Logam berat

Logam berat umumnya didefinisikan sebagai logam dengan densitas, berat atom, atau nomor atom tinggi. Kriteria yang digunakan, dan jika metaloid disertakan, bervariasi tergantung pada penulis dan konteksnya. Dalam metalurgi, misalnya, logam berat dapat didefinisikan berdasarkan kerapatan, sedangkan pada fisika, kriteria pembeda adalah nomor atom, sementara kimiawan kemungkinan akan lebih memperhatikan sifat kimia zatnya. Definisi yang lebih spesifik telah dipublikasikan, namun tidak satu pun yang diterima secara luas. Definisi yang disurvei dalam artikel ini mencakup 96 dari 118 unsur kimia yang diketahui; hanya raksa, timbal dan bismut yang memenuhi semua kriteria. Terlepas dari kurang kesepakatnya ini, istilah tersebut (jamak atau tunggal) banyak digunakan dalam sains. Densitas lebih dari 5 g/cm kadang-kadang dikutip sebagai kriteria yang umum digunakan dalam batang tubuh artikel ini.
Logam yang paling awal dikenal—logam biasa seperti besi, tembaga, dan timah, dan logam mulia seperti perak, emas, dan platina—adalah logam berat. Sejak tahun 1809 dan seterusnya, ditemukan logam ringan, seperti magnesium, aluminium, dan titanium, dan juga logam berat yang kurang terkenal termasuk galium, talium, dan hafnium.
Beberapa logam berat ada yang merupakan nutrisi esensial (biasanya besi, kobalt, dan seng), atau relatif tidak berbahaya (seperti ruthenium, perak, dan indium), tetapi dapat beracun dalam jumlah besar atau dalam bentuk tertentu. Logam berat lainnya, seperti kadmium, raksa, dan timbal, sangat beracun. Sumber potensi keracunan logam berat antara lain limbah penambangan dan industri, limpasan pertanian, paparan kerja, dan cat serta pengawetan kayu.
Karakterisasi fisika dan kimia logam berat harus dilakukan dengan hati-hati, karena logam yang terlibat tidak selalu didefinisikan dengan baik. Selain relatif padat, logam berat cenderung kurang reaktif daripada logam yang lebih ringan dan memiliki sulfida dan hidroksida terlarut yang jauh lebih sedikit. Meskipun relatif mudah untuk mengenali logam berat seperti tungsten dari logam yang lebih ringan seperti natrium, beberapa logam berat seperti seng, raksa, dan timbal memiliki karakteristik logam yang lebih ringan, sebaliknya logam yang lebih ringan seperti berilium, skandium, dan titanium memiliki beberapa karakteristik logam berat.
Logam berat relatif langka di kerak bumi tetapi hadir dalam banyak aspek kehidupan modern. Mereka digunakan pada tongkat golf, mobil, antiseptik, oven yang dapat membersihkan sendiri, plastik, panel surya, telepon genggam, dan pemercepat partikel.
Tidak ada kesepakatan luas tentang kriteria berdasarkan definisi logam berat. Makna yang berbeda-beda dapat disematkan pada istilah tersebut, tergantung konteksnya. Dalam metalurgi, misalnya, logam berat didefinisikan berdasarkan densitas, sementara dalam fisika, kriteria pembedanya adalan nomor atom, dan kimiawan lebih suka mendefinisikannya dengan perilaku kimianya.
Rentang kriteria densitas dari di atas 3,5 g/cm hingga di atas 7 g/cm. Definisi berat atom dapat memiliki rentang mulai lebih besar daripada natrium (berat atom 22,98); lebih besar daripada 40 (kecuali logam blok-s dan -f, artinya dimulai dari skandium); atau lebih dari 200, yaitu mulai dari raksa dan seterusnya. Nomor atom logam berat umumnya lebih besar daripada 20 (kalsium); kadang-kadang dibatasi hinga 92 (uranium). Definisi berdasarkan nomor atom telah dikritisi dengan memasukkan logam dengan densitas rendah. Misalnya, rubidium yang termasuk golongan (kolom) 1 pada tabel periodik memiliki nomor atom 37 tetapi densitasnya hanya 1,532 g/cm, yang artinya di bawah nilai ambang bawah yang digunakan oleh penulis lain. Masalah yang sama dapat terjadi dengan definisi berdasarkan berat atom.
