UNIVERSITATEA DE STAT DIN MOLDOVA

FACULTATEA DE BIOLOGIE ȘI PEDOLOGIE

CATEDRA ȘTIINȚE ALE SOLULUI, GEOGRAFIE ȘI GEOLOGIE

GEOCHIMIA METALELOR GRELE

STUDENTĂ ÎN AN II MASTER:

CHIȘLARI ECATERINA

Îndrumător ştiinţific:

Prof. Dr. Stasiev Grigore

CHIȘINĂU 2011

CUPRINS

ÎNTRODUCERE........................................................................................................................3

I. METALE GRELE-

GENERALITATI..................................................................................4

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

AER......5

ARSEN.........................................................................................................................5

CADMIU......................................................................................................................7

COBALT......................................................................................................................8

CROM........................................................................................................................10

CUPRU......................................................................................................................12

FIER...........................................................................................................................14

MANGAN..................................................................................................................18

MERCUR...................................................................................................................20

NICHEL.....................................................................................................................21

PLUMB......................................................................................................................23

ZINC..........................................................................................................................24

III. EFECTELE METALELOR GRELE ASUPRA MEDIULUI .........................................26

CONCLUZII............................................................................................................................29

BIBLIOGRAFIE......................................................................................................................30

2

INTRODUCERE

Termenul de metale grele se referă la orice element chimic metalic, care are o densitate

relativ mare și este toxic sau otrăvitor în 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

3

I. METALE GRELE –GENERALITĂȚI

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.

4

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 două 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.

5

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).

Se cunosc compuşi ai arseniului şi cu unele elemente din grupa a IV-a (SiAs, SiAs2, GeAs,

GeAs2) şi din grupa a III-a pricipală (AlAs, GaAs). Cu carbonul şi cu borul nu se combină. În

schimb, cu metalele alcalino-pământoase şi alcaline, elemente puternic electropozitive, arsenul

reacţionează cu uşurinţă, formând arseniuri. Arseniurile se pot obţine prin topirea componenţilor,

prin trecerea topiturii sau vaporilor de arsen peste metale, dar toate se pot obţine şi prin

aluminotermie sau prin reducerea trioxidului de arsen şi a clorurii metalului cu hipofosfit de sodiu

(NaH2PO2). Cu metalele grele şi din grupele secundare, arsenul formează combinaţii intermetalice,

ce împrumută structura spaţială a sulfurilor: arseniura de Ni este similară cu FeS, PtAs2, FeS2,iar

FeS2 are reţeaua ortorombică a marcasitei FeS2. Arsenul intră în structura unor minerale şi alături de

sulf ca în cazul mispichelului FeAsS, a cobaltinei CoAsS etc.

Utilizare şi importanţă

Arsenul folosit ca element de aliere măreşte duritatea aliajelor. Este suficient ca în aur, argint

şi metalele platinice sã se găsească arsen în proporţie de 1 la 1000 pentru ca acestea să-şi piardă

complet maleabilitatea şi să devină casante. Plumbul folosit la alicele de vânătoare conţine pânã la

2% As, dar datoritã rămânerii acestora în natură, arsenul se transformă în trioxid de arsen, a cãrui

toxicitate pentru organismele vii este bine cunoscută. Adăugat în cupru în proporţie de 0,25%, îi

ridică temperatura de înmuiere şi îi măreşte rezistenţa anticorozivă. Arseniul este folosit cu mare

succes şi în electronicã, datorită proprietăţilor semiconductoare şi fotoconductoare, similare

siliciului şi germaniului. În pirotehnie, se foloseşte pentru producerea focurilor albe (cel indian).

Trisulfura de arsen este pigmentul vopselei de ulei numite galben regal. Aceasta se mai foloseşte în

tăbăcărie, pentru ignifugarea lemnului. O soluţie benzenică a arsenatului de plumb a fost prima

substanţă chimică utilizată în terapia cancerului.

Nici un zăcământ de minereuri metalice nu a fost sau nu este exploatat exclusiv pentru arsen;

de regulã arsenul se obţine ca subprodus, crescând valoarea economică a diferitelor tipuri de

mineralizaţi în care se găseşte. De altfel, toxicitatea sa mare a condus în nenumărate situaţii la

6

necesitatea folosirii de înlocuitori, fapt ce a condus mai departe la scăderea cererii sale pe piaţa

mondială.

CADMIU (Z=48)

Cadmiul are o abundenţă foarte scăzută în crusta terestră, estimată la doar 80 ng·g -1 (Rudnick

şi Gao, 2004). Are o comportare geochimică puternic calcofilă. Cadmiul se găseşte în aceeaşi grupă

a sistemului periodic (II) cu elementele Zn şi Hg şi ca urmare are multe proprietăţi comune cu

acestea. În partea superficială a solului, acesta are o corelaţie bună cu Zn, Te, Mn, Pb, Y şi Ho şi o

corelaţie slabă cu Co, Cu, Sb, Hg şi cea mai mare parte a REEs (Salminen et al., 2005).

Conţinutul de Cd din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasi natural, este cuprins între 0,01 şi 2,70 mg·kg-1, cu o valoare medie de 0,48 mg·kg-1 (Lăcătuşu,

2008, prelucrare după datele din Kabata şi Pendias, 2001). Conţinutul mediu de Cd din sol raportat

de Fiedler şi Rössler (1988) este de 0,3 mg·kg-1, iar valoare a coeficientului global de abundenţă

geochimică a elementului în sol este de 2,31 (Lăcătuşu şi Ghelase, 1992).

Conţinuturile de Cd în solurile din Anglia şi Ţara Galilor sunt situate de la <0,2 până la 40,9

mg·kg-1 (McGrath şi Loveland,1992). Pentru 840 de probe recoltate din solurile de suprafaţă cu

ocazia realizării Atlasului Geochimical Europei –la care au participat Austria, Albania, Belgia,

Croaţia, Cehia, Danemarca, Elveţia, Estonia,Finlanda, Franţa, Germania, Grecia, Ungaria, Irlanda,

Italia, Letonia, Lituania, Olanda, Marea Britanie, Norvegia, Polonia, Portugalia, Slovacia, Slovenia,

Spania, Suedia –conţinutul mediu de Cd a fost 0.145 mg·kg-1 (Salminen et al., 2005). Abundenţa Cd

în orizontul A al solurilor României, evaluată după valoarea mediei geometrice a 1112 probe

analizate, este de 1,11 mg·kg-1 (Lăcătuşu şi colab., 1997a).

Cadmiul ajunge în mediu pe trei căi importante: rafinarea şi folosirea Cd, topirea minereurilor

de Cu şi Ni şi prin arderea combustibililor fosili. În atmosferă, Cd pătrunde din erupţiile vulcanice,

particulele de sol purtate de vânt şi arderea pădurilor. S-a estimat că activitatea antropogenă este

răspunzătoare pentru un aport de Cd în atmosferă de 3 până la 10 ori mai mult decât din surse

naturale, o mare parte fiind datorată prelucrării minereurilor de sulfuri. Nivelul procentual al

încărcăturii de Cd din mâlul apelor uzate reprezintă o problemă în ceea ce priveşte evacuarea sa şi

limitarea sau prevenirea aplicării mâlurilor pe terenuri ca fertilitatori. Cadmiul este intens utilizat în

procese industriale. Dintre acestea, de mare importanţă sunt: acoperirile galvanizate, baterii,

vopsele, cerneluri şi mase plastice. Solubilizarea deşeurilor din aceste procese poate avea un impact

negativ asupra chimiei apelor de suprafaţă. Cadmiul tinde să se volatilizeze la temperaturi ridicate,

furnizând un mecanism pentru intrarea sa în ciclul hidrologic via depunere atmosferică pe direcţia

predominantă a vântului, în regiuni industriale. Utilizarea crescută a Zn în fertilizatori poate

7

conduce la contaminări cu Cd. Fertilizatorii cu fosfaţi conţin între 5 şi 100 mg·kg -1Cd, iar până la

300 mg· kg-1Cd poate fi prezent în mâlul apelor uzate.

Această îmbogăţire a Cd în sol are câteva cauze posibile: (1) poluarea antropogenă datorată

industriei miniere, chimice şi alte industrii; (2) fertilizatorii utilizaţi în agricultură; (3) mişcarea

ascendentă posibilă în soluri datorită reprecipitării repetate;şi (4) asocierea cu materia organică,

careeste mai abundentă în partea superficială a solului.

În orizontul superior al solurilor din ţara noastră, care sunt situate în jurul marilor unităţi

industriale cu profil de metalurgie neferoasă sau de industrie chimica anorganică, conţinutul total de

Cd poate ajunge la valori de până la 10-20mg·kg-1, iar Cd mobil, solubil în soluţia de

CH3COONH4-EDTA la pH 7,0, ajunge până la 5-8 mg·kg-1 (Lăcatuşu et al., 1997).

Limita maximă admisă pentru conţinutul total de Cd din sol este de 3 mg·kg-1 (Kloke,

1980),egală cu valoarea pragului de alertă pentru o folosinţă sensibilă a solului, iar valoarea

pragului de intervenţie pentru acelaşi tip de folosinţă este de 5 mg.kg-1.

În România, conform Ordinului nr.756/1997 emis de Ministerul Apelor, Pădurilor şi

Protecţiei Mediului, limita maximă admisă pentru conţinutul total de Cd din sol este de 1 mg·kg -1.

Pragul de alertă pentru terenurile sensibile este de 3mg·kg-1 iar pentru terenurile mai puţin sensibile

de 5 mg·kg-1. În ce priveşte pragul de intervenţie,acesta este de 5 mg·kg -1 pentru terenurile sensibile

şi 10 mg·kg-1 pentru terenurile mai puţin sensibile.

