فلزات سنگین چه فلزاتی هستند ؟

به فلزها یا شبه‌فلزهایی که دارای اثرات زیست‌محیطی اند؛ یعنی برای محیط زیست خطرناک و آسیب‌زا هستند فلزات سنگین می گویند مانند سرب، جیوه ، کادمیوم ،آرسنیک ، کروم ، تالیوم و …

اگر علاقمندید اطلاعات بیشتری در خصوص فلزات سنگین ویژگی ها و کاربرد های آنها کسب کنید؛ دعوت می کنیم در ادامه با فولاد نصر آذربایجان همراه باشید.

◾️فلزات سنگین چیست؟

فلزات سنگین به عناصر شیمیایی فلزی گفته می شود که دارای وزن مخصوص بزرگ‌تر از ۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب و وزن اتمی بیشتر از ۵۰ گرم باشد.  این فلزات اجزای طبیعی پوسته زمین هستند و با استخراج  از معادن و کاربرد گسترده ای که در صنایع دارند وارد  آب، فاضلاب، هوا و خاک می شوند و از طریق غذا ، آب آشامیدنی و هوا وارد بدن ما می شوند اما تجزیه نمی‌شوند و در بافت‌های چربی، عضلات، استخوان‌ها و مفاصل انسان رسوب کرده و انباشته می‌ شوند. و فرد را دچار مسمومیت می کنند.

همچنین فلزات سنگین می توانند از طریق زباله های صنعتی و مصرفی ، باران های اسیدی ،آزادسازی فلزات سنگین به جویبارها ، دریاچه ها ، رودخانه ها وارد آب های زیرزمینی منابع آب شوند.

◾️فلزهای سنگین کدام اند؟

• سرب
• جیوه
• کادمیم
• کروم
• آهن
• مس
• روی
• آلومینیوم
• برلیم
• کبالت
• منگنز
• آرسنیک
• بیسموت
• نیکل
• سلینیوم
• تالیوم
• قلع
• تیتانیوم

◾️خصوصیات فلزات سنگین

•  دوام و استحکام بالا
• وزن، چگالی و عدد اتمی بالا
• دارای خاصیت انعکاسی
• سمیت بالا

چهار فلز جیوه، آرسنیک ، کادمیوم و سرب به شدت سمی هستند و حتی در دوز پایین نیز به موجودات زنده صدمه می زنند. اما برخی از این فلزات سنگین  مانند کروم و آهن برای بدن ضروری هستند . و فقط در مقادیر بالا موجب مسمومیت می شود.

لازم به ذکر است مهمترین قسمت بدن پستانداران که عناصر سنگین را جذب می کند  کلیه ها هستند.

◾️کاربرد های فلزات سنگین

• ✔️از فلزات سنگین با مقاومت بالا  در ساخت مجسمه‌ ها، دستگاه‌ ها و تجهیزات مختلف، ظروف و لوازم خانگی، ساختمان‌ سازی و خودروسازی و.. استفاده می شود.
• ✔️از فلزات سنگینی که مقاومت پایینی دارند مانند مس،‌ روی، قلع و سرب برای جلوگیری از خوردگی فلزات به صورت آبکاری استفاده می شود.
• ✔️فلزات سنگین به دلیل وزن یا چگالی بالایی که دارند در ساخت برخی از ابزارهای ورزشی، تجهیزات نظامی و علوم  هسته‌ ای مورد استفاده قرار می گیرند . برای مثال فلزاتی مانند تنگستن و آلیاژهای برنج در ساخت چوب گلف و برای آبکاری تجهیزات نظامی کاربرد دارد.
• ✔️از برخی فلزات سنگین  مانند مس، پلاتین، اسمیوم، روتنیوم و آرسنیک به دلیل سمیت بالا در تولید داروهای  ضد سرطان استفاده می شوند.
• ✔️ فلزات سنگینی مانند طلا و آهن، آنتیموان، بیسموت در صنعت پزشکی استفاده می شوند.
• ✔️از فلزات سنگینی مانند کروم، کبالت، مس، روی، سلنیوم، زیرکونیوم، مولیبدن، ایریدیوم و یا ترکیبی از آنها رنگدانه هایی تولید میشود که از آنها در ساخت شیشه ‌های رنگی، لعاب سرامیک‌ و رنگ ‌های پلاستیک‌ و تولید جوهر استفاده می شود.
• ✔️از برخی فلزات به دلیل خاصیت انعکاسی آنها در تولید آینه‌ و تجهیزات نجوم استفاده می شود.
• ✔️در تولید قطعات الکترونیک، الکترودها، سیم‌ پیچ ها و پنل ‌های خورشیدی کاربرد دارند.
• ✔️از فلزات با عدد اتمی بالا در تصویربرداری پزشکی، میکروسکوپ‌ های الکترونی ، تولید پرتو ایکس  و علوم هسته ‌ای استفاده می شود.

◾️مضرات فلزات سنگین

فلزات سنگین به دلیل داشتن ویژگی‌هایی مانند تجمع پذیری در بافت‌ها، تجزیه ناپذیری، مقاومت به فعل و انفعالات بیولوژیکی و سمی بودن  با راه‌یابی به زنجیره غذایی و بدن موجودات زنده در نهایت انسان را تحت تأثیر عوارض سمی، سرطان زایی اثرات ژنتیکی کوتاه و بلندمدت قرار می‌دهند.

