Ağır metaller - Heavy metals

Kristalleri osmiyum , bir ağır metal neredeyse iki kat daha Yoğun olarak kurşun

Ağır metaller genellikle nispeten yüksek yoğunluklara , atom ağırlıklarına veya atom numaralarına sahip metaller olarak tanımlanır . Kullanılan kriterler ve metaloidlerin dahil edilip edilmediği yazara ve bağlama göre değişir. Örneğin metalurjide bir ağır metal yoğunluk temelinde tanımlanabilirken, fizikte ayırt edici kriter atom numarası olabilirken bir kimyager muhtemelen kimyasal davranışla daha fazla ilgilenecektir . Daha spesifik tanımlar yayınlandı, ancak bunların hiçbiri geniş çapta kabul görmedi. Bu makalede incelenen tanımlar bilinen 118 kimyasal elementten 96'sını kapsar ; sadece cıva , kurşun ve bizmut hepsini karşılar. Bu anlaşma eksikliğine rağmen, (çoğul veya tekil) terimi bilimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Fazla 5 olan bir yoğunluğu g / cm 3 bazen yaygın olarak kullanılan bir kriter olarak alıntı ve bu maddenin vücuttaki kullanılır.

Bilinen en eski metaller ( demir , bakır ve kalay gibi yaygın metaller ve gümüş , altın ve platin gibi değerli metaller) ağır metallerdir. 1809'dan itibaren magnezyum , alüminyum ve titanyum gibi hafif metallerin yanı sıra galyum , talyum ve hafniyum gibi daha az bilinen ağır metaller keşfedildi .

Bazı ağır metaller ya temel besinlerdir (tipik olarak demir, kobalt ve çinko ) ya da nispeten zararsızdır ( rutenyum , gümüş ve indiyum gibi ), ancak daha büyük miktarlarda veya belirli şekillerde toksik olabilirler. Kadmiyum , cıva ve kurşun gibi diğer ağır metaller oldukça zehirlidir. Potansiyel ağır metal zehirlenmesi kaynakları arasında madencilik , atıklar , endüstriyel atıklar , tarımsal atıklar , mesleki maruziyet , boyalar ve işlenmiş kereste yer almaktadır .

Ağır metallerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonları, ilgili metaller her zaman tutarlı bir şekilde tanımlanmadığından dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır. Nispeten yoğun olmanın yanı sıra, ağır metaller daha hafif metallerden daha az reaktif olma eğilimindedir ve çok daha az çözünür sülfür ve hidroksite sahiptir . Tungsten gibi ağır bir metali sodyum gibi daha hafif bir metalden ayırt etmek nispeten kolay olmakla birlikte, çinko, cıva ve kurşun gibi birkaç ağır metal, daha hafif metallerin ve örneğin berilyum , skandiyum ve titanyum, daha ağır metallerin bazı özelliklerine sahiptir.

Ağır metaller yerkabuğunda nispeten azdır, ancak modern yaşamın birçok alanında mevcuttur. Örneğin golf kulüplerinde , arabalarda , antiseptiklerde , kendi kendini temizleyen fırınlarda , plastiklerde , güneş panellerinde , cep telefonlarında ve parçacık hızlandırıcılarda kullanılırlar .

Tanımlar

Periyodik tablodaki ağır metallerin ısı haritası
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H o
2  Li olmak B C n Ö F Ne
3  Na Mg Al Si P S Cl Ar
4  K CA sc Ti V cr Mn Fe ortak Ni Cu çinko ga Ge Olarak Gör Br Kr
5  Rb Bay Y Zr not ay Tc Ru Rh PD Ag CD İçinde Sn Sb Te ben Xe
6  C'ler Ba 1 yıldız lu hf Ta W Tekrar İşletim sistemi ir nokta Au Hg TL Pb Bi po NS Rn
7  Cum Ra 1 yıldız lr Rf db Çavuş bh hs dağ Ds Rg Müşteri Nh fl Mc Sv. Ts og
 
1 yıldız La CE Halkla İlişkiler Nd Öğleden sonra Sm AB gd yemek dy Ho Er Tm yb
1 yıldız AC NS baba sen np Pu NS Santimetre bk bkz. Es FM md Numara
 
Karşılanan ölçüt
sayısı : Öğe sayısı:
  
10
3
  
9
5
  
8
14
  
6–7
56
  
4-5
14
  
1-3
4
  
0
3
  
ametaller
19
Bu tablo, bu bölümde listelenen on kriterden, yani ikisi yoğunluğa göre , üçü atom ağırlığına , ikisi atom numarasına ve üçü kimyasal davranışa göre olmak üzere, her metal tarafından karşılanan ağır metal kriterlerinin sayısını gösterir . Cıva , kurşun ve bizmut olası istisnası dışında, kavramı çevreleyen anlaşma eksikliğini göstermektedir .

Dönemlerin sonuna yakın (sıralar) 4 ila 7 bazen metaloidler olarak kabul edilen altı element burada metal olarak kabul edilir: bunlar germanyum (Ge), arsenik (As), selenyum (Se), antimon (Sb), tellür (Te) ve astatin (At). Oganesson (Og) ametal olarak kabul edilir.

Kesikli çizgi ile kapatılmış metaller g / cm den fazla 5 yoğunlukları (At ve Fm-Ts için, sahip olduğu tahmin edilir, ya da) sahip 3 .

Ağır metalin yaygın olarak kabul edilen, kritere dayalı bir tanımı yoktur. Bağlama bağlı olarak terime farklı anlamlar yüklenebilir. Örneğin metalurjide bir ağır metal yoğunluk temelinde tanımlanabilirken, fizikte ayırt edici kriter atom numarası olabilir ve bir kimyager veya biyolog muhtemelen kimyasal davranışla daha fazla ilgilenecektir.

Yoğunluk kriterleri 3.5 g / cm 'yukarıda arasında değişir 3 7 üstünde gr / cm 3 . Atom ağırlığı tanımları sodyumdan büyük (atom ağırlığı 22.98); 40'tan büyük ( s- ve f-blok metaller hariç , dolayısıyla skandiyum ile başlayan ); veya 200'den fazla, yani cıvadan itibaren. Ağır metallerin atom numaraları genellikle 20'den ( kalsiyum ) büyük olarak verilir ; bazen bu 92 ( uranyum ) ile sınırlandırılır . Atom numarasına dayalı tanımlar, düşük yoğunluklu metalleri içerdiği için eleştirilmiştir. Örneğin, rubidyum içinde grubu (kolon) 1 arasında periyodik tablonun 37 bir atom numarasına, ancak sadece 1.532 g / cc bir yoğunluğa sahip 3 başka yazarlar tarafından kullanılan eşik değerin altında olduğu,. Aynı sorun atom ağırlığına dayalı tanımlarda da ortaya çıkabilir.

Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi onların renkli olarak metalik yabancı maddeleri presipite içerir ağır metaller için bir test içerir sülfürlerle . İle metal "1997 yılında Stephen Hawkes koşulunun yer aldığı elli yıllık deneyim bağlamında bir kimya profesörü yazma, uygulandığı söyledi" çözünmeyen sülfitler ve hidroksitler olan, tuzları olan su içinde çözeltiler renkli ve üretmek kompleksler genellikle "renklidir. o ağır metaller gibi ifade gördüğü metaller temelinde, o (genel olarak) olarak yararlı tanımlamak önerdi tüm periyodik tabloda sütunlarında metaller 3 bulundunuz 16 olan satır 4 diğer bir deyişle, ya da daha büyük geçiş metalleri ve sonrası geçiş metalleri . lantanidler Hawkes'ın üç parçalı bir açıklama tatmin; durum aktinidler tam olarak yerleşmiş değildir.

Olarak biyokimya , ağır metaller, bazen tanımlandığı-Hangi esas Lewis asidi , sulu çözelti-olarak B sınıfı ve sınır metal içeriklerinin iyonlarının (elektronik çifti akseptör) davranış. Bu şemada, A sınıfı metal iyonları oksijen donörlerini tercih eder ; B sınıfı iyonlar nitrojen veya kükürt vericilerini tercih eder ; ve sınırda veya kararsız iyonlar, koşullara bağlı olarak ya A sınıfı ya da B sınıfı özellikler gösterir. Düşük sahip olma eğilimindedir sınıfı metaller, elektronegatiflik büyük olan ve form bağlar , iyonik karakter vardır alkali ve alkalin toprak elementleri , alüminyum , grup 3 metaller ve lantanidler ve aktinitler. Daha yüksek elektronegatifliğe sahip olma ve önemli kovalent karakterli bağlar oluşturma eğiliminde olan B sınıfı metaller, esas olarak daha ağır geçiş ve geçiş sonrası metallerdir. Borderline metaller büyük ölçüde daha hafif geçiş ve geçiş sonrası metalleri (artı arsenik ve antimon ) içerir. A sınıfı metaller ile diğer iki kategori arasındaki ayrım keskindir. Daha çok çağrıştıran ağır metal adı yerine bu sınıflandırma kategorilerini kullanmak için sıkça atıfta bulunulan bir öneri yaygın olarak benimsenmemiştir.

Yoğunluğa göre ağır metallerin listesi

Bir yoğunluk fazla 5 g / cm'dir 3 bazen faktörü tanımlamak ve bir birliği tanım olmaması durumunda, eşyanın geri kalan kısmını kılavuz (başka türlüsü belirtilmedikçe) bu listeyi doldurmak için kullanılan ve yaygın bir ağır metal olarak bahsedilmektedir. Uygulanabilir kriterleri – örneğin arsenik ve antimon – karşılayan metaloidler , burada olduğu gibi , özellikle çevre kimyasında bazen ağır metaller olarak sayılır . Selenyum (yoğunluk 4.8 g/cm 3 ) de listeye dahildir. Yoğunluk kriterinin marjinal olarak gerisinde kalır ve daha az yaygın olarak bir metaloid olarak tanınır, ancak bazı açılardan arsenik ve antimonunkine benzer su bazlı bir kimyaya sahiptir. Diğer metaller bazen sınıflandırılmış ya da "ağır" gibi metaller gibi muamele berilyum (yoğunluk 1.8 g / cc 3 ), alüminyum (2.7 g / cm ' 3 ), kalsiyum (1.55 g / cm' 3 ) ve baryum (3.6 g / cm ' 3 ) burada hafif metaller olarak kabul edilir ve genel olarak daha fazla dikkate alınmaz.

Esas olarak ticari madencilik tarafından üretilir (ekonomik öneme göre gayri resmi olarak sınıflandırılır)
Stratejik (30)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Birden çok ulusun
stratejik çıkarları için hayati olarak kabul edilir
Bu 30, burada listelenen 22'yi ve
aşağıda 8'i (6 değerli ve 2 emtia) içerir.
Değerli (8)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Nadir ve maliyetli
Stratejik:
Stratejik olmayan:
emtia (9)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Tarafından Yatırım ton üzerinde LME
Stratejik:
Stratejik olmayan:
küçük (14)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Ne stratejik, ne değerli ne de emtia
Esas olarak yapay dönüşümle üretilir (gayri resmi olarak stabiliteye göre sınıflandırılır)
Uzun ömürlü (15)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
1 günden fazla yarılanma ömrü
Geçici (16)
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Yarı ömür 1 günden az
Antimon, arsenik, germanyum ve tellür genellikle metaloidler olarak tanınır ; selenyum daha az yaygın.
Astatinin bir metal olduğu tahmin edilmektedir.
Radyoaktif Bu 34 elementin tüm izotopları kararsızdır ve dolayısıyla radyoaktiftir. Bu bizmut için de geçerli olsa da, 19 milyar milyar yıllık yarı ömrü , evrenin 13,8 milyar yıllık tahmini yaşının bir milyar katından fazla olduğu için o kadar belirgin değildir .
Bu sekiz element doğal olarak meydana gelir, ancak ekonomik olarak uygulanabilir ekstraksiyon için çok küçük miktarlarda bulunur.

Terimin kökenleri ve kullanımı

Altın , bakır ve demir gibi doğal olarak oluşan metallerin ağırlığı tarihöncesinde fark edilmiş olabilir ve dövülebilirliklerinin ışığında metal süs eşyaları, aletler ve silahlar yapmak için ilk girişimlere yol açmıştır. O zamandan 1809'a kadar keşfedilen tüm metaller nispeten yüksek yoğunluklara sahipti; ağırlıkları tekil bir ayırt edici kriter olarak kabul edildi.

1809'dan itibaren sodyum, potasyum ve stronsiyum gibi hafif metaller izole edildi. Düşük yoğunlukları geleneksel bilgeliğe meydan okudu ve onlara metaloidler ("biçim veya görünüm olarak metallere benzeyen" anlamına gelen) olarak atıfta bulunulması önerildi . Bu öneri göz ardı edildi; yeni elementler metaller olarak tanınmaya başlandı ve daha sonra metaloid terimi metalik olmayan elementleri ve daha sonra metal veya ametal olarak tanımlanması zor olan elementleri belirtmek için kullanıldı.