În soluri, cadmiul se află în diferiţi compuşi sub formă de ioni (Cd2+), prezenţi în soluţia

solului, adsorbiţi la suprafaţa particulelor coloidale, legaţi de materia organică, de sesquioxizi sau

prezenţi înstructura cristalină a mineralelor argiloase sau a altor minerale din sol.

Mobilitatea Cd în soluri şi potenţiala sa acumulare în organisme sunt amplificate de pH-ul

scăzut, conţinutul scăzut de materie organică, de particulele de sol cu dimensiuni mari şi de

capacitateade retenţie a solului. Cadmiul nu are o funcţie biologică esenţială. Cu toate acestea, el a

fost detectat în numeroase specii, de floră şi faună, de uscat şi acvatice.

Ionii de Cd sunt foarte toxici, acţiunea lor fiind foarte asemănătoare cu cea a ionilor de Hg.

Toţi compuşii de Cd sunt potenţial nocivi sau toxici pentru om. Cadmiul acţionează ca o otravă

cumulativă, fiind considerat ca o substanţă periculoasă pentru sănătatea umană (Irwin et al.,1997).

COBALT (Z=27)

În 1730 chimistul suedez George Brandt, a izolat pentru prima oară acest metal. Numele

acestui metal poate fi pus în relaţie cu sensul cuvântului kobalt în limba germană şi anume spirit

rău. Datorită proprietăţilor feromagnetice cobaltul este folosit pentru fabricarea magneţilor; oxizii

8

cobaltului sint folositi la obtinerea unor emailuri albastre (albastru-cobalt) pentru ceramice. Tot

oxizii se folosesc la colorarea sticlei in albastru. Izotopul radioactiv( Co60) este utilizat la

radioterapia cu raze gamma( gammaterapie). O curiozitate este ca sarurile higroscopice ( exemplu

CoCl2) sunt albastre in stare anhidra si de culoare roz in stare hidratata. Cobaltul ca şi aluminiul nu

reacţionează cu acidul azotic.

Reacţie imposibilă

Co+HNO3→nu reacţionează

Cobaltul face parte din grupa VIIIa sistemului periodic al elementelor şi este clasificat ca

metal tranziţional. Este cunoscut ca element siderofil, dar are şi tendinţe calcofile. Abundenţa sa

încrusta terestră a fost evaluată la 26,6 µg ·g -1 (Rudnick şi Gao, 2003). Cobaltul formează relativ

puţine minerale proprii, fiind obţinut ca subprodus din prelucrarea minereurilor de Cu şi Ni. Este

prezent în mod natural, în cantităţi reduse (urme), în roci, soluri, ape, plante şi animale sub formă de

ion Co2+. În partea superficială a solului, acesta are ocorelaţie puternică cu Ni, Cr, V, Sc, Fe, Cu, Ti

şi Mn şi ocorelaţie bună cu Al, Ga, In, Nb, Te,Zn şi cea mai mare parte a REEs (Salminen et al.,

2005).

Conţinutul de Co din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasi natural, este cuprins între 0,1 şi 116 mg·kg-1, cu o valoare medie de 9,6 mg·kg- 1 (Lăcătuşu,

2008, prelucrare după datele din Kabata Pendias şi Pendias, 2001). Conţinutul mediu de Co din sol

raportat de Fiedler şi Rössler (1988) este de 5,0 mg·kg -1, iar valoarea coeficientului global de

abundenţă geochimică a elementului în sol este de 0,28 (Lăcătuşu şi Ghelase, 1992).

In solurile din Anglia şi Ţara Galilor au fost raportate conţinuturi de Co între limitele de 0,2-

322 mg·kg-1 (McGrath şi Loveland, 1992). În solurile formate pe roci serpentinice din Noua

Zeelandă conţinutul de Co din sol poate ajunge până la 520 mg·kg -1(Lyon şi colab.,1970). Pentru

843 de probe recoltate din solurile de suprafaţă cu ocazia realizării Atlasului Geochimic al Europei,

conţinutul mediu de Co a fost 7.78 mg·kg-1 (Salminen et al., 2005).

Conţinutul total de Co din orizontul superior al solurilor din România este cuprins între 0,2 şi

20 mg·kg-1, cu o valoare medie de 6,3 mg·kg-1, iar conţinutul de Co accesibil, solubil în soluţia de

HNO3 1N, oscilează între 0,1 şi 6,0 mg·kg-1 (Davidescu şi colab., 1988).

Limita maximă admisă pentru conţinutul total de Co din sol este de 50 mg.kg -1 (Kloke, 1980),

iar valoarea pragului de alertă pentru o folosinţă sensibilă a solului este de 30 mg·kg - 1, în timp ce

valoarea pragului de intervenţie pentru acelaşi tip de folosinţă este de 50 mg·kg -1. În cazul solurilor

cu o folosinţă mai puţin sensibilă, valorile celor două tipuri de praguri, de alertă şi de intervenţie,

sunt de 100, respectiv 250 mg·kg-1. În România, conform Ordinului nr. 756/1997 emis de Ministerul

Apelor,Pădurilor şi Protecţiei Mediului, limita maximă admisă pentru conţinutul total de Co din sol

este de15 mg·kg-1. Pragul de alertă pentru terenurile sensibile este de 30 mg·kg -1 iar pentru terenurile

9

mai puţin sensibile de 100 mg·kg-1. În ceea ce priveşte pragul de intervenţie, acesta este de 50

mg·kg-1 pentru terenurile sensibile şi 250 mg·kg-1 pentru terenurile mai puţin sensibile.În soluri,

cobaltul se află în diferiţi compuşi sub formă de ioni (Co2+), prezenţi în soluţia solului,adsorbiţi la

suprafaţa particulelor coloidale, legaţi de materia organică, de sesquioxizi sau prezenţi în structura

cristalină a mineralelor argiloase sau a altor minerale din sol.

În mediu, Co este introdus prin erupţii vulcanice, alterarea rocilor şi minereurilor, dar şi prin

arderea combustibililor fosili sau prin activităţile industriale de prelucrare a minereurilor cu conţinut

de Co. Mobilitatea sa geochimică în soluri este controlată în principal de adsorbţia şi coprecipitarea

cu oxizii de Mn şi Fe. Sursele antropogene de Co includ: arderea cărbunelui, oţelurile speciale,

fertilizatori, extracţia şi procesarea Pb, Fe şi Ag (Reimann and de Caritat, 1998), deşi, în afara

acestor cazuri izolate, anomaliile antropogene asociate canalizării au fost rareori înregistrate.

Problemele de poluare cu Co a mediului sunt, în general, mai puţin semnificative decât cele asociate

altor metale grele (Cole and Carson, 1981).În concentraţii reduse Co este un element esenţial pentru

creşterea şi dezvoltarea unor animale,datorită prezenţei microelementului în compoziţia vitaminei

B12 şi a coenzimelor legate de aceasta.

CROM (Z=24)

Cromul face parte din grupa VIa sistemului periodic al elementelor. Cromul a fost descoperit

în anul 1797 de chimistul francez Nicolas Louis Vauquelin.

Răspândire

Cromul este un metal destul de răspândit în scoarţa pământului dar numai sub formă de

combinaţii chimice, cromit ( FeCr2)O4) cu un conţinut în crom de 0,033%. În metalurgia cromului

se disting două etape mai importante şi anume: fabricarea oxidului de crom şi obţinerea cromului

metalic. Face parte din categoria metalelor puţin reactive, în stare compactă prezintă o rezistenţă

deosebită faţă de oxigen şi agenţii atmosferici chiar şi la temperaturi ridicate. Minereul de bază

folosit la extragerea cromului este cromitul, metalul se obţine printr-o reacţie de reducere (redox)

din cromit cu ajutorul aluminiului sau siliciului:

4 FeCr2O4 + 8 Na2CO3 + 7 O2 → 8 Na2CrO4 + 2 Fe2O3 + 8 CO2

Na2Cr2O7 x 2 H2O + 2 C → Cr2O3 + Na2CO3 + 2 H2O + CO

Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr

Din cantitatea exploatată pe glob de cca. 15 milioane tone de cromit (anul 2000), 50% din

producţie se obţine în Africa de Sud, urmat de Kazahstan cu 15,2 %, India cu 12,1 % , Zimbabwe

(3,7 %) şi Finlanda (3 %).

10

Cromul este un metal dur, de culoare albă argintie, rezistent la coroziune, în forma nativă

fiind uşor de prelucrat. După gradul de oxidare se poate distinge Cr+2, Cr+3 şi Cr+6, cel mai stabil

fiind Cr+3.

Cromaţii (CrO42−) respectiv bicromatul Cr2O7

2- sunt folosiţi ca oxidanţi energici, fiind toxici şi

cancerigeni. In soluţie apoasă acidă se colorează în galben şi acceptă ionii de H+, dacă se schimbă

pH-ul soluţiei în alcalin soluţia devine portocalie.

2CrO42- + 2H+ ↔ Cr2O7

2− + H2O

Utilizare

Încă din veacul trecut s-a observat că adausurile de crom în oţel contribuie la creşterea

caracteristicilor mecanice precum şi a rezistenţei la coroziune ale acestuia. Dar, influenţa favorabilă

pe care o exercita cromul asupra oţelului nu a fost exploatată decât foarte puţin până în anii care au

precedat primul razboi mondial, în prezent se poate spune că cromul constituie principalul element

de aliere al oţelurilor. Oţelurile cu conţinuturi mai scăzute de crom (0,3—4%) posedă o duritate

ridicată şi o bună rezistenţă de rupere la tracţiune.

