Какие тяжелые металлы содержатся

Из всех 104 известных человечеству на сегодня химических элементов 82 составляют металлы. Они занимают видное место в жизни людей в промышленной, биологической и экологической сфере. Современная наука подразделяет металлы на тяжёлые, лёгкие и благородные. В этой статье мы рассмотрим список тяжёлых металлов и их особенности.

Определение тяжёлых металлов

Изначально тяжёлыми металлами принято было называть тех их представителей, которые имеют атомную массу выше 50. Однако употребление названного термина на сегодняшний день происходит чаще не с химической точки зрения, а в зависимости от их воздействия на загрязнение окружающей среды. Таким образом, список тяжёлых металлов включает те металлы и металлоиды (полуметаллы), которые загрязняют элементы человеческой биосферы (почву, воду). Давайте рассмотрим их.

Сколько элементов включает список тяжёлых металлов?

На сегодня не существует единого мнения относительно количества элементов в названном перечне, поскольку нет общих критериев, относящих металлы к тяжёлым. Тем не менее, список тяжёлых металлов может быть сформирован в зависимости от различных свойств металлов и их признаков. К ним относят:

• Атомный вес. Исходя из этого критерия, к названным принадлежат более 40 элементов с атомной массой, превышающей 50 а.е.м (г/моль).
• Плотность. Исходя из этого критерия, тяжёлыми считаются те металлы, у которых плотность равна или превосходит плотность железа.
• Биологическая токсичность объединяет тяжёлые металлы, негативно влияющие на жизнедеятельность человека и живых организмов. В их списке порядка 20 элементов.

Влияние на организм человека

Большинство названных веществ оказывают негативное воздействие на все живые организмы. Ввиду значительной атомной массы, они плохо транспортируются и накапливаются в тканях человека, вызывая различные заболевания. Так, для человеческого организма кадмий, ртуть и свинец признаны как самые опасные и самые тяжёлые металлы.

Список токсичных элементов группируется по степени опасности по так называемым правилам Мертца, согласно которым наиболее токсичные металлы имеют наименьший диапазон экспозиции:

1. Кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк (группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психо-физиологическим нарушениям и даже к летальному исходу).
2. Кобальт, хром, молибден, никель, сурьма, скандий, цинк.
3. Барий, марганец, стронций, ванадий, вольфрам

Это однако не означает, что ни один из элементов, сгруппированных выше, по правилам Мертца, не должен присутствовать в человеческом организме. Напротив, список тяжёлых металлов насчитывает в нем эти и ещё более 20 элементов, небольшая концентрация которых не только не опасна для жизнедеятельности человека, но и необходима в метаболических процессах, особенно железо, медь, кобальт, молибден и даже цинк.

Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами

Элементами биосферы, подвергающимся загрязнению тяжёлыми металлами, являются почва и вода. Чаще всего виновниками этого выступают металлургические предприятия, перерабатывающие лёгкие и тяжёлые цветные металлы. Список загрязняющих агентов также пополняют предприятия по сжиганию мусора, автомобильные выхлопы, котельные, химико-производственные, типографические компании и даже электростанции.

Чаще всего токсинами являются: свинец (автомобильное производство), ртуть (пример распространения: разбитые в быту градусники и люминесцентные осветительные приборы), кадмий (образуется в результате сжигания мусора). Кроме этого, большинство заводов в производстве используют тот или иной элемент, который может быть охарактеризован как тяжёлый. Металл группы, список которой был приведен выше, в виде отходов поступает чаще всего в водоёмы и далее по трофической цепи доходит до человека.

Кроме техногенных факторов загрязнения природы тяжёлыми металлами, существуют также природные – это извержения вулканов, в лаве которых обнаружено повышенное содержание кадмия.

Особенности распространения в природе самых токсичных металлов

Ртуть в природе более всего локализуется в водной и воздушной среде. В воды мирового океана ртуть поступает из промышленных сливов, также встречаются пары ртути, образующиеся вследствие горения угля. Токсичные соединения аккумулируются в живых организмах, особенно в морепродуктах.

Свинец имеет широкую область распространения. Он накапливается и в горах, и в почве, и в воде, и в живых организмах, и даже в воздухе, в виде выхлопных газов от автомобилей. Конечно, свинец поступает в окружающую среду и в результате антропологического действия в виде отходов от промышленной отрасли и неутилизированных отходов (аккумуляторы и батарейки).

А источником загрязнения окружающей среды кадмием являются сточные воды промышленных предприятий, а также природные факторы: выветривание медных руд, вымывание почв, а также результаты вулканической активности.

Область применения тяжёлых металлов

Несмотря на токсичность, современная промышленность создаёт огромное множество полезных продуктов, перерабатывая тяжёлые цветные металлы, список которых включает сплавы меди, цинка, свинца, олова, никеля, титана, циркония, молибдена и др.

