Metales pesados

Metales pesados

• Los metales pesados son un grupo de elementos químicos que presentan una densidad relativamente alta y cierta toxicidad para el ser humano.

• Metales pesados son aquellos cuya densidad es por lo menos cinco veces mayor que la del agua. Tienen aplicación directa en numerosos procesos de producción de bienes y servicios. Los más importantes son:

• Arsénico (As), Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Mercurio (Hg), Níquel (Ni), Plomo (Pb), Estaño (Sn) y  Cinc (Zn).

Ref.: (Número atómico); [Símbolo]

Berilio (4) [Be]

Aluminio (13)[Al]

Vanadio(23)[V]

Cromo (24) [Cr]

Manganeso(25)[Mn]

Hierro (26) [Fe]

Cobalto (27) [Co]

Níquel (28) [Ni]

Cobre (29)[Cu]

Zinc (30) [Zn]

Arsénico* (33) [As]

Selenio**(34) [Se]

Molibdeno (42) [Mo]

Plata (47) [Ag]

Cadmio (48)[Cd]

Estaño (50)[Sn]

Bario(56) [Ba]

Mercurio (80) [Hg]

Talio (81) [Tl]

Plomo (82) [Pb]

*As es un semimetal; **Se es un no metal; los restantes son metales.

"Metales Pesados" Algunas definiciones según las propiedades consideradas

Propiedad considerada

Definición

Densidad Metales con una densidad mayor que 4 g/cm3.

Metales con una densidad mayor que 4,5 g/cm3 .

Metales con una densidad mayor que 5 g/cm3 .

Metales con una densidad mayor que 6 g/cm3 .

Metales con una densidad de 3,5 a 5 g/cm3.

Metales con una densidad relativamente alta, tóxicos o venenosos a bajas concentraciones.

Peso atómico

Metales con un elevado peso atómico.

Metales con un peso atómico mayor que el del Na (23).

Metales con un peso atómico mayor que el del Na (23), que forman jabones con ácidos grasos.

Metales con un peso atómico mayor que 40, excluyendo los alcalino-térreos, alcalinos, lantánidos y ac-tínidos.

Metales con un peso atómico relativamente alto, tales como cadmio, estaño, mercurio y plomo.

Metales con un elevado peso atómico, que pueden dañar a los seres vivos y tienden a acumularse en la ca-dena alimentaria, tales como As, Cd, Hg y Pb.

Masa atómica

Metales de masa atómica elevada.

Metales de alta masa atómica, particularmente los de transición que son tóxicos y no son metabolizados por los organismos vivos, tales como Cd, Cr, Hg y Pb.

Cualquier metal, en cualquier forma química, con masa atómica bas­tante alta, en especial los que son tóxicos (como Cd, Hg y Pb), persisten en el ambiente y pueden acumularse en tejidos vegeta­les y animales.

Metales con una elevada masa atómica y densidad superior a 4,5 g/cm3, como Cd, Cu, Cr, Hg y Pb; como contaminantes se metabolizan mal y presentan toxicidad para los seres vivos, incluido el hombre.

• Metales tóxicos son aquellos cuya concentración en el ambiente puede causar daños en la salud de las personas. Los términos metales pesados y metales tóxicos se usan como sinónimos pero sólo algunos de ellos pertenecen a ambos grupos.

• Algunos metales son indispensables en bajas concentraciones, ya que forman parte de sistemas enzimáticos, como el cobalto, zinc, molibdeno, o como el hierro que forma parte de la hemoglobina. Su ausencia causa enfermedades, su exceso intoxicaciones.

Elemento Densidad (g/cm³)

Mercurio 13,6Talio 11,85Plomo 11,3Cadmio 8,65Arsénico 5,7Aluminio 2,70Berilio 1,85

• El término "metal pesado" no está bien definido. A veces se emplea el criterio de densidad. Por ejemplo, metales de densidad mayor que 4,5 g/cm³, pero los valores en la bibliografía pueden ir desde 4 g/cm³ hasta 7 g/cm³. Otros criterios empleados son el número atómico y el peso atómico. Además, el término siempre suele estar relacionado con la toxicidad que presentan, aunque en este caso también se emplea el término "elemento tóxico" o "metal toxico".

• Muchos de los metales que tienen una densidad alta no son especialmente tóxicos y algunos son elementos esenciales en el ser humano, independientemente de que a determinadas concentraciones puedan ser tóxicos en alguna de sus formas. Sin embargo, hay una serie de elementos que en alguna de sus formas pueden representar un serio problema medioambiental y es común referirse a ellos con el término genérico de "metales pesados".

• Los metales pesados tóxicos más conocidos son el mercurio, el plomo, el cadmio y el talio. También se suele incluir un semimetal como es el arsénico y, en raras ocasiones, algún no metal como el selenio. A veces también se habla de contaminación por metales pesados incluyendo otros elementos tóxicos más ligeros, como el berilio o el aluminio.

Comportamiento ácido •Desde el punto de vista químico se pueden dividir los cationes de los metales en ácidos de Lewis duros y en ácidos de Lewis blandos. La blandura o dureza de un catión o un anión se puede relacionar con su polarizabilidad, y ésta con la relación carga/radio.

•Los iones con una relación carga/radio alta son duros, mientras que los de relación carga/radio baja son blandos. Los ácidos blandos tienden a enlazarse con bases blandas y los ácidos duros con bases duras.

•Según esta clasificación los considerados generalmente como metales pesados tóxicos como el cadmio, el mercurio o el plomo, tienen cationes, como por ejemplo el Cd2+, Hg2+ o Pb2+, que son ácidos de Lewis blandos. Estos ácidos de Lewis tienen tendencia a enlazarse a bases blandas, por ejemplo a los restos cisteinato (contienen el grupo RS-, una base blanda) de proteínas, ejerciendo de esta forma su acción tóxica.

•Sin embargo estos elementos tóxicos también pueden actuar de otras formas, por ejemplo sustituyendo a un catión metálico que realiza una función en el organismo, por tener características similares. Así, el Cd2+ puede sustituir al Zn2+ o al Ca2+. En el primer caso afecta a proteínas que contienen zinc y en el caso del calcio afecta a los huesos.

•En el caso del Al3+ y el Be2+, son ácidos de Lewis duros y no ejercen su efecto tóxico enlazándose a los restos cisteinato, sino que actúan de otras formas.

  Ácidos Bases

DurosH+, Li+, Na+, Be2+,

Cr3+, Al3+

O2-, NO33-, F-, OH-,

H2O, NH3, SO42-

BlandosAu+, Ag+, Cu+, Tl+,

Hg22+, Hg2+, Cd2+, Pb2+

R2S, H-, CN-,

SCN,CO, I-, R-

• El término de metal pesado refiere a cualquier elemento químico metálico que tenga un relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas. Los ejemplos de metales pesados incluyen el mercurio (Hg), cadmio (Cd) el arsénico (As), el cromo (Cr), el talio (Tl), y el plomo (Pb).Los metales pesados son componentes naturales de la corteza de tierra. No pueden ser degradados o ser destruidos. En un grado pequeño se incorporan a nuestros cuerpos vía el alimento, el agua potable y el aire. Como elementos de rastro, algunos metales pesados (e.g. cobre, selenio, cinc) son esenciales mantener el metabolismo del cuerpo humano. Sin embargo, en concentraciones más altas pueden conducir al envenenamiento. El envenenamiento por metal pesado podría resultar, por ejemplo, de la contaminación del agua potable (e.g. tuberias del plomo), las altas concentraciones en el aire cerca de fuentes de la emisión, o producto vía la cadena de alimento. 

• Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La bioacumulación significa un aumento en la concentración de un producto químico en un organismo biológico en un cierto plazo, comparada a la concentración del producto químico en el ambiente. Se analizan (metabolizado) o se excretan los compuestos acumulan en cosas vivas cualquier momento se toman y se almacenan más rápidamente que ellos.

• Los metales pesados pueden entrar un abastecimiento de agua por medio de residuos industriales y de deposita corrientes, los lagos, los ríos, etc.

Los efectos del antimonio en el ambiente 

• El antimonio es un metal usado en el compuesto del trioxido dec antimonio, es un retardador de la llama. Puede también ser encontrado en baterías, pigmentos, y cerámica y cristal. La exposición a los altos niveles del antimonio por períodos del tiempo cortos causa náusea, vómitos, y diarrea. Hay poca información sobre los efectos de la exposición a largo plazo del antimonio, pero es un agente carcinógeno humano sospechado. La mayoría de los compuestos del antimonio no son bioacumulambles en la vida acuática.

Los efectos del cadmio en el ambiente 

• El Cadmio deriva sus características toxicológicas de su semejanza química con el cinc un microalimento esencial para las plantas, los animales y los seres humanos. El cadmio es biopersintente y, absorbido una vez por un organismo, sigue siendo residente por muchos años (décadas del excedente para los seres humanos) aunque se excreta eventualmente.  

• En seres humanos, la exposición a largo plazo se asocia a la disfunción renal. La alta exposición puede conducir a la enfermedad obstructora del pulmón y se ha ligado al cáncer de pulmón, aunque los datos referentes al último son difíciles de interpretar debido a los diferentes factores que originan el cáncer. El cadmio puede también producir efectos en el tejido oseo (osteomalacia, osteoporosis) en seres humanos y los animales. Además, el cadmio también puede estar relacionado con un aumento de la presión arterial y efectos sobre el miocardio de los animales, aunque la mayoría de los datos humanos no apoyan estos resultados.

• El producto diario del promedio para los seres humanos se estima como 0.15 µg en el aire y 1 µg en el agua. Fumar un paquete de 20 cigarrillos puede conducir a la inhalación alrededor de 2-4 µg del cadmio, pero los niveles pueden variar extensamente.  

¿En qué forma está el cadmio emitido? 

• El Cadmio es producido como un subproducto inevitable de la refinación del cinc (o de vez en cuando plomo), puesto que estos metales ocurren naturalmente dentro del mineral crudo.  Sin embargo, una vez que esté recogido el cadmio es relativamente fácil de reciclar.

• El uso más significativo del cadmio está en baterías de nickel/cadmio, como fuentes de energía recargables o secundarias que exhiben alta salida, vida larga, mantenimiento bajo y alta tolerancia a la tensión física y eléctrica. Las capas del cadmio proporcionan buena resistencia a la corrosión, particularmente en altos ambientes de tensión tales como usos marinos y aeroespaciales donde se requiere la alta seguridad o confiabilidad; la capa se corroe mas facilmente si está dañada. Otras aplicaciones del cadmio están como pigmentos, estabilizadores para el PVC, en aleaciones y los compuestos electrónicos. El cadmio está también presente como impureza en varios productos, incluyendo los fertilizantes del fosfato, los detergentes y los productos de petróleo refinados.

• En general en la población no fumadora el camino principal de la exposición está a través de alimento, con la adición del cadmio en el suelo por via agrícola desde varias fuentes (deposición atmosférica y aplicaciones fertilizantes) y uptake el alimento y los forrajes verdes. La exposición adicional a los seres humanos se presenta a través del cadmio en el aire ambiente y agua potable.

 Los efectos del cromo en el ambiente  

• El cromo se utiliza en el cemento aleaciones del metal y los pigmentos para las pinturas, el papel, el caucho, y otros materiales. La exposición baja puede irritar la piel y causar la ulceración. La exposición a largo plazo puede causar daño del riñón y en el hígado, y el daño demasiado prolongado problemas en el sistema circulatorio y el tejido fino nervioso. El cromo se acumula a menudo en la vida acuática, agregando el peligro de comer los pescados que pudieron haber sido expuestos a los altos niveles del cromo.

Los efectos del cobre en el ambiente 

• El cobre es una sustancia esencial a la vida humana, pero en altas dosis puede causar anemia, daño del hígado y del riñón, y la irritación del estómago e intestino. La gente con la enfermedad de Wilson tiene mayor riesgo para los efectos en su salud por la sobreexposición al cobre. El cobre aparece normalmente en agua potable de las tuberias de cobre, tan bien como de los añadidos diseñados para controlar el crecimiento de algas.

