechny těžké kovy - většinou emitované těžbou nebo tavením - jsou pokaždé zastoupeny různými způsoby.

Vést

Olovo se v lidském organismu hromadí, když je absorbováno potravou a dechem a působí i při malých stopách jako chronický jed . Hromadí se v kostech , zubech a v mozku a ovlivňuje fungování nervového systému . Zvláště děti jsou ohroženy, často vykazují poruchy inteligence , učení a koncentrace . Imunitní obrany je rovněž poškozena tím otravy olovem, což vede ke zvýšené náchylnosti k infekci.

Největším zdrojem otravy olovem býval olovnatý benzín, vyvinutý v USA ve 20. letech 20. století, do kterého bylo přidáno tetraetylolovo, aby se zvýšila odolnost proti klepání . V USA bylo toto palivo od roku 1973 postupně stahováno z oběhu. V Evropě byl bezolovnatý benzín poprvé prodán v Německu v roce 1983. Po postupné výměně a zrušení byl olovnatý benzín v celé EU počátkem roku 2000 zakázán. Celosvětově se však olovnatý benzín v Africe a velkých částech Asie stále používá - s odpovídajícími zdravotními důsledky.

Od roku 1973 nebyly do domu zabudovány žádné olověné trubky jako vodovody v Německu. Celé jižní Německo je prakticky bez olověných trubek, protože tam nikdo nebyl položen více než sto let. Mezní hodnota pro olovo ve vodě z vodovodu byla od 1. prosince 2003 25 µg / l a 1. prosince 2013 byla snížena na 10 µg / l.

kadmium

Kadmium a jeho sloučeniny jsou toxické i v nízkých koncentracích. Při pokusech na zvířatech bylo prokázáno, že je karcinogenní a je mutagenní a teratogenní. Tělo dospělého obsahuje přibližně 30 mg kadmia, aniž by bylo zapotřebí pro stavbu tělních látek. Je to jeden z nepodstatných prvků . Požití rozpustných solí kadmia může způsobit zvracení a poruchy trávicího traktu , poškození jater a křeče . Vdechování par kadmia způsobuje podráždění dýchacích cest a bolesti hlavy. Chronická otrava se projevuje ztrátou čichové schopnosti , žloutnutím zubních krčků, chudokrevností a bolestmi obratlů, v pokročilém stádiu poškozením kostní dřeně a osteoporózou . Kadmium se stále častěji dostává do pověsti, protože se v Japonsku objevila často smrtelná choroba Itai-Itai , která je spojena s vážnými změnami skeletu. Zvláště znepokojující je akumulace kadmia v játrech a zejména v ledvinách . U kuřáků bylo zjištěno asi dvakrát vyšší množství kadmia než u nekuřáků. Průměrná expozice kadmiu kouřením je 2 až 4 µg denně. Lidé denně přijímají 10 až 35 µg kadmia s jídlem. Podle WHO je kritická mezní hodnota 10 µg denně a kilogram tělesné hmotnosti. Biologický poločas rozpadu u lidí je mezi 10 a 35 lety.

měď

Měď je jedním ze základních stopových prvků. Speciální sloučeniny však mohou při požití velkého množství způsobit slabost, zvracení a záněty v zažívacím traktu . Akutní otrava způsobená velmi vysokým množstvím je u lidí vzácná, protože se nevyhnutelně spouští zvracení. Měď má katalytický účinek v mnoha chemických procesech, včetně metabolických.

Měď musí být konzumována v dostatečném množství každý den. Úložná kapacita v těle je omezená. Denní potřeba dospělého člověka se pohybuje kolem 1 až 2 mg. Tento stopový prvek obsahuje mnoho potravin, zejména ořechy, určité druhy ryb a masa a také zelenina. Měď se také může dostat do pitné vody vodovodním potrubím obsahujícím měď, ale pouze pokud je pitná voda v potrubí již delší dobu. To je důležité pouze z hlediska množství pro vodu s nízkou hodnotou pH . V tomto případě se doporučuje vypustit zatuchlou vodu. Sladká voda, která nestagnuje v potrubí, se v podstatě nemění ve svém složení materiály, které byly instalovány v instalaci domu. Normy WHO a EU pro pitnou vodu umožňují maximální obsah mědi 2 mg / l. Tuto hodnotu stanovilo německé nařízení o pitné vodě , které bylo v dodatku k vyhlášce o pitné vodě z roku 2011 specifikováno na 2,0 mg / l.

