Медь как тяжелый металл

Тяжелые металлы

Что такое тяжелые металлы

Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой полютантов, получивших общее название «тяжелые металлы». К ним относится более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева.

Тяжелыми металлами являются хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут. Употребляемый иногда термин «токсические элементы» здесь неудачен, так как любые элементы и их соединения могут стать токсичными для живых организмов при определенной концентрации и условиях окружающей среды.

Главным природным источником тяжелых металлов являются породы (магматические и осадочные) и породообразующие минералы. Многие минералы в виде высокодисперсных частиц включаются в качестве акцессорных (микропримесей) в массу горных пород. Примером таких минералов являются минералы титана (брусит, ильменит, анатаз), хрома (FeCr2O4). Многие элементы поступают в атмосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями.

Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями. Важнейшим из них является выброс при высокотемпературных процессах в черной и цветной металлургии, при обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива. Кроме того, источником загрязнения биоценозов могут служить орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы в качестве удобрения. Вторичное загрязнение происходит также вследствие выноса тяжелых металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или воздушными потоками, поступления больших количеств тяжелых металлов при постоянном внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов, содержащих тяжелые металлы.

Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмосферу в виде аэрозолей, переносится на значительное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объемам водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорируются на минеральных и органических осадках. В результате содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно растет, и когда абсорбционная способность осадков исчерпывается и тяжелые металлы поступают в воду, возникает особо напряженная ситуация. Этому способствует повышение кислотности воды, сильное зарастание водоемов, интенсификация выделения СО2 в результате деятельности микроорганизмов. Значительное загрязнение тяжелыми металлами, особенно свинцом, а также цинком и кадмием обнаружено вблизи автострад. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более.

Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно варьируется у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка — от 70 до 510 лет; кадмия от 13 до 11О лет, меди -от 310 до 1500 лет, свинца — от 770 до 5900 лет.

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для полощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в растворимые формы. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционных характеристик. Растения могут поглотать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи «почва — растение — животное — человек».

Различные растения сосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев — избирательно. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт — перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.

Читайте также:  Что если серебро очистить белизной

Особый интерес представляет изучение животных, являющихся чувствительным индикатором начальных стадий загрязнения тяжелыми металлами. Они аккумулируют элементы в доступных биологически активных формах и отражают фактический уровень загрязнения экосистем. Почвенные животные, особенно сапрофитные группы, благодаря тесной связи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут быть хорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такими индикаторами могут быть европейский крот, бурый медведь, лось, рыжая полевка. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих, можно прогнозировать их влияние на организм человека.

Источник

Тяжелые металлы

Среди химических веществ, загрязняющих окружающую среду (воздух, воду, почву) тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу веществ, оказывающих существенное неблагоприятное воздействие на человека. Высокая токсичность и опасность тяжелых металлов для здоровья человека, возможность их рассеяния в окружающей среде диктует необходимость контроля и разработки мер защиты от них.

Источники загрязнения биосферы тяжелыми металлами :

-предприятия черной и цветной металлургии (аэрозольные выбросы, загрязняющие атмосферу, промышленные стоки, загрязняющие поверхностные воды);

— машиностроения (гальванические ванны меднения, никелирования, хромирования, кадмирования);

-заводы по переработке аккумуляторных батарей, -автомобильный транспорт.

Опасность тяжелых металлов обусловлена их устойчивостью в окружающей среде, растворимостью в воде, сорбцией (поглощением) почвой, растениями, что в совокупности приводит к накоплению тяжелых металлов в среде обитания человека.

Согласно прогнозам, тяжелые металлы могут стать более опасными загрязнителями, чем отходы АЭС.

К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомными массами более 50 а.е.м. Число наиболее опасных тяжелых металлов, если учитывать их токсичность, стойкость, способность накапливаться в окружающей среде, а так же масштабы распространения значительно меньше указанного

( Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.)

В организм человека они попадают с продуктами питания и водой, а также через органы дыхания. В организме человека тяжелые металлы образуют сложные соединения, которые вызывают поражение живой ткани, что приводит к нарушениям работы отдельных систем или организма в целом.

О вредности тяжелых металлов можно судить по ПДК, значения которых для наиболее опасных элементов приведено в таблице

Наименование Условное обозначение Среднесуточная ПДК, мг/м 3 № группы опасности
Свинец Pb 0,0003
Ртуть Hg 0,0003
Никель Ni 0,0002
Селен Se 0,00005
Мышьяк As 0,0003
Кадмий Cd 0,001
Медь Cu 0,002
Марганец Mn 0,001
Цинк Zn 0,05
Олово Sn 0,05

В то же время некоторые тяжелые металлы крайне необходимы организму.