"Ağır metal" teriminin ilk kullanımı, Alman kimyager Leopold Gmelin'in elementleri ametaller, hafif metaller ve ağır metaller olarak ayırdığı 1817 yılına dayanmaktadır . Hafif metaller 0.860-5.0 yoğunluklara sahip g / cm 3 ; ağır metaller 5.308–22.000. Terim daha sonra yüksek atom ağırlıklı veya yüksek atom numaralı elementlerle ilişkilendirildi. Bazen ağır element terimi ile birbirinin yerine kullanılır . Örneğin, tarihini tartışırken nükleer kimyada ise Magee notları kez yeni bir ağır elemanı geçiş grubunu temsil düşünülen aktinitlerden olduğunu Seaborg ve iş "... Bir ağır metal tercih nadir toprak serisi gibi ..." . Ancak astronomide ağır bir element, hidrojen ve helyumdan daha ağır olan herhangi bir elementtir .

eleştiri

2002'de İskoç toksikolog John Duffus , önceki 60 yılda kullanılan tanımları gözden geçirdi ve terimleri etkili bir şekilde anlamsız kılacak kadar çeşitli oldukları sonucuna vardı. Bu bulgunun yanı sıra, bazı metallerin ağır metal statüsü, çok hafif olmaları, biyolojik süreçlerde yer almaları veya nadiren çevresel tehlike oluşturmaları nedeniyle zaman zaman sorgulanmaktadır. Örnekler arasında skandiyum (çok hafif); vanadyum için çinko (biyolojik süreçleri); ve rodyum , indiyum ve osmiyum (çok nadir).

Popülerlik

Ağır metal terimi, şüpheli anlamına rağmen, bilimsel literatürde düzenli olarak yer almaktadır. 2010 yılında yapılan bir araştırma, giderek daha fazla kullanıldığını ve bilim dilinin bir parçası haline geldiğini ortaya koydu. Kesin bir tanımla birlikte verildiği sürece, uygunluğu ve aşinalığı göz önüne alındığında kabul edilebilir bir terim olduğu söylenir. The Minerals, Metals and Materials Society tarafından ağır metallerin, hafif metallerin muadilleri " alüminyum , magnezyum , berilyum , titanyum , lityum ve diğer reaktif metaller" olarak anılır.

biyolojik rol


Ortalama 70 kg insan vücudundaki ağır metal miktarı
eleman miligram
Demir 4000 4000
 
Çinko 2500 2500
 
Öncülük etmek 120 120
 
Bakır 70 70
 
Teneke 30 30
 
Vanadyum 20 20
 
Kadmiyum 20 20
 
Nikel 15 15
 
Selenyum 14 14
 
Manganez 12 12
 
Başka 200 200
 
Toplam 7000

Bazı ağır metallerin eser miktarları, çoğunlukla 4. periyotta, belirli biyolojik işlemler için gereklidir. Bunlar demir ve bakırdır ( oksijen ve elektron taşınması ); kobalt ( karmaşık sentezler ve hücre metabolizması ); çinko ( hidroksilasyon ); vanadyum ve manganez ( enzim regülasyonu veya işleyişi); krom ( glukoz kullanımı); nikel ( hücre büyümesi ); arsenik (bazı hayvanlarda ve muhtemelen insanlarda metabolik büyüme) ve selenyum ( antioksidan işlevi ve hormon üretimi). 5. ve 6. periyotlar, daha ağır elementlerin daha az bol olma eğiliminde olduğu ve daha az elementlerin besinsel olarak gerekli olma olasılığının daha düşük olduğu genel modelle tutarlı olarak daha az temel ağır metal içerir. Gelen bir süre 5 , molibden için gerekli olan kataliz ait redoks reaksiyonları; kadmiyum bazı deniz diatomları tarafından aynı amaçla kullanılır; ve kalay birkaç türde büyüme için gerekli olabilir. Gelen bir süre 6 , tungsten bazıları tarafından gereklidir arke ve bakterilerin metabolik süreçler . Bu periyotlardan herhangi birinin eksikliği 4-6 esansiyel ağır metallerin eksikliği, ağır metal zehirlenmesine yatkınlığı artırabilir (tersine, fazlalığın da olumsuz biyolojik etkileri olabilir ). Ortalama 70 kg'lık bir insan vücudu yaklaşık %0.01 ağır metaldir (~7 gr, iki kuru bezelye ağırlığına eşdeğerdir, 4 gr'da demir, 2.5 gr'da çinko ve 0.12 gr'da kurşun üç ana bileşenden oluşur), 2 % hafif metaller (~1.4 kg, bir şişe şarabın ağırlığı) ve yaklaşık %98 ametaller (çoğunlukla su ).

Bazı esansiyel olmayan ağır metallerin biyolojik etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Galyum , germanyum (bir metaloid), indiyum ve çoğu lantanit metabolizmayı uyarabilir ve titanyum bitkilerde büyümeyi destekler (ancak her zaman ağır bir metal olarak kabul edilmez).

toksisite

Ağır metallerin genellikle son derece toksik veya çevreye zararlı olduğu varsayılır. Bazıları, bazıları ise sadece aşırı alındığında veya belirli şekillerde karşılaşıldığında toksiktir. İnce toz veya en yaygın olarak duman olarak belirli metallerin solunması da metal dumanı ateşi adı verilen bir duruma neden olabilir .

Çevresel ağır metaller

Krom, arsenik, kadmiyum, cıva ve kurşun, yaygın kullanımları, bazı bileşik veya element formlarının toksisitesi ve çevredeki yaygın dağılımları nedeniyle en büyük zarar potansiyeline sahiptir . Örneğin altı değerlikli krom , cıva buharı ve birçok cıva bileşiği gibi oldukça zehirlidir. Bu beş elementin kükürt için güçlü bir afinitesi vardır; insan vücudunda genellikle tiyol grupları (–SH) aracılığıyla metabolik reaksiyonların hızını kontrol etmekten sorumlu enzimlere bağlanırlar . Ortaya çıkan kükürt-metal bağları, ilgili enzimlerin düzgün işleyişini engeller; insan sağlığı bozulur, bazen ölümcüldür. Krom (altı değerli formunda) ve arsenik kanserojendir ; kadmiyum dejeneratif bir kemik hastalığına neden olur ; ve cıva ve kurşun merkezi sinir sistemine zarar verir .

Kurşun en yaygın ağır metal kirleticisidir. Sanayileşmiş toplumların su ortamlarındaki seviyelerin, sanayi öncesi seviyelerin iki ila üç katı olduğu tahmin edilmektedir. Tetraetil kurşunun bir bileşeni olarak , (CH
3
CH
2
)
4
Pb 1930-1970'lerde
benzinde yaygın olarak kullanıldı . 1996 yılına kadar Kuzey Amerika'da kurşunlu benzin kullanımı büyük ölçüde durdurulmuş olsa da, bu zamandan önce inşa edilen yolların yanındaki topraklar yüksek kurşun konsantrasyonlarını koruyor. Daha sonraki araştırmalar, Amerika Birleşik Devletleri'nde kurşunlu benzin kullanım oranı ile şiddet içeren suçlar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir ilişki olduğunu gösterdi; 22 yıllık bir zaman gecikmesini hesaba katarak (şiddet içeren suçluların ortalama yaşı için), şiddet içeren suç eğrisi, kurşuna maruz kalma eğrisini fiilen takip etti.