Медь – высокопластичный материал, из которого получаются разнообразные провода, трубы, кухонная утварь, украшения, кровельное покрытие и многое другое. Кроме того, она широко используется в машиностроении и кораблестроительстве.

Цинк обладает высокими антикоррозийными свойствами, поэтому распространено использование цинковых сплавов для покрытия металлических изделий (т. н. оцинковка). Области применения продуктов из цинка: строительство, машиностроение, полиграфия (изготовление печатных форм), ракетостроение, химическая промышленность (производство лаков и красок) и даже медицина (антисептические средства и др.).

Свинец легко плавится, поэтому используется в качестве сырья во многих отраслях: лакокрасочной, химической, автомобильной (входит в состав аккумуляторов), радиоэлектронной, медицинской (изготовление защитных фартуков для пациентов во время прохождения рентген-исследований).

Мы часто слышим про тяжелые металлы, что они вредны для человека и их нужно избегать. Однако мы не всегда четко представляем себе, какие металлы – тяжелые, чем они вредны и как обезопасить себя от их влияния. Что ж, пора исправлять ситуацию. Вспоминаем таблицу Менделеева вместе, параллельно уплетая клубнику с кинзой. Почему – читайте ниже.

Что такое тяжелые металлы

Существует много определений тяжелых металлов – в зависимости от атомной массы (т.е. значения массы атома, выраженного в атомных единицах массы), плотности и других критериев. Если вы помните, как устроена таблица Менделеева, то знаете, что элементы в ней расположены, помимо прочего, по возрастанию атомной массы. Т.е. чем ближе к концу таблицы, тем элемент тяжелее.

Согласно Большому энциклопедическому словарю, «тяжелые металлы – это цветные металлы с плотностью, большей, чем у железа: Pb (свинец), Cu (медь), Zn (цинк), Ni (никель), Cd (кадмий), Co (кобальт), Sb (сурьма), Sn (олово), Bi (висмут), Hg (ртуть)». Некоторые классификации также относят к тяжелым металлам мышьяк, про действие которого отдельно рассказывать не надо.

Где можно встретить тяжелые металлы

Металлы – это природные элементы, в огромном количестве содержащиеся в окружающей среде и в микроскопических дозах – в организме каждого из нас. Более того, в предусмотренных природой количествах они необходимы нашим организмам для нормального функционирования. Однако еще Парацельс (швейцарско-немецкий врач и алхимик 16 века) учил, что любое вещество – яд, все зависит лишь от дозы. В случае с тяжелыми металлами это выражение – стопроцентное попадание.

С тяжелыми металлами человек соприкасается много где: они присутствуют в воздухе, которым мы дышим, в воде, которую пьем и которой моемся, в почве и, соответственно, в нашей пище, в косметике и т.д. В этой статье мы хотим сфокусироваться именно на тяжелых металлах в продуктах питания.

Хотя необходимо избегать попадания тяжелых металлов в организм, это не всегда возможно. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) выявило максимальные дозы разных тяжелых металлов, которые допустимо потреблять ежедневно и еженедельно в течение всей жизни без особого риска для здоровья. Эти дозы указываются в миллиграммах вещества на килограмм веса вашего организма – такая доза будет допустима для потребления ежедневно или еженедельно.

Как тяжелые металлы попадают к нам в пищу

Выхлопные газы автомобилей и дымовые выбросы промышленных предприятий содержат высокие концентрации тяжелых металлов. Через эти выбросы металлы попадают в воду, почву и воздух, а оттуда – во флору и фауну, представителей которых мы потом едим. К тому же пища может загрязниться тяжелыми металлами в результате неправильного хранения и использования некачественной упаковки.

Недавно Росконтроль опубликовал материал о том, что на публичное обсуждение вынесены проекты изменений перечней стандартов на упаковку, парфюмерию и детские товары – в том числе и на измерение уровня тяжелых металлов в материале упаковки, что говорит нам об актуальности этой темы и в нашей стране.

Тяжелые металлы могут быть обнаружены в самых разных видах продуктов: мясе, рыбе, морепродуктах, овощах и злаках и, конечно, во всех жидкостях – в первую очередь, в воде. Проблема, однако, заключается в том, что в домашних условиях, без специальных лабораторных тестов выявить наличие тяжелых металлов в пище практически невозможно.

Что самое удивительное и печальное, иногда даже сертификат органики не может дать потребителю стопроцентной уверенности в чистоте продукта. Известен случай содержания в органическом (имеющем сертификат USDA) мангостине (мангостане) тайского происхождения крайне высоких концентраций свинца. Производитель сырья перепродал его на переработку и брендирование, сопроводив то ли намеренно, то ли по ошибке сертификатом о проведении анализа на содержание тяжелых металлов. Однако независимая лаборатория позже выявила, что содержание свинца в продукте было примерно в 200 раз выше, чем заявлял производитель.