Sunt mai multe procedee de a acoperi aliajele fierului, respectiv oţelul, cu un strat de crom

prin galvanizare. Cromul şi derivaţii sunt utilizaţi în:

- cromarea dură, stratul de crom având o grosime de 1000 μm (utilizat în fabricarea

motoarelor)

- cromarea decorativă stratul de crom având o grosime de < 1 μm (cu rol anticoroziv)

- folosirea în amestec ca aliaj ca anticorosiv la piese metalice care sunt supuse la temperaturi

ridicate.

- utilizarea în calitate de catalizator, pentru accelerarea unor reacţii chimice

- folosirea cromitului la producerea şi arderea cărămizilor

- utilizare în colorarea verzuie a sticlei

- folosirea cromaţilor ca pigment în fabricarea coloranţilor, sau la producerea benzilor

magnetice de înregistrare acustică

- utilizarea în laboratoare a bicromatului de potasiu ca detergent

Cromul este considerat ca fiind unul dintre cele mai nocive metale grele pentru sănătatea

umană (Irwin et al., 1997). După Reimann şi de Caritat (1998), utilizările Cr sunt: în oţeluri

inoxidabile, numeroase aliaje, placare cu Cr, pigmenţi, catalizatori, coloranţi, tananţi, impregnarea

lemnului, cărămizi refractare, benzi magnetice. Sursele de poluare a mediului ale aceluiaşi element

sunt: pulberea geogenică, alterarea supergenă, industria chimică, oţelăriile, electrometalurgia,

topitoriile de Cu, arderea gazului natural, petrolului şi cărbunelui, mâlul apelor uzate, incinerarea

deşeurilor şi unii fertilizatori cu fosfor.

11

Este cunoscut ca având afinitate geochimică litofilă. În natură Cr nu apare liber, însă

formează minerale proprii ( cromit) sau substituie ionic alte elemente în reţelele cristalineale unor

minerale. Abundenţa estimată pentru crusta terestră este de 135 µg·g-1 (Rudnick şi Gao, 2003). În

materialele solide din mediul superficial are o mobilitate redusă. În mediul acvatic este prezent ca

ion Cr3+ dar şi ca specii anionice CrO42- şi Cr2O72-, aceste ultime două forme fiind produse prin

activităţi antropogene. În mediul superficial majoritatea Cr provine din emisiile industriale şi

domestice. În partea superficială a solului, Cr are o corelaţie bună numai cu Cu şi o corelaţie

puternică cu Ni (0,83).Conţinutul de Cr din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob,

aflate în regim cvasi natural, este cuprins, în mod obişnuit, între 1,4 şi 500 mg·kg -1, cu o valoare

medie de 63 mg.kg-1.

S-au întâlnit şi valori mult mai mari, până la 1000 sau peste această valoare, însă numai la

soluri formate pe roci bazice (Lăcătuşu, 2008, prelucrare după datele din Kabata-Pendias şi Pendias,

2000).

CUPRUL (Z=29)

Elementul Cu face parte din grupa IBa sistemului periodic al elementelor şi este un metal

tranziţional. Cuprul este un metal de culoare roşcată, foarte bun conducător de electricitate şi

căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri, arheologii descoperind obiecte

din acest metal datând din 8700 î.Hr. A fost unul din primele metale folosite, deoarece cantităţi mici

din el apar în unele locuri în stare liberă. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura

de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) şi malachitul si

azuritul (ambele forme ale carbonatului bazic de cupru). Metoda folosită pentru extracţia de cupru

depinde natura minereului. Daca cuprul se găseşte în stare liberă, el poate fi separat prin sfărâmarea

minereului în bucăţi mici şi amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund.

Cuprul, care are o puritate de peste 99%, este folosit la fabricarea conductelor de gaz şi apa, a

materialelor pentru acoperişuri, a ustensilelor şi a unor obiecte ornamentale. Deoarece cuprul este

un bun conducător de caldură, se utilizeaza la boilere şi alte dispozitive ce implică transferul de

caldură, sau folie de cupru (simplu strat) sau două (dublu strat) se foloseşte ca PCB. Are o afinitate

geochimică calcofilă, proprietate care determină asocierea sa, în unele minerale şi minereuri, cu alte

metale grele, cum ar fi: Pb, Zn, Mo, Ag, Ni etc. În partea superficială asolului, o corelaţie bună

există cu Al2O3, Ga, In, Te, Ni, Cr, Mn, Zn, TiO2 şi unele REE uşoare.

Corelaţii de acelaşi tip cu MnO şi Co indică o coprecipitare cu (hidro)oxizii în materialul

solului. Abundenţa estimată şi recomandată pentru crusta terestră este de 27 µ g·g-1 (Rudnick şi

Gao, 2003). Deşi are această abundenţă scăzută, formează o gamă relativ largă de minerale (sulfuri,

12

carbonaţi etc.), care, prin alterare superficială, generează importante surse naturale pentru Cu,

prezent în soluri şi ape. Sursele antropogene pentru Cu din mediu sunt reprezentate în principal de

exploatarea şi prelucrarea minereurilor de Cu, dar şi din activităţi domestice. Mobilitatea

geochimică a Cu este intermediară, fiind controlată de adsorbţia pe oxizii de Fe şi Mn, de prezenţa

materiei organice şi de precipitarea prin hidroliză la pH>5,0 (Rose et al., 1979). În mediul acvatic şi

în soluţiile din soluri este prezent subformele: Cu2+, CuHCO+3, Cu(OH)02 etc.

Conţinutul de Cu din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasi natural, este cuprins, în mod obişnuit, între 1 şi 300 mg·kg-1, cu o valoare medie de

22,4mg/kg.

În arealele contaminate şi poluate, în special în solurile din jurul unităţilor de prelucrarea

minereurilor neferoase, cu un conţinut ridicat de Cu, s-au determinat concentraţii de peste 2000 sau

chiar 3000mg/kg (Lăcătuşu, 2008, prelucrare după datele din Kabata Pendias şi Pendias, 2000).

Conţinutul mediu de Cu din sol raportat de Fiedler şi Rössler (1988) este de 30 mg/kg, iar valoarea

coeficientului globalde abundenţă geochimică a elementului în sol este de 0,36 (Lăcătuşu şi

Ghelase, 1992).

În solurile din Anglia şi Ţara Galilor au fost determinate cantităţi diferite de Cu, de la 1,2

la1508 mg/kg (McGrath şi Loveland, 1992). În solurile urbane din Varşovia, Lis (1992) a

determinat conţinuturi de Cu cuprinse între 1 şi 560 mg/kg. Pentru 840 de probe recoltate din

solurile de suprafaţă cu ocazia realizării Atlasului Geochimic al Europei, conţinutul mediu de Cu a

fost 13 mg/kg (Salminen et al., 2005).

Limita maximă admisă pentru conţinutul total de Cu din sol este de 100 mg/kg (Kloke, 1980),

Egală cu valoarea pragului de alertă pentru o folosinţă sensibilă a solului, iar valoarea pragului de

intervenţie pentru acelaşi tip de folosinţă este de 200 mg·kg-1. În cazul solurilor cu o folosinţă mai

puţin sensibilă valorile celor două tipuri de praguri, de alertă şi de intervenţie, sunt de 250, respectiv

500mg/kg. În România, conform Ordinului nr. 756/1997 emis de Ministerul Apelor, Pădurilorşi

Protecţiei Mediului, limita maximă admisă pentru conţinutul total de Cu din sol este de 20 mg·kg-1.

Pragul de alertă pentru terenurile sensibile este de 100 mg·kg-1 iar pentru terenurile mai puţin

sensibile de 250 mg·kg-1. În ceea ce priveşte pragul de intervenţie, acesta este de 200 mg·kg-1 pentru

terenurile sensibile şi 500 mg·kg-1 pentru terenurile mai puţin sensibile.Cuprul este unul dintre

microelementele necesare nutriţiei plantelor, conţinuturile mai mici de10 µg·g-1 din soluri determină

apariţia simptomului carenţial în vegetaţie, pe când conţinuturile mai ridicate pot fi toxice (Rose et

al., 1979). Cantităţi minore din acest element sunt necesare şi în dieta umană şi animală (Irwin et

al., 1997).

Cuprul poate fi şi un element poluant, toxic pentru animale şi om. Sursele antropogene de Cu

includ: extracţia şi prelucrarea Cu, industria maselor plastice, industria electrică, agricultura, mâlul

13

apelor uzate (ferme de porci) şi oţelăriile. Compuşii de cupru sunt utilizaţi pe scară largă în

agricultură şi sunt o posibilă sursă a anomaliilor asociate canalizării.

Conţinuturile ridicate de carbonaţi şi valorile pH-ului ar fi putut să favorize formarea unor

cantităţi mici de azurit şi malachit, pe seama Cu din soluţiile folosite în viticultură.

FIER (Z=26)

Elementul Fe face parte din grupa VIIIB a sistemului periodic al elementelor, fiind un metal

tranziţional. Are o comportare geochimică siderofilă. Abundenţa crustală estimată pentru Fe,

exprimatăca FeOT, este de 6,71% (Rudnick şi Gao, 2003).În partea superficială a solului, există o

corelaţie puternică cu Co, Al, Ga, In, Ti, Mn, Cu, Zn şi unele dintre REE, o corelaţie bună cu Nb,

Ni şi Te şi o corelaţie negativă cu SiO2 (-0.50), verificând statistic relaţia geochimică inversă

existentă între Fe2O3 şi SiO2. În mediul acvatic este prezent sub forma speciilor ionice: Fe2+şi Fe3+,

prima formă având o mobilitate moderată, iar cea de a doua foarte scăzută, deoarece la pH>3 Fe 3+

precipită ca oxihidroxizi de Fe. Formarea oxihidroxizilor de Fe este importantă, pentru soluri şi ape,

prin controlul pe care îl exercită asupra unor metale grele, pe care le antrenează prin coprecipitare

(Ni, Co, Cu, Pb etc.). În unele condiţii atât suspensiile coloidale de oxizi hidrataţi de Fe, cât şi

complecşi organici cu Fe pot fi stabili (Rose et al., 1979). Fierul se găseşte în sol sub formă de oxizi

amfoteri sau de hidroxizi.

