Geochimia Metalelor Grele

INTRODUCERE

Termenul de metale grele se refera la orice element chimic metalic, care are o densitate relativ mare si este toxic sau otrăvitor in concentraţii scăzute. Exemple de metale grele includ mercur (Hg), cadmiu (Cd), arseniul (As), crom (Cr), taliului (TL), şi plumb (Pb).

Proprietatea metalelor grele de a se acumula în organismele vegetale şi animale, inclusiv în cel uman, ca şi patologia pe care o determină justifică interesul care se acordă acestor poluanţi. Dacă nu sunt atent monitorizate, plumbul şi alte metale grele din soluri, aer şi ape pot pune în real pericol mediul ambiant şi mai ales sănătatea umană.

Principalalele surse din care provin metalele grele în atmosferă sunt: industria metalelor neferoase, arderea combustibilului fosil şi traficul rutier. În aer, metalele grele se găsesc sub formă de praf aflat în suspensie şi praf sedimentat.

Metalele grele se întâlnesc în mediul ambiant în mod natural sau supraadăugat din surse artificiale – care derivă în principal din următoarele activităţi: termocentrale şi alte instalaţii de ardere a combustibililor solizi şi lichizi, circulaţia rutieră prin gazele de eşapament, prin evaporarea benzinei sau ca urmare a manipulării improprii. La nivelul întregii ţări, poluarea chimică a solului afectează circa 0,9 milioane ha, din care poluarea excesivă circa 0,2 milioane ha; poluarea cu metale grele (mai ales Cu, Pb, Zn, Cd) şi prin precipitaţii acide datorate SO2 are efecte agresive deosebit de puternice asupra solului şi a fost identificată în special în zonele Baia Mare, Zlatna sau Copşa Mică. Ca atare, este foarte utilă cunoaşterea conţinutului metalelor grele din solurile urbane pentru a stabili cu precizie gradul de poluare a unei suprafeţe anume şi eventualele măsuri care se pot lua în vederea diminuării efectelor poluării sau reabilitării zonelor afectate

I. METALE GRELE –GENERALITATI

Metalele grele sunt compuşi naturali ai scoarţei terestre. Ele nu pot fi descompuse sau distruse. Ajung în corpul nostru într-o cantitate foarte mică, odată cu mâncarea, apa potabilă şi aerul. Ca şi elemente esenţiale, unele metale grele (ex. cupru, seleniu, zinc) sunt vitale în menţinerea metabolismului corpului uman. Cu toate acestea, în concentraţii mari ele pot fi toxice. Efectul negativ al metalelor grele poate rezulta, de exemplu, prin intermediul apei de băut contaminate (ex. ţevi de plumb), niveluri ridicate în concentraţia aerului din jurul surselor emiţătoare, sau asimilarea prin intermediul lanţului trofic.

Metalele grele sunt periculoase deoarece ele tind să se bioacumuleze. Bioacumularea înseamnă creşterea în timp, în organismele biologice, a concentraţiei substanţei într-o cantitate comparativă cu concentraţia substanţei in mediu. Compuşii se acumulează în organismele vii atunci când sunt asimilate şi stocate cu o viteză mai mare decât sunt distruşi (metabolizaţi) sau eliminaţi.

Cu toate acestea, otrăvirea hranei cu metale grele este foarte rară şi în majoritatea cazurilor are loc numai după poluarea mediului.

Otrăvirea cu metale grele poate rezulta, de exemplu, de la apă potabilă-contaminare (de exemplu, tevi), concentraţii ridicate in aerul în apropierea surselor de emisie, prin aportul lor în lanţul alimentar. Metale grele sunt periculoase, deoarece ele tind să se bioacumuleze.

Metale grele pot fi introduse in apa de deşeuri industriale şi de consum, sau chiar de la ploi acide si mai apoi eliberarea de metale grele în fluxuri, lacuri, râuri şi a apelor subterane. Cei mai poluanti dintre metalele grele sunt: plumb, cadmiu si mercur.

