Βαρέα μέταλλα

Ως βαρέα μέταλλα αναφέρονται συνήθως εκείνα που έχουν πυκνότητα μεγαλύτερη από 5,0 g/cm³, είναι δηλαδή σχετικά πυκνά όπως το κάδμιο, ο κασσίτερος, το κοβάλτιο, ο μόλυβδος, ο χαλκός, ο χρυσός, ο ψευδάργυρος, κ.ά. Τα βαρέα μέταλλα έχουν φυσική γεωλογική προέλευση ή είναι αποτέλεσμα βιομηχανικής δραστηριότητας και ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ενίοτε η έννοια επεκτείνεται και σε μεταλλοειδή όπως το αρσενικό και το αντιμόνιο. Έχουν προταθεί αρκετοί εξειδικευμένοι ορισμοί, ωστόσο κανείς δεν έχει λάβει ευρεία αποδοχή. Ορισμένα βαρέα μέταλλα έχουν εξειδικευμένες χρήσεις ή είναι ιδιαίτερα τοξικά και άλλα είναι απαραίτητα ως ιχνοστοιχεία για τον ανθρώπινο οργανισμό.

 Δεν υπάρχει συμφωνημένος ορισμός βάσει κριτηρίων για τα βαρέα μέταλλα. Τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται γενικώς για τον ορισμό συμπεριλαμβάνουν την πυκνότητα, το ατομικό βάρος, τον ατομικό αριθμό, ή τη θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Όσον αφορά στο κριτήριο της πυκνότητας, κυμαίνεται από πάνω από 3,5g/cm³ έως 7g/cm³ περίπου. Ορισμοί που σχετίζονται με το ατομικό βάρος ξεκινούν με στοιχεία που έχουν βάρος μεγαλύτερο από εκείνο του νατρίου (22,98) έως μεγαλύτερα του 40 ή ακόμα και του 200. Οι ατομικοί αριθμοί των βαρέων μετάλλων δίνονται γενικώς ως μεγαλύτεροι του 20 και ενίοτε προσαρμόζονται στο 92 (ουρανίου). Το «The United States Pharmacopeia» (Φαρμακοποιία Ηνωμένων Πολιτειών) περιλαμβάνει ένα τεστ για τα βαρέα μέταλλα, το οποίο περιγράφεται ως τεστ για «μεταλλικές προσμίξεις, χρωματισμένες με ιόντα σουλφιδίου». Ο Hawkes, γράφοντας το 1997, και στο πλαίσιο των πενήντα χρόνων εμπειρίας του με τον όρο, αναφέρει πως αφορά σε «μέταλλα με αδιάλυτα σουλφίδια και υδροξείδια, των οποίων τα άλατα παράγουν έγχρωμα διαλύματα σε νερό». Αντίθετα, γράφοντας το 2002, ο Duffus κατέληξε στο συμπέρασμα ότι «κατά τη διάρκεια των 60 περίπου ετών στα οποία χρησιμοποιήθηκε στη χημεία ο όρος, έχει δοθεί ένα τέτοιο ευρύ νοηματικό φάσμα από διάφορους συγγραφείς που είναι ουσιαστικά χωρίς νόημα». Παρά τις αντιφάσεις, οι αναφορές σε «βαρέα μέταλλα» εμφανίζονται τακτικά στην επιστημονική βιβλιογραφία. Σε μελέτη του 2010 διαπιστώθηκε ότι «η χρήση του όρου εξακολουθεί να είναι διαδεδομένη και η αύξηση της υποδεικνύει ότι έχει γίνει κοινός τόπος στην επιστήμη». Τα βαρέα μέταλλα έχουν εξειδικευμένες χρήσεις στην ηλεκτρονική μικροσκοπία, την πυρηνική επιστήμη, τη μηχανολογία και τη σαπωνοποιία, που εκμεταλλεύονται είτε την πυκνότητα ή τη χημεία τους. Στην ηλεκτρονική μικροσκοπία τα βαρέα μέταλλα όπως ο μόλυβδος, η πλατίνα ή το ουράνιο, χρησιμοποιούνται για να εισαγάγουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων σε ένα βιολογικό δείγμα με χρώση, αρνητική χρώση ή σκίαση. Στην πυρηνική επιστήμη και τη μηχανολογία, τα βαρέα μέταλλα, ενίοτε ως κράματα, χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο ακτινοβολίας, για αντίβαρα στις ρόδες, σε στροφαλοφόρους άξονες, σε γυροσκόπια, σε προπέλες και σε περιπτώσεις που απαιτείται μέγιστο βάρος σε ελάχιστο χώρο. Στη σαπωνοποιία τα βαρέα μέταλλα σχηματίζουν αδιάλυτους σάπωνες (σε αντίθεση με τους σάπωνες που έχουν ως βάση διαλύμματα νατρίου ή καλίου) που χρησιμοποιούνται σε λιπαντικά γράσα, στεγνωτήρια χρωμάτων και μυκητοκτόνα. Ορισμένα βαρέα μέταλλα, ειδικά το κάδμιο, ο υδράργυρος και ο μόλυβδος, είναι δυνητικά επικίνδυνα, λόγω της εγγενούς ή επιλεκτικής τοξικότητάς τους, ιδιαίτερα σε ότι αφορά στο περιβαλλοντικό πλαίσιο. Άλλα συνήθη τοξικά βαρέα μέταλλα είναι το χρώμιο, το κοβάλτιο, το νικέλιο, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, το αρσενικό, το σελήνιο, ο άργυρος, το αντιμόνιο και το θάλλιο. Ωστόσο, τα βαρέα μέταλλα θεωρούνται εξίσου ουσιώδη για την ανθρώπινη υγεία σε μικρές ποσότητες. Θεμελιώδη σε ιχνοστοιχεία θεωρούνται το βανάδιο, το μαγγάνιο, ο σίδηρος, το κοβάλτιο, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, το σελήνιο, το στρόντιο και το μολυβδαίνιο. Η έλλειψη αυτών των βασικών στοιχείων μπορεί να αυξήσει την ευαισθησία σε δηλητηρίαση από βαρέα μέταλλα. Baldwin DR & Marshall WJ 1999, 'Heavy metal poisoning and its laboratory investigation', Annals of Clinical Biochemistry, vol. 36, no. 3, pp. 267–300, doi:10.1177/000456329903600301 Duffus JH 2002, '"Heavy Metals"—A Meaningless Term?', Pure and Applied Chemistry, vol. 74, no. 5, pp. 793–807 Hawkes SJ 1997, 'What is a "Heavy Metal"?', Journal of Chemical Education, vol. 74, no. 11, p. 1374 Hübner R, Astin KB & Herbert RJH 2010, 'Heavy metal'—time to move on from semantics to pragmatics?', Journal of Environmental Monitoring, vol. 12, pp. 1511–1514, doi:10.1039/C0EM00056F Qian Y 2009, 'Heavy metal-regulated gene expression', in K Ramos (ed.), Comprehensive Toxicology, vol. 2, Celluar and Molecular Toxicology, Elsevier, Amsterdam, ISBN 978-0-08-046868-6 The United States Pharmacopeia 1985, 21st Revision, The United States Pharmacopeial Convention, Rockville, Maryland, ISBN 0-913595-04-7