Metais pesados





Metais pesados são geralmente definidos como metais com densidades relativamente altas , pesos atômicos ou números atômicos . Os critérios utilizados e se os metalóides estão incluídos variam de acordo com o autor e o contexto. Na metalurgia , por exemplo, um metal pesado pode ser definido com base na densidade, enquanto na física o critério de distinção pode ser o número atômico, enquanto um químico provavelmente estaria mais preocupado com o comportamento químico . Definições mais específicas foram publicadas, mas nenhuma delas foi amplamente aceita. As definições pesquisadas neste artigo abrangem até 96 dos 118 elementos químicos conhecidos; apenas mercúrio , chumbo e bismuto atendem a todos eles. Apesar dessa falta de concordância, o termo (plural ou singular) é amplamente utilizado na ciência. Uma densidade de mais do que 5 g / cm 3 é por vezes citado como um critério comumente utilizado e é usado no corpo do artigo.

Os metais mais antigos conhecidos - metais comuns, como ferro , cobre e estanho , e metais preciosos, como prata , ouro e platina - são metais pesados. A partir de 1809, metais leves , como magnésio , alumínio e titânio , foram descobertos, assim como metais pesados ​​menos conhecidos, como o gálio , o tálio e o háfnio .

Alguns metais pesados ​​são nutrientes essenciais (tipicamente ferro, cobalto e zinco ), ou relativamente inofensivos (como rutênio , prata e índio ), mas podem ser tóxicos em quantidades maiores ou em certas formas. Outros metais pesados, como cádmio , mercúrio e chumbo, são altamente venenosos. As fontes potenciais de intoxicação por metais pesados ​​incluem mineração , rejeitos , resíduos industriais , escoamento agrícola , exposição ocupacional , tintas e madeira tratada .

As características físicas e químicas dos metais pesados ​​precisam ser tratadas com cautela, pois os metais envolvidos nem sempre são definidos de forma consistente. Além de serem relativamente densos, os metais pesados ​​tendem a ser menos reativos do que os mais leves e possuem sulfuretos e hidróxidos muito menos solúveis . Embora seja relativamente fácil distinguir um metal pesado como o tungstênio de um metal mais leve como o sódio , alguns metais pesados, como zinco, mercúrio e chumbo, possuem algumas das características dos metais mais leves e metais mais leves, como berílio , escândio e titânio, possuem algumas das características dos metais mais pesados.

Os metais pesados ​​são relativamente escassos na crosta terrestre, mas estão presentes em muitos aspectos da vida moderna. Eles são usados, por exemplo, em tacos de golfe , carros , antissépticos , fornos autolimpantes , plásticos , painéis solares , telefones celulares e aceleradores de partículas .

Definições

Não existe uma definição baseada em critérios amplamente aceita de um metal pesado. Diferentes significados podem ser associados ao termo, dependendo do contexto. Na metalurgia , por exemplo, um metal pesado pode ser definido com base na densidade ,  enquanto que na física o critério de distinção pode ser o número atômico , e um químico provavelmente estaria mais preocupado com o comportamento químico.

Critérios de densidade variam de acima de 3,5 g / cm 3 a acima de 7 g / cm 3 .As definições de peso atômico podem variar de maior que sódio (peso atômico 22,98);  maior que 40 (excluindo os metais s e f-block , portanto começando com escândio );  ou superior a 200, ou seja, a partir do mercúrio . O número atômico de metais pesados ​​geralmente é maior que 20 ( cálcio );  às vezes isso é limitado a 92 ( urânio ).Definições baseadas em números atômicos têm sido criticadas por incluir metais com baixas densidades. Por exemplo, o rubídio no grupo (coluna) 1 da tabela periódica tem um número atômico de 37, mas uma densidade de apenas 1,532 g / cm 3 , que está abaixo do valor limite usado por outros autores. O mesmo problema pode ocorrer com definições baseadas em peso atômico.

A Farmacopéia dos Estados Unidos inclui um teste para metais pesados ​​que envolve a precipitação de impurezas metálicas como seus sulfetos coloridos . "  Em 1997, Stephen Hawkes, um professor de química escrevendo no contexto de cinquenta anos de experiência com o termo, dizia que se aplicava a "metais com sulfuretos e hidróxidos insolúveis , cujos sais produzem soluções coloridas na água e cujos complexos são geralmente coloridos". Com base nos metais que ele considerou metais pesados, ele sugeriu que seria útil defini-los. como (em geral) todos os metais nas colunas da tabela periódica 3 a 16 que estão na linha 4ou maior, em outras palavras, os metais de transição e os metais pós-transição . Os lantanídeos satisfazem a descrição em três partes de Hawkes; o status dos actinídeos não está completamente resolvido.

Em bioquímica , os metais pesados ​​às vezes são definidos - com base no comportamento do ácido Lewis (aceptor de pares eletrônicos) de seus íons em solução aquosa - como classe B e metais limítrofes. Nesse esquema, os íons metálicos classe A preferem doadores de oxigênio ; os íons classe B preferem doadores de nitrogênio ou enxofre ; e os íons limítrofes ou ambivalentes apresentam características de classe A ou B, dependendo das circunstâncias. Os metais Classe A, que tendem a ter baixa eletronegatividade e formam ligações com grande caráter iônico , são os alcalinos e alcalinos-terrosos ,alumínio , o grupo 3 metais , e os lantanídeos e actinídeos.Os metais da classe B, que tendem a ter maior eletronegatividade e formam ligações com um caráter covalente considerável , são principalmente os metais de transição e pós-transição mais pesados. Metais limítrofes compreendem em grande parte os metais de transição e pós-transição mais leves (mais arsênico e antimônio ). A distinção entre os metais da classe A e as outras duas categorias é nítida. proposta Um freqüentemente citado  para usar essas categorias de classificação em vez do mais sugestivo nome de heavy metal não tem sido amplamente adotado.

Lista de metais pesados ​​baseados na densidade 
Uma densidade superior a 5 g / cm 3 é por vezes mencionada como um factor definidor comum de metais pesados  e, na ausência de uma definição unânime, é utilizada para preencher esta lista e (salvo indicação em contrário) orientar o restante do artigo. Os metalóides que atendem aos critérios aplicáveis ​​- arsênico e antimônio, por exemplo - às vezes são considerados metais pesados, particularmente na química ambiental ,  como é o caso aqui. Selênio (densidade 4,8 g / cm 3 ) também está incluído na lista. Fica marginalmente aquém do critério de densidade e é menos comumente reconhecido como metalóide mas tem uma química à base de água semelhante em alguns aspectos à do arsênico e antimônio. Outros metais às vezes classificados ou tratados como metais "pesados", como o berílio  (densidade 1,8 g / cm 3 ),  alumínio  (2,7 g / cm 3 ), cálcio  (1,55 g / cm 3 ), e bário (3,6 g / cm 3 ) são aqui tratados como metais leves e, em geral, não são mais considerados.

Produzido principalmente por mineração comercial (informalmente classificada por importância econômica)
Estratégico (30)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Considerado vital para os
interesses estratégicos de várias nações
Estes 30 incluem 22 listados aqui e
8 abaixo (6 preciosos e 2 commodities).
Antimônio †
Cério
Disprósio
Érbio
Európio
Gadolínio
Gálio
Germânio †
Hólmio
Índio
Lantânio
Lutécio
Neodímio
Nióbio
Praseodímio
Samário
Tântalo
Térbio
Túlio
Tungstênio
UrânioRadioativo
Itérbio
Precioso (8)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Raro e caro
Estratégico:
Irídio
Ósmio
Paládio
Platina
Ródio
Rutênio
Não estratégico:
Ouro
Prata

Commodity (9)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Negociado pela tonelada no LME
Estratégico:
Cromo
Cobalto
Não estratégico:
Cobre
Ferro
Conduzir
Molibdênio
Níquel
Lata
Zinco
Menor (14)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Nem estratégico, precioso, nem mercadoria
Arsênico †
Bismuto
Cádmio
Háfnio
Manganês
Mercúrio
ProtactínioRadioativo
Rênio
Selênio †
Telúrio †
Tálio
TórioRadioativo
Vanádio
Zircônio
Produzido principalmente por transmutação artificial (informalmente classificada por estabilidade)
Longa vida (15)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Meia vida superior a 1 dia
Actínio ¶Radioativo
AmerícioRadioativo
BerquélioRadioativo
CaliforniumRadioativo
CúrioRadioativo
DubniumRadioativo
EinsteinioRadioativo
FérmioRadioativo
MendelévioRadioativo
Neptúnio ¶Radioativo
Plutônio ¶Radioativo
Polônio ¶Radioativo
Promécio ¶Radioativo
Rádio ¶Radioativo
Tecnécio ¶Radioativo
Efêmero (16)
Hidrogênio
Hélio
Lítio
Berílio
Boro
Carbono
Azoto
Oxigênio
Flúor
Néon
Sódio
Magnésio
Alumínio
Silício
Fósforo
Enxofre
Cloro
Argônio
Potássio
Cálcio
Escândio
Titânio
Vanádio
Cromo
Manganês
Ferro
Cobalto
Níquel
Cobre
Zinco
Gálio
Germânio
Arsênico
Selênio
Bromo
Krypton
Rubídio
Estrôncio
Ítrio
Zircônio
Nióbio
Molibdênio
Tecnécio
Rutênio
Ródio
Paládio
Prata
Cádmio
Índio
Lata
Antimônio
Telúrio
Iodo
Xenon
Césio
Bário
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Háfnio
Tântalo
Tungstênio
Rênio
Ósmio
Irídio
Platina
Ouro
Mercúrio (elemento)
Tálio
Conduzir
Bismuto
Polônio
Astatina
Radon
Francium
Rádio
Actínio
Tório
Protactínio
Urânio
Neptúnio
Plutônio
Amerício
Cúrio
Berquélio
Californium
Einsteinio
Férmio
Mendelévio
Nobélio
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copérnico
Nihônio
Fleróvio
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson
Meia vida menos de 1 dia
Astatina ‡ ¶Radioativo  
BohriumRadioativo
CopérnicoRadioativo
DarmstadtiumRadioativo
FleróvioRadioativo
HassiumRadioativo
LawrenciumRadioativo
LivermoriumRadioativo
MeitneriumRadioativo
MoscoviumRadioativo
NihônioRadioativo
NobélioRadioativo
RoentgeniumRadioativo
RutherfordiumRadioativo
SeaborgiumRadioativo
TennessineRadioativo
Antimônio, arsênio, germânio e telúrio são comumente reconhecidos como metalóides ; selênio menos comumente assim.
O Astatine está previsto para ser um metal.
Radioativo Todos os isótopos desses 34 elementos são instáveis ​​e, portanto, radioativos. Embora isso também seja verdade para o bismuto, ele não é tão acentuado, já que sua meia-vida de 19 bilhões de bilhões de anos é mais de um bilhão de vezes a idade estimada do universo de 13,8 bilhões de anos .
Esses oito elementos ocorrem naturalmente, mas em quantidades muito pequenas para uma extração economicamente viável.
Origens e uso do termo
O peso de metais que ocorrem naturalmente , como ouro , cobre e ferro, pode ter sido notado na pré - história e, à luz de sua maleabilidade , levou às primeiras tentativas de fabricar ornamentos, ferramentas e armas de metal.  Todos os metais descobertos a partir de então até 1809 tinham densidades relativamente altas; seu peso era considerado um critério singularmente distinto.

A partir de 1809, metais leves como sódio, potássio e estrôncio foram isolados. Suas baixas densidades desafiaram a sabedoria convencional e foi proposto referir-se a elas como metalóides (significando "assemelhando-se a metais em forma ou aparência").  Esta sugestão foi ignorada; os novos elementos passaram a ser reconhecidos como metais, e o termo metalóide foi então usado para se referir a elementos não-metálicos e, posteriormente, elementos que eram difíceis de descrever como metais ou não-metais.

Um uso precoce do termo "heavy metal" data de 1817, quando o químico alemão Leopold Gmelin dividiu os elementos em não-metais, metais leves e metais pesados. metais leves tinham densidades de 0,860-5,0 g / cm 3 ; metais pesados ​​5.308–22.000.  O termo mais tarde tornou-se associado a elementos de alto peso atômico ou alto número atômico.  Às vezes é usado de forma intercambiável com o termo elemento pesado . Por exemplo, ao discutir a história da química nuclear , Magee observa que os actinídeos já foram pensados ​​para representar um novo grupo de transição de elementos pesados, enquanto Seaborge colegas de trabalho "favoreceram ... uma série de metais raros como uma terra rara ...". Na astronomia , no entanto, um elemento pesado é qualquer elemento mais pesado que o hidrogênio e o hélio .

Crítica 

Em 2002, o toxicologista escocês John Duffus revisou as definições usadas nos últimos 60 anos e concluiu que elas eram tão diversas que efetivamente tornavam o termo sem sentido. Junto com esta descoberta, o status de metais pesados ​​de alguns metais é ocasionalmente desafiado pelo fato de que eles são muito leves, ou estão envolvidos em processos biológicos, ou raramente constituem riscos ambientais. Exemplos incluem escândio (leve demais);  vanádio a zinco (processos biológicos); e ródio , índio e ósmio (muito raro).

Popularidade 

Apesar de seu significado questionável, o termo heavy metal aparece regularmente na literatura científica. Um estudo de 2010 descobriu que ele foi cada vez mais usado e parecia ter se tornado parte da linguagem da ciência. Diz-se que é um termo aceitável, dada a sua conveniência e familiaridade, desde que seja acompanhado por uma definição estrita. As contrapartes dos metais pesados, os metais leves , são mencionadas pela The Minerals, Metals and Materials Society como incluindo "alumínio, magnésio , berílio , titânio, lítio e outros metais reativos". Os metais nomeados possuem densidades de 0,534 a 4,54 g / cm 3 .

Papel biológico 

Quantidades vestigiais de alguns metais pesados, principalmente no período 4, são necessárias para certos processos biológicos. Estes são ferro e cobre ( oxigênio e transporte de elétrons ); cobalto ( síntese complexa e metabolismo celular ); zinco ( hidroxilação );  vanádio e manganês ( regulação ou funcionamento enzimático ); cromo ( utilização de glicose ); níquel ( crescimento celular ); arsênico (crescimento metabólico em alguns animais e possivelmente em humanos) eselênio ( funcionamento antioxidante e produção hormonal ). Os períodos 5 e 6 contêm menos metais pesados ​​essenciais, consistentes com o padrão geral de que os elementos mais pesados ​​tendem a ser menos abundantes e que os elementos mais escassos têm menor probabilidade de serem nutricionalmente essenciais. No período 5 , o molibdênio é necessário para a catálise de reações redox ; o cádmio é usado por algumas diatomáceas marinhas para o mesmo fim; e estanho pode ser necessário para o crescimento em algumas espécies.  No período 6 ,o tungstênio é requerido por algumas archaeas e bactérias para processos metabólicos .  Uma deficiência de qualquer um desses períodos 4-6 metais pesados ​​essenciais pode aumentar a suscetibilidade ao envenenamento por metais pesados  (ao contrário, um excesso também pode ter efeitos biológicos adversos ). Um corpo humano médio de 70 kg é cerca de 0,01% de metais pesados ​​(~ 7 g, equivalente ao peso de duas ervilhas secas, com ferro a 4 g, zinco a 2,5 g e chumbo a 0,12 g compreendendo os três constituintes principais), 2 % de metais leves (~ 1,4 kg, o peso de uma garrafa de vinho) e quase 98% de não-metais (principalmente água ).

Alguns metais pesados ​​não essenciais foram observados para ter efeitos biológicos. Gálio , germânio (um metalóide), índio e a maioria dos lantanídeos podem estimular o metabolismo, e o titânio promove o crescimento em plantas  (embora nem sempre seja considerado um metal pesado).

Toxicidade

O foco desta seção é principalmente sobre os efeitos tóxicos mais sérios de metais pesados, incluindo câncer, danos cerebrais ou morte, ao invés do dano que eles podem causar a mais da pele, pulmões, estômago, rins, fígado ou coração. Para informação mais específica ver toxicidade do metal , metal pesado , ou os artigos sobre os elementos individuais ou compostos.
Os metais pesados ​​são frequentemente considerados altamente tóxicos ou prejudiciais ao meio ambiente.  Alguns são, enquanto outros são tóxicos somente se tomados em excesso ou encontrados em certas formas.

Metais Pesados ​​Ambientais 

O cromo, o arsênico, o cádmio, o mercúrio e o chumbo têm o maior potencial de causar danos devido ao seu uso extensivo, à toxicidade de algumas de suas formas combinadas ou elementares e à sua ampla distribuição no meio ambiente. O cromo hexavalente , por exemplo, é altamente tóxico, assim como o vapor de mercúrio e muitos compostos de mercúrio.  Estes cinco elementos têm uma forte afinidade pelo enxofre; no corpo humano eles geralmente se ligam, via grupos tiol (–SH), às enzimas responsáveis ​​pelo controle da velocidade das reações metabólicas. As ligações de enxofre-metal resultantes inibem o funcionamento adequado das enzimas envolvidas; a saúde humana se deteriora, às vezes fatalmente.O cromo (em sua forma hexavalente) e o arsênico são cancerígenos ; o cádmio causa uma doença óssea degenerativa ; e mercúrio e chumbo danificam o sistema nervoso central .

O chumbo é o contaminante de metais pesados ​​mais prevalente.  Os níveis nos ambientes aquáticos das sociedades industrializadas foram estimados em duas a três vezes superiores aos dos níveis pré-industriais.  Como componente do chumbo tetraetil , (CH
3 CH
2 )
4 Pb, foi usado extensivamente nagasolinadurante os anos 1930-1970.  Embora o uso de gasolina com chumbo tenha sido largamente eliminado na América do Norte em 1996, os solos próximos a estradas construídas antes dessa época retêm altas concentrações de chumbo. Pesquisas posteriores demonstraram uma correlação estatisticamente significativa entre a taxa de uso de gasolina com chumbo e crimes violentos nos Estados Unidos; Levando em conta um intervalo de tempo de 22 anos (para a idade média dos criminosos violentos), a curva do crime violento virtualmente rastreou a curva de exposição ao chumbo.

Outros metais pesados ​​notados por sua natureza potencialmente perigosa, geralmente como poluentes ambientais tóxicos, incluem manganês (danos no sistema nervoso central);  cobalto e níquel (carcinogênicos);  cobre, zinco, selênio  e prata  ( desregulação endócrina, distúrbios congênitos ou efeitos tóxicos gerais em peixes, plantas, pássaros ou outros organismos aquáticos); estanho, como organoestanho (lesão do sistema nervoso central); antimônio (suspeito de carcinogênico);  e tálio(dano ao sistema nervoso central).

Metais pesados ​​nutricionalmente essenciais
Metais pesados ​​essenciais para a vida podem ser tóxicos se tomados em excesso; alguns têm formas notavelmente tóxicas. O pentóxido de vanádio (V 2 O 5 ) é carcinogênico em animais e, quando inalado, causa danos no DNA . O íon permanganato roxo MnO -
4 é um veneno de fígado e rim .A ingestão de mais de 0,5 gramas de ferro pode induzir o colapso cardíaco; tais overdoses ocorrem mais comumente em crianças e podem resultar em morte dentro de 24 horas.  Níquel carbonila (Ni 2 (CO) 4), em 30 partes por milhão, pode causar insuficiência respiratória, dano cerebral e morte.  Embeber um grama ou mais de sulfato de cobre (CuSO 4 ) pode ser fatal; os sobreviventes podem ficar com grandes danos nos órgãos.  Mais de cinco miligramas de selênio são altamente tóxicos; isto é aproximadamente dez vezes a ingestão diária máxima recomendada de 0,45 miligrama;  envenenamento a longo prazo pode ter efeitos paralisantes.

Outros metais pesados 
Alguns outros metais pesados ​​não essenciais possuem uma ou mais formas tóxicas. Insuficiência renal e mortes foram registradas decorrentes da ingestão de suplementos alimentares germânio (~ 15 a 300 g no total consumido durante um período de dois meses a três anos).  A exposição ao tetróxido de ósmio (OsO 4 ) pode causar dano permanente aos olhos e levar a insuficiência respiratória  e morte.  Os sais de índio são tóxicos se mais de alguns miligramas forem ingeridos e afetarão os rins, o fígado e o coração.  Cisplatina (PtCl 2 (NH 3 ) 2 ), que é uma droga importante usada para matar células cancerígenas, também é um veneno de rim e nervo.Compostos de bismuto podem causar danos ao fígado se tomados em excesso; compostos de urânio insolúvel, bem como a radiação perigosa que emitem, podem causar danos permanentes nos rins.

Fontes de exposição 
Metais pesados ​​podem degradar a qualidade do ar, da água e do solo e, subsequentemente, causar problemas de saúde em plantas, animais e pessoas, quando se tornam concentrados como resultado de atividades industriais.  As fontes comuns de metais pesados ​​neste contexto incluem a mineração e os resíduos industriais; emissões veiculares; Baterias de chumbo-ácido ; fertilizantes; tintas ; e madeira tratada ;envelhecimento da infraestrutura de abastecimento de água ;  e microplásticos flutuando nos oceanos do mundo. Exemplos recentes de contaminação por metais pesados ​​e riscos à saúde incluem a ocorrência da doença de Minamata.no Japão (1932-1968; processos em andamento a partir de 2016); o desastre da barragem de Bento Rodrigues no Brasil,  e altos níveis de chumbo na água potável fornecidos aos moradores de Flint , Michigan, no nordeste dos Estados Unidos.

Formação, abundância, ocorrência e extração

Metais pesados ​​até a vizinhança do ferro (na tabela periódica) são em grande parte feitos via nucleossíntese estelar . Neste processo, elementos mais leves, do hidrogênio ao silício, sofrem sucessivas reações de fusão dentro das estrelas, liberando luz e calor e formando elementos mais pesados ​​com números atômicos mais altos.
Metais pesados ​​mais pesados ​​geralmente não são formados dessa maneira, já que as reações de fusão envolvendo esses núcleos consumiriam em vez de liberar energia. Em vez disso, eles são em grande parte sintetizados (a partir de elementos com um número atômico menor) por captura de nêutrons , com os dois principais modos desta captura repetitiva sendo o processo-s e o processo-r . No processo s ("s" significa "lento"), as capturas singulares são separadas por anos ou décadas, permitindo que os núcleos menos estáveis ​​sejam decaídos beta , enquanto no processo-r ("rápido"), as capturas acontecem mais rapidamente do que os núcleos podem decair. Portanto, o processo s toma um caminho mais ou menos claro: por exemplo, núcleos de cádmio-110 estáveis ​​são sucessivamente bombardeados por nêutrons livres dentro de uma estrela até formarem núcleos de cádmio-115 que são instáveis ​​e decaídos para formar índio-115 (que é quase estável, com uma meia-vida de 30 000 vezes a idade do universo). Esses núcleos capturam nêutrons e formam o índio-116, que é instável, e decai para formar o estanho-116, e assim por diante. Em contraste, não existe tal caminho no processo-r. O processo s pára em bismuto devido às meias-vidas curtas dos próximos dois elementos, polônio e astato, que se decompõem em bismuto ou chumbo. O processo-r é tão rápido que pode pular essa zona de instabilidade e criar elementos mais pesados, como o tório e o urânio.

Os metais pesados ​​se condensam nos planetas como resultado dos processos de evolução estelar e destruição. Estrelas perdem muito de sua massa quando é ejetado no final de suas vidas, e às vezes posterior, em resultado de uma estrela de nêutrons fusão,  aumentando assim a abundância de elementos mais pesados que o hélio no meio interestelar . Quando a atração gravitacional faz com que essa matéria se aglutine e colapse, novas estrelas e planetas são formados .

A crosta terrestre é feita de aproximadamente 5% de metais pesados ​​em peso, com o ferro compreendendo 95% desta quantidade. Metais leves (~ 20%) e não-metais (~ 75%) compõem os outros 95% da crosta. Apesar de sua escassez geral, os metais pesados ​​podem se concentrar em quantidades economicamente extraíveis como resultado da construção de montanhas , erosão ou outros processos geológicos .

Os metais pesados ​​são encontrados principalmente como litófilos (amantes da rocha) ou calcófilos (amantes de minério). Os metais pesados ​​litofílicos são principalmente elementos do bloco f e os mais reativos dos elementos do bloco d . Eles têm uma forte afinidade pelo oxigênio e existem principalmente como minerais de silicato de densidade relativamente baixa .  Metais pesados ​​de chalcófilos são principalmente os elementos d-block menos reativos, e o período 4-6 p-block metais e metalóides. Eles são geralmente encontrados em minerais de sulfeto (insolúveis) . Sendo mais densos que os litófilos, afundando-se mais abaixo na crosta no momento de sua solidificação, os calcófilos tendem a ser menos abundantes que os litófilos.

Por outro lado, o ouro é um elemento siderófilo ou amante do ferro. Não forma facilmente compostos com oxigênio ou enxofre. Na época da formação da Terra , e como o mais nobre (inerte) de metais, o ouro afundou no núcleo devido à sua tendência a formar ligas metálicas de alta densidade. Consequentemente, é um metal relativamente raro. Alguns outros metais pesados ​​(menos) nobres - molibdênio, rênio , os metais do grupo da platina ( rutênio , ródio, paládio , ósmio, irídioe platina), germânio e estanho - podem ser contados como siderófilos, mas apenas em termos de sua ocorrência primária na Terra (núcleo, manto e crosta), e não na crosta. Esses metais ocorrem de outra maneira na crosta, em pequenas quantidades, principalmente como calcófilos (menos em sua forma nativa ).

Concentrações de metais pesados ​​abaixo da crosta são geralmente mais altas, com a maioria sendo encontrada no núcleo de ferro-silício-níquel. A platina , por exemplo, compreende aproximadamente 1 parte por bilhão da crosta, enquanto se acredita que sua concentração no núcleo seja quase 6.000 vezes maior.  especulação recentes sugerem que o urânio (e tório) no núcleo pode gerar uma quantidade substancial de calor que leva placas tectônicas e (em última instância) sustenta o campo magnético da terra .

O ganho de metais pesados ​​de seus minérios é uma função complexa do tipo de minério, as propriedades químicas dos metais envolvidos e a economia de vários métodos de extração. Diferentes países e refinarias podem usar diferentes processos, incluindo aqueles que diferem dos resumos listados aqui.

Em linhas gerais, e com algumas exceções, os metais pesados ​​litófilos podem ser extraídos de seus minérios por tratamentos elétricos ou químicos , enquanto os metais pesados ​​calcófilos são obtidos assando seus minérios sulfetados para produzir os óxidos correspondentes e aquecendo-os para obter os metais brutos.  O rádio ocorre em quantidades muito pequenas para serem extraídas economicamente e, em vez disso, é obtido a partir de combustíveis nucleares usados . Os metais do grupo da platina calcófila (PGM) ocorrem principalmente em pequenas quantidades (misturadas) com outros minérios calcófilos. Os minérios envolvidos precisam ser fundidos , torrado, e depois lixiviado comácido sulfúrico para produzir um resíduo de PGM. Isto é quimicamente refinado para obter os metais individuais em suas formas puras.Em comparação com outros metais, os PGM são caros devido à sua escassez  e aos altos custos de produção.

O ouro, um siderófilo, é mais comumente recuperado pela dissolução dos minérios em que é encontrado em uma solução de cianeto . O ouro forma um dicyanoaurate (I), por exemplo: 2 Au + H 2 O + ½ O 2 + KCN → 2 K [Au (CN) 2 ] + 2 KOH . O zinco é adicionado à mistura e, sendo mais reativo que o ouro, desloca o ouro: 2 [Au (CN) 2 ] + Zn → K 2 [Zn (CN) 4 ] + 2 Au. O ouro precipita da solução como uma lama, e é filtrado e derretido.

Propriedades comparadas com metais leves 
Algumas propriedades físicas e químicas gerais dos metais leves e pesados ​​estão resumidas na tabela. A comparação deve ser tratada com cautela, pois os termos metal leve e metal pesado nem sempre são definidos de forma consistente. Além disso, as propriedades físicas da dureza e da resistência à tração podem variar muito, dependendo da pureza, do tamanho dos grãos e do pré-tratamento

Propriedades de metais leves e pesados
Propriedades físicas Metais leves Metais pesados
Densidade Geralmente menor Geralmente maior
Dureza Tende a ser macia, facilmente cortada ou dobrada A maioria é bem difícil
Expansão térmica Principalmente maior Principalmente menor
Ponto de fusão Principalmente baixo Baixa a muito alta
Resistência à tração Principalmente menor Principalmente maior
Propriedades quimicas Metais leves Metais pesados
Localização da tabela periódica Mais encontrado nos grupos 1 e 2 Quase todos encontrados nos grupos 3 a 16
Abundância na crosta terrestre Mais abundante Menos abundante
Principal ocorrência (ou fonte) Lithophiles Lithophiles ou chalcophiles ( Au é um siderófilo )
Reatividade Mais reativo Menos reativo
Sulfetos Solúvel em insolúvel Extremamente insolúvel
Hidróxidos Solúvel em insolúvel  Geralmente insolúvel
Sais Principalmente formar soluções incolores em água Principalmente formar soluções coloridas na água
Complexos Principalmente incolor Principalmente colorido
Papel biológico Inclua macronutrientes ( Na , Mg , K , Ca ) Inclua micronutrientes ( V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn , Mo )
Essas propriedades tornam relativamente fácil distinguir um metal leve como o sódio de um metal pesado como o tungstênio, mas as diferenças se tornam menos claras nos limites. Metais estruturais leves como berílio, escândio e titânio possuem algumas das características dos metais pesados, como pontos de fusão mais altos; metais pesados ​​pós-transição como zinco, cádmio e chumbo possuem algumas das características dos metais leves, como sendo relativamente moles, com pontos de fusão mais baixos, e formando principalmente complexos incolores.

Usos 
Metais pesados ​​estão presentes em quase todos os aspectos da vida moderna. O ferro pode ser o mais comum, pois representa 90% de todos os metais refinados. A platina pode ser a mais onipresente, pois se diz que é encontrada em, ou é usada para produzir, 20% de todos os bens de consumo.

Alguns usos comuns de metais pesados ​​dependem das características gerais dos metais, como a condutividade elétrica e a refletividade, ou as características gerais dos metais pesados, como densidade, resistência e durabilidade. Outros usos dependem das características do elemento específico, como seu papel biológico como nutrientes ou venenos ou outras propriedades atômicas específicas. Exemplos de tais propriedades atômicas incluem: orbitais d ou f parcialmente preenchidos (em muitos metais pesados ​​de transição, lantanídeos e actinídeos) que permitem a formação de compostos coloridos;  a capacidade da maioria dos íons de metais pesados ​​(como platina,  cério  ou bismuto ) existir em diferentes estados de oxidação e, portanto, agir como catalisadores;  orbitais 3d ou 4f pouco sobrepostos (em ferro, cobalto e níquel, ou os metais pesados ​​de lantanídeos do európio ao túlio ) que dão origem a efeitos magnéticos; e altos números atômicos e densidades eletrônicas que sustentam suas aplicações na ciência nuclear.  Os usos típicos de metais pesados ​​podem ser agrupados em seis categorias.

Baseado em peso ou densidade 

Alguns usos de metais pesados, inclusive no esporte, na engenharia mecânica , na munição militar e na ciência nuclear , tiram proveito de suas densidades relativamente altas. No mergulho subaquático , o chumbo é usado como lastro ;  em corridas de cavalo de handicap, cada cavalo deve ter um peso de chumbo especificado, baseado em fatores que incluem o desempenho passado, de modo a igualar as chances dos vários competidores.  Em pastilhas de golfe , tungstênio, latão ou cobre em clubes de fairway e ferrosabaixe o centro de gravidade do taco, facilitando o lançamento da bola;  e bolas de golfe com núcleos de tungstênio são reivindicados a ter melhores características de vôo.  Na pesca com mosca , as linhas de afundamento têm um revestimento de PVC embutido com pó de tungstênio, de modo que elas afundam na taxa exigida.  No atletismo esporte, aço bolas usadas no lançamento do martelo e tiro colocar eventos são preenchidos com chumbo para atingir o peso mínimo exigido sob as regras internacionais. O tungstênio foi usado em bolas de arremesso de martelo pelo menos até 1980; o tamanho mínimo da bola foi aumentado em 1981 para eliminar a necessidade do que era, naquele tempo, um metal caro (o triplo do custo de outros martelos) geralmente não disponível em todos os países.  Os martelos de tungstênio eram tão densos que penetravam profundamente no gramado.

Em engenharia mecânica, metais pesados ​​são usados ​​para lastro em barcos,  aviões, e veículos motorizados;  ou em pesos de balanceamento de rodas e virabrequins ,  giroscópios e hélices ,e embreagens centrífugas , em situações que exigem peso máximo em espaço mínimo (por exemplo em movimentos de relógio ).

Em munições militares, o tungstênio ou urânio é usado em armaduras e projéteis de perfuração de armaduras , bem como em armas nucleares para aumentar a eficiência ( refletindo nêutrons e momentaneamente retardando a expansão de materiais reagentes).  Na década de 1970, o tântalo mostrou-se mais eficaz que o cobre em carga modelada e armas anti-armaduras formadas explosivamente devido à sua maior densidade, permitindo maior concentração de força e melhor deformabilidade. Metais pesados menos tóxicoscomo o cobre, o estanho, o tungstênio e o bismuto, e provavelmente o manganês (assim como o boro , um metalóide) substituíram o chumbo e o antimônio nas balas verdes usadas por alguns exércitos e em algumas munições de tiro esportivo.  Dúvidas foram levantadas sobre a segurança (ou credenciais verdes ) do tungstênio.

Como os materiais mais densos absorvem mais emissões radioativas do que os mais leves, os metais pesados ​​são úteis para a proteção contra radiação e para concentrar os feixes de radiação em aceleradores lineares e aplicações de radioterapia .

Resistência ou durabilidade

A resistência ou a durabilidade de metais pesados ​​como cromo, ferro, níquel, cobre, zinco, molibdênio, estanho, tungstênio e chumbo, bem como suas ligas, os torna úteis para a fabricação de artefatos como ferramentas, maquinário.  aparelhos ,  utensílios,tubos,  Carris ,  edifícios e pontes,  automóveis,  fechaduras,  móveis, navios,  aviões,  cunhagem  e joalharia. Eles também são usados ​​como aditivos de liga para melhorar as propriedades de outros metais.  Das duas dúzias de elementos que foram usados ​​na moeda monetarizada do mundo, apenas dois, carbono e alumínio, não são metais pesados.  Ouro, prata e platina são usados ​​em jóias, assim como (por exemplo) níquel, cobre, índio e cobalto em ouro colorido . Jóias de baixo custo e brinquedos para crianças podem ser feitos, em grau significativo, de metais pesados, como cromo, níquel, cádmio ou chumbo.

Cobre, zinco, estanho e chumbo são metais mecanicamente mais fracos, mas possuem propriedades úteis de prevenção contra corrosão . Enquanto cada um deles vai reagir com o ar, os resultantes patinas de qualquer vários sais de cobre, o carbonato de zinco , óxido de estanho , ou uma mistura de óxido de chumbo , carbonato , e sulfato , confere valiosas propriedades protectoras .Por conseguinte, o cobre e o chumbo são utilizados, por exemplo, como materiais para telhados ; [o zinco age como um agente anticorrosivo em aço galvanizado ; e estanho serve um propósito semelhante em latas de aço .

A trabalhabilidade e resistência à corrosão do ferro e cromo são aumentadas pela adição de gadolínio ; A resistência à fluência do níquel é melhorada com a adição de tório. O telúrio é adicionado às ligas de cobre e aço para melhorar sua usinabilidade; e levar a torná-lo mais difícil e mais resistente aos ácidos.

Biológico e Químico

Os efeitos biocidas de alguns metais pesados são conhecidos desde a antiguidade.  A platina, o ósmio, o cobre, o rutênio e outros metais pesados, inclusive o arsênico, são usados ​​em tratamentos anticâncer ou têm mostrado potencial. O antimônio (antiprotozoário), o bismuto ( antiúlcera ), o ouro ( anti-artrítico ) e o ferro ( antimalária ) também são importantes na medicina. Cobre, zinco, prata, ouro ou mercúrio são usados ​​em formulações anti-sépticas ;  pequenas quantidades de alguns metais pesados ​​são usadas para controlar o crescimento de algas em, por exemplo, torres de resfriamento . Dependendo de seu uso pretendido como fertilizantes ou biocidas, os agroquímicos podem conter metais pesados ​​como cromo, cobalto, níquel, cobre, zinco, arsênio, cádmio, mercúrio ou chumbo.

Metais pesados ​​selecionados são usados ​​como catalisadores no processamento de combustíveis (rênio, por exemplo), borracha sintética e produção de fibra (bismuto), dispositivos de controle de emissões (paládio) e em fornos autolimpantes (onde o óxido de cério (IV) nas paredes tais fornos ajudam a oxidar resíduos de cozimento à base de carbono ).  Em saboquímica, os metais pesados ​​formam sabões insolúveis que são usados ​​em graxas lubrificantes , secadores de tinta e fungicidas (além do lítio, os metais alcalinos e o íon amônio formam sabões solúveis).

Coloração e Ótica 

As cores do vidro , esmaltes cerâmicos , tintas , pigmentos e plásticos são comumente produzidas pela inclusão de metais pesados ​​(ou seus compostos), como cromo, manganês, cobalto, cobre, zinco, selênio, zircônio , molibdênio, prata, estanho, praseodímio , neodímio , érbio , tungstênio, irídio, ouro, chumbo ou urânio. Tintas de tatuagem podem conter metais pesados, como cromo, cobalto, níquel e cobre.  A alta refletividade de alguns metais pesados ​​é importante na construção de espelhos , incluindo precisãoinstrumentos astronômicos . Os refletores dos faróis contam com a excelente refletividade de um filme fino de ródio.

Eletrônica, ímãs e iluminação

Metais pesados ​​ou seus compostos podem ser encontrados em componentes eletrônicos , eletrodos e fiação e painéis solares, onde podem ser usados ​​como condutores, semicondutores ou isoladores. O pó de molibdênio é usado em tintas de circuito impresso. Os ânodos de titânio revestidos com óxido de ruténio (IV) são utilizados para a produção industrial de cloro .Os sistemas elétricos domésticos, em sua maior parte, são conectados com fios de cobre por suas boas propriedades de condução. A prata e o ouro são utilizados em dispositivos elétricos e eletrônicos, particularmente em chaves de contato, como resultado de sua alta condutividade elétrica e capacidade de resistir ou minimizar a formação de impurezas em suas superfícies. Os semicondutores telureto de cádmio e arsenieto de gálio são usados ​​para fazer painéis solares. Óxido de háfnio , um isolante, é usado como controlador de voltagem em microchips ; O óxido de tântalo , outro isolante, é usado em capacitores em telefones celulares . Os metais pesados ​​têm sido usados ​​em baterias há mais de 200 anos, pelo menos desde que Volta inventou sua pilha voltaica de cobre e prata em 1800. O promécio , o lantânio e o mercúrio são outros exemplos encontrados, respectivamente, em baterias atômicas de hidreto de níquel-metal e células-botão .

Os ímãs são feitos de metais pesados ​​como manganês, ferro, cobalto, níquel, nióbio, bismuto, praseodímio, neodímio, gadolínio e disprósio . Ímãs de neodímio são o tipo mais forte de ímã permanente comercialmente disponível. Eles são componentes-chave de, por exemplo, fechaduras de portas de carros, motores de partida , bombas de combustível e vidros elétricos .

Metais pesados ​​são usados ​​em iluminação , lasers e diodos emissores de luz (LEDs). Displays de painel plano incorporam uma fina película de óxido de estanho de índio eletricamente condutor . A iluminação fluorescente depende do vapor de mercúrio para o seu funcionamento. Os lasers de rubi geram feixes vermelho-escuro, excitando os átomos de cromo; Os lantanídeos também são amplamente empregados em lasers. Gálio, índio e arsênico;  e cobre, irídio e platina são usados ​​em LEDs (os últimos três em LEDs orgânicos ).

Nuclear 

Nicho usos de metais pesados ​​com alto número atômico ocorrem em diagnóstico por imagem , microscopia eletrônica e ciência nuclear. Em imagiologia de diagnóstico, metais pesados, tais como cobalto ou tungsténio compõem os materiais de ânodo encontrado em tubos de raios-x .  Na microscopia eletrônica, metais pesados ​​como chumbo, ouro, paládio, platina ou urânio são usados ​​para fazer revestimentos condutores e introduzir densidade eletrônica em amostras biológicas por coloração , coloração negativa ou deposição a vácuo .  Na ciência nuclear, os núcleos de metais pesados, como cromo, ferro ou zinco, são às vezes disparados em outros alvos de metal pesado para produzirelementos superpesados ;  metais pesados ​​também são empregados como alvos de espalação para a produção de nêutrons ou radioisótopos como o astato (usando chumbo, bismuto, tório ou urânio no último caso).

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