Genellikle toksik çevresel kirleticiler olarak potansiyel olarak tehlikeli yapıları nedeniyle belirtilen diğer ağır metaller arasında manganez (merkezi sinir sistemi hasarı); kobalt ve nikel (kanserojenler); bakır, çinko, selenyum ve gümüş ( endokrin bozulması, konjenital bozukluklar veya balıklarda, bitkilerde, kuşlarda veya diğer suda yaşayan organizmalarda genel toksik etkiler); kalay, organotin olarak (merkezi sinir sistemi hasarı); antimon (şüpheli kanserojen); ve talyum (merkezi sinir sistemi hasarı).

Besin değeri yüksek ağır metaller

Yaşam için gerekli olan ağır metaller, fazla alındığında toksik olabilir; bazılarının özellikle toksik formları vardır. Vanadyum pentoksit (V 2 O 5 ) hayvanlarda kanserojendir ve solunduğunda DNA hasarına neden olur . Mor permanganat iyonu MnO
4
a, karaciğer ve böbrek zehir. 0,5 gramdan fazla demirin alınması kardiyak kollapsa neden olabilir; bu tür aşırı dozlar en yaygın olarak çocuklarda görülür ve 24 saat içinde ölümle sonuçlanabilir. Nikel karbonil (Ni(CO) 4 ), milyonda 30 parça, solunum yetmezliğine, beyin hasarına ve ölüme neden olabilir. Bir gram veya daha fazla bakır sülfat (CuSO 4 ) almak ölümcül olabilir; hayatta kalanlar büyük organ hasarı ile bırakılabilir. Beş miligramdan fazla selenyum oldukça zehirlidir; bu, 0.45 miligram önerilen maksimum günlük alımın kabaca on katıdır; uzun süreli zehirlenmenin felç edici etkileri olabilir.

Diğer ağır metaller

Diğer birkaç esansiyel olmayan ağır metalin bir veya daha fazla toksik formu vardır. Germanyum diyet takviyelerinin yutulmasından kaynaklanan böbrek yetmezliği ve ölümler kaydedilmiştir (iki ay ila üç yıllık bir süre boyunca tüketilen toplamda ~15 ila 300 g). Pozlama osmiyum tetroksit (OsO 4 ) kalıcı göz hasarına neden olabilir ve solunum yetmezliği ve ölüme yol açabilir. İndiyum tuzları, birkaç miligramdan fazla yutulursa zehirlidir ve böbrekleri, karaciğeri ve kalbi etkiler. Kanser hücrelerini öldürmek için kullanılan önemli bir ilaç olan sisplatin (PtCl 2 (NH 3 ) 2 ) aynı zamanda böbrek ve sinir zehiridir. Bizmut bileşikleri fazla alındığında karaciğer hasarına neden olabilir; çözünmeyen uranyum bileşikleri ve yaydıkları tehlikeli radyasyon , kalıcı böbrek hasarına neden olabilir.

Maruziyet kaynakları

Ağır metaller hava, su ve toprak kalitesini bozabilir ve endüstriyel faaliyetler sonucunda konsantre hale geldiklerinde bitkilerde, hayvanlarda ve insanlarda sağlık sorunlarına neden olabilir. Bu bağlamdaki yaygın ağır metal kaynakları arasında madencilik ve endüstriyel atıklar; Araç emisyonları; motor yağı; gemiler ve ağır makineler tarafından kullanılan yakıtlar; inşaat işleri; gübreler; Tarım ilacı; boyalar ; boyalar ve pigmentler; yenileme; inşaat ve yıkım atıklarının yasa dışı depolanması; üstü açık çöp konteyneri; kaynak, lehimleme ve lehimleme; cam işleme; Beton işleri; Yol Çalışması; geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanımı; Kendin Yap Metal Projeleri; joss kağıdının yanması ; kırsal alanda atıkların açık yakılması; kirli havalandırma sistemi; çevre veya ambalaj tarafından kontamine olmuş yiyecekler; silahlar; kurşun-asit piller ; elektronik atık geri dönüşüm alanı; ve işlenmiş kereste ; eskiyen su temini altyapısı ; ve dünya okyanuslarında yüzen mikroplastikler . Ağır metal kontaminasyonu ve sağlık risklerinin son örnekleri arasında Japonya'da Minamata hastalığının ortaya çıkması (1932–1968; 2016 itibariyle devam eden davalar); Bento Rodrigues baraj felaket Brezilya'da, sakinlerine verilen içme suyunda kurşun yüksek düzeyde Flint ABD ve kuzey-doğuda, Michigan su olaylarını içme 2015 Hong Kong ağır metal .

Oluşum, bolluk, oluşum ve ekstraksiyon

 
Yerkabuğundaki ağır metaller:
bolluk ve ana oluşum veya kaynak
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H o
2  Li olmak B C n Ö F Ne
3  Na Mg Al Si P S Cl Ar
4  K CA sc Ti V cr Mn Fe ortak Ni Cu çinko ga Ge Olarak Gör Br Kr
5  Rb Bay Y Zr not ay Ru Rh PD Ag CD İçinde Sn Sb Te  ben  Xe
6  C'ler Ba 1 yıldız lu hf Ta W Tekrar İşletim sistemi ir nokta Au Hg TL Pb Bi
7  Ra 1 yıldız
1 yıldız La CE Halkla İlişkiler Nd Sm AB gd yemek dy Ho Er Tm yb
1 yıldız NS baba sen
 
   En bol (56.300 ppm ağırlık)
   Nadir (0,01-0,99 ppm)
   Bol (100–999 sayfa/dakika)
   Çok seyrek (0,001–0,0099 ppm)
   Yaygın olmayan (1–99 ppm)
   En az bol (~0,00001 sayfa/dakika)
 
Bölme hattından kalan ağır metaller, esas olarak litofiller olarak meydana gelir (veya kaynaklanır) ; sağa olanlar chalcophiles altın (a hariç siderophile ) ve kalay (bir litofil).

Demir civarına kadar (periyodik tabloda) ağır metaller büyük ölçüde yıldız nükleosenteziyle yapılır . Bu süreçte, hidrojenden silisyuma kadar daha hafif elementler, yıldızların içinde ardışık füzyon reaksiyonlarına girerek, ışık ve ısı yayar ve daha yüksek atom numaralarına sahip daha ağır elementler oluşturur.