Obsah mědi 2 mg / l již dává vodě kovovou chuť, 5 mg / l ji činí nepoživatelnou. Podle současných znalostí je průměrný obsah pitné vody 2 mg / l považován za zdravotně nezávadný, to platí pro celoživotní požitek. Velmi nadměrný příjem mědi z vody nebo jídla může vést k cirhóze jater u kojenců a batolat, jejichž metabolismus mědi není ještě plně vyvinut . Jedním z důvodů je to, že specifické celkové množství mědi v těle kojenců je při narození přirozeně relativně vysoké. U dospívajících a dospělých se přebytečná měď vylučuje podobně jako vitamín C.

V roce 2011 zveřejnila Federální agentura pro životní prostředí návrh kovových materiálů vhodných pro hygienu pitné vody, u všech typů součástí je zahrnuta měď. Ve vodě s nízkou hodnotou pH by měděné komponenty měly být pocínovány na vnitřním povrchu-DIN 50930-6 uvádí podrobný popis podmínek rámce na straně vody. Přesný test je nutný pro domácí studny, protože voda z domácí studny se často neupravuje. Kromě této výjimky je pitná voda mnohem lepší, než se o ní traduje, a pro děti je bezpečné pít velké množství vody.

Ačkoli je měď jedním ze základních stopových prvků pro člověka, má na mnoho mikroorganismů inhibici růstu nebo dokonce aktivní antimikrobiální účinek. Tato vlastnost se používá specificky pro kontaktní povrchy v lékařské oblasti jako doplňkové opatření v boji proti mikroorganismům odolným vůči antibiotikům.

plutonium

Smrtelná dávka pro člověka se pravděpodobně bude pohybovat v desítkách miligramů. Mnohem nebezpečnější než chemický účinek je však jeho radioaktivita , která může způsobit rakovinu . Množství v řádu několika mikrogramů je pravděpodobně dostatečné pro vznik rakoviny. Z tohoto odhadu bylo odvozeno rozšířené nedorozumění ohledně konkrétního nebezpečí, které představuje plutonium . Vzhledem k tomu, že vyzařované alfa záření je již chráněno vnějšími vrstvami rohovky, je plutonium zdraví škodlivé pouze tehdy, když je začleněno (např. Vdechnutí prachu obsahujícího plutonium).

rtuť

Kovová rtuť může být absorbována do těla jako pára rtuti plícemi . Dráždí dýchací a trávicí trakt , může způsobit zvracení s bolestmi břicha a také poškodit ledviny a centrální nervový systém .

Thallium

Thallium a sloučeniny obsahující thalium jsou vysoce toxické a musí se s nimi zacházet velmi opatrně.

použití

Těžké kovy se používají v mnoha oblastech, ale většinou pro povrchovou úpravu kovů . To dává vybraným materiálům speciální vlastnosti . Následující oblasti použití jsou dnes zakázány kvůli jejich účinkům ohrožujícím zdraví:

• Olovo v potrubí z PVC a pitné vody
• Podle směrnice RoHS již není povoleno olovo v pájce (až na několik výjimek viz níže)
• Kadmium v kosmetice , ochraně rostlin a PVC a dříve také v akumulátorech
• Rtuť v ochranných prostředcích na dřevo, impregnačních prostředcích, barvivech proti znečištění a pro úpravu vody

Těžké kovy se stále používají:

• Olovo v pájce ve zdravotnických zařízeních, v monitorovacích a řídicích přístrojích, v leteckém a vojenském sektoru a také při opravách
• Chrom a nikl pro ocel , nikl také v akumulátorech
• Olovo pro akumulátory (= dobíjecí baterie ), opláštění kabelů, pigmenty , slitiny a pro ochranu před zářením
• Malé množství rtuti v zářivkách a energeticky úsporných lampách , v teploměrech, v přístrojové technice a v amalgámových zubních výplních
• Kadmium pro akumulátory (nikl-kadmium a stříbro-kadmium), jako ochrana proti korozi pro železo a podobné kovy ( kadmiové povlaky vyrobené elektrolytickým nanášením nebo fyzikálním napařováním chrání proti korozi i v tloušťce 0,008 mm ), kadmiové pigmenty a kadmiové mýdlo jako stabilizátory pro PVC, kadmium (také jako slitiny) pro stínění proti tepelným neutronům a pro kontrolní tyče v reaktorech (kadmium-113 má obzvláště velký průřez pro zachycení neutronů ).

