قائمة المعادن الثقيلة: الأنواع والميزات

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

من بين كل العناصر الكيميائية الـ 104 المعروفة للبشرية اليوم ، هناك 82 عنصرًا من المعادن. تحتل مكانة بارزة في حياة الناس في المجالات الصناعية والبيولوجية والبيئية. يقسم العلم الحديث المعادن إلى ثقيلة وخفيفة ونبيلة. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على قائمة المعادن الثقيلة وخصائصها.

تحديد المعادن الثقيلة

في البداية ، كان من المعتاد تسمية المعادن الثقيلة بالممثلين الذين لديهم كتلة ذرية أعلى من 50. ومع ذلك ، فإن استخدام المصطلح المسمى اليوم يحدث في كثير من الأحيان ليس من وجهة نظر كيميائية ، ولكن اعتمادًا على تأثيرهم على التلوث البيئي. وبالتالي ، فإن قائمة المعادن الثقيلة تشمل تلك الفلزات والأشباه المعدنية (semimetals) التي تلوث عناصر المحيط الحيوي للإنسان (التربة ، الماء). دعونا نلقي نظرة عليهم

كم عدد العناصر التي تتضمنها قائمة المعادن الثقيلة؟

اليوم ، لا يوجد إجماع على عدد العناصر في القائمة المحددة ، حيث لا توجد معايير عامة تتعلق بالمعادنثقيل. ومع ذلك ، يمكن تكوين قائمة بالمعادن الثقيلة اعتمادًا على الخصائص المختلفة للمعادن وصفاتها. وتشمل هذه:

• الوزن الذري. بناءً على هذا المعيار ، ينتمي أكثر من 40 عنصرًا بكتلة ذرية أكبر من 50 amu (g / mol) إلى العناصر المسماة.
• الكثافة. بناءً على هذا المعيار تعتبر تلك المعادن ثقيلة ، حيث تكون الكثافة مساوية أو تفوق كثافة الحديد.
• السمية البيولوجية تجمع بين المعادن الثقيلة التي تؤثر سلبًا على حياة الإنسان والكائنات الحية. هناك حوالي 20 عنصرًا في قائمتهم.

التأثير على جسم الإنسان

معظم هذه المواد لها تأثير سلبي على جميع الكائنات الحية. بسبب الكتلة الذرية الكبيرة ، يتم نقلها بشكل سيئ وتتراكم في الأنسجة البشرية ، مسببة أمراضًا مختلفة. لذلك ، بالنسبة لجسم الإنسان ، يعتبر الكادميوم والزئبق والرصاص أخطر وأثقل المعادن.

يتم تجميع قائمة العناصر السامة وفقًا لدرجة الخطر وفقًا لما يسمى بقواعد Mertz ، والتي بموجبها يكون للمعادن الأكثر سمية أقل نطاق تعرض:

1. الكادميوم والزئبق والثاليوم والرصاص والزرنيخ (مجموعة من أخطر السموم المعدنية التي يمكن أن يؤدي تجاوزها للحد المسموح به إلى اضطرابات نفسية وفسيولوجية خطيرة وحتى الموت).
2. كوبالت ، كروم ، موليبدينوم ، نيكل ، أنتيمون ، سكانديوم ، زنك.
3. الباريوم والمنغنيز والسترونشيوم والفاناديوم والتنغستن

لكن هذا لا يعني أنه لا يوجد أي من العناصر المجمعة أعلاهقواعد ميرتس ، لا ينبغي أن تكون موجودة في جسم الإنسان. على العكس من ذلك ، فإن قائمة المعادن الثقيلة تشمل هذه العناصر وأكثر من 20 عنصرًا ، والتي لا يشكل تركيزها الصغير خطورة على حياة الإنسان فحسب ، بل إنها ضرورية أيضًا في عمليات التمثيل الغذائي ، وخاصة الحديد والنحاس والكوبالت والموليبدينوم وحتى الزنك.