Kriteria berdasarkan perilaku kimia atau posisi tabel periodik telah lama digunakan atau diusulkan. United States Pharmacopeia memasukkan suatu pengujian logam berat yang melibatkan pengendapan ketakmurnian logam sebagai sulfida berwarnanya." Pada tahun 1997, Stephen Hawkes, guru besar kimia yang menulis dalam konteks pengalaman lima puluh tahun dengan istilah logam berat, menyatakan sebagai:
Berdasarkan logam yang dirujuknya sebagai logam berat, ia menyarankan lebih bermanfaat untuk mendefinisikan mereka sebagai (secara umum) seluruh logam dalam tabel periodik kolom ke-3 hingga 16 yang berada pada baris 4 dan seterusnya, dengan kata lain, logam transisi dan logam pasca transisi adalah logam berat. Lantanida dapat memenuhi penjelasan tiga bagian Hawkes; tetapi status aktinida tidak sepenuhnya mapan;
Dalam biokimia, logam berat kadang-kadang didefinisikan—berdasarkan perilaku asam Lewis (akseptor pasangan elektron) ion mereka dalam laruta akuatik—sebagai logam kelas B dan garis batas. Dalam skema ini, ion logam kelas A lebih menyukai donor oksigen; ion kelas B memilih donor nitrogen atau belerang; dan ion perbatasan atau ambivalen menunjukkan karakteristik kelas A atau B, tergantung situasinya. Logam kelas A, yang cenderung memiliki elektronegativitas rendah dan membentuk ikatan dengan karakter ion yang besar, adalah logam alkali dan alkali tanah, aluminium, logam golongan 3, dan lantanida serta aktinida. Logam kelas B, yang cenderung memiliki elektronegativitas lebih tinggi dan membentuk ikatan dengan karakter kovalen yang cukup besar, terutama adalah logam transisi dan logam pasca-transisi yang lebih berat. Logam garis batas sebagian besar terdiri dari logam transisi dan pasca-transisi yang lebih ringan (ditambah arsenik dan antimon). Perbedaan antara logam kelas A dan dua kategori lainnya cukup tajam. Proposal yang sering dikutip untuk menggunakan kategori klasifikasi ini daripada nama logam berat yang lebih menggugah belum banyak diadopsi.
Densitas di atas 5 g/cm kadang-kadang disebut sebagai faktor pendefinisi logam berat secara umum dan, dengan tidak adanya definisi yang bulat, digunakan untuk mengisi daftar ini serta (kecuali jika dinyatakan lain) sebagai patokan dalam artikel ini. Metaloid yang memenuhi kriteria logam berat—arsen dan antimon misalnya—kadang kala diperhitungkan sebagai logam berat, terutama dalam kimia lingkungan, seperti dalam kasus ini. Selenium (densitas 8 g/cm) juga termasuk dalam daftar. Ia sedikit di bawah kriteria kerapatan dan kurang dikenal sebagai metaloid, tetapi memiliki sifat kelarutan dalam dan reaktivitas dengan air yang serupa dengan arsen dan antimon dalam beberapa hal. Logam lain kadang diklasifikasikan atau diperlakukan sebagai logam "berat", seperti berilium (densitas 1,8 g/cm), aluminium (2,7 g/cm), kalsium (1,55 g/cm), dan barium (3,6 g/cm) di sini diuji sebagai logam ringan dan, secara umum, tidak lagi dianggap.