Железо входит в состав гемоглобина крови и многих окислительных ферментов. Его недостаток в организме может вызвать такое заболевание, как анемия (малокровие). Суточная норма поступления железа в организм – 15 мг. Из продуктов много железа содержится в печени (особенно в свиной), зелени петрушки, яичном желтке, фруктах и овощах.

Медь входит в состав окислительных ферментов. Функции меди тесно связаны с функциями железа. Медь необходима, она влияет на процесс роста. Суточное поступление меди в организм – 2-5 мг. Наиболее богаты медью говяжья печень, печень палтуса и трески.

Кроме того, организм постоянно нуждается в ничтожно малых следовых количествах кобальта, стронция, марганца, цинка, цезия и других металлов. Но роль их в обмене веществ очень велика.

В качестве примера рассмотрим наиболее распространенные из тяжелых металлов, такие как свинец и ртуть.

Свинец Pb

 Плотность — 11,3415 г/см³ (при 20 °C)

 Температура плавления — 327,4 °C

 Температура кипения — 1740 °C

Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д

В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках.

Отравление свинцом называется “сатурнизм”. Свинец и его соединения являются политропными ядами (т.е. действуют на разные органы и системы организма) и вызывают в основном изменения в нервной и сердечно-сосудистой системах, а также нарушения ферментативных реакций, витаминного обмена, снижают иммунобиологическую активность человека.

Читайте также:  Как разобрать катушки с медью

Высокая степень риска свинцового отравления отмечается у детей младшего возраста. Это объясняется тем, что детский организм сорбирует до 40 % поглощенного с пищей свинца, в то время как организм взрослого человека — всего от 5 до 10 %. Все соединения свинца очень ядовиты, особенно его органические производные. Соединения свинца откладываются в костях, а также в мышцах и печени. Действие свинца связано с глубоким нарушением обменных процессов, в первую очередь белкового обмена, минерального (кальция и фосфора) обмена и витаминного обмена. Наиболее частыми формами отравления свинцом являются малокровие, свинцовые колики, плеврит, гепатит. Уже при небольших дозах наступают нарушение кроветворных функций костного мозга и разрушение эритроцитов, что ведет к малокровию.

Ртуть – жидкий металл серебристо-белого цвета. Плотность – 13,52 г/см 3 , ТПЛ=-39°C, ТИСП=22-23°C, ТК=357°C. Он находит широкое применение при изготовлении термометров, светильников, ламп дневного света, измерительных приборов (манометров, барометров), в приготовлении препаратов для защиты дерева от гниения.

В организм человека ртуть попадает через органы дыхания, кожу, желудочно-кишечный тракт. Признаки отравления проявляются через 8-24 часа и выражаются в общей слабости, усилении головной боли, повышении температуры. Через некоторое время появляются боли в животе, наблюдается расстройство желудка, боли в деснах.

Пары ртути проникают в пористые материалы и там оседают, ртуть переходит в жидкое состояние. При повышении температуры ртуть вновь испаряется и этот процесс может повторяться многократно. При этом ПДК может превышаться в десятки тысяч раз.

Например, если в комнате площадью S=12 м 2 (объем комнаты составит V = 30 м 3 ) разбить градусник, в котором содержится 0,6 г ртути, и не удалить ртуть, то при температуры выше 23° С произойдет ее испарение и концентрация ртути превысит ПДК в

тыс. раз.

Средства защиты от ртути:

для органов дыхания:

— при незначительных концентрациях, необходимо пользоваться промышленным противогазом, оснащенным противогазовой коробкой черного цвета, имеющей маркировку буквы «Г» или респиратором РПГ-60Г;

— при повышенной концентрации, более 1мг/м 3 , необходимо пользоваться только изолирующим противогазом;

для кожи: специальная одежда.

Первая помощь при отравлении ртутью:

— при попадании ртути в желудочно-кишечный тракт необходимо промыть желудок водой с добавлением 20 – 30 г. активированного угля или водой с яичным белком, после чего дать молоко, а затем слабительное;

— при отравлении через органы дыхания больному необходим покой и немедленная медицинская помощь.

Основные методы удаления пролитой ртути (демеркуризация):

— механический: используя пластинку станиоля (бумагу) ртуть тщательно собрать и удалить в безопасное место;

— химический: приготовить раствор из 10 л воды, 20 мг марганцовокислого калия, 50 мг соляной кислоты и обильно смочить место разлива ртути; после высыхания это место промыть мыльной водой; вместо марганцовокислого калия для удаления ртути может быть использовано хлорное железо.

Тяжелые металлы в организм человека очень часто попадают с продуктами питания при использовании эмалированной посуды. Если эмаль имеет матовый цвет или сколы, то в пищу могут попадать кадмий, сурьма, цинк, кобальт, хром, свинец, медь, мышьяк и др. Такая посуда практическому использованию не подлежит.

Источник

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).

Читайте также:  Велосипед карбон или алюминий что лучше

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.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни