Těžké kovy - Heavy metals

Krystaly osmiia , těžký kov téměř dvakrát hustší než olovo

Těžké kovy jsou obecně definovány jako kovy s relativně vysokou hustotou , atomovou hmotností nebo atomovým číslem . Použitá kritéria a to, zda jsou zahrnuty metaloidy , se liší v závislosti na autorovi a kontextu. V metalurgii může být například těžký kov definován na základě hustoty, zatímco ve fyzice může být rozlišovacím kritériem atomové číslo, zatímco chemik by se pravděpodobně více zabýval chemickým chováním . Byly publikovány konkrétnější definice, ale žádná z nich nebyla široce přijímána. Definice zkoumané v tomto článku zahrnují až 96 ze 118 známých chemických prvků ; se všemi se setkává pouze rtuť , olovo a vizmut . Přes tento nedostatek shody je termín (množné nebo singulární) ve vědě široce používán. Hustota větší než 5 g / cm 3 se někdy uvádí jako běžně používané kritérium a používá se v textu tohoto článku.

Nejdříve známé kovy - běžné kovy, jako je železo , měď a cín , a drahé kovy, jako je stříbro , zlato a platina - jsou těžké kovy. Od roku 1809 byly objeveny lehké kovy , jako je hořčík , hliník a titan , stejně jako méně známé těžké kovy, včetně galia , thalia a hafnia .

Některé těžké kovy jsou buď základní živiny (obvykle železo, kobalt a zinek ), nebo relativně neškodné (například ruthenium , stříbro a indium ), ale mohou být toxické ve větším množství nebo v určitých formách. Jiné těžké kovy, jako je kadmium , rtuť a olovo, jsou vysoce jedovaté. Mezi potenciální zdroje otravy těžkými kovy patří těžba , hlušina , průmyslový odpad , zemědělský odtok , pracovní expozice , barvy a ošetřené dřevo .

S fyzickými a chemickými charakteristikami těžkých kovů je třeba zacházet opatrně, protože příslušné kovy nejsou vždy důsledně definovány. Kromě toho, že jsou těžké kovy relativně husté, bývají méně reaktivní než kovy lehčí a mají mnohem méně rozpustných sulfidů a hydroxidů . I když je poměrně snadné odlišit těžký kov, jako je wolfram, od lehčího kovu, jako je sodík , několik těžkých kovů, jako je zinek, rtuť a olovo, má některé vlastnosti lehčích kovů a lehčí kovy, jako je berylium , skandium a titan mají některé vlastnosti těžších kovů.

Těžkých kovů je v zemské kůře relativně málo, ale jsou přítomny v mnoha aspektech moderního života. Používají se například v golfových holích , automobilech , antiseptikách , samočisticích pecích , plastech , solárních panelech , mobilních telefonech a urychlovačích částic .

Definice

Tepelná mapa těžkých kovů v periodické tabulce
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H On
2  Li Být B C N. Ó F Ne
3  Na Mg Al Si P S Cl Ar
4  K Ca Sc Ti PROTI Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Tak jako Se Br Kr
5  Rb Sr Y Zr Pozn Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD v Sn Sb Te Xe
6  Čs Ba 1 hvězdička Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po Na Rn
7  Fr Ra 1 hvězdička Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
1 hvězdička Los Angeles Ce Pr Nd Odpoledne Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
1 hvězdička Ac Th Pa U Np Pu Dopoledne Cm Bk Srov Es Fm Md Ne
 
Počet splněných kritérií:
Počet prvků:
  
10
3
  
9
5
  
8
14
  
6–7
56
  
4–5
14
  
1–3
4
  
0
3
  
nekovy
19
Tato tabulka ukazuje počet kritérií těžkých kovů splněných každým kovem, z deseti kritérií uvedených v této části, tj. Dvě na základě hustoty , tři na atomovou hmotnost , dvě na atomové číslo a tři na chemické chování. Ilustruje to nedostatek shody kolem konceptu, s možnou výjimkou rtuti , olova a vizmutu .

Šest prvků na konci období (řádky) 4 až 7, které jsou někdy považovány za metaloidy, je zde považováno za kovy: jsou to germanium (Ge), arsen (As), selen (Se), antimon (Sb), tellur (Te) a astat (At). Oganesson (Og) je považován za nekovový.

Kovy uzavřené přerušovanou čarou mají (nebo, po dobu a FM-T, se předpokládá, že mají) hustoty větší než 5 g / cm 3 .

Neexistuje široce dohodnutá definice těžkého kovu na základě kritérií. V závislosti na kontextu mohou být výrazu přiřazeny různé významy. V metalurgii může být například těžký kov definován na základě hustoty , zatímco ve fyzice může být rozlišovacím kritériem atomové číslo a chemik nebo biolog by se pravděpodobně více zabýval chemickým chováním.

Kritéria hustoty v rozmezí od shora 3,5 g / cm 3 do výše 7 g / cm 3 . Definice atomové hmotnosti se mohou pohybovat od více než sodíku (atomová hmotnost 22,98); větší než 40 (kromě kovů s blokem s a f) , tedy počínaje skandiem ); nebo více než 200, tj. od rtuti dále. Atomová čísla těžkých kovů jsou obecně udávána jako větší než 20 ( vápník ); někdy je to omezeno na 92 ​​( uran ). Definice založené na atomovém čísle byly kritizovány pro zahrnutí kovů s nízkou hustotou. Například, rubidium ve skupině (sloupci) 1 z periodické tabulky má atomové číslo 37, ale má hustotu pouze 1,532 g / cm 3 , což je pod prahovou který se použije jinými autory. Stejný problém může nastat s definicemi založenými na atomové hmotnosti.

United States Pharmacopeia obsahuje test na těžké kovy, který zahrnuje srážení kovových nečistot jako jejich barevné sulfidy . „V roce 1997, Stephen Hawkes, profesor chemie psaní v souvislosti s padesát let zkušeností s termínem, řekl, že se vztahuje na“ kovy s nerozpustné sulfidy a hydroxidy , jejichž soli vytvářejí barevné roztoky ve vodě a jejichž komplexy jsou obvykle barevné. “Na základě kovů, které viděl označované jako těžké kovy, navrhl, že by bylo užitečné definovat je jako (obecně) všechny kovy ve sloupcích 316 periodické tabulky, které jsou v řadě 4 nebo vyšší, jinými slovy přechodové kovy a post-přechodové kovy . Lanthanoidy splňují Hawkesův třídílný popis; stav aktinidů není zcela ustálený.

V biochemii jsou těžké kovy někdy definovány - na základě chování jejich iontů ve vodném roztoku Lewisovou kyselinou (akceptorem elektronického páru) - jako kovy třídy B a hraniční kovy. V tomto schématu kovové ionty třídy A dávají přednost dárcům kyslíku ; ionty třídy B upřednostňují donory dusíku nebo síry ; a hraniční nebo ambivalentní ionty vykazují charakteristiky třídy A nebo B, v závislosti na okolnostech. Kovy třídy A, které mají nízkou elektronegativitu a vytvářejí vazby s velkým iontovým charakterem , jsou alkalické a alkalické zeminy , hliník , kovy skupiny 3 a lanthanoidy a aktinidy. Kovy třídy B, které mají tendenci mít vyšší elektronegativitu a vytvářejí vazby se značným kovalentním charakterem, jsou hlavně těžší přechodové a post-přechodové kovy. Hraniční kovy z velké části obsahují lehčí přechodové a post-přechodové kovy (plus arsen a antimon ). Rozdíl mezi kovy třídy A a dalšími dvěma kategoriemi je ostrý. Často citovaný návrh na použití těchto klasifikačních kategorií namísto evokativnějšího názvu heavy metal nebyl široce přijat.

Seznam těžkých kovů podle hustoty

Hustotu více než 5 g / cm 3 je někdy uváděn jako společný těžký kov definování faktor a, v nepřítomnosti jednomyslně definice, se používá k naplnění tohoto seznamu a (pokud není uvedeno jinak), vedení se ve zbývající části výrobku. Metaloidy splňující příslušná kritéria - například arsen a antimon - jsou někdy považovány za těžké kovy, zejména v chemii životního prostředí , jak je tomu v tomto případě. V seznamu je také selen (hustota 4,8 g/cm 3 ). Okrajově nedosahuje kritéria hustoty a je méně běžně uznáván jako metaloid, ale má chemii ve vodě podobnou v některých ohledech chemii arzenu a antimonu. Jiné kovy někdy klasifikovány nebo považovány za "těžkých" kovy, jako je například berylia (hustota 1,8 g / cm 3 ), hliníku (2,7 g / cm 3 ), vápníku (1,55 g / cm 3 ), a barnatého (3,6 g / cm 3 ) jsou zde považovány za lehké kovy a obecně nejsou dále brány v úvahu.

Produkováno převážně komerční těžbou (neformálně klasifikováno podle ekonomického významu)
Strategické (30)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Považováno za zásadní pro
strategické zájmy více národů
Těchto 30 zahrnuje 22 zde uvedených a
8 níže (6 vzácných a 2 komodity).
Vzácný (8)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Vzácné a nákladné
Strategický:
Nestrategické:
Komodita (9)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Obchodováno v tunách na LME
Strategický:
Nestrategické:
Menší (14)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ani strategický, drahocenný, ani komoditní
Vyrobeno převážně umělou transmutací (neformálně klasifikováno podle stability)
Dlouhověký (15)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Poločas delší než 1 den
Dočasné (16)
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Poločas rozpadu méně než 1 den
† † Antimon, arsen, germanium a tellur jsou běžně uznávány jako metaloidy ; selen méně často.
Předpokládá se, že astat je kov.
Radioaktivní Všechny izotopy těchto 34 prvků jsou nestabilní, a proto radioaktivní. I když to platí také pro vizmut, není tak výrazný, protože jeho poločas 19 miliard miliard let je více než miliardkrát vyšší než odhadovaný věk vesmíru 13,8 miliardy let .
Těchto osm prvků se vyskytuje přirozeně, ale v příliš malých množstvích pro ekonomicky životaschopnou extrakci.

Původ a použití termínu

Těžkost přirozeně se vyskytujících kovů, jako je zlato , měď a železo, mohla být zaznamenána již v pravěku a vzhledem k jejich tvárnosti vedla k prvním pokusům o výrobu kovových ozdob, nástrojů a zbraní. Všechny kovy objevené od té doby až do roku 1809 měly relativně vysokou hustotu; jejich těžkost byla považována za jedinečně rozlišující kritérium.

Od roku 1809 byly izolovány lehké kovy, jako je sodík, draslík a stroncium . Jejich nízké hustoty zpochybňovaly konvenční moudrost a bylo navrženo označovat je jako metaloidy (což znamená „podobat se kovům formou nebo vzhledem“). Tento návrh byl ignorován; nové prvky začaly být uznávány jako kovy a termín metaloid byl pak používán k označení nekovových prvků a později prvků, které bylo těžké popsat jako kovy nebo nekovy.

Časné použití termínu „těžký kov“ pochází z roku 1817, kdy německý chemik Leopold Gmelin rozdělil prvky na nekovy, lehké kovy a těžké kovy. Lehké kovy měl hustotu 0.860-5.0 g / cm 3 ; těžké kovy 5,308–22 000. Termín se později spojil s prvky s vysokou atomovou hmotností nebo vysokým atomovým číslem. Někdy se používá zaměnitelně s výrazem těžký prvek . Například při diskusi o historii jaderné chemie Magee poznamenává, že aktinidy byly kdysi považovány za novou přechodovou skupinu těžkých prvků, zatímco Seaborg a spolupracovníci „upřednostňovali ... sérii těžkých kovů podobných vzácným zeminám ...“ . V astronomii je však těžkým prvkem jakýkoli prvek těžší než vodík a helium .

Kritika

V roce 2002 skotský toxikolog John Duffus přezkoumal definice používané během předchozích 60 let a dospěl k závěru, že jsou tak rozmanité, že efektivně činí tento termín bezvýznamným. Spolu s tímto zjištěním je stav těžkých kovů u některých kovů příležitostně zpochybňován z toho důvodu, že jsou příliš lehké nebo se podílejí na biologických procesech nebo jen zřídka představují nebezpečí pro životní prostředí. Mezi příklady patří skandium (příliš světlé); vanadzinek (biologické procesy); a rhodium , indium a osmium (příliš vzácné).

Popularita

Přes svůj diskutabilní význam se termín těžký kov pravidelně objevuje ve vědecké literatuře. Studie z roku 2010 zjistila, že byla stále více používána a zdálo se, že se stala součástí jazyka vědy. Říká se, že je to přijatelný termín, vzhledem k jeho pohodlí a známosti, pokud je doprovázen přísnou definicí. O protějšcích těžkých kovů, lehkých kovů , zmiňuje společnost The Minerals, Metals and Materials Society jako „ hliník , hořčík , berylium , titan , lithium a další reaktivní kovy“.

Biologická role

Množství těžkých kovů v
průměrném 70 kg lidského těla
Živel Miligramy
Žehlička 4000 4000
 
Zinek 2 500 2 500
 
Vést 120 120
 
Měď 70 70
 
Cín 30 30
 
Vanadium 20 20
 
Kadmium 20 20
 
Nikl 15 15
 
Selen 14 14
 
Mangan 12 12
 
jiný 200 200
 
Celkový 7 000

Pro určité biologické procesy je zapotřebí stopové množství některých těžkých kovů, většinou v období 4. Jedná se o železo a měď ( transport kyslíku a elektronů ); kobalt ( komplexní syntézy a buněčný metabolismus ); zinek ( hydroxylace ); vanad a mangan ( regulace nebo fungování enzymů ); chrom ( využití glukózy ); nikl ( buněčný růst ); arsen (metabolický růst u některých zvířat a případně u lidí) a selen ( fungování antioxidantů a produkce hormonů ). Období 5 a 6 obsahují méně esenciálních těžkých kovů, v souladu s obecným vzorcem, že těžší prvky mají tendenci být méně hojné a že u vzácnějších prvků je méně pravděpodobné, že budou nutričně důležité. V období 5 , molybden je zapotřebí pro katalýzu z redox reakcí; některé mořské rozsivky používají ke stejnému účelu kadmium ; a cín může být vyžadován pro růst u několika druhů. V období 6 , wolframu vyžaduje nějakou archea a bakterií na metabolické procesy . Nedostatek některého z těchto období 4–6 základních těžkých kovů může zvýšit náchylnost k otravě těžkými kovy (naopak přebytek může mít také nepříznivé biologické účinky ). Průměrné 70 kg lidského těla je asi 0,01% těžkých kovů (~ 7 g, což odpovídá hmotnosti dvou sušených hrášků, přičemž železo obsahuje 4 g, zinek 2,5 g a olovo 0,12 g obsahuje tři hlavní složky), 2 % lehkých kovů (~ 1,4 kg, hmotnost láhve vína) a téměř 98% nekovů (většinou vody ).

Bylo pozorováno, že několik neesenciálních těžkých kovů má biologické účinky. Gallium , germanium (metaloid), indium a většina lanthanoidů mohou stimulovat metabolismus a titan podporuje růst v rostlinách (i když to není vždy považováno za těžký kov).

Toxicita

Těžké kovy jsou často považovány za vysoce toxické nebo škodlivé pro životní prostředí. Některé jsou, zatímco jiné jsou toxické, pouze pokud jsou užívány v nadměrném množství nebo se s nimi setkáváme v určitých formách. Vdechování určitých kovů, buď jako jemný prach nebo nejčastěji jako výpary, může také vést ke stavu zvanému horečka kovových výparů .

Environmentální těžké kovy

Chrom, arsen, kadmium, rtuť a olovo mají největší potenciál způsobit újmu z důvodu jejich rozsáhlého používání, toxicity některých jejich kombinovaných nebo elementárních forem a jejich rozšířené distribuce v životním prostředí. Šestimocný chrom je například vysoce toxický, stejně jako páry rtuti a mnoho sloučenin rtuti. Těchto pět prvků má silnou afinitu k síře; v lidském těle se obvykle vážou prostřednictvím thiolových skupin (–SH) na enzymy zodpovědné za řízení rychlosti metabolických reakcí. Výsledné vazby síra-kov brání správnému fungování příslušných enzymů; lidské zdraví se zhoršuje, někdy smrtelně. Chrom (ve své šestimocné formě) a arsen jsou karcinogeny ; kadmium způsobuje degenerativní onemocnění kostí ; a rtuť a olovo poškozují centrální nervový systém .

Olovo je nejčastějším kontaminantem těžkých kovů. Úrovně ve vodním prostředí průmyslových společností byly odhadovány na dvojnásobek až trojnásobek úrovní předindustriální. Jako součást tetraethylolova , (CH
3
CH
2
)
4
Pb
, to bylo používáno značně v benzínu během 1930-1970. Ačkoli používání olovnatého benzínu bylo v Severní Americe do roku 1996 do značné míry ukončeno, půdy vedle silnic vybudovaných do této doby si zachovaly vysoké koncentrace olova. Pozdější výzkum prokázal statisticky významnou korelaci mezi mírou používání olovnatého benzínu a násilnou kriminalitou ve Spojených státech; s přihlédnutím k 22letému časovému zpoždění (pro průměrný věk násilných zločinců) křivka násilné kriminality prakticky sledovala křivku hlavní expozice.

Mezi další těžké kovy známé svou potenciálně nebezpečnou povahou, obvykle jako toxické látky znečišťující životní prostředí, patří mangan (poškození centrálního nervového systému); kobalt a nikl (karcinogeny); měď, zinek, selen a stříbro ( narušení endokrinního systému, vrozené poruchy nebo obecné toxické účinky na ryby, rostliny, ptáky nebo jiné vodní organismy); cín, jako organotin (poškození centrálního nervového systému); antimon (podezření na karcinogen); a thallium (poškození centrálního nervového systému).

Nutričně důležité těžké kovy

Těžké kovy nezbytné pro život mohou být toxické, pokud jsou přijímány v nadměrném množství; některé mají zvláště toxické formy. Oxid vanadičitý (V 2 O 5 ) je u zvířat karcinogenní a při vdechnutí poškozuje DNA . Fialový manganistanový iont MnO-
4
je jed na játra a ledviny . Požití více než 0,5 gramu železa může způsobit srdeční kolaps; k takovému předávkování nejčastěji dochází u dětí a může dojít k úmrtí do 24 hodin. Karbonyl niklu (Ni (CO) 4 ), 30 dílů na milion, může způsobit selhání dýchání, poškození mozku a smrt. Nasátí gramu nebo více síranu měďnatého (CuSO 4 ) může být smrtelné; přeživším může zůstat velké poškození orgánů. Více než pět miligramů selenu je vysoce toxických; to je zhruba desetinásobek 0,45 miligramu doporučeného maximálního denního příjmu; dlouhodobá otrava může mít paralytické účinky.

Ostatní těžké kovy

Několik dalších neesenciálních těžkých kovů má jednu nebo více toxických forem. Bylo zaznamenáno selhání ledvin a úmrtí způsobená požitím doplňků stravy obsahujících germánium (celkem ~ 15 až 300 g spotřebovaných po dobu dvou měsíců až tří let). Expozice oxidu osmičelému (OsO 4 ) může způsobit trvalé poškození očí a může vést k respiračnímu selhání a smrti. Soli india jsou toxické, pokud je požito více než několik miligramů a postihnou ledviny, játra a srdce. Cisplatina (PtCl 2 (NH 3 ) 2 ), která je důležitým lékem používaným k zabíjení rakovinných buněk , je také ledvinovým a nervovým jedem. Sloučeniny vizmutu mohou při nadměrném užívání způsobit poškození jater; nerozpustné sloučeniny uranu, stejně jako nebezpečné záření, které vyzařují, mohou způsobit trvalé poškození ledvin.

Zdroje expozice

Těžké kovy mohou zhoršit kvalitu ovzduší, vody a půdy a následně způsobit zdravotní problémy rostlinám, zvířatům a lidem, když se koncentrují v důsledku průmyslových činností. Mezi běžné zdroje těžkých kovů v této souvislosti patří těžba a průmyslové odpady; emise vozidel; motorový olej; paliva používaná loděmi a těžkými stroji; konstrukční práce; hnojiva; pesticidy; barvy ; barviva a pigmenty; renovace; nezákonné ukládání stavebního a demoličního odpadu; vyklápěcí kontejner s otevřenou střechou; svařování, pájení na tvrdo a pájení; zpracování skla; betonářské práce; práce na silnici; používání recyklovaných materiálů; DIY kovové projekty; pálení jossového papíru ; otevřené spalování odpadu ve venkovských oblastech; kontaminovaný ventilační systém; potraviny kontaminované prostředím nebo obalem; výzbroj; olověné baterie ; dvůr pro recyklaci elektronického odpadu; a zpracované dřevo ; stárnoucí infrastruktura zásobování vodou ; a mikroplasty plovoucí ve světových oceánech. Nedávné příklady kontaminace těžkými kovy a zdravotní rizika zahrnují výskyt Minamata choroby v Japonsku (1932–1968; soudní spory probíhají od roku 2016); Bento Rodrigues přehrada katastrofa v Brazílii, vysoký obsah olova v pitné vody dodávané obyvatelům Flint , Michigan, na severovýchodě Spojených států a 2015 Hong Kong těžkých kovů v pitné vodě incidentů .

Vznik, hojnost, výskyt a extrakce

 
Těžké kovy v zemské kůře:
hojnost a hlavní výskyt nebo zdroj
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H On
2  Li Být B C N. Ó F Ne
3  Na Mg Al Si P S Cl Ar
4  K Ca Sc Ti PROTI Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Tak jako Se Br Kr
5  Rb Sr Y Zr Pozn Mo Ru Rh Pd Ag CD v Sn Sb Te  Já  Xe
6  Čs Ba 1 hvězdička Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi
7  Ra 1 hvězdička
1 hvězdička Los Angeles Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
1 hvězdička Th Pa U
 
   Nejhojnější (56 300 ppm hmotnostních)
   Vzácné (0,01–0,99 ppm)
   Hojné (100–999 ppm)
   Velmi vzácné (0,0001–0,0099 ppm)
   Méně časté (1–99 ppm)
   Nejméně hojný (~0,000001 ppm)
 
Těžké kovy, které zbyly z dělicí čáry, se vyskytují (nebo pocházejí ze zdrojů) hlavně jako litofily ; ty, na pravé straně, jak chalcophiles kromě zlata (a siderophile ) a cínu (litofilní).

Těžké kovy až do blízkosti železa (v periodické tabulce) se vyrábějí převážně hvězdnou nukleosyntézou . V tomto procesu lehčí prvky od vodíku po křemík procházejí postupnými fúzními reakcemi uvnitř hvězd, uvolňují světlo a teplo a vytvářejí těžší prvky s vyššími atomovými čísly.

Těžší těžké kovy se tímto způsobem obvykle netvoří, protože fúzní reakce zahrnující taková jádra by energii spíše spotřebovávaly než uvolňovaly. Spíše jsou z velké části syntetizovány (z prvků s nižším atomovým číslem) zachycováním neutronů , přičemž dvěma hlavními režimy tohoto opakovaného zachycení jsou s-proces a r-proces . V s-procesu („s“ znamená „pomalý“) jsou singulární zachycení oddělena roky nebo desetiletími, což umožňuje méně stabilním jádrům rozpad beta , zatímco v procesu r („rychlý“) dochází k zachycení rychleji než jádra se mohou rozpadat. S-proces se tedy ubírá víceméně jasnou cestou: například stabilní jádra kadmia-110 jsou postupně bombardována volnými neutrony uvnitř hvězdy, dokud nevytvoří jádra kadmia-115, která jsou nestabilní a rozpadnou se za vzniku india-115 (které je téměř stabilní, s poločasem rozpadu30 000krát starší než vesmír). Tato jádra zachycují neutrony a tvoří indium-116, které je nestabilní, rozpadá se a vzniká cín-116 atd. Naproti tomu v r-procesu taková cesta neexistuje. Proces s se zastaví na vizmutu kvůli krátkým poločasům dalších dvou prvků, polonia a astatu, které se rozpadají na vizmut nebo olovo. Proces r je tak rychlý, že může přeskočit tuto zónu nestability a pokračovat ve vytváření těžších prvků, jako je thorium a uran.

Těžké kovy kondenzují na planetách v důsledku hvězdných evolučních a destrukčních procesů. Hvězdy ztrácejí velkou část své hmoty, když jsou během svého života vysunuty pozdě a někdy poté v důsledku sloučení neutronové hvězdy , čímž se v mezihvězdném prostředí zvyšuje množství prvků těžších než helium . Když gravitační přitažlivost způsobí, že se tato hmota spojí a zhroutí, vzniknou nové hvězdy a planety .

Zemská kůra je vyrobena z přibližně 5% hmotnostních těžkých kovů, přičemž železo tvoří 95% tohoto množství. Lehkých kovů (~ 20%) a nekovů (~ 75%) tvoří dalších 95%kůry. Přes jejich celkový nedostatek se těžké kovy mohou koncentrovat v ekonomicky extrahovatelných množstvích v důsledku budování hor , eroze nebo jiných geologických procesů .

Těžké kovy se nacházejí především jako lithophiles (rock-milující) nebo chalcophiles (ruda-milující). Litofilní těžké kovy jsou hlavně prvky f-bloku a reaktivnější z prvků d-bloku . Mají silnou afinitu ke kyslíku a většinou existují jako silikátové minerály s relativně nízkou hustotou . Chalkofilní těžké kovy jsou hlavně méně reaktivními prvky d-bloku a kovy a metaloidy s periodou 4–6 p-bloků . Obvykle se nacházejí v (nerozpustných) sulfidových minerálech . Chalkofilové, kteří byli hustší než litofilové, a proto v době tuhnutí klesali níže do kůry, bývají méně hojní než litofili.

Naproti tomu zlato je siderofil nebo prvek milující železo. Nevytváří snadno sloučeniny s kyslíkem ani sírou. V době vzniku Země a jako nejušlechtilejší (inertní) kovy se zlato propadlo do jádra díky své tendenci vytvářet kovové slitiny s vysokou hustotou. V důsledku toho se jedná o relativně vzácný kov. Některé další (méně) vzácné těžké kovy - molybden, rhenium , kovy skupiny platiny ( ruthenium , rhodium, palladium , osmium, iridium a platina), germanium a cín - lze považovat za siderofily, ale pouze z hlediska jejich primárního výskytu na Zemi (jádro, plášť a kůra), spíše kůra. Tyto kovy se jinak vyskytují v kůře, v malých množstvích, hlavně jako chalkofilové (v jejich nativní formě méně ).

Koncentrace těžkých kovů pod kůrou jsou obecně vyšší, přičemž většina se nachází v jádru převážně železo-křemík-nikl. Platina například obsahuje přibližně 1 část na miliardu kůry, zatímco její koncentrace v jádru je považována za téměř 6 000krát vyšší. Nedávné spekulace naznačují, že uran (a thorium) v jádru může generovat značné množství tepla, které pohání deskovou tektoniku a (nakonec) udržuje magnetické pole Země .

Obecně řečeno, a až na některé výjimky, lze litofilní těžké kovy ze svých rud extrahovat elektrickým nebo chemickým zpracováním , zatímco chalkofilní těžké kovy se získávají pražením jejich sulfidických rud za vzniku odpovídajících oxidů a jejich následným zahříváním pro získání surových kovů. Radium se vyskytuje v množství příliš malém na to, aby bylo ekonomicky těžit, a místo toho se získává z vyhořelého jaderného paliva . Kovy chalkofilní platinové skupiny (PGM) se vyskytují hlavně v malých (smíšených) množstvích s jinými chalkofilními rudami. Rudy zapojené potřebu být taven , pečené, a pak vyluhuje s kyselinou sírovou za vzniku zbytku PGM. Toto je chemicky rafinováno, aby se získaly jednotlivé kovy v jejich čistých formách. Ve srovnání s jinými kovy jsou PGM drahé kvůli jejich nedostatku a vysokým výrobním nákladům.

Zlato, siderofil, se nejčastěji získává rozpuštěním rud, ve kterých se nachází v kyanidovém roztoku . Zlato tvoří dicyanoaurate (I), například: 2 Au + H 2 O + ½ O 2 + 4 KCN → 2 K [Au (CN) 2 ] + 2 KOH . Do směsi se přidává zinek, který je reaktivnější než zlato a vytlačuje zlato: 2 K [Au (CN) 2 ] + Zn → K 2 [Zn (CN) 4 ] + 2 Au. Zlato se vysráží z roztoku jako kal, odfiltruje se a roztaví.