تلوث البيئة بالمعادن الثقيلة

عناصر المحيط الحيوي الملوثة بالمعادن الثقيلة هي التربة والمياه. غالبًا ما يكون السبب وراء ذلك هو المؤسسات المعدنية التي تعالج المعادن غير الحديدية الخفيفة والثقيلة. تمت إضافة قائمة العوامل الملوثة أيضًا بواسطة محارق النفايات وعادم السيارات ومصانع الغلايات والتصنيع الكيميائي وشركات الطباعة وحتى محطات الطاقة.

السموم الأكثر شيوعًا هي: الرصاص (إنتاج السيارات) ، والزئبق (مثال على التوزيع: موازين الحرارة وأجهزة الإضاءة الفلورية المكسورة في الحياة اليومية) ، والكادميوم (الناتج عن حرق القمامة). بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم معظم المصانع في الإنتاج عنصرًا أو آخر يمكن وصفه بأنه ثقيل. معدن المجموعة ، الذي ورد ذكره أعلاه ، على شكل نفايات غالبًا ما يدخل المسطحات المائية ثم يصل إلى البشر على طول السلسلة الغذائية.

بالإضافة إلى العوامل التقنية لتلوث الطبيعة بالمعادن الثقيلة ، هناك أيضًا عوامل طبيعية - وهي انفجارات بركانية ، تم العثور على محتوى متزايد من الكادميوم في الحمم البركانية.

مميزات توزيع أكثر المعادن سمية في الطبيعة

الزئبق في الطبيعة هو الأهم من ذلك كله موضعي في بيئة الماء والهواء. يدخل الزئبق إلى مياه محيطات العالم من التصريفات الصناعية ، وهناك أيضًا أبخرة زئبق تكونت نتيجة احتراق الفحم. المركبات السامة تتراكم في الكائنات الحية ، وخاصة في المأكولات البحرية.

الرصاص لديه منطقة توزيع واسعة. يتراكم في الجبال ، وفي التربة ، وفي الماء ، وفي الكائنات الحية ، وحتى في الهواء ، على شكل غازات عوادم من السيارات. بالطبع يدخل الرصاص إلى البيئة نتيجة عمل أنثروبولوجي على شكل نفايات صناعية ونفايات غير معاد تدويرها (بطاريات وبطاريات).

ومصدر تلوث البيئة بالكادميوم مياه الصرف الصحي للمنشآت الصناعية ، وكذلك العوامل الطبيعية: تجوية خامات النحاس ، وترشيح التربة ، وكذلك نتائج النشاط البركاني.

تطبيقات المعادن الثقيلة

على الرغم من السمية ، تخلق الصناعة الحديثة مجموعة كبيرة ومتنوعة من المنتجات المفيدة من خلال معالجة المعادن الثقيلة غير الحديدية ، وتشمل قائمة هذه المنتجات سبائك النحاس والزنك والرصاص والقصدير والنيكل والتيتانيوم والزركونيوم والموليبدينوم ، إلخ.

النحاس مادة عالية المرونة يمكن استخدامها لصنع مجموعة متنوعة من الأسلاك والأنابيب وأدوات المطبخ والمجوهرات والأسقف وغير ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في الهندسة الميكانيكية وبناء السفن.

للزنك خصائص عالية في مقاومة التآكل ، لذا فإن استخدام سبائك الزنك لطلاء المنتجات المعدنية (ما يسمى بالجلفنة) أمر شائع. تطبيقات منتجات الزنك: البناء ، الهندسة الميكانيكية ، الطباعة (ألواح الطباعة) ، علم الصواريخ ، الصناعة الكيميائية (إنتاج الورنيش والطلاء) وحتى الأدوية (المطهرات ، إلخ).

يذوب الرصاص بسهولة ، لذلك يتم استخدامه كمادة خام في العديد من الصناعات: الطلاء والورنيش ، والمواد الكيميائية ، والسيارات (المضمنة في البطاريات) ، والإلكترونيات ، والطبية (إنتاج مآزر واقية للمرضى أثناء فحوصات الأشعة السينية)