Конкретный бренд, однако, выявить невозможно, потому что сырье производитель поставляет разным компаниям на обработку и брендирование, поэтому единственный способ узнать концентрацию тяжелых металлов в вашем мангостине – обратиться напрямую к тому, кто его произвел и поставил, а еще лучше – сделать независимый лабораторный анализ (что, конечно, сложно и дорого).

Похожие случаи наблюдались с гингко из Китая, некоторыми производителями какао и другими продуктами.

Одним из рисков, к которым ведет потребление повышенных доз тяжелых металлов – появление диабета. Ученые выяснили, что мышьяк, кадмий, ртуть и никель играют одну из важнейших ролей в появлении этой болезни 20 века.

Как вывести тяжелые металлы из организма

Удивительно, но иногда простые и привычные продукты обладают совершенно волшебными свойствами, о которых мы не подозреваем. Так, зелень кориандра, или попросту кинза, помогает вывести тяжелые металлы из организма. Кинза препятствует отложению и эффективно очищает организм от свинца, что было доказано японскими учеными в 2001 году на экспериментах с мышами. Также кинза дает положительный эффект очищения от ртути и алюминия. Для эффективного и бережного детокса введите в свой ежедневный рацион ¼ чашки кинзы вместе с черешками. Не надо переусердствовать с количеством, т.к. вашему организму нужно еще и избавляться от металлов, которые кинза будет выводить – происходит это в основном через мочу.

Очень сильным очищающим эффектом обладает также хлорелла.

Про собственно тяжелые металлы

Мы не будем рассказывать про все тяжелые металлы, иначе эта статья станет слишком длинной, однако скажем про пару самых «популярных» тяжелых металлов, которые у всех на устах в качестве главных страшилок (которыми они, к сожалению, действительно являются).

Свинец

Свинец в окружающей среде повсюду: в воде, воздухе, горных породах. Однако для человека свинец – токсичный тяжелый металл, отравление которым может приводить, помимо прочего, к раку, патологиям костей и сильным нарушениям функции головного мозга, почек, кишечника и т.д.
Отравление свинцом – самое распространенное отравление тяжелым металлом. Человек соприкасается со свинцом, вдыхая автомобильные выхлопные газы, используя промышленную косметику и даже пищу. В бензин, на котором работает большинство автомобилей, для увеличения октанового числа добавляют тетраэтилсвинец – соединение свинца, для человека являющееся сильным ядом, отравление которым поражает мозг и нервную систему, ведет к психическим расстройствам вплоть до летального эффекта.

Ртуть

Ртуть и ее соединения очень токсичны для человека. Не зря мамы в детстве пугали нас разбитыми градусниками. Ртуть может быть природного и антропогенного происхождения. В природе она появляется в атмосфере из-за выветривания пород, содержащих ртуть, а ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Отравление ртутью, как и марганцем, оказывает направленное действие на нервную систему, нарушая ее нормальное функционирование.

Около половины от всего промышленно произведенного объема ртути попадает в Мировой океан. Это значит, что употребление в пищу любых морепродуктов и рыбы – потенциальный риск получить с пищей дозу ртути, причем значительную, т.к. концентрация этого вещества в тканях живых существ будет намного больше, чем в воде.
Однако ученые выяснили, что есть продукт, употребление которого помогает ртути, содержащейся в рыбе, не усваиваться при пищеварении, а выводиться из организма в «нетронутом» виде. Как ни удивительно, но этот продукт – клубника. А также арахисовое масло. И растительный белок из конопли. Здорово, правда?

Кадмий

Кадмий попадает в окружающую среду с отходами металлургической промышленности, мусороперерабатывающих заводов и с неправильной утилизацией никель-кадмиевых источников тока (аккумуляторов). Кадмий опасен для человека в силу своих канцерогенных свойств и способности накапливаться в организме. При избытке соединений кадмия в организме или при отравлением (например, при вдыхании паров оксида кадмия) поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен, ферментные процессы и структура белковых молекул. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Ванадий

Соединения ванадия используются в сталелитейной, фармацевтической, текстильной промышленности, вводятся в виде добавок в состав красителей, протрав, чернил и т. д. Отравление ванадием – неприятная вещь. Как и свинец, ванадий обладает политропным действием на организм, т.е. влияет не на какой-то один конкретный орган или систему, а на много систем сразу. В результате отравления ванадием в организме сбивается регуляция биохимических процессов, начинаются воспалительные процессы кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, функциональные изменения органов кровообращения, ослабление иммунитета и т.д.

Кобальт

Кобальт используют для производства материалов, которые характеризуются жаростойкостью и для твердых инструментов – резцов и сверл. В медицине металл применяется для стерилизации препаратов и инструментов, а также в лучевой терапии.

Отравление кобальтом в основном встречается у работников стальной промышленности или в случаях загрязнения кобальтом еды или питья. Такое отравление может стать причиной сердечной недостаточности, гиперплазии (т.е. доброкачественного патологического увеличения) щитовидной железы и нарушения ее функций, а также нарушения обоняния, потери аппетита, дыхательной недостаточности и даже бронхиальной астмы.