Seberapa berat logam yang terbentuk secara alami seperti emas, tembaga, dan besi mungkin telah diperhatikan sejak masa prasejarah dan, mengingat kelenturannya, mencetuskan usaha pertama untuk menciptakan ornamen, alat, dan senjata logam. Semua logam yang ditemukan sejak saat itu sampai 1809 memiliki kerapatan yang relatif tinggi; seberapa berat mereka dianggap sebagai kriteria yang sangat berbeda.
Sejak 1809 dan seterusnya, logam ringan seperti natrium, kalium, dan strontium diisolasi. Densitas mereka yang rendah menantang pemikiran konvensional dan diusulkan untuk menyebut mereka sebagai metaloid (artinya "menyerupai logam dalam bentuk maupun penampilan"). Saran ini diabaikan; unsur baru kemudian dikenali sebagai logam, dan istilah metaloid kemudian digunakan untuk merujuk pada unsur non-logam dan, kemudian, untuk unsur yang sulit dijelaskan sebagai logam atau non-logam.
Penggunaan awal istilah "logam berat" berasal dari tahun 1817, ketika kimiawan Jerman Leopold Gmelin membagi unsur-unsur ke dalam kelompok nonlogam, logam ringan, dan logam berat. Logam ringan memiliki densitas 0,860-5,0 g/cm; logam berat 5,308-22,000. Istilah ini kemudian dikaitkan dengan unsur-unsur dengan berat atom atau nomor atom tinggi. Kadang-kadang istilah ini digunakan secara bergantian dengan istilah unsur berat. Misalnya, dalam membahas sejarah kimia nuklir, Magee mencatat bahwa aktinida itu pernah dianggap mewakili kelompok transisi elemen berat yang baru sedangkan Seaborg beserta rekan kerjanya, "menyukai ... suatu deret seperti logam-berat-tanah langka ...". Dalam astronomi, unsur berat adalah unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium.
Pada tahun 2002, toksikolog Skotlandia John Duffus meninjau kembali definisi yang telah digunakan selama 60 tahun dan menyimpulkan bahwa definisi tersebut begitu beragam sehingga secara efektif membuat istilah itu tidak berarti. Seiring dengan temuan ini, status logam berat beberapa logam terkadang ditentang dengan alasan bahwa mereka terlalu ringan, atau terlibat dalam proses biologis, atau jarang membahayakan lingkungan. Contohnya antara lain skandium (terlalu ringan); vanadium hingga seng (terlibat proses biologis); dan rhodium, indium, serta osmium (terlalu langka).
Meski memiliki makna yang dipertanyakan, referensi tentang istilah logam berat muncul secara teratur dalam literatur ilmiah. Sebuah penelitian tahun 2010 menemukan bahwa hal itu telah semakin banyak digunakan dan tampaknya telah menjadi bagian dari bahasa sains. Istilah tersebut dikatakan sebagai istilah yang dapat diterima, mengingat kenyamanan dan keakrabannya, asalkan disertai dengan definisi yang ketat. Rekanan logam berat, logam ringan, disinggung oleh The Minerals, Metals and Materials Society termasuk "aluminium, magnesium, berilium, titanium, litium, dan logam reaktif lainnya." Logam-logam tersebut memiliki kerapatan 0,534 sampai 4,54 g/cm.
