Применение тяжелых метеллов

Соединения  мышьяка относятся к числу веществ, проявляющих сильное токсическое действие на организм людей и животных. Отмечены случаи отравлений ангидридом мышьяковистой кислоты, арсенитами, арсенатами, хлоридом мышьяка (III), мышьяковистым водородом, органическими препаратами мышьяка и др.

Ангидрид мышьяковистой  кислоты применяется в медицине, в сельском хозяйстве (как инсектицид), в стекольной и кожевенной промышленностях. Арсениты и арсенаты некоторых металлов применяются в качестве ядохимикатов. Сюда относится парижская (швейнфуртская) зелень. Определенное токсикологическое значение имеют органические соединения мышьяка, применяемые в медицине (новарсенол, осарсол и др.). Известны случаи отравлений мышьяковистым водородом. Очень токсичными являются боевые отравляющие вещества (люизит, адамсит и др.), содержащие мышьяк. Соединения пятивалентного мышьяка в организме превращаются в более токсичные соединения трехвалентного мышьяка.

Водорастворимые соединения мышьяка хорошо всасываются из пищевого канала. Пыль, содержащая ангидрид мышьяковистой кислоты, мышьяксодержащие ядохимикаты, попадая в организм через дыхательные пути, действует на ферменты, содержащие сульфгидрильные группы. Это приводит к торможению обменных процессов в организме. В ряде случаев под влиянием соединений мышьяка наступает паралич капилляров. Некоторые соединения мышьяка оказывают некротизирующее действие. Это свойство ангидрида мышьяковистой кислоты используется в зубоврачебной практике.  

Физические  и химические свойства. 

Ртуть - серебристо-белый жидкий металл, затвердевает при -38,84 град. С, кипит при 356,95 град. С. В твердом состоянии обладает хорошей ковкостью и эластичностью. В ртути растворяются многие металлы, образуя амальгамы. В них металлы ведут себя, как и в свободном состоянии, но делаются менее активными (образование амальгамы снижает активность аналогично разбавлению). Пары ртути очень ядовиты. Ртуть не выводится из организма человека.

Ртуть является малоактивным металлом. С кислородом она взаимодействует только при нагревании

С хлором ртуть  взаимодействует на холоду, образуя  хлорид ртути, или сулему:

Нg + Сl2 = НgCl2.

Легко взаимодействует  ртуть с порошкообразной серой, образуя очень прочное соединение - сульфид ртути.

В воде и щелочах  ртуть не растворяется. Она растворяется в кислотах - окислителях; в концентрированной серной кислоте при нагревании, а в азотной - на холоде. В зависимости от количества ртути образуются соли ртути в степени окисления +1 и +2.

Ртуть (II) в хлориде  НgСl2, восстанавливается металлической ртутью до ртути (I):

НgСl2 + Нg = Нg2Сl2 (каломель). 

Свинец. Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К) при температуре 0°C. Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.

Температура плавления  — 327,4 °C

Температура кипения  — 1740 °C

Свинец не очень  активен химически. На металлическом  разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.

С кислородом образует ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4. Без кислорода вода при комнатной  температуре не реагирует со свинцом, но при большой температуре получают оксида свинца и водород при взаимодействии свинца и горячего водяного пара.

При реакции Mg2Pb и разбавленной HCl получается небольшое  количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и водород. При большой температуре галогены образовывают со свинцом соединения вида РbХ2 (X — соответствующий галоген). Все эти соединения мало растворяются в воде. Могут быть получены галогениды и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём: взаимодействием растворов солей Рb (II) и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить при нагревании серы со свинцом, образуется сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием сероводорода в растворы солей Pb (II). В ряду напряжений Pb стоит левее водорода, но свинец не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а также на поверхности металла образуются плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего действия кислот.  

Марганец твердый хрупкий металл. Температура кипения марганца около 2080°C.

На воздухе  марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается  плотной оксидной пленкой, которая  предохраняет металл от дальнейшего  окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO. Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.

С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца. С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца(II):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.

Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H2MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых — соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)

2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,

так и восстановителей

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.

В водных растворах  манганаты диспропорционируют на соединения марганца(+4) и марганца(+7):

3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.

При этом окраска  раствора из зеленой переходит в  синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску  своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном. Перманганаты — сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:

2KMnO4 + 5SO2 +2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4. При давлении около 10 МПа безводный MnCl2 в присутствии металлоорганических соединений реагирует с оксидом углерода(II) CO с образованием биядерного карбонила Mn2(CO)10. 

Кадмий - серебристо-белый, отливающий синевой металл, тускнеющий на воздухе из-за образования защитной пленки оксида. Температура плавления – 321(C, температура кипения - 770 (С. Палочка чистого кадмия при сгибании хрустит подобно олову, но любые примеси в металле уничтожают этот эффект.

Кадмий тверже олова, но мягче цинка – его можно резать ножом. При нагревании выше 80(C кадмий теряет упругость до такой степени, что его можно истолочь в порошок.