Los efectos del plomo en el ambiente 

•En la exposición de los seres humanos al plomo pueden dar lugar a una amplia gama de efectos biológicos dependiendo el nivel y duración de la exposición. Los diferentes efectos ocurren sobre una amplia gama de dosis, con el feto que se convierte e infante que es más sensible que el adulto. Los altos niveles de la exposición pueden dar lugar a efectos bioquímicos tóxicos en los seres humanos que alternadamente causan problemas en la síntesis de la hemoglobina, de efectos sobre los riñones, del aparato gastrointestinal, del sistema reproductivo, y daños agudos o crónicos al sistema nervioso.   •El envenenamiento con cloro el cual es tan severo como demuestran las enfermedades que puede producir, es muy raro ahora de hecho. En las concentraciones intermedias, sin embargo, hay evidencia persuasiva que conducen a tener efectos pequeños, sutiles, subclinicos, particularmente en progresos neuropsicologicos en niños. Algunos estudios sugieren que pueda haber una pérdida de hasta 2 puntos del índice de inteligencia para una subida del nivel de plomo en la sangre a partir del 10 a 20 µg/dl en niños jóvenes. El producto de plomo diario del promedio para los adultos en el Reino Unido se estima en 1.6µg del aire, de 20µg del agua potable y de 28 µg del alimento. Aunque la mayoría de la gente recibe la cantidad mas grande de plomo en el alimento, en poblaciones específicas otras fuentes pueden ser más importantes, por ejemplo el agua en áreas con instalación de tubos de plomo y el agua completamente solvente, ventila cerca del punto de las emisiones fuente, del suelo, del polvo, de las escamas de la pintura en viejas casas o de la tierra contaminada.  El plomo en el aire contribuye al plomo niveles en alimento con la deposición el polvo y lluvia que contiene el metal, en las cosechas y el suelo.

¿En qué forma está el plomo emitido? 

• El plomo en el ambiente se presenta de fuentes naturales y antropogenicas. La exposición puede ocurrir a través del agua potable, del alimento, del aire, del suelo y del polvo de la vieja pintura que contiene plomo. La poblacion adulta no fumadora tiene como principal fuente de exposicion es el alimento y agua. El alimento, el aire, el agua y polvo/tierra son los caminos potenciales principales de la exposición los infantes y los niños jóvenes. Para los infantes hasta 4 o 5 meses de la edad, el aire, los fórmulas de la leche y el agua son las fuentes significativas. El plomo está entre los metales no ferrosos reciclados y su producción secundaria por lo tanto ha crecido constantemente a pesar de precios del plomo que declinaban. Sus características físicas y químicas se aplican en las industrias de la fabricación, de la construcción y del producto químico. Se forma y es fácilmente maleable y dúctil. Hay ocho amplias categorías del uso: baterías, añadidos de la gasolina (permitidos no más de largo en el EU), productos rodados y sacados, aleaciones, pigmentos y compuestos, cable que forra, tiro y munición.

• Símbolo químico: Pb• El plomo es un sólido metálico, relativamente poco abundante en la corteza

terrestre (13 ppm), de color gris, blando, pesado y dúctil.• Tiene numerosas aplicaciones, pero en la actualidad su consumo está sufriendo

un retroceso debido a que está siendo reemplazado en algunos de sus mercados tradicionales, por materiales plásticos de menor costo, mayor vida útil y, sobre todo, inertes (ej. cañerías). Entre sus usos más extendidos, se pueden mencionar:

• conductos para líquidos (aguas, ácidos, etc.) • antidetonante en naftas • en la obtención de ácido sulfúrico • como base de pinturas y aleaciones • como aislante de radiaciones • Este elemento es altamente tóxico; se absorbe en forma acumulativa por vía

percutánea, respiratoria y digestiva, afectando  principalmente los sistemas nervioso y renal; la enfermedad a la que conduce la acumulación de plomo en el organismo se conoce como saturnismo. Su eliminación resulta compleja y lenta y sólo es posible cuando los niveles de absorción son bajos debido a lo cual, el mejor tratamiento es el preventivo. Debido a esta razón, en la actualidad se está erradicando progresivamente el uso de naftas con plomo y las cañerías de agua en las construcciones modernas, son de plástico o de otros metales inertes.

Los efectos del mercurio en el medio ambiente

• Son una sustancia tóxica que no tiene ninguna función sabida en bioquímica humana o fisiología y no ocurre naturalmente en organismos vivos. El envenenamiento inorgánico del mercurio se asocia a los temblores, gingivitis y/o cambios psicológicos de menor importancia, junto con el aborto espontáneo y malformación congénita. Monometilercury causa daño el cerebro y el sistema nervioso central, mientras que la exposición fetal y postnatal ha dado lugar al aborto, a la malformación congénita y a los cambios del desarrollo en niños jóvenes. 

¿En qué forma está el mercurio emitido? 