Sejumlah renik beberapa logam berat, sebagian besar berada pada periode 4, diperlukan untuk proses biologis tertentu. Logam tersebut adalah besi dan tembaga (untuk transportasi oksigen dan elektron); kobalt (sintesis kompleks dan metabolisme sel); seng (hidroksilasi); vanadium dan mangan (fungsi dan pengatur enzim); kromium (pemanfaatan glukosa); nikel (reproduksi sel); arsenik (pertumbuhan metabolik pada beberapa hewan dan mungkin pada manusia) dan selenium (fungsi antioksidan dan produksi hormon). Periode 5 dan 6 mengandung lebih sedikit logam berat esensial, selaras dengan pola umum bahwa unsur yang lebih berat cenderung kurang melimpah dan unsur-unsur langka cenderung kurang penting dalam hal nutrisi. Dalam periode 5, molibdenum diperlukan sebagai katalis dalam reaksi redoks; kadmium kadang-kadang digunakan oleh beberapa diatom laut untuk fungsi yang sama; dan timah mungkin diperlukan untuk pertumbuhan sedikit spesies. Pada periode 6, tungsten diperlukan oleh beberapa arkea dan bakteri untuk proses metabolisme. Tubuh manusia dengan berat rata-rata 70 kg mengandung sekitar 0,01% logam berat (~7 g, ekivalen dengan berat dua kacang polong kering, yang terdiri dari besi sekitar 4 g, seng 2,5 g, dan timbal 0,12 g), 2% logam ringan (~1,4 kg, setara berat botol anggur) dan hampir 98% nonlogam (sebagian besar air).
Defisiensi logam berat esensial periode 4-6 ini dapat meningkatkan kerentanan terhadap keracunan logam berat. Sebagian kecil logam berat non-esensial juga telah diamati memiliki efek biologis. Galium, germanium (suatu metaloid), indium, dan sebagian besar lantanida dapat menstimulasi metabolisme, sedangkan titanium meningkatkan pertumbuhan pada tanaman, (meski tidak selalu dianggap sebagai logam berat).
Logam berat sering dianggap sangat beracun atau merusak lingkungan. Memang ada beberapa, sementara beberapa lainnya beracun jika dan hanya jika dikonsumsi berlebihan atau ditemui dalam bentuk tertentu.
Kromium, arsenik, kadmium, merkuri, dan timbal memiliki potensi terbesar yang dapat menyebabkan kerusakan karena penggunaannya yang luas, toksisitas beberapa bentuk gabungan atau unsurnya, dan penyebarannya yang luas di lingkungan. Kromium heksavalen, misalnya, sangat beracun seperti uap raksa dan banyak senyawa raksa. Kelima unsur ini memiliki affinitas yang kuat terhadap belerang; dalam tubuh manusia mereka biasanya terikat pada enzim, melalui gugus tiol (-SH), yang bertanggung jawab untuk mengendalikan laju reaksi metabolik. Ikatan belerang-logam yang dihasilkan menghambat fungsi enzim yang terlibat; memperburuk kesehatan manusia, kadang-kadang berakibat fatal. Kromium (dalam bentuk heksavalennya) dan arsenik adalah karsinogen; kadmium menyebabkan penyakit tulang degeneratif; dan raksa dan timbal merusak sistem saraf pusat
Timbal adalah kontaminan logam berat yang paling umum. Tingkatannya di lingkungan perairan masyarakat industri diperkirakan dua sampai tiga kali tingkatan di masa pra-industri. Sebagai komponen tetraetil timbal, (CH' Too many ('";, timbal digunakan secara luas dalam bensin selama tahun 1930-1970-an. Meskipun penggunaan bensin bertimbal sudah lenyap dari bumi Amerika Utara pada tahun 1996, tanah di sekitar jalan yang dibangun sebelum masa ini mengandung timbal dalam konsentrasi tinggi. Penelitian terakhir menunjukkan korelasi statistik yang signifikan antara laju penggunaan bensin bertimbal dan tingkat kriminalitas dengan kekerasan di Amerika Serikat; dengan memperhitungkan jeda waktu 22 tahun (untuk usia rata-rata kriminal dengan kekerasan), kurva kejahatan dengan kekerasan sebanding dengan kurva paparan timbal.
Logam berat lainnya yang dicatat untuk sifat potensi bahayanya, biasanya sebagai polutan toksik lingkungan, termasuk mangan (kerusakan sitem saraf pusat); kobalt dan nikel (karsinogen); tembaga, seng, selenium dan perak (gangguan endokrin, kelainan bawaan, atau efek keracunan umum pada ikan, tumbuhan, unggas, atau organisme air lainnya); timah, sebagai organotimah (kerusakan sistem saraf pusat); antimon (ditengarai karsinogen); dan talium (kerusakan sistem saraf pusat).
Logam berat yang penting untuk kehidupan bisa menjadi racun jika dikonsumsi berlebihan; beberapa memiliki bentuk beracun yang sangat penting. Vanadium pentoksida (V) bersifat karsinogenik pada hewan dan, bila dihirup, menyebabkan kerusakan DNA. Ion ungu permanganat MnO–4 adalah racun liver dan ginjal. Menelan lebih dari 0,5 gram zat besi dapat menyebabkan gagal jantung; Overdosis semacam itu paling sering terjadi pada anak-anak dan bisa berakibat kematian dalam waktu 24 jam. Nikel karbonil (Ni), dengan kadar 30 ppm, dapat menyebabkan kegagalan pernafasan, kerusakan otak dan kematian. Mengkonsumsi 1 gram atau lebih tembaga sulfat (Cu(SO' Too many ('";) dapat berakibat fatal; korban selamat mungkin mengalami kerusakan organ yang parah. Lebih dari lima miligram selenium sangat beracun; ini kira-kira sepuluh kali dari asupan harian maksimum yang direkomendasikan (0,45 mg); keracunan jangka panjang bisa mengakibatkan efek paralitik.
Beberapa logam berat non-esensial memiliki satu atau lebih bentuk yang beracun. Kegagalan dan fatalitas ginjal telah tercatat timbul dari konsumsi suplemen germannium (konsumsi total ~15 hingga 300 g selama periode dua bulan hingga tiga tahun). Paparan osmium tetroksida (OsO) dapat menyebabkan kerusakan mata permanen dan memicu kegagalan respirasi serta kematian. Garam indium beracun jika dikonsumsi lebih dari beberapa miligram dan akan berdampak pada ginjal, liver, dan jantung. Cisplatin (PtCl), yang merupakan obat penting yang digunakan untuk membunuh sel kanker, juga merupakan racun bagi ginjal dan saraf. Senyawa bismut dapat menyebabkan kerusakan liver jika dikonsumsi berlebih; senyawa uranium yang tidak larut, serta radiasi berbahaya yang dipancarkannya, dapat menyebabkan kerusakan ginjal permanen.
Logam berat dapat menurunkan kualitas udara, air, dan tanah, dan kemudian menyebabkan masalah kesehatan bagi tanaman, hewan, dan manusia, ketika terjadi penumpukan sebagai hasil aktivitas industri. Sumber logam berat yang umum dalam konteks ini meliputi aktivitas pertambangan dan limbah industri; gas buang kendaraan; baterai asam timbal; pupuk; cat; dan kayu olahan; infrastruktur pasokan air yang sudah tua; dan mikroplastik yang terapung di samudera dunia. Contoh terkini kontaminasi logam berat dan risiko kesehatan meliputi kasus penyakit Minamata, Jepang (1932-1968; tuntutan hukum tahun 2016); bencana bendungan Bento Rodrigues di Brazil, kandungan timbal yang tinggi pada pasokan air minum kepada penduduk Flint, Michigan, di timur laut Amerika Serikat.
Logam berat sampai sekitar besi (dalam tabel periodik) sebagian besar terbentuk melalui nukleosintesis bintang. Dalam proses ini, unsur yang lebih ringan mulai dari hidrogen hingga silikon mengalami reaksi fusi berturut-turut di dalam bintang, melepaskan cahaya dan panas dan membentuk unsur yang lebih berat dengan nomor atom yang lebih tinggi.