При нагревании окисление становится интенсивнее  и возможно воспламенение металла. Порошкообразный кадмий легко загорается на воздухе ярким красным пламенем, образуя оксид.

Если энергично  смешивать с водой порошкообразный  кадмий, то наблюдается выделение водорода и можно обнаружить присутствие пероксида водорода.

Разбавленные  соляная и серная кислоты при  нагревании постепенно  реагируют  с кадмием, выделяя водород. Сухой  хлороводород взаимодействует с  кадмием при температуре 440  ° С. Сухой сернистый газ также реагирует с металлом, при этом образуется сульфид кадмия CdS и отчасти его сульфат CdSO  4  . Азотная кислота, взаимодействуя с кадмием в условиях обычных выделяет аммиак, а при нагревании - оксиды азота.

Кадмий, в отличии от цинка,  не растворим в едких щелочах  , но также растворяется в гидроксиде аммония. При взаимодействии кадмия с раствором нитрата аммония образуются нитраты.

Алюминий, цинк и железо вытесняют кадмий из растворов  его соединений. Сам он осаждает из растворов медь и другие более электроположительные элементы. При нагревании кадмий непосредственно соединяется с фосфором, серой, селеном, теллуром и галогенами, однако получить его гидрид и нитрид прямым взаимодействием с водородом и азотом не удается. 

Мышьяк — серое с металлическим блеском хрупкое вещество.

При нагревании до 600°C As сублимирует. При охлаждении паров возникает новая модификация  — желтый мышьяк. Выше 270°C все формы As переходят в черный мышьяк.

Расплавить As можно  только в запаянных ампулах под давлением. Температура плавления 817°C при давлении его насыщенных паров 3,6МПа.

Структура серого мышьяка похожа на структуру серой  сурьмы и по строению напоминает черный фосфор.

Мышьяк химически  активен. При хранении на воздухе  порошкообразный As воспламеняется с образованием кислотного оксида As2O3. Этот оксид в парах существует в виде димеров As4O6.

При осторожном обезвоживании мышьяковой кислоты H3AsO4 получают высший кислотный оксид  мышьяка As2O5, который при нагревании легко отдает кислород (см. КИСЛОРОД), превращаясь в As2O3.

Оксиду As2O3 отвечают существующие только в растворах  ортомышьяковистая H3AsO3 и метамышьяковистая  слабые кислоты HAsO2. Их соли — арсенаты.

Разбавленная  азотная кислота окисляет As до H3AsO3, концентрированная азотная кислота — до H3AsO4. Со щелочами As не реагирует, в воде растворяется.  

Токсикокинетика. 

Ртуть в составе лекарственных препаратов или химических соединений может поступать в организм через кожу, легкие и желудочно-кишечный тракт. Высокие концентрации в плазме крови обнаруживаются при вдыхании паров ртути. Из желудочно-кишечного тракта хорошо всасываются соли ртути. Через неповрежденную, кожу всасывание весьма незначительно (однако при длительном использовании ртутной мази возможно хроническое отравление). Элементарная ртуть из ЖКТ практически не всасывается (0,1%).

В крови ртуть  частично связывается с белками  и форменными элементами крови, из нее  попадает в различные органы и  ткани. При этом органические соединения ртути, благодаря высокой липидорастворимости, легко проникают через гисто-гемэтические барьеры, в том числе через гемато-энцефалический барьер в мозг, через плаценту в организм плода.

Неорганические  соединения поступают в организм медленнее и быстрее выводятся. Соединения ртути депонируются в печени, почках, ЦНС, сердце, кишечнике, в щитовидной железе. Наиболее долго ртуть задерживается в ЦНС и в печени. В тканях может происходить переход органических соединений в неорганические и при этом проявляться токсическое действие. Выводится ртуть в основном почками и желудочно-кишечным трактом. При выведении ртути почками происходит их повреждение. Период полувыведения метилртути 72--75 дней, неорганических соединений -- 42 дня. Выводятся препараты ртути также слюнными и молочными железами, но медленно. 

Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах, без дифференциации на фракции и идентификации вида соединений.

В организм человека большая часть свинца поступает  с продуктами питания (от 40 до 70% в  разных странах и по различным  возрастным группам), а также с  питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинецсодержащей краски или загрязненной свинцом почвы.

С атмосферным  воздухом поступает незначительное количество свинца - всего 1-2%, но при  этом большая часть свинца абсорбируется  в организме человека. В атмосферном воздухе большинства городов, где Росгидрометом проводится контроль за содержанием свинца, среднегодовая концентрация варьирует в пределах 0,01-0,05 мкг/м3, что значительно ниже ПДК - 0,3 мкг/мз. В таких условиях живет ориентировочно до 44 млн. горожан. Около 10 млн. человек проживает в городах с более высоким содержанием свинца - от 0,1 до 0,2 мкг/м3.

В продовольственное  сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.