Тяжелые металлы что это
Тяжёлые металлы
Тяжёлые мета́ллы — группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определениям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с ванадия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см3), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например, более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые исключают нецветные металлы (железо, марганец).
Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения [1] и, таким, образом, при включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности. [2]
Содержание
Биологическая роль
Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как ванадий или кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов. [3]
Загрязнение тяжелыми металлами
Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк, мышьяк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них — также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжелых металлов в природных водах. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, но при учете токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют значительно меньшее число элементов.
Загрязнение океана
Помимо сточных вод, большие массы соединений тяжелых металлов поступают в океан через атмосферу и с захоронением разнообразных отходов в Мировом океане. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.
Ртуть
Ртуть переносится в океан с материковым стоком (прежде всего — из стока промышленных вод) и через атмосферу. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути. До трети от этого количества образуется при выветривании пород, содержащих ртуть (киноварь). Ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. тонн) попадает в океан. Некоторые бактерии переводят токсичные хлориды ртути в еще более токсичную метилртуть. [4] Соединения ртути накапливается многими морскими и пресноводными организмами в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде.
Употребление в пищу рыбы и морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению населения. Так, к 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата, причиной которой послужило поступление в залив Минамата со сточными водами отходов предприятий, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Соединения ртути высокотоксичны для человека.
Свинец
Свинец — рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Помимо того, свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе с выхлопными газами поступает используемый в топливе тетраэтилсвинец. Через атмосферу океан получает 20-30 тысяч тонн свинца в год с континентальной пылью. [4]
В организм человека свинец попадает как с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения может приводить к накоплению в костях, печени и почках.
Кадмий
Кадмий является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в норме присутствует в организме человека в микроскопических количествах. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.
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:
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:
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:
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:
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:
Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.
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:
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:
Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.
В зоне риска следующие категории:
Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.
Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.
В каких продуктах есть тяжелые металлы, и чем они вредны?
Аллергия, снижение иммунитета, плохой сон… Все эти признаки могут указывать на то, что в организме переизбыток тяжелых металлов. В каких продуктах они встречаются чаще всего и как себя обезопасить?
К тяжелым металлам относятся: свинец, кадмий, ртуть, никель, олово и другие. Почти все тяжелые металлы токсичны.
Как они попадают в организм человека?
Тяжелые металлы попадают в организм человека через загрязненный воздух, воду, почву и потребительские товары. Основной источник — это продукты питания, поэтому санитарными нормами жестко нормируется содержание в них и в продовольственном сырье тяжелых металлов.
Свинец
По словам экспертов Автономной некоммерческой организации «Центр биотической медицины», россияне чаще всего сталкиваются со свинцом, который имеет свойство накапливаться в организме. В основном это связано с выбросами от автомобилей, работающих на низкокачественном бензине. Также свинец поступает в организм из промышленных и бытовых отходов.
Мышьяк
Среди типичных причин бытовой интоксикации мышьяком следует упомянуть табакокурение и злоупотребление вином. В некоторых регионах России имеются местности с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде, что вызывает у части населения хроническое отравление этим элементом. Также мышьяк может поступать в организм в повышенных количествах с атмосферным воздухом, его концентрация превышена вблизи котельных и ТЭЦ, работающих на угле.
Кадмий
Кадмий попадает в организм при дыхании, чаще всего, из табачного дыма. Также для многих промышленных районов России характерно индустриальное загрязнение кадмием, связанное с металлургическим производством, хранением и переработкой бытовых и промышленных отходов.
Ртуть
Ртуть в организм человека попадает в основном вместе с морепродуктами, а также через зубные пломбы. Например, амальгамы на 50% состоят из ртути. Что же касается термометров, которые все так боятся, то спешим вас успокоить: металлическая ртуть в них, сама по себе, редко бывает опасной. Лишь ее испарение и вдыхание паров ртути могут привести к развитию фиброза легких.