Fierul este un metal de culoare gri-argintie, cu un punct de topire ridicat (1538°C) şi o largă

răspândire în natură, sub formă de combinaţii chimice. Este ultimul element care poate fi produs

prin fuziune nucleară în nucleele stelelor (dar doar în cele cu masă mai mare de 5 mase solare), şi

deci cel mai greu element a cărui formare nu necesită un eveniment cataclismic de tipul unei

supernove.

Răspândire în natură

Ca abundenţă, fierul este al zecelea element în univers şi al 4-lea pe Pământ (al doilea metal,

după aluminiu). Ca masă însă, fierul ocupă primul loc pe Pământ. În prezent se consideră că 80%

din nucleul interior al Pământului este format din fier. Sub formă de diverse combinaţii, el formează

5% din scoarţa terestră, însă în stare pură se găseşte doar accidental (în meteoriţi). Se presupune de

asemenea că planeta Marte îşi datorează culoarea roşiatică unui sol bogat în oxid de fier.

Izotopi

Fierul prezintă patru izotopi naturali. În ordinea abundenţei relative, aceştia sunt: 56Fe(91,7 %), 54Fe (5,8 %), 57Fe (2,2 %) şi 58Fe (0,3 %). De asemenea, se cunosc alţi 10 izotopi

sintetici ai fierului. S-a demonstrat (prin corelaţia existentă între abundenţa izotopului 60Ni, un

14

produs de dezintegrare al 60Fe, şi abundenţele izotopilor stabili ai fierului în unii meteoriţi) că 60Fe a

existat în stare naturală în perioada de formare a sistemului solar.

Forme alotropice

În funcţie de domeniile de temperatură la care sunt stabile şi de structura cristalină, este

acceptată astăzi existenţa a 3 stări alotropice ale fierului solid:

Fierul α are o structură cristalină cubică cu volum centrat şi este stabil de la temperatura

ambiantă până la temperatura de 1185 K (912oC). Între temperatura ambiantă şi temperatura de

1043 K (770oC) (punctul Curie), fierul α este feromagnetic, iar peste 1043 K devine paramagnetic.

Din această cauză, iniţial formei structurale de fier existente între 1043 K şi 1185 K i s-a dat

denumirea de fier β. Ulterior s-a renunţat la această denumire întrucât între fierul α şi fierul β nu

există alte diferenţe.

Fierul γ are o structură cristalină cubică cu feţe centrate şi este stabil între 1185 K (912 oC) şi

1667 K (1394oC).

Fierul δ are o structură cristalină cubică cu volum centrat şi este stabil între 1667 K

(1394oC).şi temperatura de topire, 1811 K (1538oC).

La nivel mondial nu s-a ajuns încă la un acord complet în privinţa poziţiei exacte a diferitelor

puncte caracteristice ale fierului (şi nici a punctelor caracteristice din diagrama de echilibru fier-

carbon).

Combinaţii chimice

Fierul formează cu oxigenul combinaţii bivalente şi trivalente. Fenomenul de oxidare a

fierului se mai numeşte ruginire.

Oxidul feros, FeO (II), se obţine prin arderea directă a fierului. El este stabil doar la

temperaturi de peste 833 K (560oC) şi este de culoare neagră.

Oxidul feric, Fe2O3 (III), numit şi hematit, este un mineral de culoare maronie, obţinut prin

oxidarea fierului în condiţiile existenţei unui surplus de oxigen. El reprezintă principala sursă de

obţinere a fierului.

Oxidul feric-feros, Fe3O4 (II,III), numit şi magnetit, este materialul natural cu cele mai bune

proprietăţi magnetice.

Deşi aceşti oxizi formează straturi protectoare la suprafaţa pieselor, porozitatea acestor

straturi este atât de mare încât obiectele din fier expuse efectelor atmosferei ruginesc continuu până

la distrugerea lor completă. Oxidul feric este opac la radiaţii ultraviolete şi infraroşii, proprietate ce

îşi gaseşte aplicaţii la fabricarea geamurilor termoabsorbante.

În combinaţie cu carbonul, fierul poate forma soluţii solide sau carbura de fier Fe3C (numită

şi cementită). În funcţie de temperatură şi de conţinutul de carbon, soluţiile solide sunt ferita,

austenita şi ferita δ .

15

Pentacarbonilul de fier, Fe(CO)5 se obţine prin reacţia, sub presiune, a fierului cu monoxidul

de carbon. Prin descompunerea sa se obţine fierul carbonil cu o puritate de 97,5 %. De asemenea, el

se foloseşte pentru obţinerea a numeroşi compuşi ai fierului cu utilizare în sinteza organică.

Tiocianatul de fier, Fe(SCN)3 are o culoare roşie caracteristică şi serveşte la punerea în

evidenţă a ionilor Fe3+.

Datorită reactivităţii sale mari, în natură fierul se găseşte în stare pură doar în cazuri foarte

rare, de obicei în meteoriţii feroşi. Cele mai des utilizate minereuri de fier sunt hematitul,

magnetitul, ilmenitul (FeTiO3), sideritul (FeCO3), limonitul (amestec de goethit - α-FeO(OH) - şi

lepidocrocit - γ-Fe3+O(OH)) şi pirita (FeS2).

Cele mai mari zăcăminte de minereu de fier sunt asociate cu aşa-numitele formaţiuni feroase

în benzi (în engleză: Banded Iron Formations).

Minereurile de fier se exploatează atât în exploatări de suprafaţă, cât şi în mine. Cele mai

importante exploatări de suprafaţă se găsesc în America de Sud (în special în Bolivia şi Brazilia), în

vestul Australiei, în China, în Ucraina şi Canada. În ultimii ani, aceste ţări au înlocuit treptat ţările

cu tradiţie în extragerea minereului de fier din mine, cum ar fi Franţa, Suedia sau Germania. Cel

mai important zăcământ de fier se află la El Mutùn în Bolivia, unde se estimează că există cca. 40

miliarde tone de minereu cu un conţinut de fier de peste 50 %.

În anul 2000, la nivel mondial au fost produse aproximativ 1 miliard de tone de minereu de

fier, valorând cca. 25 miliarde euro. Din această cantitate de minereu s-au obţinut aproximativ 572

milioane tone de fontă brută. Minereurile de fier sunt exploatate în prezent în 48 de ţări, primii cinci

producători: China, Brazilia, Australia, Rusia şi India asigurând 70% din producţia mondială totală.

Fierul chimic pur se poate prepara prin calcinarea precipitatului de hidroxid feric Fe(OH)3 sau

a altor săruri de fier. iar la scară industriala prin calcinarea sărurilor de fier cu uşoara tendinţă de

descompunere.

Utilizare

Fierul este în prezent cel mai utilizat metal, cuprinzând 95% din producţia mondială de

metale, ca şi masă. Datorită combinării unei rezistenţe înalte cu un preţ redus, el se foloseşte în

prezent mai ales în cadrul aliajelor, pentru realizarea de diverse piese şi structuri.

Alături de cobalt şi nichel, fierul este unul dintre cele trei materiale feromagnetice care fac

posibilă aplicarea practică a electromagnetismului la generatoare electrice, transformatoare şi

motoare electrice. Aliajele fier-carbon sunt materialele cu cea mai largă răspândire în industrie. Ele

se împart în oţeluri, cu un conţinut de carbon de până la 2,11 % şi fonte, cu un conţinut de carbon

mai mare de 2,11 %. Fierul forjat este un produs maleabil care conţine mai puţin de 0,2% carbon.

Datorită modului de obţinere, piesele din fier forjat conţin mici urme, filamente de zgură. Fierul

16

forjat rugineşte mai greu, însă a fost înlocuit în prezent în majoritatea aplicaţiilor de oţeluri cu

conţinut scăzut de carbon, care sunt mai ieftine şi mai uşor de obţinut.

Oţelul nealiat conţine între 0,06% şi 2,11% carbon, cu mici cantităţi de mangan, sulf, fosfor şi

siliciu. Oţelurile aliate conţin diferite cantităţi de carbon, dar şi alte metale, cum ar fi cromul,

vanadiul, molibdenul, nichelul, wolframul etc. Ele au de regulă domenii de utilizare bine precizate,

deoarece conţinutul de elemente de aliere le creşte considerabil preţul. O varietate recentă de oţeluri

aliate sunt aşa-numitele oţeluri microaliate ce conţin cantităţi mici de elemente de aliere, însă cu

rezistenţe şi tenacităţi ridicate, la costuri minime. Oţelurile inoxidabile sunt oţeluri aliate care conţin

cel puţin 12% crom.

Fonta brută conţine cca. 4-5% carbon şi diverse cantităţi de sulf, siliciu şi fosfor. Singura ei

importanţă tehnică este ca pas intermediar de la minereul de fier la oţel şi fonta de turnată.

Fonta turnată conţine 2,11% – 6,67% carbon, 1% – 6% siliciu şi mici cantităţi de mangan.

Proprietăţile sale mecanice variază considerabil în funcţie de forma sub care apare carbonul în aliaj.