Daha ağır ağır metaller genellikle bu şekilde oluşmazlar, çünkü bu tür çekirdekleri içeren füzyon reaksiyonları, enerjiyi serbest bırakmak yerine tüketecektir. Bunun yerine, büyük ölçüde (daha düşük atom numaralı elementlerden) nötron yakalama ile sentezlenirler , bu tekrarlayan yakalamanın iki ana modu s-prosesi ve r-prosesidir . S sürecinde ("s", "yavaş" anlamına gelir), tekil yakalamalar yıllar veya on yıllar ile ayrılır ve daha az kararlı çekirdeklerin beta bozunmasına izin verir , r-sürecinde ("hızlı") yakalamalar, çekirdekler bozunabilir. Bu nedenle, s-işlemi az çok net bir yol izler: örneğin, kararlı kadmiyum-110 çekirdekleri, bir yıldızın içindeki serbest nötronlar tarafından, kararsız olan ve indiyum-115'i oluşturmak üzere bozunan kadmiyum-115 çekirdeği oluşturana kadar art arda bombardımana tutulur. yarı ömrü ile neredeyse kararlıdırEvrenin yaşının 30.000 katı). Bu çekirdekler nötronları yakalar ve kararsız olan indiyum-116'yı oluşturur ve bozunarak kalay-116'yı oluşturur, vb. Buna karşılık, r-sürecinde böyle bir yol yoktur. S-süreci, bizmut veya kurşuna bozunan sonraki iki element olan polonyum ve astatinin kısa yarı ömürleri nedeniyle bizmutta durur. R-işlemi o kadar hızlıdır ki, bu istikrarsızlık bölgesini atlayabilir ve toryum ve uranyum gibi daha ağır elementler yaratmaya devam edebilir .

Ağır metaller, yıldızların evrimi ve yıkım süreçlerinin bir sonucu olarak gezegenlerde yoğunlaşır. Yıldızlar , yaşamlarının sonlarına doğru fırlatıldıklarında ve bazen daha sonra bir nötron yıldızı birleşmesinin bir sonucu olarak kütlelerinin çoğunu kaybederler , böylece yıldızlararası ortamda helyumdan daha ağır elementlerin bolluğu artar . Kütleçekimi bu maddenin birleşmesine ve çökmesine neden olduğunda, yeni yıldızlar ve gezegenler oluşur .

Yerkabuğunun ağırlığının yaklaşık %5'i ağır metallerden oluşur ve bu miktarın %95'ini demir oluşturur. Hafif metaller (~%20) ve ametaller (~%75) kabuğun diğer %95'ini oluşturur. Genel kıtlıklarına rağmen, ağır metaller, dağ oluşumu , erozyon veya diğer jeolojik süreçlerin bir sonucu olarak ekonomik olarak çıkarılabilir miktarlarda konsantre hale gelebilir .

Ağır metaller olarak birincil bulunan lithophiles (kaya seven) ya da chalcophiles (cevher seven). Litofil ağır metaller esas olarak f-blok elementleridir ve d-blok elementlerinden daha reaktiftir . Oksijen için güçlü bir afiniteye sahiptirler ve çoğunlukla nispeten düşük yoğunluklu silikat mineralleri olarak bulunurlar . Kalkofil ağır metaller esas olarak daha az reaktif olan d-blok elementleridir ve periyot 4-6 p-blok metaller ve metaloidlerdir. Genellikle (çözünmeyen) sülfür minerallerinde bulunurlar . Litofillerden daha yoğun oldukları için, katılaşma sırasında kabuğun içine daha da battıkları için kalkofiller, litofillerden daha az bol olma eğilimindedir.

Buna karşılık, altın bir siderophile veya demir seven bir elementtir. Oksijen veya kükürt ile kolayca bileşikler oluşturmaz. Zamanında yeryüzü oluşumunda ve çoğu değerli metallerin (atıl), altın gömüldü çekirdek , yüksek yoğunluklu metal alaşımları oluşturma eğiliminden için. Sonuç olarak, nispeten nadir bir metaldir. Diğer bazı (daha az) asil ağır metaller - molibden, renyum , platin grubu metaller ( rutenyum , rodyum, paladyum , osmiyum, iridyum ve platin), germanyum ve kalay - siderofiller olarak sayılabilir, ancak yalnızca birincil oluşumları açısından. Yerkabuğunda (çekirdek, manto ve kabuk), kabuktan ziyade. Aksi takdirde, bu metaller kabukta küçük miktarlarda, esas olarak kalkofiller halinde bulunurlar ( doğal formlarında daha az ).

Ağır metallerin kabuğun altındaki konsantrasyonları genellikle daha yüksektir ve çoğu büyük ölçüde demir-silikon-nikel çekirdekte bulunur. Örneğin platin , kabuğun milyarda yaklaşık 1 parçasını oluştururken, çekirdekteki konsantrasyonunun yaklaşık 6.000 kat daha yüksek olduğu düşünülmektedir. Son spekülasyonlar, çekirdekteki uranyumun (ve toryumun) levha tektoniğini harekete geçiren ve (nihayetinde) Dünya'nın manyetik alanını sürdüren önemli miktarda ısı üretebileceğini öne sürüyor .

Genel olarak konuşursak ve bazı istisnalar dışında, litofil ağır metaller cevherlerinden elektrik veya kimyasal işlemlerle ekstrakte edilebilirken , kalkofil ağır metaller , karşılık gelen oksitleri vermek için sülfür cevherlerini kavurmak ve ardından ham metalleri elde etmek için bunları ısıtmak suretiyle elde edilir. Radyum, ekonomik olarak çıkarılamayacak kadar küçük miktarlarda bulunur ve bunun yerine kullanılmış nükleer yakıtlardan elde edilir . Kalkofil platin grubu metaller (PGM) esas olarak diğer kalkofil cevherleri ile küçük (karışık) miktarlarda bulunur. Dahil olan cevherler için ergitilmiş , kavrulmuş ve daha sonra süzülür ile sülfürik asit PGM bir tortu elde edilir. Bu, tek tek metalleri saf formlarında elde etmek için kimyasal olarak rafine edilir. Diğer metallerle karşılaştırıldığında, PGM kıtlığı ve yüksek üretim maliyetleri nedeniyle pahalıdır.

Bir siderofil olan altın, en yaygın olarak içinde bulunduğu cevherlerin bir siyanür çözeltisi içinde çözülmesiyle elde edilir . Altın bir disiyanoaurate(I) oluşturur, örneğin: 2 Au + H 2 O +½ O 2 + 4 KCN → 2 K[Au(CN) 2 ] + 2 KOH . Karışıma çinko eklenir ve altından daha reaktif olduğundan altını değiştirir: 2 K[Au(CN) 2 ] + Zn → K 2 [Zn(CN) 4 ] + 2 Au. Altın, çözeltiden çamur halinde çökelir ve süzülür ve eritilir.

Hafif metallerle karşılaştırıldığında özellikler

Hafif ve ağır metallerin bazı genel fiziksel ve kimyasal özellikleri tabloda özetlenmiştir. Hafif metal ve ağır metal terimleri her zaman tutarlı bir şekilde tanımlanmadığından karşılaştırma dikkatli yapılmalıdır. Ayrıca sertlik ve çekme mukavemetinin fiziksel özellikleri, saflık, tane boyutu ve ön işleme bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir .

Hafif ve ağır metallerin özellikleri
Fiziki ozellikleri hafif metaller Ağır metaller
Yoğunluk Genellikle daha düşük Genellikle daha yüksek
Sertlik Yumuşak, kolayca kesilebilir veya bükülebilir olma eğilimi Çoğu oldukça zor
termal genişleme Çoğunlukla daha yüksek Çoğunlukla daha düşük
Erime noktası Çoğunlukla düşük Düşükten çok yükseğe
Gerilme direnci Çoğunlukla daha düşük Çoğunlukla daha yüksek
Kimyasal özellikler hafif metaller Ağır metaller
Periyodik tablo konumu En çok grup 1 ve 2'de bulunur Neredeyse tamamı 3 ila 16 arasındaki gruplarda bulunur
Yer kabuğunda bolluk Daha bol Daha az bol
Ana oluşum (veya kaynak) Litofiller Lithophiles veya chalcophiles ( Au a, siderophile )
reaktivite Daha reaktif Daha az reaktif
sülfürler Çözünür çözünmez son derece çözünmez
hidroksitler Çözünür çözünmez Genellikle çözünmez
tuzlar Çoğunlukla suda renksiz çözeltiler oluşturur Çoğunlukla suda renkli çözeltiler oluşturur
kompleksler Çoğunlukla renksiz Çoğunlukla renkli
biyolojik rol Dahil makro besinler ( Na , Mg , K , Ca ) Dahil olan mikro ( V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn , Mo )

Bu özellikler, sodyum gibi hafif bir metali tungsten gibi ağır bir metalden ayırt etmeyi nispeten kolaylaştırır, ancak farklılıklar sınırlarda daha az belirgin hale gelir. Berilyum, skandiyum ve titanyum gibi hafif yapısal metaller, daha yüksek erime noktaları gibi ağır metallerin bazı özelliklerine sahiptir; çinko, kadmiyum ve kurşun gibi geçiş sonrası ağır metaller, nispeten yumuşak olma, daha düşük erime noktalarına sahip olma ve esas olarak renksiz kompleksler oluşturma gibi hafif metallerin bazı özelliklerine sahiptir.

kullanır

Ağır metaller, modern yaşamın hemen hemen her alanında mevcuttur. Demir, tüm rafine metallerin %90'ını oluşturduğu için en yaygın olanıdır. Platin, tüm tüketim mallarının %20'sinde bulunduğu veya üretmek için kullanıldığı söylendiğinde en yaygın olanı olabilir.

Ağır metallerin bazı yaygın kullanımları, elektriksel iletkenlik ve yansıtma gibi metallerin genel özelliklerine veya ağır metallerin yoğunluk, mukavemet ve dayanıklılık gibi genel özelliklerine bağlıdır. Diğer kullanımlar, besinler veya zehirler olarak biyolojik rolleri veya diğer bazı spesifik atomik özellikler gibi belirli elementin özelliklerine bağlıdır. Bu tür atomik özelliklerin örnekleri şunları içerir: renkli bileşiklerin oluşumunu sağlayan kısmen dolu d- veya f- orbitalleri (çoğu geçişte, lantanit ve aktinit ağır metallerinde); çoğu ağır metal iyonunun (platin, seryum veya bizmut gibi) farklı oksidasyon durumlarında bulunma ve dolayısıyla katalizör görevi görme kapasitesi; zayıf (demir, kobalt, nikel, ya da lantanid, ağır metallerin 3d veya 4f orbitallerine örtüşen öporyum yoluyla thulium manyetik alanları gündeme gelmektedir) olacaktır; ve nükleer bilim uygulamalarını destekleyen yüksek atom numaraları ve elektron yoğunlukları . Ağır metallerin tipik kullanımları genel olarak aşağıdaki altı kategoride gruplandırılabilir.

Ağırlık veya yoğunluğa dayalı

Küçük bir ahşap tekne benzeri şeklin tepesine bakıyor.  Şeklin ortasından uzun ekseni boyunca uzanan dört metal tel.  Teller, şeklin ortasına yerleştirilmiş küçük bir yükseltilmiş ahşap köprünün üzerinden geçer, böylece teller çello güvertesinin üzerine oturur.
Bir çelloda (örnek yukarıda gösterilmiştir) veya bir viyolada C- string bazen tungsten içerir ; yüksek yoğunluğu, daha küçük çaplı bir diziye izin verir ve yanıt vermeyi artırır.

Spor, makine mühendisliği , askeri mühimmat ve nükleer bilim de dahil olmak üzere ağır metallerin bazı kullanımları, nispeten yüksek yoğunluklarından yararlanır. İçinde su altı dalış , kurşun olarak kullanılan balast ; içinde handikap atı yarış her atı çeşitli rakiplerin şansını eşitlemek için böylece, geçmiş performans gibi faktörleri gözönüne alarak, belirli bir kurşun ağırlık taşımak zorundadır. In golf , tungsten, pirinç veya bakır içinde ekler fairway kulüpleri ve ütü daha kolay havaya topu almak için yapım kulübün ağırlık merkezi düşük; ve tungsten çekirdekli golf toplarının daha iyi uçuş özelliklerine sahip olduğu iddia edilmektedir. Gelen sinek balıkçılık , batan uçucu hatları sahip PVC , gerekli oranda lavabo böylece, tungsten tozu ile gömülü bir kaplama. Gelen atletizm spor, çelik kullanılan toplar Çekiç atmada ve atış koymak olaylar uluslararası kurallar çerçevesinde gerekli minimum ağırlık ulaşmak için kurşun ile doldurulur. Tungsten en az 1980 yılına kadar çekiç atma toplarında kullanılmıştır; topun minimum boyutu 1981 yılında, o zamanlar pahalı bir metal olan (diğer çekiçlerin maliyetinin üç katı) genel olarak tüm ülkelerde mevcut olmayan bir metale olan ihtiyacı ortadan kaldırmak için artırıldı. Tungsten çekiçler o kadar yoğundu ki çimin içine çok derinden giriyorlardı.

Mermi yoğunluğu ne kadar yüksek olursa, ağır zırh plakasına o kadar etkili bir şekilde nüfuz edebilir ... Os , Ir , Pt ve Re  ... pahalıdır ... U , yüksek yoğunluk, makul maliyet ve yüksek kırılma tokluğunun çekici bir kombinasyonunu sunar.

AM Russell ve KL Lee Demir dışı metallerde
Yapı-özellik ilişkileri
(2005, s. 16)

Makine mühendisliğinde, teknelerde, uçaklarda ve motorlu taşıtlarda balast için ağır metaller kullanılır; veya tekerlekler ve krank milleri üzerindeki denge ağırlıklarında , jiroskoplarda ve pervanelerde ve santrifüj kavramalarda , minimum alanda maksimum ağırlık gerektiren durumlarda (örneğin saat hareketlerinde ).