Logam berat yang lebih berat biasanya tidak terbentuk melalui cara ini karena reaksi fusi yang melibatkan inti tersebut akan lebih mengkonsumsi energi daripada melepaskan energi. Sebaliknya, sebagian besar disintesis (dari unsur dengan nomor atom yang lebih rendah) melalui penangkapan neutron, dengan dua moda utama penangkapan berulang ini adalah proses s dan proses r. Dalam proses s ("s" singkatan dari "slow", lambat), tangkapan tunggal dipisahkan oleh tahun atau dekade, sehingga inti yang tidak stabil mengalami peluruhan beta, Sementara dalam proses r ("rapid", cepat), tangkapan terjadi lebih cepat daripada peluruhan nuklir. Oleh karena itu, proses s membutuhkan jalur yang kurang lebih jelas: sebagai contoh, inti kadmium-110 yang stabil dibombardir secara berturut-turut oleh neutron bebas di dalam bintang sampai membentuk inti kadmium-115 yang tidak stabil dan meluruh membentuk indium-115 (yang hampir stabil, dengan waktu paruh 30.000 kali usia alam semesta). Inti ini menangkap neutron dan membentuk indium-116, yang tidak stabil, dan meluruh membentuk timah-116, dan seterusnya. Sebaliknya, tidak ada jalur seperti itu dalam proses r. Proses s berhenti di bismut karena dua unsur berikutnya, polonium dan astatin, memiliki waktu paruh pendek, yang meluruh menjadi bismut atau timbal. Proses r sangat cepat sehingga bisa melewati zona ketidakstabilan ini dan terus membentuk unsur yang lebih berat seperti thorium dan uranium.
Logam berat memadat di planet-planet sebagai hasil proses evolusi dan destruksi bintang. Bintang kehilangan sebagian besar massa mereka saat terlontar di akhir masa hidup mereka, dan kadang-kadang, sebagai hasil penggabungan bintang neutron, akan meningkatkan kelimpahan unsur yang lebih berat daripada helium di media antar bintang. Ketika daya tarik gravitasi menyebabkan materi ini menyatu dan runtuh, terbentuklah bintang dan planet baru.
Kerak bumi terbuat dari kira-kira 5% logam berat, dengan 95%nya (dari 5% tersebut) adalah besi. Sedangkan 95% sisanya adalah logam ringan (~20%) dan non-logam (~75%). Meskipun logam berat secara keseluruhan langka, ia dapat terkonsentrasi dalam jumlah yang dapat diekstraksi secara ekonomis akibat pembentukan gunung, erosi, atau proses geologi lainnya.
Logam berat terutama ditemukan sebagai litofil (kecenderungan menyatu dengan batu) atau kalkofil (kecenderungan menyatu dengan mineral). Logam berat litofil terutama adalah unsur-unsur blok-f dan blok-d yang lebih reaktif. Mereka memiliki afinitas yang kuat terhadap oksigen dan sebagian besar berada sebagai mineral silikat dengan densitas relatif rendah. Logam berat kalkofil terutama adalah unsur-unsur blok d yang kurang reaktif, dan logam blok-p periode 4-6 serta metaloid. Mereka biasanya ditemukan dalam mineral sulfida yang tidak larut. Kalkofil lebih padat daripada litofil, sehingga tenggelam lebih rendah ke dalam kerak pada saat pemadatannya, ia cenderung kurang melimpah dibandingkan dengan litofil.
Di sisi lain, emas adalah unsur siderofil, atau cenderung menyatu dengan besi. Ia tidak mudah membentuk senyawa dengan oksigen maupun belerang. Pada saat pembentukan bumi, dan sebagai logam yang paling mulia (inert), emas tenggelam ke dalam inti karena kecenderungannya untuk membentuk logam paduan densitas tinggi. Konsekuensinya, ini adalah logam yang relatif langka. Beberapa logam berat (kurang) mulia lainnya—molibdenum, rhenium, logam golongan platina (ruthenium, rhodium, paladium, osmium, iridium, dan platina), germanium, dan timah—dapat diperhitungkan sebagai siderofil tapi hanya dalam hal kejadian utama mereka di bumi (inti, mantel, dan kerak), bukan kerak bumi. Logam-logam ini dinyatakan terjadi di kerak bumi, dalam jumlah kecil, terutama sebagai kalkofil (jarang yang berada dalam bentuk aslinya).