Fontele albe conţin carbonul sub formă de cementită, ceea ce le face dure, dar fragile. Suprafaţa de

rupere a unei fonte albe prezintă numeroase faţete fine de carburi, de culoare foarte deschisă,

argintie, care şi dau numele materialului. În fonta cenuşie, carbonul se găseşte sub formă liberă, de

grafit, şi are de asemenea proprietăţi mecanice reduse (deşi mai bune decât ale fontelor albe).

Variantele mai noi de fontă cenuşie, fonta maleabilă şi fonta modificată conţin grafitul sub formă de

cristale foarte neregulate (grafit în cuiburi), respectiv sub formă sferoidală (grafit nodular),

îmbunătăţind mult rezistenţa şi tenacitatea materialului.

Feroaliajele sunt aliaje ale fierului cu alte elemente chimice, acestea fiind prezente în

procentaje ridicate. Exemple sunt ferosiliciul sau feromanganul; care se utilizează la elaborarea

oţelurilor aliate sau a altor aliaje. Alte aliaje importante sunt cele cu nichel, dintre care se remarcă

invarul (36% Ni, rest fier), care caracterizează printr-un coeficient de dilatare termică foarte redus şi

se utilizează în aplicaţii unde este nevoie de modificări dimensionale minime în raport cu

temperatura.

Oxizii de fier sunt folosiţi la fabricarea de medii magnetice pentru stocarea informaţiilor.

Deseori ei sunt amestecaţi cu alţi compuşi, dar îşi păstrează proprietăţile magnetice în soluţie. În

medicină se folosesc preparate pe bază de fier ca antianemice.

Toxicitate

Fierul în cantităţi excesive este toxic pentru oameni, deoarece reacţionează cu peroxizii din

corp, producând radicali liberi. Toxicitatea apare atunci când cantitea de fier o depăşeşte pe cea de

transfer necesară pentru legarea fierului liber. O cantitate prea mare de fier ingerată poate leza direct

celulele din tractul gastro-intestinal şi poate intra în sânge, distrugând celulele care altfel ar

restricţiona intrarea sa. Odată ajuns în sânge, fierul în exces poate afecta celulele din inimă, ficat

17

(unde poate duce la sideroză) etc., putând duce la deteriorarea organelor respective pe termen lung

sau chiar la moarte. De aceea, preparatele pe bază de fier sunt indicate doar în cazul unei deficienţe

de fier.Toxicitatea fierului se manifestă la valori de peste 20 mg de fier pentru fiecare kilogram de

masă corporală, 60 mg/kg reprezentând o doză letală. Tratarea medicală a problemelor cauzate de

toxicitatea fierului este complexă. Un aspect în acest sens este folosirea deferoxaminei, care leagă şi

elimină excesul de fier din organism.

MANGAN(Z=25)

Manganul este un metal alb-argintiu, asemănător fierului, care se găseşte în stare liberă în

natură (deseori în combinaţie cu fierul) şi în mai multe minerale. Manganul liber este un metal mult

folosit în industrie, mai ales ca element de aliere. Ionii de mangan au diverse culori şi sunt folosiţi

în industrie ca pigmenţi şi ca oxidanţi. De asemenea, ionii de mangan (II) apar ca şi cofactori pentru

o serie de enzime.

Manganul este un metal dur şi foarte fragil, paramagnetic, care se topeşte foarte greu, dar

oxidează uşor. Cele mai frecvente stări de oxidare ale manganului sunt +2, +3, +4, +6 şi +7, deşi au

fost observate stări de oxidare de la -3 la +7, manganul fiind astfel elementul chimic cu cele mai

multe stări de oxidare posibile. Dintre acestea, cea mai stabilă este starea +2, majoritatea

compuşilor cunoscuţi ai manganului conţinând mangan (II).

În contact cu aerul, manganul formează un strat de oxid protector.Manganul se dizolvă uşor

în acid sulfuric diluat. Manganul face parte din grupa elementelor care se presupune că sunt

generate în stelele masive cu puţin înainte de exploziile de tip supernovă.

Izotopi

În natură există un singur izotop stabil de mangan; 55Mn. Sunt cunoscuţi 18 radioizotopi, cu

mase atomice de la 46 unităţi atomice (46Mn) până la 65 unităţi atomice (65Mn). Cei mai stabili

dintre aceştia sunt 53Mn cu un timp de înjumătăţire de 3,7 milioane de ani, 54Mn cu un timp de

înjumătăţire de 312,3 zile şi 52Mn cu un timp de înjumătăţire de 5,591 zile. Toţi ceilalţi izotopi au

timpi de înjumătăţire mai scurţi de 3 ore, iar majoritatea chiar mai scurţi de 1 minut. De asemenea,

elementul are 8 metastări. Principalul mod de dezintegrare a izotopilor dinaintea izotopului stabil 55Mn este captura de electroni, iar izotopii mai grei se descompun prin dezintegrare beta.

Răspândire

Manganul nu se găseşte în stare pură în natură. Totuşi, sub formă de diverse combinaţii, el

apare în sol în proporţie de până la 900 ppm şi astfel este, după fier, al doilea metal greu ca

răspândire. Principalul minereu de mangan este piroluzitul (MnO2). Alte minereuri importante sunt

18

psilomelanul ((Ba,H2O)2Mn5O10), hausmannitul (Mn3O4), rodocrozitul (MnCO3), rodonitul

(MnSiO3), braunitul (Mn2O3), manganitul (Mn2O3·H2O) şi manganozitul (MnO).

Peste 80% din zăcămintele manganoase cunoscute se găsesc în Africa de Sud (Hotazel) şi

Ucraina. Alte depozite importante de mangan se află în China, Australia (Groote Eylandt), Brazilia,

Gabon, India, Georgia (Chiatura) şi Mexic. Cantităţi importante de mangan se găsesc şi în nodulii

polimetalici (numiţi şi noduli de mangan) pe fundul oceanelor. Aceşti noduli conţin mangan în

proporţie de 1,5 până la 50%, precum şi fier, nichel, cobalt, cupru etc. Încercările de a găsi metode

eficiente de a colecta nodulii de mangan au fost însă abandonate în anii 1970.

Aplicaţii

Manganul este un element foarte important în fabricarea oţelurilor, datorită proprietăţilor sale

de legare a sulfului şi de dezoxidare. În prezent, cererea de mangan din metalurgia feroasă

reprezintă cca. 85% - 90% din totalul cererii mondiale. În general se foloseşte pentru alierea

oţelurilor, sub formă de feromangan sau de silicomangan. Feromanganul se obţine prin reducerea

oxidului de fier, Fe2O3 şi a bioxidului de mangan, MnO2, cu cărbune (cocs) în furnal.

În oţelurile inoxidabile, manganul poate fi folosit ca un înlocuitor ieftin al nichelului. O

categorie specială de oţeluri, în care manganul, introdus în proporţie de până la 14%, joacă un rol

deosebit, sunt oţelurile austenitice manganoase, numite şi oţeluri Hadfield. Acestea au o rezistenţă

foarte ridicată la uzură şi se folosesc pentru diverse piese şi utilaje pentru minerit, cariere de piatră,

construcţii de drumuri, căi ferate etc.

Aliajele cupru-mangan-nichel, de exemplu manganinul, se utilizează la fabricarea de rezistori

a căror funcţionare nu este influenţată de temperatura de lucru. În bronzuri, manganul se poate

adăuga în proporţie de 5-15% pentru a mări rezistenţa la coroziune.

Compuşii manganului

Permanganatul de potasiu este un reactiv chimic des utilizat în laboratoare datorită

proprietăţilor oxidante, dar şi în medicină ca dezinfectant şi pentru tratarea externă a bolilor

infecţioase ale pielii. Se foloseşte de asemenea pentru tratarea bolilor parazitare ale peştilor.

Oxidul-bioxidul de mangan(IV) este folosit în baterii electrice (este depus ca substanţă neagră

în jurul electrodului pozitiv al bateriilor clasice, saline, cu rol de depolarizator) şi poate fi folosit

pentru decolorarea sticlei care a fost contaminată cu cantităţi microscopice de fier.În concentraţii

mai mari, compuşii de mangan, în special bioxidul de mangan, sunt cei care dau culoarea

ametistului şi pot da şi sticlei, ceramicii sau cărămizilor o culoare violetă, maronie sau neagră (în

funcţie de modul de obţinere şi de compoziţia sticlei).Bioxidul de mangan este folosit de asemenea

pentru obţinerea oxigenului şi clorului.

Unii compuşi ai manganului sunt adăugaţi în benzină pentru a mări cifra octanică şi a reduce

problemele de ardere în motoare.Bioxidul de mangan este folosit ca reactiv în chimia organică

19

pentru oxidarea alcoolilor benzilici.Oxidul de mangan este un pigment maroniu folosit în fabricarea

vopselelor. Fosfatul de mangan este folosit pentru împiedicarea apariţiei ruginii şi a coroziunii la

oţeluri. De asemenea, el este utilizat în bateriile alcaline de tip nou. Sulfatul de mangan, MnSO 4

este utilizat ca adaos pentru îngrăşăminte. Rodocrozitul, carbonatul de mangan, este folosit datorită

aspectului său la realizarea de obiecte de podoabă.

Nocivitate

Compuşii manganului sunt mai puţin toxici decât cei ai fierului, nichelului sau cuprului.

Totuşi, în cantităţi mari, manganul este toxic. Datorită toxicităţii sale, expunerea la praf sau vapori

de mangan nu trebuie să depăşească valoarea de 5 mg/m3 chiar şi pentru perioade scurte.