Никель
Никель проникает в организм как с пищей, так и через кожу и слизистые оболочки. Например, через никелированную посуду и столовые приборы. Также в зоне риска люди, у которых есть зубные коронки. Отдельная группа — это профессиональный контакт в машиностроении, металлургии, угледобыче и других отраслях промышленности.
Олово
Олово имеет умеренный токсичный эффект и в целом не относится к особо токсичным металлам. Может наблюдаться повышенное содержание в волосах из-за контакта на производстве или в быту.
Тяжелые металлы в воде и продуктах питания
Рыба и морепродукты. В рыбе и морепродуктах может быть найден кадмий, в особенности, если это морепродукты (мидии и устрицы), а также мышьяк. Так, в трех из шести образцах были выявлены превышения предельно допустимой концентрации мышьяка от 1,1 до 2,5 раз. Речь идет про треску, морской окунь и креветки.
Мышьяк и лед: экспертиза трески
Овощи и фрукты. Чаще превышение кадмия встречается в таких категориях, как «овощи и бахчевые» и «картофель» — 10% и 19% соответственно. Также высокая концентрация кадмия встречается в следующих продуктах: фасоль, кинза, укроп, петрушка, сельдерей. Во фруктах концентрации мышьяка, кадмия и свинца довольно низкие. Эксперты отмечают, что превышения свинца и кадмия были зафиксированы в яблоках, а мышьяка — в бананах.
Кадмий может повстречаться даже там, где его совсем не ждешь! Например, в приправе «Хмели-сунели».
Питьевая вода. Как утверждают эксперты, вода из-под крана в Москве не содержит свинца, кадмия, мышьяка и никеля. Однако, в некоторых регионах России имеются местности с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде, что приводит к отравлению.
Ранее Росконтроль публиковал результаты экспертизы детской воды. Ни в одном из образцов содержание свинца, кадмия или мышьяка не превышало допустимых значений. А вот ртуть нашлась в трех из пяти участников теста.
Признаки отравления тяжелыми металлами
При избыточном накоплении ртути отмечается нарушение настроение, сна, также астенический и астено-невротический синдромы, в единичных случаях – тремор кистей рук. Избыток кадмия может привести к анемии, поражению печени, кардиопатии, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии.
Симптомы острого отравления мышьяком включают тошноту, рвоту, понос, жжение в полости рта и горла, тяжелые боли в животе. Хроническое воздействие небольших токсичных доз могут привести к слабости, упадку сил, мышечной боли, а также некоторым расстройствам желудочно-кишечного тракта.
С избытком олова может быть связано снижение аппетита, металлический привкус во рту, боли в животе, поносы, тошнота. Что же касается свинца, при токсикозе поражаются органы сердечно‑сосудистой системы и кроветворения, нервная система и почки.
С чем сталкиваются москвичи?
По словам специалистов, наибольшую опасность для населения Москвы представляет избыточное накопление в организме кадмия. Эта проблема актуальна для каждого четвертого взрослого и каждого второго ребенка в городе.
В меньшей степени москвичи страдают от избытка свинца, эта проблема затрагивает 15,2% взрослых и 4,1% детей. К сожалению, дети, в отличие от взрослых, куда чаще подвержены избыточному содержанию никеля в организме — 15,5 и 1,3% соответственно.
Сочетание избыточного накопления кадмия и никеля, особенно у детей, может быть одной из причин массовой аллергизации населения и снижения иммунитета.
Как принимать витамины, чтобы не навредить себе?
Как себя обезопасить?
Получить острую интоксикацию при употреблении пищевых продуктов в целом нельзя, за исключением случаев злоупотребления или употребление продуктов с явным нарушением технологических процессов производства. В быту в большей степени есть риск острой интоксикации при нарушении мер предосторожности.
Для снижения данного риска и своевременного обнаружения процессов накопления тяжелых металлов в организме, рекомендуется сдавать анализы на определение содержания химических элементов в организме. При обнаружении дисбаланса, врачом будет назначена корректирующая терапия.