Použití v medicíně:

• Lanthan se používá jako uhličitan lanthanitý ( pojivo fosfátu ) k léčbě hyperfosfatemie u pacientů se selháním ledvin .
• Gadolinium se používá v komplexně vázané formě jako kontrastní látka při zobrazování magnetickou rezonancí , jako je dimeglumin gadopentetátu . U pacientů s renální insuficiencí existuje riziko nefrogenní systémové fibrózy (NSF).
• Těžké kovy, jako je rtuť, mívaly široké spektrum indikací, například při léčbě syfilisu .

Aplikace v zemědělství:

• Zinek a měď se používají jako přísady do krmiv , ale mohou se hromadit v intenzivně využívaných půdách.

literatura

• Jerome Nriagu : Historie globálního znečištění kovů . In: Věda . páska 272 , č. 5259 , 1996, str. 223-223 , doi : 10,1126 / věda.272,5259.223 . 

webové odkazy

Wikislovník: Heavy metal  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Individuální důkazy

1. ^ ME Hodson: Těžké kovy - geochemičtí bogey muži? In: Environmental Pollution , 129/2004, s. 341–343, doi: 10.1016 / j.envpol.2003.11.003 .
2. ^ JH Duffus: Definice těžkých kovů: Průzkum současného využití . Duben 2001.
3. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N.Wiberg : Učebnice anorganické chemie . 102. vydání. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1141.
4. ↑ lehké kovy . Encyklopedie chemie, vědecké online encyklopedie; Citováno 16. dubna 2009.
5. ↑ K. Maile, E. Roos: Věda o materiálech pro inženýry: Základy, aplikace, testování. Birkhäuser, 2005, ISBN 978-3-540-22034-3 , s. 10.
6. ↑ Jen málo starších zdrojů uvádí mezní hodnotu <4,5 g / cm³
   J. Elpers, H. Meyer, N. Meyer, H. Marquard, W. Nabbefeld, W. Skornitzke, W. Willner, F. Ruwe: Mechatronik. Základní úroveň. 4. vydání. Bildungsverlag Eins, 2001, ISBN 978-3-8242-2080-9 , s. 52
   K. Hengesbach: Fachwissen Metall Grundstufe a Fachstufe 1. 4. vydání. Bildungsverlag Eins, 1994, ISBN 978-3-8237-0330-3 , s. 248.
7. ↑ R. Zahoransky (Ed.): Energetická technologie . 7. vydání, Springer 2015, ISBN 978-3-658-07453-1 , strana 109.
8. ↑ Odborná kniha o kovu . 56. vydání. Europa-Lehrmittel, s. 268: Tabulka 1: Klasifikace barevných kovů.
9. ^ ^{A b} A. F. Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Učebnice anorganické chemie . 101. vydání. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 , s. 1065.
10. ^ John H. Duffus: 'Těžké kovy' - bezvýznamný termín? In: International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Pure and Applied Chemistry , 74/2002, pp. 793-807, doi: 10.1351 / pac200274050793 .
11. ↑ Jyoti Gyanchandani, SKSikka: Structural Properties of Group IV B Element Rutherfordium by First Principles Theory , 2011, arxiv : 1106.3146 .
12. ↑ ^{a b c} Andreas Heintz, Guido A. Reinhardt: Chemie a životní prostředí: Studijní kniha pro chemiky, fyziky, biology a geology . Springer DE, 2000, ISBN 3-642-61205-9 , s. 233 ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google). 
13. ↑ ^{a b} Jörg Lewandowski, Stephan Leitschuh, Volker Koss: Polutanty v půdě: úvod do analýzy a hodnocení: s… Springer DE, 1997, ISBN 3-540-62643-3 , s. 99 ff . ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google). 
14. ↑ Heinz Brauer : Příručka ochrany životního prostředí a technologie ochrany životního prostředí: Svazek 1: Emise a jejich účinky . Springer DE, 1996, ISBN 3-642-59197-3 , s. 475 ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google). 
15. ↑ Meteority nechávají na Zemi pršet drahé kovy . Spiegel online , 8. září 2011.