Există numeroase date ce indică efecte neurologice nocive produse de inhalarea pulberii de

mangan, respectiv a bioxidului de mangan. Aceasta poate duce la afecţiuni motorice şi la tulburări

psihice. O formă a bolii Parkinson numită manganism a fost legată de expunerea la mangan a

minerilor şi muncitorilor din topitorii încă de la începutul secolului 19. Manganismul este rezistent

la formele de terapie uzuale aplicate la formele obişnuite ale bolii Parkinson.Toxicitatea majorităţii

combinaţiilor de mangan este redusă şi practic nu s-au înregistrat cazuri de intoxicare după

ingerarea acestor combinaţii. Soluţiile acide de permanganat pot oxida orice material organic cu

care vin în contact. Căldura generată de acest proces de oxidare este suficientă pentru a aprinde

unele substanţe organice.

MERCUR (Z=80)

Mercurul face parte din grupa II B sistemului periodic al elementelor. Are o afinitate

geochimică calcofilă, ceea ce explică asocierea sacu elementele: Sb, Se, Ag, Zn şi Pb în zăcămintele

de sulfuri. Abundenţa crustală a Hg a fost evaluată la 0,03 µg·g-1 (Rudnick şi Gao, 2003).În partea

superficială a solului, Hg are o corelaţie bună cu Pb, Sb, TOC (carbon organic total) şi o corelaţie

slabă cu Ce, La, Gd, Nd, Pr, Sm, Th, U, Cd, Zn şi S.

Sursele naturale de Hg sunt reprezentate de cinabru (HgS) şi de multe dintre sulfurile care au

conţinuturi variabile de Hg, dar şi de cărbunii fosili. Prin alterarea acestora Hg ajunge în mediu

subforme variate, cum ar fi: Hg2Cl2, HgO, Hg0, iar în soluri ca HgCl2. În apele naturale sunt

prezente speciile: Hg2+2

, Hg(OH)02, HgCl02, Hg0 . Toate aceste specii asigură mercurului, în funcţie

de condiţiile de mediu concrete, o mobilitate relativ ridicată, care este limitată de adsorbţia pe

materia organică solidă (Rose et al., 1979).

Conţinutul de Hg din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasi natural, este cuprins, în mod obişnuit, între 0,004 şi 1,50 mg/kg cu o valoare medie de

20

0,13mg/kg. În solurile contaminate din jurul exploatarilor miniere, în solurile tratate cu supradoze

de pesticide se întâlnesc conţinuturi de 10 până la 20 mg/kg (Lăcătuşu, 2008, prelucrare după datele

din Kabata Pendias şi Pendias, 2001).

Metalul este utilizat pe scară largă la fabricarea termometrelor, barometrelor, pompelor de

difuzie, lămpi cu vapori de mercur, panouri publicitare, întrerupătoare cu mercur şi alte dispozitive

electronice. Alte utilizări includ: pesticide, fungicide, preparate dentare, vopsea anti-murdărire,

baterii şi catalizatori (Salminen et al., 2005).

Atât compuşii organici cu Hg (Hg organic), cât şi cei anorganici (Hg anorganic) sunt extrem

de toxici pentru animale. Metil mercurul [(CH3)2Hg] este cel mai suspectat, el acumulându-se

excesiv în unii peşti, de peste câteva sute de ori comparativ cu concentraţia sa din apă (Irwin et al.,

1979). Acumularea este datorată degradării biologice lente a derivaţilor organici ai mercurului.

NICHEL (Z=28)

Nichelul este un metal raspândit în diverse produse chimice şi aliaje constituind circa 0,008%

din scoarţa pământului.Acest lucru face ca omul să fie în continuu expus la acest metal. Nichelul

este corodat de transpiraţie, salivă şi alte lichide secretate de organism. Incidenţa alergiei la nichel

în populaţia generală este de circa 30% cu o netă preponderenţă la femei. Sursele de expunere sunt:

domestice, profesionale, accidentale şi alimentare. Este un metal de culoare alb-cenuşie, cu

densitatea de 8900 Kg/m3, se topeşte la o temperatură de 1455°C. Ca proprietăţi, este maleabil,

ductil, tenace şi se deformează plastic uşor la rece. Este rezistent la acţiunea substanţelor organice şi

anorganice, cu excepţia celor care conţin sulf, şi prezintă o mare rezistenţă la coroziunea

atmosferică, de acea e utilizat la galvanizare. De asemenea se gaseste in cantitati mari in nucleul

Pamantului, in proportie de 10%, aceste resurse fiind incaccesibile. Se gaseste si in apele marilor si

oceanelor dizolvate aproximativ 8 miliarde tone.

Are o afinitate geochimică siderofilă şi într-o măsură mai mică calcofilă, ultima caracteristică

explicând asocierea Ni cu Co, Cu şi Pt în unele zăcăminte de sulfuri. În partea superioară a solului,

Ni prezintă o corelaţie foarte puternică cu Cr (0.83), o corelaţie puternică (>0.6) cu Co şi o corelaţie

bună (>0.4) cu Fe, Sc, V, Cu şi Te. Rudnick şi Gao (2003) au estimat o valoare de 59 µg g-1 pentru

abundenţa Ni în crusta terestră. Deşi cu o abundenţă crustală mică, intră în compoziţia unor sulfuri

de Ni-Fe, care pot forma zăcăminte, dar şi în unele laterite bogate în Ni. Prin alterarea acestora, Ni

intră în oxizii de Fe insolubili dar şi în silicaţi nicheliferi, ceea ce determină o mobilitate relativ

redusă a acestuia în mediul superficial. În apele obişnuite este prezent în cantităţi foarte mici unde

poate suporta hidroliza la pH>6,5 (Rose et al., 1979).

21

Conţinutul de Ni din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasinatural, este cuprins, în mod obişnuit, între 1 şi 450 mg.kg-1, cu o valoare medie de 23 mg.kg-

1(Lăcătuşu,2008, prelucrare după datele din Kabata Pendias şi Pendias, 2000). Conţinutul mediu de

Ni din sol raportat de Fiedler şi Rössler (1988) este de 20 mg.kg-1, iar valoarea coeficientului

global de abundenţă geochimică a elementului în sol este de 0,34 (Lăcătuşu şi Ghelase, 1992).

În solurile din Anglia şi Ţara Galilor au fost determinate conţinuturi de 0,3-440 mg kg-1 Ni

(McGrath şi Loveland, 1992), iar pentru solurile necontaminate din Polonia 1-110 mg·kg-1 Ni

(Kabata-Pendias, 1989;cf.Lis, 1992). Pentru 843 de probe recoltate din solurile de suprafaţă cu

ocazia realizării Atlasului Geochimic al Europei, conţinutul mediu de Ni a fost 18 mg·kg-1

(Salminen et al., 2005).

Limita maximă admisă pentru conţinutul total de Ni din sol este de 50 mg.kg-1 (Kloke,

1980), Valoarea pragului de alertă pentru o folosinţă sensibilă a solului este de 75 mg.kg-1, iar

valoarea pragului de intervenţie pentru acelaşi tip de folosinţă este de 150 mg.kg-1. În cazul

solurilor cu o folosinţă mai puţin sensibilă valorile celor două tipuri de praguri, de alertă şi de

intervenţie, sunt de 200, respectiv 500 mg.kg-1 .În România, conform Ordinului nr. 756/1997 emis

de Ministerul Apelor, Pădurilor şi Protecţiei Mediului, limita maximă admisă pentru conţinutul total

de Ni din sol este de 20 mg·kg-1. Pragul de alertă pentru terenurile sensibile este de 75 mg·kg-1 iar

pentru terenurile mai puţin sensibile de 200 mg·kg-1. În ce priveşte pragul de intervenţie, acesta

este de 150 mg·kg-1 pentru terenurile sensibile şi 500 mg·kg-1 pentru terenurile mai puţin sensibile.

Pentru Ni nu este cunoscut nici un rol biologic. Sursele antropogene de Ni include: fertilizatori,

oţelării, placări metalice şi monetărie, arderea combustibililor şi detergenţi (Reimann and de Caritat,

1998).

Nichelul se gaseste de asemenea in milerit (combinatii nichel-sulf), nichelina(nichel-arsenic),

gersdarffit (nichel-sulf-arsenic), pentlandit (sulfuri de nichel-fier:[(NiFe)9S8]). Principalele zone in

care se gaseste sunt: Rusia, Australia, Noua Caledonie, Cuba, Canada, Indonezia, Africa de Sud,

SUA. Rusia detine aproximativ 40% din cantitatea de nichel accesibila(in Siberia), iar

Canada(Sudbury) detine 30%. Principalul minereu al nichelului este sulfura sa, care de obicei se

gaseste amestecata cu alte minereuri.

Este rezistent la actiunea substantelor organice si anorganice, cu exceptia celor care contin

sulf, si prezinta o mare rezistenta la coroziunea atmosferica, de acea e utilizat la galvanizare.

Cea mai importanta utilizare a nichelului este productia aliajelor, indeosebi a otelurilor inoxidabile,

multe monede fiind facute dintr-un aliaj de cupru-nichel. Nichelul pur este folosit drept catalizator,

usurand anumite reactii chimice fara ca el insusi sa sufere vreo transformare permanenta. Nichelul

pur se aplica , uneori, pe cale electrica, pe fier si alama, pentru a le da un invelis anticoroziv.

22

Nichelul este folosit si pentru confectionarea bateriilor, baterii nichel-cadmiu, aceste tipuri de

baterii fiind reincarcabile. De asemenea este folosit in sticlarit, acesta dand o culoare verzuie sticlei.