Askeri mühimmatta, tungsten veya uranyum, zırh kaplama ve zırh delici mermilerde ve nükleer silahlarda verimliliği artırmak için kullanılır ( nötronları yansıtarak ve reaksiyona giren malzemelerin genişlemesini anlık olarak geciktirerek). 1970'lerde, tantalın , yüksek yoğunluğu nedeniyle, daha fazla kuvvet konsantrasyonuna ve daha iyi deforme edilebilirliğe izin vermesi nedeniyle , şekillendirilmiş şarjda ve patlayıcı olarak oluşturulmuş anti-zırh silahlarında bakırdan daha etkili olduğu bulundu . Işığında daha az zehirli ağır metaller , bakır, kalay, tungsten, ve bizmut ve muhtemelen manganez (aynı zamanda olarak, bor , bir metaloid), kurşun, antimon yerini yeşil mermi bazı ordularca ve bazı dinlenme çekim mühimmat kullanılan. Tungstenin güvenliği (veya yeşil kimlik bilgileri ) hakkında şüpheler dile getirildi .

Yoğun maddeler daha hafif olanlar daha fazla radyoaktif emisyon absorbe için, ağır metaller için yararlı olan radyasyon koruma ve odak radyasyon ışınları olarak doğrusal hızlandırıcılar ve radyoterapi uygulamaları.

Mukavemet veya dayanıklılık bazlı

Kaldırılmış sol elinde bir meşale ve diğer elinde bir tablet taşıyan cüppeli bir kadın figürünün devasa bir heykeli
Özgürlük Anıtı . Bir paslanmaz çelik alaşımlı armatür yapısal mukavemet sağlar; Bir bakır deri kazandıran korozyon direnci.

Krom, demir, nikel, bakır, çinko, molibden, kalay, tungsten ve kurşun gibi ağır metallerin ve bunların alaşımlarının mukavemeti veya dayanıklılığı, onları alet, makine, alet , mutfak eşyaları, borular, demiryolu rayları , binalar ve köprüler, otomobiller, kilitler, mobilyalar, gemiler, uçaklar, madeni paralar ve mücevherler. Ayrıca diğer metallerin özelliklerini geliştirmek için alaşım katkı maddeleri olarak da kullanılırlar. Dünyanın paraya çevrilen madeni paralarında kullanılan iki düzine elementten sadece ikisi, karbon ve alüminyum, ağır metal değildir. Altın, gümüş ve platin, (örneğin) nikel, bakır, indiyum ve renkli altında kobalt gibi mücevherlerde kullanılır . Düşük maliyetli mücevherler ve çocuk oyuncakları , önemli ölçüde krom, nikel, kadmiyum veya kurşun gibi ağır metallerden yapılabilir.

Bakır, çinko, kalay ve kurşun mekanik olarak daha zayıf metallerdir ancak yararlı korozyon önleme özelliklerine sahiptirler. Bunların her biri hava ile reaksiyona girecek olsa da, çeşitli bakır tuzları, çinko karbonat , kalay oksit veya kurşun oksit , karbonat ve sülfat karışımından oluşan patinalar değerli koruyucu özellikler sağlar . Bu nedenle, örneğin çatı kaplama malzemeleri olarak bakır ve kurşun kullanılır ; çinko , galvanizli çelikte korozyon önleyici olarak görev yapar ; ve kalay, çelik kutularda benzer bir amaca hizmet eder .

Gadolinyum eklenerek demir ve kromun işlenebilirliği ve korozyon direnci arttırılır ; sünme direnci nikel toryum eklenmesi ile geliştirilir. Bakır ( tellür bakır ) ve çelik alaşımlarına işlenebilirliklerini geliştirmek için tellür eklenir ; ve daha sert ve aside dayanıklı hale getirmek için yol açar.

Biyolojik ve kimyasal

Soluk sarı bir toz tutan küçük, renksiz bir daire
Seryum (IV) oksit (yukarıda gösterilen örnek) bir şekilde kullanılır , katalizör olarak kendi kendini temizleyen f .

Biyosidal etkileri bazı ağır metallerin antik çağlardan beri bilinmektedir. Platin, osmiyum, bakır, rutenyum ve arsenik de dahil olmak üzere diğer ağır metaller, kanser önleyici tedavilerde kullanılır veya potansiyel göstermiştir. Antimon (anti-protozoal), bizmut ( ülser önleyici ), altın ( anti-artritik ) ve demir ( sıtma önleyici ) tıpta da önemlidir. Antiseptik formülasyonlarda bakır, çinko, gümüş, altın veya cıva kullanılır ; örneğin soğutma kulelerinde alg büyümesini kontrol etmek için küçük miktarlarda bazı ağır metaller kullanılır . Gübre veya biyosit olarak kullanım amaçlarına bağlı olarak, zirai kimyasallar krom, kobalt, nikel, bakır, çinko, arsenik, kadmiyum, cıva veya kurşun gibi ağır metaller içerebilir.

Seçilen ağır metaller, yakıt işlemede (örneğin renyum), sentetik kauçuk ve elyaf üretiminde (bizmut), emisyon kontrol cihazlarında (paladyum) ve kendi kendini temizleyen fırınlarda ( seryum(IV) oksidin duvarlarında ) katalizör olarak kullanılır . bu tür fırınlar karbon bazlı pişirme artıklarının oksitlenmesine yardımcı olur ). Sabun kimyasında, ağır metaller, yağlama greslerinde , boya kurutucularında ve mantar ilaçlarında kullanılan çözünmeyen sabunları oluştururlar (lityum dışında, alkali metaller ve amonyum iyonu çözünür sabunlar oluşturur).

Boyama ve optik

Küçük yarı saydam, pembe renkli kristaller, biraz şeker ipi rengine benziyor
Cam eşyaları renklendirmek için kullanılan neodimyum sülfat (Nd 2 (SO 4 ) 3 )

Renkleri cam , seramik sırlar , boyalar , pigmentler , ve plastik yaygın olarak krom, manganez, kobalt, bakır, çinko, selenyum, gibi ağır metaller (ya da bileşikleri) dahil edilmesi ile üretilir zirkonyum , molibden, gümüş, kalay praseodimyum , neodimyum , erbiyum , tungsten, iridyum, altın, kurşun veya uranyum. Dövme mürekkepleri krom, kobalt, nikel ve bakır gibi ağır metaller içerebilir. Bazı ağır metallerin yüksek yansıtma özelliği, hassas astronomik aletler de dahil olmak üzere aynaların yapımında önemlidir . Far reflektörleri, ince bir rodyum filminin mükemmel yansıtıcılığına güvenir.

Elektronik, mıknatıslar ve aydınlatma

Çiftlik arazileri ve otlaklarla çevrili bir ovada yer alan yarı düzenli aralıklarla yerleştirilmiş siyah çini parçalarına benzeyen bir uydu görüntüsü
Topaz Güneş Çiftliği , güney Kaliforniya'da, dokuz milyon özellikleri kadmiyum-tellür fotovoltaik 25,6 kilometre kare (9.9 mil kare) bir alanı kapsayan modülleri.