16. ^ Wolframové izotopové složení zemského pláště před koncovým bombardováním . In: Nature , 8. září 2011, doi: 10,1038 / nature10399 .
17. ↑ Toxické kovy . GeoLexikon.
18. ↑ Georg Schwedt: Kapesní atlas environmentální chemie . John Wiley & Sons, 1996, ISBN 3-527-30872-5 , s. 206 ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google). 
19. ↑ Robert Guderian: Příručka změn životního prostředí a ekotoxikologie: Svazek 2B: Terrestrische… Springer DE, 2001, ISBN 3-642-56413-5 , s. 103 ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google). 
20. ↑ Prvních deset toxických hrozeb . 2013, Kovářský institut (PDF; 4,8 MB).
21. ^ SZ: Bezolovnatý benzín
22. ↑ ^{a b c} pomoc info služby výživa, zemědělství, ochrana spotřebitele e. V. s financováním od federálního ministerstva pro výživu, zemědělství a ochranu spotřebitele .
23. ↑ 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: Měď a lidské zdraví: biochemie, genetika a strategie pro modelování vztahů mezi dávkou a reakcí. In: Journal of Toxicology and Environmental Health - Part B - Critical Reviews . Svazek 10, číslo 3, 2007 duben-květen, s. 157-222, doi: 10,1080 / 10937400600755911 , PMID 17454552 (recenze).
24. ↑ Měď a lidské tělo. ( Vzpomínka na originál z 23. května 2012 v internetovém archivu ) Info: Odkaz na archiv byl vložen automaticky a dosud nebyl zkontrolován. Zkontrolujte původní a archivační odkaz podle pokynů a poté toto oznámení odeberte. Eurocopper. @1@ 2Šablona: Webachiv / IABot / www.eurocopper.org
25. ↑ Kvalita pitné vody pro koncové spotřebitele (těžké kovy) ( Memento z 18. července 2013 v internetovém archivu ). Federální agentura pro životní prostředí, údaje o životním prostředí.
26. ↑ Seznam kovových materiálů vhodných pro hygienu pitné vody (průvan) Kovové materiály vhodné pro hygienu pitné vody ( Memento ze dne 3. září 2013 v internetovém archivu ). Federální agentura pro životní prostředí (PDF; 103 kB).
27. ↑ Hygiena zdraví. ( Vzpomínka na originál z 23. května 2012 v internetovém archivu ) Info: Odkaz na archiv byl vložen automaticky a dosud nebyl zkontrolován. Zkontrolujte původní a archivační odkaz podle pokynů a poté toto oznámení odeberte. Eurocopper. @1@ 2Šablona: Webachiv / IABot / www.eurocopper.org
28. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N.Wiberg : Učebnice anorganické chemie . 101. vydání. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 , s. 1093.
29. ↑ M. Fukagawa, C. Harman: Je uhličitan lanthanitý bezpečnější a účinnější než uhličitan vápenatý pro hyperfosfatemii u dialyzovaných pacientů? In: Nature Clinical Practice Nephrology . páska 1 , č. 1 , 2005, s. 20-21 , doi : 10,1038 / ncpneph0020 . 
30. ↑ KJ Murphy, JA Brunberg, RH Cohan: Nežádoucí reakce na gadoliniová kontrastní média: přehled 36 případů . In: American Journal of Roentgenology . páska 167 , č. 4 , 1996, s. 847-849 , doi : 10.2214 / ajr.167.4.8819369 . 
31. ↑ HS Thomsen, SK Morcos, P. Dawson: Existuje příčinná souvislost mezi podáváním kontrastních látek na bázi gadolinia a rozvojem nefrogenní systémové fibrózy (NSF)? In: Klinická radiologie . páska 61 , č. 11 , 2006, s. 905-906 , doi : 10,1016 / j.crad.2006.09.003 . 
32. ^ Robert C. Thompson, Dudley C. Smith: Hodnocení léčby rané syfilis arsphenaminem a těžkými kovy. In: Am. J. Syph. Gon. Ven. Dis. Svazek 34, 1950, s. 410-419.
33. ↑ National Soil Observation (NABO) 1985–2009. (PDF; 2,3 MB) Stav a změny anorganických polutantů a parametrů půdy. Agroscope , 2015, přístup 29. prosince 2020 .