Toxicitate

Oamenii pot fi expusi la nichel prin respirarea aerului, bautul apei, alimentatie sau fumatul

tigarilor. Contactul pielii cu solul sau apa contaminate cu nichel poate, de asemenea, sa conduca la

expunerea la nichel. In cantitati mici nichelul este esential, dar cand asimilarea este prea mare poate

produce afectiuni ale sanatatii. Hrana contine, in mod normal, mici cantitati de nichel. Este

cunoscut ca ciocolata si grasimile contin cantitati mari de nichel. Nivelul nichelului asimilat atinge

cote inalte cand oamenii consuma mari cantitati de legume din soluri poluate. Este cunoscut faptul

ca plantele acumuleaza nichelul iar ca rezultat asimilarea nichelului din legume este ridicata.

Contin nichel, dar in cantitati inca neprecizate, fructe si legume cum ar fi: caisele, cartofii, ceapa,

fasolea uscata si fasolea verde, graul nedecorticat, morcovii, orezul, rosiile, spanacul, strugurii,

varza etc. Prin intermediul plamanilor fumatorii asimileaza o cantitate mare de nichel. Nichelul

poate fi gasit si in detergenti.

PLUMB (Z=82)

Plumbul face parte din grupa IVA a sistemului periodic al elementelor. Are afinitate

geochimică calcofilă, ceea ce explică asocierea sa cu: Fe, Zn, Cu, Sb şi Ag în zăcămintele de

sulfuri.În partea superficială a solului, există încă ocorelaţie puternică cu Zn şi o corelaţie bună cu

Cd,Sb, Tl, Hg, Th şi cea mai mare parte a REE.Abundenţa crustală estimată şi recomandată pentru

Pb este de 11 µg·g-1(Rudnick şi Gao, 2003).

Deşi are o abundenţă crustală scăzută, Pb formează minerale proprii, dar intră şi în

compoziţia unor sulfuri minerale ale altor metale grele. Toate acestea reprezintă principalele surse

naturale ale Pb din mediu. Prin alterarea mineralelor primare în condiţii superficiale Pb formeză

minerale secundare, cum ar fi: anglezit (PbSO4), ceruzit (PbCO3) etc., care sunt prezente deasupra

zăcămintelor de sulfuri şi suntgreu solubile.În soluri Pb este antrenat adsorbtiv, prin coprecipitare,

în oxizii hidrataţi de Fe şi Mn. Formarea acestora determină o mobilitate relativ scăzută a Pb în

mediul superficial (Rose et al., 1979).

În ape sunt prezente diferite specii ionice şi moleculare care conţin Pb, cum ar fi: Pb 2+,

PbCO30, Pb(OH)+, complecşi cu Cl-

şi HCO3-, dar şi unii complecşi organici.Sursele antropogene de

Pb, contaminante, sunt reprezentate de extracţia şi prelucrarea minereurilor, dar şi din combustia

benzinelor cu aditivi de Pb, adică tetrametilul de plumb Pb(CH3)4 şi tetraetilul de plumb, Pb

(CH3CH2)4.

23

Plumbul este un metal greu, de culoare gri-argintie cu densitatea foarte mare. Datorită

densităţii ridicate, plumbul şi-a găsit utilizarea la protecţia contra radiaţiei ionizante. De asemenea,

plumbul este folosit la fabricarea de greutăţi mici dar cu mase mari. Acest metal este toxic pentru

organismul uman, intoxicaţia numindu-se saturnism. Oxizii de plumb (miniu, litargă) se utilizează

la fabricarea vopselelor protectoare şi a chiturilor de miniu şi de litargă. De asemenea, plăcuţele de

plumb se utilizează la fabricarea acumulatorilor pentru autoturisme. În trecut, plumbul era folosit la

tuburi pentru alimentarea cu apă potabilă, lucru grav, datorită toxicităţii sale ridicate. Sărurile de

plumb nu se prea utilizează, acetatul utilizându-se în laboratoarele de microbiologie la fabricarea

unor medii de cultură (geloză cu plumb). Datorită punctului de fuziune scăzut, plumbul se utilizează

la băi cu metale topite în laborator şi la fabricarea aliajelor de lipit în electrotehnică (aliaje staniu-

plumb).Acesta colorează flacăra în albastru-verzui.

ZINC (Z= 30)

Zincul este un metal de culoare albăstruie spre alb, care devine maleabil în jurul a 100°-

150°C. Se obţine din minereuri şi din compuşi, fiind folosit în aliaje cu alte metale pentru protejarea

acestora împotriva oxidării (ruginirii).

În antichitate, înainte de a fi identificat ca element chimic, zincul era folosit pentru obţinerea

alamei. Un aliaj conţinând aproximativ 87% zinc s-a găsit în unele ruine preistorice din

Transilvania. Printre cele mai importante se numără alama, bronzul comercial, aluminiu de sudura,

nichel argintiu şi argint German. Zincul nu e considerat toxic, totuşi dacă se inhalează oxid de zinc

(ZnO) apare o tulburare cunoscută sub numele de "tremurat de zinc". În Europa modernă, zincul

metalic a fost redescoperit de Margraff în 1746, prin reducerea calaminei cu mangalul.

Are o afinitate geochimică calcofilă, ceea ce explică asocierea sa, în unele zăcăminte de

sulfuri, cu multe metale grele, cum sunt: Cu, Pb, Ag, Au, Sb, As şi Se. Apare în cantităţi mai mici şi

în unele minerale silicatice (Rose et al., 1979). Pentru Zn a fost estimată, şi este recomandată, o

abundenţă crustală de 72 µg·g-1 (Rudnick şi Gao, 2003). În mod natural, Zn este prezent, pe lângă

zăcămintele proprii, în soluri, ape, aer şi plante. În partea superioară a solului, Zn are o corelaţie

bună (>0.4) cu Cd, Cu, Te, Co, Ti, Mn, Fe, Sc, V, Al, Ga, Nb, Tl, Y, Th şi REE.

Conţinutul de Zn din orizontul superior al diferitelor tipuri de sol de pe glob, aflate în regim

cvasi natural, este cuprins, în mod obişnuit, între 5 şi 570 mg·kg-1 , cu o valoare medie de 66 mg/kg

(Lăcătuşu, 2008, prelucrare după datele din Kabata Pendias şi Pendias, 2000). Conţinutul mediu de

Zn din sol raportat de Fiedler şi Rössler (1988) este de 50 mg· kg-1, iar valoarea coeficientului

global de abundenţă geochimică a elementului în sol este de 0,60 (Lăcătuşu şi Ghelase, 1992).

24

În solurile din jurul arealelor miniere de extracţie a sulfurilor complexe şi în jurul unităţilor

industriale de prelucrare a acestor minereuri s-au determinat conţinuturi de Zn de pînă la 66400 mg·

kg-1 (Anglia), 80000 mg·kg-1 (SUA), 16000 mg·kg-1 (Grecia) ş.a. (Kabata Pendias şi Pendias, 2000).

Pentru 845 de probe recoltate din solurile de suprafaţă cu ocazia realizării Atlasului Geochimic al

Europei, a fost 52 mg·kg-1 (Salminen et al., 2005). În solurile din jurul principalelor unităţi de

prelucrare a minereurilor neferoase din România sau acumulat cantităţi de Zn de până la: 1378 mg·

kg-1(Baia Mare), 400 mg·kg-1 (Zlatna), 2010 mg·kg-1(Copşa Mică) (Răuţă şi colab., 1992).

Limita maximă admisă pentru conţinutul total de Zn din sol este de 300 mg·kg -1 (Kloke,

1980). Valoarea pragului de alertă pentru o folosinţă sensibilă a solului este de 300 mg·kg -1, iar

valoarea pragului de intervenţie pentru acelaşi tip de folosinţă este de 600 mg·kg -1. În cazul

solurilor cu o folosinţă mai puţin sensibilă valorile celor două tipuri de praguri, de alertă şi de

intervenţie, sunt de 700 respectiv 1500 mg·kg-1.

În România, conform Ordinului nr. 756/1997 emis de Ministerul Apelor, Pădurilor şi

Protecţiei Mediului, limita maximă admisă pentru conţinutul total de Zn din sol este de 100 mg·kg-

1. Pragul de alertă pentru terenurile sensibile este de 300 mg·kg-1 iar pentru terenurile mai puţin

sensibile de 700 mg·kg-1. În ce priveşte pragul de intervenţie, acesta este de 600 mg·kg-1 pentru

terenurile sensibile şi 1500 mg·kg-1 pentru terenurile mai puţin sensibile.

Sursele antropogenice de Zn sunt semnificative, provenind în principal din activităţi

industriale, precum extracţia minieră, arderea cărbunelui şi a deşeurilor şi producerea oţelurilor. O

utilizare majoră a Zn este cea din domeniul acoperirilor anticorozive. Este de asemenea un

constituent al alamei, ca pigment alb, (ZnO) în vopsele şi produse de cauciuc, în fabricarea

bateriilor uscate.

În mediul superficial are o mobilitate moderat ridicată, limitată de tendinţa sa de a fi adsorbit

pe MnO2 şi de materia organică insolubilă din soluri (Rose et al., 1979). În ape poate fi prezent în

forme diferite, ca: Zn2+, Zn(OH)02, comlecşi organici solubili şi chiar în unele organisme acvatice

vii. Zincul este un element nutrient esenţial pentru aproape toate plantele, ca urmare algele din râuri

şi lacuri pot absorbi o mare parte din Zn dizolvat în apă. În plus, pe lângă efectul nutritiv, Zn poate

fi toxic pentru multe specii de plante, atunci când este prezent în cantităţi excedentare în soluri.