• El mercurio es un agente contaminador globa con las características químicas y físicas complejas e inusuales. La fuente natural principal del mercurio es el degassing de la corteza de Earths, de emisiones de los volcanes y de la evaporación de aguas de superficie naturales. La explotación minera mundial del metal conduce a las descargas indirectas en la atmósfera. El uso del mercurio es extenso en procesos industriales y en los varios productos (e.g. baterías, lámparas y termómetros).También es utilizado extensamente en odontología como amalgama para los rellenos y por la industria farmacéutica. El mercurio excesivo de la preocupación en el ambiente se presenta de las formas extremadamente tóxicas en las cuales el mercurio puede ocurrir. El mercurio está sobre todo presente en la atmósfera en una forma relativamente unreactive como elemento gaseoso. El curso de la vida atmosférico largo (de la orden de 1 año) de su forma gaseosa significa que la emisión, el transporte y la deposición del mercurio es una edición global. Los procesos biológicos naturales pueden causar formas desnaturalizadas de mercurio a la forma que el bioaccumulate sobre millon-dobla y concentra en organismos vivos, especialmente pescado. Estas formas de mercurio: monomethylmercury y dimethylmercury sea altamente tóxico, causando desórdenes neurotoxicological. El camino principal para el mercurio a los seres humanos está a través de la cadena de alimento y no por la inhalación. Las fuentes principales de las emisiones del mercurio en el Reino Unido son de la fabricación de la clorina en células del mercurio, la producción no ferrosa del metal, la combustión del carbón y el crematoria.

• El mercurio es el único metal líquido a temperatura ambiente. Su abundancia relativa en la corteza terrestre es de 0,08 partes por millón (ppm). Se combina con otros metales formando aleaciones (amalgamas) y debido a esta propiedad, fue extensamente usado durante épocas pasadas en la minería del oro y aún en la actualidad, en explotaciones de tipo unipersonal o artesanal.

• Este uso del mercurio, cuando no es controlado debidamente, es el mayor responsable de la contaminación de aguas y sedimentos en ríos y lagos, atmósfera, suelos, vegetación y peces. En forma directa o indirecta también afecta a los seres humanos, provocándoles una enfermedad, aguda o crónica, que a veces alcanza niveles de envenenamiento, denominada mercurialismo.

• Cuando se desea detectar la presencia de este elemento, se deben realizar muestreos sistemáticos que abarquen todos los sistemas posiblemente contaminados, ya que algunos de ellos, cuando las concentraciones no son elevadas, no resultan medios de muestreo efectivos.

• Se ha demostrado que este tipo de contaminación causa un impacto grande y duradero en el ambiente y que luego de producida, aún cuando se controlen las fuentes de emisión, no siempre es posible restablecer el ecosistema original.

Los efectos del níquel en el ambiente 

• Las cantidades pequeñas de níquel son necesitados por el cuerpo humano para producir las células de sangre rojas, sin embargo, en cantidades excesivas, pueden llegar a ser suavemente tóxicos. La sobreexposición a corto plazo al níquel no se sabe para causar ninguna problemas de salud, pero la exposición a largo plazo puede causar el peso corporal, el daño del corazón y del hígado, y la irritación de piel disminuidos. El EPA no regula actualmente niveles del níquel en agua potable. El níquel puede acumular en vida acuática, pero su presencia no se magnifica a lo largo de cadenas de alimento.

 Los efectos del selenio en el selenio del ambiente 

• Son necesitados por los seres humanos y otros animales en cantidades pequeñas, pero en cantidades más grandes puede causar daño al sistema, a la fatiga, y a la irritabilidad nerviosos. El selenio acumula en el tejido vivo, causando el alto contenido del selenio en pescados y otros organismos, y causando mayores problemas de salud en ser humano sobre un curso de la vida de la sobreexposición. Estos problemas de salud incluyen pérdida del pelo y de la uña, daño al tejido fino del riñón y del hígado, daño al tejido fino circulatorio, y un daño más severo al sistema nervioso. 

Procesos de

adsorción de metales pesados 

Los mas importantes desastres con metales pesados 

• 1932 Minamata Desagues de fabricas conteniendo mercurio son vertidas en la bahia de Minamata en Japon, bioacumulandose este mercurio en los peces y produciendo posteriormente enfermedades a la poblacion.

• 1952 Minamata Syndrome En 1952 se empieza a observar los efectos del mercurio tanto con la podrucion de cáncer, como fetos deformes, y demás enfermedades relacionadas con el mercurio, desde entonces Japón tiene un legislación muy estricta sobre vertidos de metales pesados. 1986-11-01

• Sandoz El agua para apagar un fuego de 30 t de fungicida es vertida al Rhin, matando peces a lo largo de 100 km 1998-04