Анатолий Скальный, доктор медицинских наук, профессор АНО «Центр биотической медицины»:
«Тяжелые металлы обладают способностью накапливаться в организме, поэтому чаще всего мы имеем дело с хронической интоксикацией. Однажды пришлось изучать ситуацию с повышенной онкологической заболеваемостью в Челябинской области. Исследование объектов окружающей среды и жителей этого небольшого рабочего городка, в котором расположены предприятия по добыче и переработке золота, а также завод по получению сплавов мышьяка с различными металлами, показало более чем 10-кратное превышение содержания мышьяка в продуктах питания, почве, а также волосах и моче детей и взрослых. Было показано, что повышенная заболеваемость раком легких и печени в этом городе связана с вытеснением из организма селена мышьяком, а также нарушением баланса между мышьяком и тяжелыми металлами, с одной стороны, и жизненно важными элементами, такими как селен, цинк, медь и железо — с другой».
Тяжелые металлы что это
Cписок тяжелых металлов обычно включает мышьяк, свинец, кадмий, ртуть, хром, медь, цинк, никель, селен, серебро, сурьму, марганец и некоторые другие.
Ртуть накапливается в рыбе (в старой больше, чем в молодой), в хищной также больше (меч-рыба, тунец, акула), в почках животных (опасно употребление в сыром виде), орехах, какао-бобах, шоколаде.
Больше всего свинца накапливается в хищной рыбе (тунец, акула), морепродуктах, особенно в двустворчатых моллюсках. Свинец также накапливается в консервированных продуктах в сборной жестяной таре.
Кадмий – в грибах, во многих растениях, особенно стручковых, какао-порошке, рыбе, почках животных, овощах, фруктах.
Мышьякнакапливается в белом и коричневом рисе, яблочном соке, курином мясе, белковых коктейлях, белковом порошке.
Причины накопления тяжелых металлов в пище
Почему тяжелые металлы опасны?
Тяжелые металлы, при длительном поступлении с пищей могут накапливаться в организме, вызывая отдаленные последствия. Небольшие количества металлов могут выводиться с мочой, потом, калом, но также они имеют способность задерживаться в различных тканях, в костях и крови, способствовать развитиюракажелудочно-кишечного тракта, снижению иммунитета, задержке умственного развитияу детей, обладают тератогенным действием.
Мышьяк и свинец при накоплении в организме способны оказывать мутагенное и канцерогенное действия.
Ртуть, накапливаясь в организме детей, вызывает изменения в развитии мозга, у взрослых, а более высоких дозах вызывает неврологические изменения.
Отравление свинцом
При отравлении свинцом возможно развитие анемии, поражение нервной системы и почек, замедление интеллектуального развития детей, заболеваний сердечно-сосудистой системы среди взрослых. Накапливается в костях, являясь постоянным источником отравления.
При хроническом отравлении отмечается общая слабость, головные боли, неприятный привкус во рту, запоры, боли в животе.
При отравлении мышьяком возникает тошнота, позывы к рвоте, расстройства ЖКТ. Далее присоединяются неврологические симптомы: речевые расстройства, нарушения обоняния, вкуса, парезы. Длительная интоксикация мышьяком опасна риском развития рака кожи.
Кадмийвлияет на артериальное давление, способствует образованию камней в почках.
Профилактика отравлений тяжелыми металлами
Профилактика отравления тяжелыми металлами в быту заключается в
Тяжелые металлы что это
Главная • Биология • Химия • Резюме • Цены • Контакты 
| Химия | ||
| Программа | Конспекты | Контрольные работы |
Репетитор по Химии
Конспекты
С уважением,
доктор биологических наук,
ведущий научный сотрудник НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О.Отта
репетитор по химии и биологии
Соколов Дмитрий Игоревич
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.
Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
3. токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.
Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм.
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.
Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.
Биогеохимические свойства тяжелых металлов