Konsentrasi logam berat di bawah kerak bumi umumnya lebih tinggi, sebagian besar ditemukan dalam inti besi-silikon-nikel. Platina, misalnya, menyusun sekitar 1 bagian per miliar kerak sedangkan konsentrasinya pada intinya diperkirakan hampir 6.000 kali lebih tinggi. Spekulasi terkini menunjukkan bahwa uranium (dan torium) dalam inti bumi dapat menghasilkan panas dalam jumlah besar yang mendorong lempeng tektonik dan (akhirnya) menopang medan magnet bumi.
Untuk memperoleh logam berat dari bijihnya cukup kompleks karena harus memperhatikan jenis bijih, sifat kimia logam yang terlibat, dan nilai ekonomis dari berbagai metode ekstraksi yang tersedia. Negara dan pengolahan yang berbeda mungkin menggunakan proses yang berbeda, termasuk yang berbeda dari yang dikupas di sini.
Secara garis besar, dan dengan beberapa pengecualian, logam berat litofil dapat diekstraksi dari bijihnya dengan memberi perlakuan listrik atau kimia, sedangkan logam berat kalkofil diperoleh dengan memanggang bijih sulfida mereka untuk menghasilkan oksida yang sesuai, dan kemudian memanaskannya untuk mendapatkan logam mentah. Radium terjadi dalam jumlah yang terlalu kecil untuk ditambang ekonomis malah dapat diperoleh dari pemakaian bahan bakar nuklir. Kalkofil logam golongan platina (PGM) terutama terjadi dalam jumlah kecil (campuran) dengan bijih kalkofil lainnya. Bijih yang terlibat perlu dilebur, dipanggang, lalu dilindi (leaching) dengan asam sulfat untuk menghasilkan residu PGM. Ini kemudian disuling secara kimia untuk mendapatkan masing-masing logam dalam bentuk murni mereka. Dibandingkan logam lainnya, PGM relatif mahal karena kelangkaannya dan biaya produksinya yang tinggi.
Emas, suatu siderofil, paling umum diperoleh dengan melarutkan bijihnya dalam larutan sianida. Emas membentuk disianoaurat(I), misalnya:
Seng ditambahkan ke dalam campuran dan, karena lebih reaktif daripada emas, mengusir emas:
Emas mengendap dalam larutan sebagai lumpur, dan dipisahkan dari larutannya dengan cara disaring, kemudian dilelehkan.
Beberapa sifat fisika dan kimia umum logam ringan dan berat dirangkum dalam tabel di bawah. Perbandingannya harus dicermati dengan hati-hati karena istilah logam ringan dan logam berat tidak selalu didefinisikan secara konsisten. Selain itu, sifat fisika kekerasan dan kekuatan tarik dapat sangat bervariasi tergantung pada kemurnian, ukuran butir dan perlakuan awal.
Sifat ini membuatnya relatif mudah untuk membedakan logam ringan seperti natrium dari logam berat seperti tungsten, namun perbedaannya menjadi kurang jelas pada daerah perbatasan. Logam struktural ringan seperti berilium, skandium, dan titanium memiliki beberapa karakteristik logam berat, seperti titik leleh yang lebih tinggi; logam berat pasca-transisi seperti seng, kadmium, dan timbal memiliki beberapa karakteristik logam ringan, seperti relatif lunak, memiliki titik lebur yang lebih rendah, dan membentuk kompleks yang tidak berwarna.