Vlastnosti ve srovnání s lehkými kovy

V tabulce jsou shrnuty některé obecné fyzikální a chemické vlastnosti lehkých a těžkých kovů. Ke srovnání je třeba přistupovat opatrně, protože termíny lehký kov a těžký kov nejsou vždy důsledně definovány. Také fyzikální vlastnosti tvrdosti a pevnosti v tahu se mohou značně lišit v závislosti na čistotě, velikosti zrn a předběžném zpracování.

Vlastnosti lehkých a těžkých kovů
Fyzikální vlastnosti Lehké kovy Těžké kovy
Hustota Obvykle nižší Obvykle vyšší
Tvrdost Bývají měkké, snadno se řežou nebo ohýbají Většina je docela těžká
Tepelná roztažnost Většinou vyšší Většinou nižší
Bod tání Většinou nízko Nízká až velmi vysoká
Pevnost v tahu Většinou nižší Většinou vyšší
Chemické vlastnosti Lehké kovy Těžké kovy
Umístění periodické tabulky Nejčastěji se nacházejí ve skupinách 1 a 2 Téměř všechny byly nalezeny ve skupinách 316
Hojnost v zemské kůře Hojnější Méně hojný
Hlavní výskyt (nebo zdroj) Lithophiles Lithophiles nebo chalcophiles ( Au je siderophile )
Reaktivita Reaktivnější Méně reaktivní
Sulfidy Rozpustný až nerozpustný Extrémně nerozpustný
Hydroxidy Rozpustný až nerozpustný Obecně nerozpustný
Soli Většinou tvoří bezbarvé roztoky ve vodě Většinou tvoří barevné roztoky ve vodě
Komplexy Většinou bezbarvý Většinou barevné
Biologická role Zahrnout makroživiny ( Na , Mg , K , Ca ) Zahrnout mikroživiny ( V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn , Mo )

Díky těmto vlastnostem je relativně snadné odlišit lehký kov jako sodík od těžkého kovu jako wolfram, ale rozdíly se na hranicích stávají méně zřetelnými. Lehké strukturální kovy jako berylium, skandium a titan mají některé vlastnosti těžkých kovů, jako jsou vyšší teploty tání; post-přechodové těžké kovy, jako je zinek, kadmium a olovo, mají některé vlastnosti lehkých kovů, jako jsou relativně měkké, s nižší teplotou tání a tvořící převážně bezbarvé komplexy.

Využití

Těžké kovy jsou přítomny téměř ve všech aspektech moderního života. Železo může být nejběžnější, protože představuje 90% všech rafinovaných kovů. Platina může být nejvíce všudypřítomná, protože se říká, že se nachází ve 20% veškerého spotřebního zboží nebo se z něj vyrábí.

Některá běžná použití těžkých kovů závisí na obecných charakteristikách kovů, jako je elektrická vodivost a odrazivost, nebo na obecných charakteristikách těžkých kovů, jako je hustota, pevnost a trvanlivost. Další použití závisí na charakteristikách konkrétního prvku, jako je jejich biologická role jako živin nebo jedů nebo některé další specifické atomové vlastnosti. Příklady takových atomových vlastností zahrnují: částečně naplněné d- nebo f- orbitaly (v mnoha přechodných těžkých kovech lanthanidu a aktinidu), které umožňují tvorbu barevných sloučenin; schopnost většiny iontů těžkých kovů (jako je platina, cer nebo vizmut) existovat v různých oxidačních stavech, a proto působí jako katalyzátory; špatně se překrývající orbitaly 3d nebo 4f (v železe, kobaltu a niklu nebo lanthanidové těžké kovy z europia přes thulium ), které způsobují magnetické efekty; a vysoká atomová čísla a hustoty elektronů, které jsou základem jejich aplikací jaderné vědy. Typické použití těžkých kovů lze široce seskupit do následujících šesti kategorií.

Na základě hmotnosti nebo hustoty

Při pohledu dolů na vrchol malého dřevěného tvaru lodi.  Středem tvaru podél jeho dlouhé osy vedou čtyři kovové struny.  Řetězce procházejí malým vyvýšeným dřevěným můstkem umístěným uprostřed tvaru tak, aby struny seděly nad palubou violoncella.
V violoncelle (příklad ukázaný výše) nebo viole C- řetězec někdy obsahuje wolfram ; jeho vysoká hustota umožňuje řetězec menšího průměru a zlepšuje odezvu.

Některá použití těžkých kovů, včetně sportu, strojírenství , vojenské munice a jaderné vědy , využívají jejich relativně vysoké hustoty. Při podvodním potápění se olovo používá jako zátěž ; v dostihových handicapovaných dostizích musí každý kůň nést uvedenou olověnou váhu, založenou na faktorech, včetně předchozího výkonu, aby se vyrovnaly šance různých závodníků. V golfu , wolframové, mosazné nebo měděné vložky v fairwayových holích a žehličkách snižují těžiště hole a usnadňují tak dostat míč do vzduchu; a o golfových míčích s wolframovými jádry se tvrdí, že mají lepší letové vlastnosti. Při muškaření mají potápějící se muškařské šňůry povlak z PVC zalitý wolframovým práškem, takže se potápí požadovanou rychlostí. V atletickém sportu jsou ocelové míče používané při hodech kladivem a vrhem koulí naplněny olovem, aby se dosáhlo minimální hmotnosti požadované mezinárodními pravidly. Wolfram se používal v hodech kladivem nejméně do roku 1980; minimální velikost míče byla zvýšena v roce 1981, aby se odstranila potřeba toho, co bylo v té době drahý kov (trojnásobek nákladů na ostatní kladiva), který není běžně dostupný ve všech zemích. Wolframová kladiva byla tak hustá, že pronikla příliš hluboko do drnu.

Čím vyšší je hustota projektilu, tím efektivněji dokáže proniknout těžkou pancéřovou deskou ... Os , Ir , Pt a Re  ... jsou drahé ... U nabízí atraktivní kombinaci vysoké hustoty, přiměřených nákladů a vysoké lomové houževnatosti.