Ağır metaller veya bileşikleri, iletken, yarı iletken veya yalıtkan olarak kullanılabilecekleri elektronik bileşenlerde , elektrotlarda ve kablolarda ve güneş panellerinde bulunabilir. Devre kartı mürekkeplerinde molibden tozu kullanılır . Klorun endüstriyel üretimi için Rutenyum(IV) oksit kaplı titanyum anotlar kullanılır . Ev elektrik sistemleri, çoğunlukla, iyi iletken özellikleri nedeniyle bakır tel ile kablolanmıştır. Gümüş ve altın, yüksek elektriksel iletkenlikleri ve yüzeylerinde kirlilik oluşumuna direnme veya en aza indirme kapasiteleri nedeniyle elektrikli ve elektronik cihazlarda, özellikle kontak anahtarlarında kullanılır . Yarı iletkenler kadmiyum tellürit ve galyum arsenit güneş panelleri yapmak için kullanılır. Zirkonyum oksit , bir yalıtkan bir şekilde kullanılan voltaj kontrol edicisi olarak mikroçip ; Diğer bir yalıtkan olan tantal oksit ise cep telefonlarındaki kapasitörlerde kullanılmaktadır . Pillerde ağır metaller 200 yılı aşkın bir süredir, en azından Volta 1800'de bakır ve gümüş volta pilini icat ettiğinden beri kullanılmaktadır. Prometyum , lantan ve cıva sırasıyla atomik , nikel-metal hidrit ve düğme hücrede bulunan diğer örneklerdir. piller.

Mıknatıslar manganez, demir, kobalt, nikel, niyobyum, bizmut, praseodimyum, neodimyum, gadolinyum ve disprosyum gibi ağır metallerden yapılır . Neodimyum mıknatıslar, piyasada bulunan en güçlü kalıcı mıknatıs türüdür . Bunlar, örneğin araba kapı kilitleri, marş motorları , yakıt pompaları ve elektrikli camların temel bileşenleridir .

Ağır metaller aydınlatmada , lazerlerde ve ışık yayan diyotlarda (LED'ler) kullanılır. Düz panel ekranlar , elektriği ileten indiyum kalay oksitten oluşan ince bir film içerir . Floresan aydınlatma , çalışması için cıva buharına dayanır. Ruby lazerler , heyecan verici krom atomları ile koyu kırmızı ışınlar üretir; lantanitler ayrıca lazerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Galyum, indiyum ve arsenik; ve bakır, iridyum ve platin LED'lerde kullanılır (son üçü organik LED'lerde ).

Nükleer

Büyük bir cam ampul.  Ampulün içinde, bir ucunda sabit bir mil bulunur.  Mile bağlı bir kol vardır.  Kolun ucunda küçük bir çıkıntı bulunur.  Bu katot.  Ampulün diğer ucunda, ampulün ucundan çıkıntı yapan bir rotor mekanizmasına bağlı dönebilen geniş bir metal plaka bulunur.
Dönen anotlu bir X-ışını tüpü , tipik olarak bir molibden çekirdeği üzerinde bir tungsten - renyum alaşımı, grafit ile desteklenir

Yüksek atom numaralarına sahip ağır metallerin niş kullanımları, tanısal görüntüleme , elektron mikroskobu ve nükleer bilimde ortaya çıkar. Tanısal görüntülemede, kobalt veya tungsten gibi ağır metaller, x-ışını tüplerinde bulunan anot malzemelerini oluşturur . Elektron mikroskobunda kurşun, altın, paladyum, platin veya uranyum gibi ağır metaller iletken kaplamalar yapmak ve boyama , negatif boyama veya vakum biriktirme yoluyla biyolojik numunelere elektron yoğunluğunu sokmak için kullanılır . Nükleer bilimde, krom, demir veya çinko gibi ağır metallerin çekirdekleri bazen süper ağır elementler üretmek için diğer ağır metal hedeflerine ateşlenir ; ağır metaller ayrıca nötronların veya astatin gibi radyoizotopların (son durumda kurşun, bizmut, toryum veya uranyum kullanılarak) üretimi için parçalanma hedefleri olarak kullanılır.

Notlar

Kaynaklar

alıntılar

Referanslar

daha fazla okuma

Tanım ve kullanım

  • Ali H. & Khan E. 2017, "Ağır metaller nelerdir? 'Ağır metaller' teriminin bilimsel kullanımına ilişkin uzun süredir devam eden tartışmalar—kapsamlı bir tanım önerisi", Toksikolojik ve Çevresel Kimya, s. 1–25, doi : 10.1080/02772248.2017.1413652 . Ağır metalleri "atom numarası (Z) 20'den büyük ve element yoğunluğu 5 g cm -3'ten büyük olan doğal olarak oluşan metaller" olarak tanımlamayı önerir .
  • Duffus JH 2002, " ' Ağır metaller'—Anlamsız bir terim mi?" , Saf ve Uygulamalı Kimya , cilt. 74, hayır. 5, sayfa 793-807, doi : 10.1351/pac200274050793 . Terimin çeşitli anlamlarının bir araştırmasını içerir.
  • Hawkes SJ 1997, " Ağır metal nedir? ", Journal of Chemical Education , cilt. 74, hayır. 11, s. 1374, doi : 10.1021/ed074p1374 . Bir kimyagerin bakış açısı.
  • Hübner R., Astin KB & Herbert RJH 2010, " 'Heavy metal'—semantikten pragmatiğe geçme zamanı mı?", Journal of Environmental Monitoring , cilt. 12, s. 1511–1514, doi : 10.1039/C0EM00056F . Spesifik olmamasına rağmen, terimin bilim dilinin bir parçası haline geldiğini tespit eder.

Toksisite ve biyolojik rol

  • Baird C. & Cann M. 2012, Çevre Kimyası , 5. baskı, bölüm 12, "Toksik ağır metaller", WH Freeman and Company , New York, ISBN  1-4292-7704-1 . Hg, Pb, Cd, As ve Cr'nin kullanımını, toksisitesini ve dağılımını tartışır.
  • Nieboer E. & Richardson DHS 1980, "Ağır metaller için betimlenmeyen terimin biyolojik ve kimyasal olarak önemli metal iyonlarının sınıflandırılmasıyla değiştirilmesi", Çevresel Kirlilik Serisi B, Kimyasal ve Fiziksel , cilt. 1, hayır. 1, sayfa 3-26, doi : 10.1016/0143-148X(80)90017-8 . Ağır metallerin biyolojik rolüne odaklanan, yaygın olarak alıntılanan bir makale.

oluşum

kullanır

  • Koehler CSW 2001, " Heavy metal Medicine ", Chemistry Chronicles , American Chemical Society, erişim tarihi 11 Temmuz 2016
  • Morowitz N. 2006, "Ağır metaller", Modern Marvels , 12. sezon, 14. bölüm, HistoryChannel.com
  • Öhrström L. 2014, " Tantalum oksit ", Kimya Dünyası , 24 Eylül, erişim 4 Ekim 2016. Yazar, tantal(V) oksidin tuğla boyutundaki cep telefonlarını nasıl yok ettiğini açıklıyor. Podcast olarak da mevcuttur .

Dış bağlantılar