25

III. EFECTELE METALELOR GRELE ASUPRA MEDIULUI

Cadmiu derivă din proprietăţile sale toxicologice sale aproape identice cu ale zincului, un

element esenţial pentru plante, animale şi la om. Cadmiu este biopersistent şi, odată absorbit de

către un organism, rămâne rezident pentru mai multi ani (peste zeci de ani pentru om), deşi este

excretat în cele din urmă.

Pentru oameni, pe termen lung, expunerea este asociată cu insuficienţă renală disfunctionala.

Expunerea indelungata poate duce la boli obstructive pulmonare şi a fost legată de cancer pulmonar,

cu toate că datele referitoare la acestea din urmă sunt dificil de interpretat din cauza anumitor

factori. Cadmiu poate, de asemenea, produce defecte osoase (osteomalacia, osteoporoza) la om şi la

animale. În plus, concentratia ridicata de metal poate fi legata de creşterea tensiunii arteriale. În

medie, zilnic pentru om este estimat ca 0.15μg de la 1μg de la aer şi apă. Fumarea a unui pachet de

20 ţigări pot duce la inhalare de aproximativ 2-4μg de cadmiu, dar poate varia .

Cadmiu este produs inevitabil ca un produs de zinc (sau, ocazional, plumb) de rafinare, de

vreme ce aceste metale exista în stare naturală în minereu brut. Cadmiu ofera o bună rezistenţă la

coroziune, în special în mediile cu stres ridicat cum ar fi mediul marin şi aplicaţii aerospaţiale de

siguranţă în cazul în care este necesar sau fiabil. Alte utilizări de cadmiu sunt la fel de pigmenţi,

stabilizatori de PVC, în aliaje şi electronice compuşi. Cadmiu este, de asemenea, prezent ca

impuritate în mai multe produse, inclusiv îngrăşăminte, fosfat, detergenţi şi produse petroliere

rafinate.

În general, la populaţia nefumatoare cea mai mare cale de expunere este prin alimente, prin

adăugarea de cadmiu in fertilizatorii pentru lucrari agricole din diferite surse şi asimilarea de

produse alimentare şi culturi furajere. Suplimentar omul este expus la poluarea cu cadmiu din aerul

înconjurător şi apă potabilă.

26

Crom este folosit în aliaje metalice şi pigmenţi pentru vopsele, ciment, hartie, cauciuc, si alte

materiale. Expunerea la un nivel slab poate irita pielea şi cauza ulceratie, expunerea pe termen lung

poate provoca probleme ale rinichilor şi ficatului. Crom adesea se acumulează în organismele

acvatice, fiind un pericol in plus consumul de peşte, care se poate să fi fost expuşi la un nivel

ridicat de crom.

Cuprul este un element esenţial pentru viaţa umană, dar în doze mari acesta poate provoca

anemie, daune ale ficatul şi a rinichilor, de stomac. Continutul de cupru în mod normal in apă

potabilă provine de la ţevile de cupru, precum şi de la aditivii utilizati pentru a controla creşterea

algala.

La oameni, expunerea la plumb poate duce la o gamă largă de efecte biologice în funcţie de

nivelul şi durata expunerii, copii fiind mult mai sensibili decat adultii. Niveluri ridicate de expunere

pot duce la efecte toxice la om, care, la rândul lor, pot cauza probleme în sinteza de hemoglobină,

efecte asupra rinichilor, tractul gastro-intestinal, sistem de articulaţii şi de reproducere, precum şi

afecţiuni acute sau cronice ale sistemului nervos.

Intoxicaţia cu plumb, care este atât de grava încât să determine evident boală, este de acum,

într-adevăr, foarte rara. La concentraţii intermediare nu există dovezi convingătoare care pot

conduce la efecte mici, subtile în special cu privire la evoluţiile neuropsihice la copii. Unele studii

sugerează că pot exista pierderi de până la 2 puncte de IQ pentru o creştere în sânge a nivelului de

plumb de la 10 la 20μg/dl la copiii mici.

Deşi cei mai mulţi oameni primesc cea mai mare parte a plumbului pe calea alimentara,o

parte a populaţie o primeste din alte surse cum ar fi apă în zonele în care conductele de apa sunt din

plumb, aer pentru cei care sunt in aproprierea unor puncte sursă de emisii, sol, praf. Plumbul din

aer, conduce la niveluri ridicate in alimente prin depunerile de praf şi de ploaie care conţin metal,

pe culturi şi pe sol.

Plumbului în mediu apare din ambele surse naturale şi antropice. Expunerea se poate

produce, prin intermediul apei potabile, alimentelor, aer, sol şi praf de la vechea vopsea care conţin

plumb. În general, pentru nefumatori, cea mai mare expunere este pe calea alimentara şi apă.

Produsele alimentare, aer, apă şi praf / sol sunt cele mai importante căi de expunerea potenţială

pentru sugari şi copii mici.

Plumbul este printre cele mai reciclate metale neferoase şi secundar, prin urmare, producţia a

crescut constant, în ciuda preţurilor în declin. Datorita proprietăţilor sale fizice şi chimice plumbul

este folosit în industria prelucrătoare, construcţii şi industria chimică. Este uşor de prelucrat,

maleabil si ductil. Exista opt categorii mari de utilizare: baterii, aditivi in benzină (nu mai este

permisă în UE), produse laminate şi extrudat, aliaje, pigmenţi şi compuşi, cabluri, munitie .

27

Mercurul este o substanţă toxică, care nu are nici o funcţie cunoscută în biochimie sau

fiziologie umană şi nu se gaseste în mod natural în organisme vii. Monometilmercurul produce

daune la creier şi la nivelul sistemului nervos central, în timp ce expunerea fetală şi postnatală poate

provoca avort, malformaţie congenitală de dezvoltare şi modificări la copiii mici.

Mercurul este un poluant la nivel global cu proprietăţile chimice şi fizice complexe. Cea mai

mare sursă naturală de mercur este degazarea scoarţei terestre, emisiile provenite de la vulcani şi

evaporarea naturala de la corpurile de apă. Mercurul este utilizat pe o scara larga în procese

industriale şi în diverse produse (de exemplu, baterii, becuri şi termometre). Este, de asemenea,

utilizat pe scară largă în stomatologie ca un amalgam şi de către industria farmaceutică.

Mercurul este de cele mai multe prezente în atmosferă într-o formă relativ nereactiva ca un

element gazos. Aceste 2 forme de mercur: monometilmercur şi dimetilmercur sunt extrem de

toxice, care provoacă tulburări neurotoxicologice. Principala cale de asimilare a mercurului in

corpul omenesc este prin intermediul lanţului alimentar, şi nu prin inhalare.

Nichel in cantitate redusa este necesar corpulului uman pentru a produce celule roşii, cu toate

acestea, în cantităţi excesive, poate deveni uşor toxic. Nu s-au determinat pana acum probleme de

sanatate privind expunerea la nichel pe termen scurt, dar pe termen lung expunerea poate provoca

scăderea greutatatii corporale, probleme ale inimii şi ficatului şi iritarea pielii. Nichelul se poate

acumula în organismele acvatice dar prezenţa lui nu este amplificata de-a lungul lanţurilor

alimentare.

Pentru oameni si animale seleniul in cantitate mica este necesar dar în cantitati mai mari

poate provoca leziuni ale sistemului nervos, oboseală, şi iritabilitate.

28

CONCLUZII

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.

Expunerea la metale grele cauzează o serie de boli organismelor umane precum şi pagube

ecologice. Cele mai periculoase metale grele sunt Pb, Cd, As, Hg, Ni, Zn, Cu, Sb, Cr şi Mn.

De aceea este vital că aceste emisii să fie strict limitate şi controlate. Odata intrate în

atmosferă, substanţele poluante parcurg distante mari de la sursa de unde provin, contaminând

suprafeţe largi. Pentru a controla poluarea cu metale grele, guvernele au elaborat o serie de legi

aspre.

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.

Pentru monitorizarea metalelor grele din aer s-au stabilit în EU diverse staţii de monitorizare,

în general acestea monitorizând şi dioxiul de sulf, oxizii de azot, substanţele organice volatile

(VOC), ozonul, hidrocarburile poliaromatice, ploile acide, acidul florhidric, dioxina, pesticidele,

etc. De exemplu, în Belgia, Agentia de Monitorizare a Mediului VMM, este un organism

independent dar cu putere de jurisdictie în multe aspecte legate de poluarea mediului. Numai în

Flandra exista momentan 25 de staţii de monitorizare.

29

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.

BIBLIOGRAFIE

1. Adriano D. C., 2001, Trace elements in Terrestrial Environments. Biogeochemisty,

Bioavailability and Risk of Metals, second edition, Springer.

2. Davidescu D., Davidescu Velicica., Lăcătuşu R., 1988, Microelementele în agricultură, Ed.

Academiei R.S.R., Bucureşti.

2. Chen T., Liu X., Zhu M., Zhao K., Wu J., Xu J., Huang P., 2008, Identification of trace

element sources and associated risk assessment in vegetable soils of the urban-rural transitional

area of Hangzhou, China, Environmental Pollution, 151,

3. He Z.L., Yanga, X.E., Stoffellab P.J., 2005, Trace elements in agroecosystems and impacts on

the environment, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 19 (2005) 125–140,

4. Lăcătuşu R., Andăr P., Răuţă C., Rîşnoveanu I., Lungu Mihaela,. Dumitru M., Ciobanu C.,

Kovacsovics Beatrice, Popa Daniela, 1997, Abundenţa cadmiului şi plumbului în orizontul A al

solurilor României, Lucr. celei de-a XV-a Conf. Naţ. Şt. Solului, Bucureşti, 26-30 august, Publ.

SNRSS, 29B, 131-142.

30