در این بخش به اثرات سمی ترین  فلزات سنگین اشاره می کنیم :

◀️تاثیر جیوه بر بدن انسان

جیوه ماده‌ای سمی است که عملکرد شناخته شده‌ای در بدن انسان ندارد و مسمومیت با آن ممکن است باعث مشکلاتی چون سقط خود‌به‌خودی جنین و بروز ناهنجاری‌های بدو تولد شود.  جیوه از طریق آزاد شدن گازها در زیر پوسته زمین و انتشار آن‌ها از طریق آتش‌فشان‌ها یا تبخیر آب‌های سطحی، حفاری‌های گسترده معدنی در جو زمین آزاد می شود.

‏همچنین در ساخت باتری‌، دماسنج و لامپ‌ها و به عنوان آمالگام در دندان پزشکی کاربرد دارد.

◀️تاثیر سرب بر بدن انسان

بسته به مدت زمان و میزان در معرض بودن انسان در برابر سرب، تاثیرات بیولوژیکی مختلفی  می تواند رخ دهد که تاثیر آن بر روی جنین و نوزادان بیشتر از فرد بالغ است.  مقادیر زیاد این ماده موجب بروز مشکلاتی در تولید هموگلوبین، کلیه‌ها، دستگاه گوارش و آسیب به مفاصل و سیستم‌های عصبی می‌شود.

غذا، آب و خاک از جمله منابع اصلی هستند که انسان می‌تواند از طریق آن در معرض سرب قرار بگیرد.

◀️تاثیر کادمیوم بر بدن انسان

فلز کادمیوم در صورتی که جذب بدن شود تا سال ها در بدن باقی می‌ماند و فرد را دچار مشکلات کلیوی می کند.  این ماده در مقادیر زیاد موجب بروز مشکلات در ریه و سرطان و بروز نقص‌های استخوان خواهد شد. همچنین کادمیوم موجب افزایش فشار خون حیوانات و بروز مشکلات قلبی در آن‌ها می شود.

این فلز به هنگام استخراج و فرآوری روی از سنگ معدن تولید می‌شود . از مصارف کادمیوم می توان به تولید باتری‌های نیکل-کادمیومی و آلیاژها و قطعات الکترونیکی اشاره کرد.

◀️اثرات آرسنیک بر بدن

آرسنیک در حالت حاد باعث استفراغ، ناراحتی دستگاه گوارش و اسهال می شود. فردی که در دراز مدت در معرض آرسنیک حتی در مقادیر کم قرار گیرد احتمال خطر ابتلاء به سرطان پوست، ریه، مجاری ادراری و مثانه و سرطان کلیه در او افزایش می یابد. همچنین باعث تغییر رنگ پوست و اثرات نامطلوبی بر سیستم عصبی می شود که علائم آن می توان به لرزش و سردرد اشاره کرد.

◾️روش های حذف فلزات سنگین

۱- تعویض یونی

واکنش تبادل یون را می‌توان به عنوان تعویض داخلی یون های موجود در یک سیستم شامل یون های موجود در فاز جامد مبادله کننده یون و یون های موجود در فاز محلول تعریف نمود. مبادله کننده‌های یونی مواد جامد غیرقابل حلی هستند که دارای آنیون‌ها یا کاتیون قابل تبادل می‌باشند وقتی‌که مبادله کننده یونی با محلولی که دارای فلزات سنگین است تماس می‌یابند این یون می‌توانند با یون های موجود در محلول جایگزین شوند.

۲- فرایند انعقاد و لخته سازی الکتریکی

در این روش جریان مستقیم برق با ولتاژ کاری ۴_۶ ولت و بسته به میزان آلودگی فاضلاب یا آب به کار می رود و از الکترودهایی که معمولاً از جنس آلومینیوم ،آهن معمولی و یا زغال هستند استفاده می شود. برای مثال با تجزیه آلومینیوم ؛یون های آلومینیوم هیدروکسید آزادشده که بستر را برای به دام انداختن فلزات سنگین فراهم می‌کند.

۳- روش بیو جذب

در روش بیو جذب،  فیزیک و شیمیایی فلزات سنگین توسط میکروارگانیسم های غیر زنده (باکتری قارچ جلبک) و سایر اجرام آلی مانند سبوس برنج، پوست میوه برگ و …) جذب می شود. این روش نسبت به روش‌های متداول دیگر بسیار مقرون به صرفه است. همچنین خاصیت جذب انتخابی، قابلیت احیای بیو جاذب و بازیافت فلزات، بالا بودن سرعت فرایند و عدم تولید لجن از دیگر ویژگی های این روش است.

۴- روش ماکرو جلبک دریایی

در روش ماکرو جلبک دریایی فلز کادمیوم نسبت به فلزات دیگر بیشتر حذف می شود. این روش از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه بوده و می‌تواند جایگزین مناسبی برای سایر روش‌ها باشد. ماکرو جلبک‌ها چند سلولی اند و در حد چند اینچ در آبگیرها مشاهده می‌شوند