AM Russell a KL Lee
Struktura - majetkové vztahy
u barevných kovů
(2005, s. 16)

Ve strojírenství se těžké kovy používají jako zátěž v lodích, letadlech a motorových vozidlech; nebo ve vyvažovacích závažích na kola a klikové hřídele , gyroskopy a vrtule a odstředivé spojky v situacích vyžadujících maximální hmotnost v minimálním prostoru (například v hodinkových strojcích ).

Ve vojenské výzbroji se wolfram nebo uran používají při pancéřování a průbojných projektilech , stejně jako u jaderných zbraní ke zvýšení účinnosti ( odrazem neutronů a dočasným zpožděním expanze reagujících materiálů). V 70. letech minulého století bylo zjištěno , že tantal je ve tvaru nálože účinnější než měď a výbušně tvarované protipancéřové zbraně kvůli jeho vyšší hustotě, což umožňuje větší koncentraci sil a lepší deformovatelnost. Méně toxické těžké kovy , jako je měď, cín, wolfram a vizmut, a pravděpodobně mangan (stejně jako bór , metaloid), nahradily olovo a antimon v zelených kulkách používaných některými armádami a v některých rekreačních střeleckých municích. Byly vzneseny pochybnosti o bezpečnosti (nebo zelených pověřeních ) wolframu.

Protože hustší materiály absorbují více radioaktivních emisí než lehčí, těžké kovy jsou užitečné pro stínění radiace a pro zaměření paprsků záření v lineárních urychlovačích a aplikacích radioterapie .

Na základě pevnosti nebo trvanlivosti

Kolosální socha ženy v rouše, která nese ve zvednuté levé ruce pochodeň a ve druhé ruce tablet
Socha Svobody . Nerezové oceli slitina armatura poskytuje konstrukční pevnost; měděný kožní odpor uděluje korozi.

Síla nebo trvanlivost těžkých kovů, jako je chrom, železo, nikl, měď, zinek, molybden, cín, wolfram a olovo, jakož i jejich slitin, je činí užitečnými pro výrobu artefaktů, jako jsou nástroje, stroje, zařízení , nádobí, potrubí, železniční tratě , budovy a mosty, automobily, zámky, nábytek, lodě, letadla, ražba mincí a šperky. Používají se také jako legující přísady pro zlepšení vlastností jiných kovů. Ze dvou desítek prvků, které byly použity ve světě monetizovaných mincí, pouze dva, uhlík a hliník, nejsou těžké kovy. Zlato, stříbro a platina se používají ve šperkařství stejně jako (například) nikl, měď, indium a kobalt v barevném zlatě . Levné šperky a dětské hračky mohou být do značné míry vyrobeny z těžkých kovů, jako je chrom, nikl, kadmium nebo olovo.

Měď, zinek, cín a olovo jsou mechanicky slabší kovy, ale mají užitečné vlastnosti prevence koroze . Zatímco každý z nich reaguje se vzduchem, výsledné patiny různých solí mědi, uhličitanu zinečnatého , oxidu cínu nebo směsi oxidu olovnatého , uhličitanu a síranu poskytují cenné ochranné vlastnosti . Měď a olovo se proto používají například jako střešní materiály ; zinek působí jako antikorozní prostředek v pozinkované oceli ; a cín slouží podobnému účelu u ocelových plechovek .

Zpracovatelnost a odolnost proti korozi železa a chromu se zvyšuje přidáním gadolinia ; odolnosti proti tečení niklu se zlepší přidáním thoria. Tellur se přidává do mědi ( telurové mědi ) a slitin oceli, aby se zlepšila jejich obrobitelnost; a vést k tomu, že bude tvrdší a odolnější vůči kyselinám.

Biologické a chemické

Malý bezbarvý talířek s bledě žlutým práškem
Oxid ceritý ( vzorek ukázaný výše) se používá jako katalyzátor v samočisticích pecích .

Tyto biocidní účinky některých těžkých kovů jsou známy již od starověku. Platina, osmium, měď, ruthenium a další těžké kovy, včetně arsenu, se používají v protirakovinných léčebných postupech nebo vykazují potenciál. Antimon (anti-protozoální), vizmut ( anti-vřed ), zlato ( anti-artritické ) a železo ( anti-malarické ) jsou také důležité v medicíně. Měď, zinek, stříbro, zlato nebo rtuť se používají v antiseptických přípravcích; malé množství některých těžkých kovů se používá k řízení růstu řas například v chladicích věžích . V závislosti na zamýšleném použití jako hnojiva nebo biocidy mohou agrochemikálie obsahovat těžké kovy, jako je chrom, kobalt, nikl, měď, zinek, arsen, kadmium, rtuť nebo olovo.

Vybrané těžké kovy se používají jako katalyzátory při zpracování paliva (například rhenium), výrobě syntetického kaučuku a vláken (vizmut), zařízení pro regulaci emisí (palladium) a v samočisticích pecích (kde oxid ceritý na stěnách takové pece pomáhají oxidovat zbytky z vaření na bázi uhlíku ). V chemii mýdel tvoří těžké kovy nerozpustná mýdla, která se používají v mazacích tucích , sušičkách barev a fungicidech (kromě lithia tvoří rozpustná mýdla alkalické kovy a amonné ionty).

Barvení a optika

Malé průsvitné, růžově zbarvené krystaly trochu připomínající barvu cukrové vaty
Síran neodymu (Nd 2 (SO 4 ) 3 ), používaný k barvení skla

Barvy skla , keramických glazur , barev , pigmentů a plastů se běžně vyrábějí zahrnutím těžkých kovů (nebo jejich sloučenin), jako je chrom, mangan, kobalt, měď, zinek, selen, zirkon , molybden, stříbro, cín, praseodym , neodym , erbium , wolfram, iridium, zlato, olovo nebo uran. Tetovací inkousty mohou obsahovat těžké kovy, jako je chrom, kobalt, nikl a měď. Vysoká odrazivost některých těžkých kovů je důležitá při konstrukci zrcadel , včetně přesných astronomických přístrojů . Reflektory světlometů se spoléhají na vynikající odrazivost tenkého filmu rhodia.

Elektronika, magnety a osvětlení

Satelitní snímek toho, co vypadá jako polopravidelně rozmístěné pruhy černých dlaždic zasazené do roviny, obklopené zemědělskou půdou a travnatými plochami
Topaz Solar Farm v jižní Kalifornii, je k dispozici devět milionů kadmia telluru fotovoltaické moduly o rozloze 25,6 čtverečních kilometrů (9.9 mílí čtverečných).

Těžké kovy nebo jejich sloučeniny lze nalézt v elektronických součástkách , elektrodách , elektroinstalacích a solárních panelech, kde je lze použít jako vodiče, polovodiče nebo izolátory. Molybdenový prášek se používá v inkoustech s plošnými spoji . Ruthenium (IV) oxidu titanu opatřeného povlakem anody se používají pro průmyslovou výrobu chlóru . Domácí elektrické systémy jsou z velké části propojeny měděným drátem pro jeho dobré vodivé vlastnosti. Stříbro a zlato se používají v elektrických a elektronických zařízeních, zejména v kontaktních spínačích , v důsledku jejich vysoké elektrické vodivosti a schopnosti odolávat nebo minimalizovat tvorbu nečistot na jejich povrchu. Polovodiče telurid kadmia a arzenid galia se používají k výrobě solárních panelů. Oxid hafnia , izolátor, se používá jako regulátor napětí v mikročipech ; oxid tantalu , další izolátor, se používá v kondenzátorech v mobilních telefonech . Těžké kovy se používají v bateriích více než 200 let, přinejmenším od chvíle, kdy Volta v roce 1800 vynalezl svoji měděnou a stříbrnou voltaickou hromadu. Promethium , lanthan a rtuť jsou dalšími příklady v atomových , nikl-metal-hydridových a knoflíkových článcích baterie.

Magnety jsou vyrobeny z těžkých kovů, jako je mangan, železo, kobalt, nikl, niob, vizmut, praseodym, neodym, gadolinium a dysprosium . Neodymové magnety jsou nejsilnějším typem komerčně dostupného permanentního magnetu . Jsou klíčovými součástmi například zámků dveří automobilů, spouštěcích motorů , palivových čerpadel a elektricky ovládaných oken .

Těžké kovy se používají v osvětlení , laserech a světelných diodách (LED). Ploché displeje obsahují tenký film elektricky vodivého oxidu india a cínu . Zářivkové osvětlení při své činnosti spoléhá na rtuťové páry. Rubínové lasery vytvářejí sytě červené paprsky vzrušujícími atomy chromu; lanthanoidy se také hojně používají v laserech. Gallium, indium a arsen; a měď, iridium a platina se používají v LED (poslední tři v organických LED ).

Nukleární

Velká skleněná žárovka.  Uvnitř žárovky je na jednom konci pevné vřeteno.  K vřetenu je připevněno rameno.  Na konci paže je malý výčnělek.  Toto je katoda.  Na druhém konci žárovky je otočná široká kovová deska připevněná k rotorovému mechanismu, který vyčnívá z konce žárovky.
Rentgenka s rotující anodou, typicky wolframu - rhenium slitiny na molybdenu jádro, na podložce z grafitu

V diagnostickém zobrazování , elektronové mikroskopii a jaderné vědě dochází k významnému využívání těžkých kovů s vysokými atomovými čísly . Při diagnostickém zobrazování tvoří těžké kovy, jako je kobalt nebo wolfram, anodové materiály nacházející se v rentgenových trubicích . V elektronové mikroskopii se těžké kovy, jako je olovo, zlato, palladium, platina nebo uran, používají k výrobě vodivých povlaků a k zavádění elektronové hustoty do biologických vzorků barvením , negativním barvením nebo vakuovou depozicí . V jaderné vědě jsou někdy jádra těžkých kovů, jako je chrom, železo nebo zinek, vypalována na jiné cíle těžkých kovů za vzniku supertěžkých prvků ; těžké kovy se také používají jako spalační cíle pro produkci neutronů nebo radioizotopů, jako je astat (s použitím olova, vizmutu, thoria nebo uranu v druhém případě).

Poznámky

Prameny

Citace

Reference

Další čtení

Definice a použití

Toxicita a biologická role

  • Baird C. & Cann M. 2012, Environmental Chemistry , 5. vyd., Kapitola 12, „Toxické těžké kovy“, WH Freeman and Company , New York, ISBN  1-4292-7704-1 . Diskutuje o použití, toxicitě a distribuci Hg, Pb, Cd, As a Cr.
  • Nieboer E. & Richardson DHS 1980, „Nahrazení nepopsatelného výrazu„ těžké kovy “biologicky a chemicky významnou klasifikací kovových iontů“, řada environmentálního znečištění B, chemická a fyzikální , sv. 1, č. 1, s. 3–26, doi : 10,1016/0143-148X (80) 90017-8 . Široce citovaný dokument se zaměřením na biologickou roli těžkých kovů.

Formace

Využití

  • Koehler CSW 2001, „ Heavy metal medicine “, Chemistry Chronicles , American Chemical Society, přístup 11. července 2016
  • Morowitz N. 2006, „Těžké kovy“, Modern Marvels , sezóna 12, epizoda 14, HistoryChannel.com
  • Öhrström L. 2014, „ Oxid tantalu “, Chemistry World , 24. září, přístup 4. října 2016. Autor vysvětluje, jak oxid tantalu (V) vyhnal cihlové mobilní telefony. K dispozici také jako podcast .

externí odkazy