II. DISTRIBUTIA GEOCHIMICA A METALELOR GRELE IN SOLURI, APE, AER

ARSENIUL(Z=33)

Arsenul este un element chimic semi-metalic,el se afla in grupa a V-A principala(15) si perioada a 4-a. Numele grec "arsenicon" , era atribuit în antichitate unor sulfuri de arsen şi acidului arsenicos. Pentru prima dată, Platon şi Strabon amintesc de existenţa şi exploatarea arseniului din muntele Sandaracurgium – provincia Pont. Ca element, se pare că a fost preparat pentru prima dată de Albertus Magnus, în anul 1250, din auri-pigment şi săpun, şi apoi de Paracelsus prin sublimarea sandaracului cu coji de ou. Alchimiştii foloseau arseniul pentru albirea metalelor colorate ca fierul şi cuprul. Acestea, frecate cu arseniu, primeau un luciu alb. Date certe despre propagarea arseniului metalic provin de la Lèmery, care, în 1675, tratează sulfurile de arsen cu drojdie de vin şi săpun moale, de la alchimiştii secolelor următoare, care fac studii sistematice asupra obţinerii şi proprietăţilor acestui element. Dintre aceştia, amintim: J. Scroeder (1694), H. Brandt (1733) şi J. Liebig (1842). În paralel cu descoperirea proprietăţilor fizico-chimice ale arseniului, alchimiştii au descoperit şi proprietăţile biomedicale. Din arseniul alb s-au preparat puternice otrăvuri, care au făcut multe victime de-a lungul anilor. Se spune că Papa Pius al III-lea şi Clement al XIV-lea au fost otrăviţi cu "aqua Toffana di Napoli" preparată din arseniu, iar despre Napoleon Bonaparte că ar fi fost asasinat pe insula Sf. Elena prin adaos regulat de arseniu în hrană de către un trimis al regelui Ludovic al XVII-lea. Mult mai târziu, la sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului trecut, s-a descoperit şi efectul benefic al arseniului. Era anul 1909 când P. Ehrlich descoperă salvarsanul şi prorietatea lui de a vindeca sifilisul.

Alotropie

Arsenul pezintă douã forme alotropice: arsenul cenuşiu sau metalic, stabil în stare solidă la orice temperaturã şi arsenul galben, instabil. Arsenul cenuşiu sau metalic formeazã cristale hexagonale, argintii, lucioase, uşor casabile, insolubile în apă, CS2 sau alte tipuri de solvenţi. Încălzit în absenţa aerului, la presiune normală, sublimează la 633°C, iar sub presiune de 76 atm, se topeşte la 817°C. Vaporii de arsen au o culoare galbenã, miros de usturoi, sunt foarte toxici şi alcãtuiti din molecule tetratomice As4, cu structură tetraedrică, ca şi P4. Peste 1325°C, As4 disociază în As2, iar peste 1700°C în atomi.

Arsenul galben se obţine prin condensarea bruscă, în aer lichid, a vaporilor; este solubil în sulfură de carbon (CS2), d=1,97, puţin stabil, transformându-se ireversibil în arseniul cenuşiu.

Proprietăţi chimice

Arseniul formează cu metalele alcaline şi alcalino-pământoase arseniuri ionice şi nu reacţioneazã deloc cu hidrogenul, întrucât în seria electrochimică se situeazã între acesta şi cupru şi are potenţial normal pozitiv. Structura elctronică s2p3 a stratului de valenţă dictează comportamentul chimic al arsenului. Conform acestei structuri, acesta poate forma ioni +/-3, +5 dar şi alti ioni cu stări de oxidare intermediară în unele cazuri.

Faţă de sărurile aurului, cuprului şi platinei, arseniul metalic acţionează ca un reducător, aducându-le în stare elementară, pentru ca în faza a doua a reacţiei să formeze arseniuri (Cu2As, Au2As, PtAs2).

UNIVERSITATEA BUCUREŞTI

FACULTATEA DE GEOLOGIE ŞI GEOFIZICĂ