Logam berat hadir di hampir semua aspek kehidupan modern. Besi mungkin yang paling umum karena menyumbang 90% dari semua logam olahan. Platina bisa jadi yang paling banyak dijumpai, atau digunakan untuk memproduksi, 20% dari semua barang konsumsi
Beberapa penggunaan logam berat yang umum bergantung pada karakteristik umum logam seperti konduktivitas listrik dan reflektivitas atau karakteristik umum logam berat seperti densitas, kekuatan, dan daya tahan. Kegunaan lainnya bergantung pada karakteristik unsur tertentu, seperti peran biologisnya sebagai nutrisi atau racun atau beberapa sifat atom tertentu lainnya. Contoh sifat atom tersebut meliputi: orbital d atau f yang terisi sebagian (dalam banyak logam berat transisi, lantanida, dan aktinida) yang memungkinkan pembentukan senyawa berwarna; kapasitas sebagian besar ion logam berat (seperti platina, serium atau bismut) ada di tingkat oksidasi yang berbeda dan oleh karena itu bertindak sebagai katalis; orbital 3d atau 4f yang tumpangsuh (dalam besi, kobal, dan nikel, atau logam berat lantanida dari europium sampai thulium) yang menimbulkan efek magnetik; dan jumlah atom dan kerapatan elektron yang tinggi yang mendukung aplikasi sains nuklir. Penggunaan logam berat yang umum dapat dikelompokkan secara luas ke dalam enam kategori berikut.
Beberapa penggunaan logam berat, termasuk di bidang olahraga, teknik mesin, persenjataan militer, dan teknik nuklir, memanfaatkan kerapatan mereka yang relatif tinggi. Dalam dunia penyelaman, timbal digunakan sebagai ballast; dalam pacuan kuda cacat masing-masing kuda harus membawa timbal dengan bobot yang telah ditentukan, berdasarkan faktor termasuk kinerja sebelumnya, sehingga dapat mengimbangi peluang berbagai pesaing. Dalam golf, sisipan tungsten, kuningan, atau tembaga pada tongkat golf (club) untuk fairway menurunkan pusat gravitasi club sehingga memudahkan untuk melayangkan bola ke udara; dan bola golf dengan inti tungsten diklaim memiliki karakteristik layang yang lebih baik. Dalam fly fishing, umpan lalat memiliki lapisan PVC yang dicampur dengan bubuk tungsten, sehingga mereka tenggelam pada tingkat yang dibutuhkan. Dalam olahraga lapangan, bola baja yang digunakan dalam event lontar martil dan tolak peluru diisi dengan timbal untuk mencapai berat minimum yang dibutuhkan berdasarkan peraturan internasional. Tungsten digunakan dalam bola lontar martil setidaknya sampai tahun 1980; ukuran bola minimum meningkat pada tahun 1981 untuk menghilangkan kebutuhan akan logam mahal (tiga kali lipat biaya martil lainnya) yang umumnya tidak tersedia di semua negara. Martil tungsten sangat padat sehingga mereka menembus terlalu dalam ke rumput.
Dalam teknik mesin, logam berat digunakan untuk pemberat di kapal, pesawat terbang, dan kendaraan bermotor; atau pada penyeimbang pada roda dan crankshaft, giroskop, dan baling-baling, serta kopling sentrifugal, dalam situasi yang membutuhkan berat maksimum dalam ruang minimum (misalnya dalam penggerak arloji).
Dalam persenjataan militer, tungsten atau uranium digunakan dalam pelapisan perisai tempur dan proyektil pembobol perisai, serta senjata nuklir untuk meningkatkan efisiensi (dengan merefleksikan neutron dan sesaat menunda perluasan bahan reaksi). Pada tahun 1970-an, tantalum ditemukan lebih efektif daripada tembaga untuk shaped charge dan senjata anti-perisai bentukan ledakan (bahasa Inggris: explosively formed anti-armour weapons) karena kerapatannya yang lebih tinggi, yang memungkinkan konsentrasi gaya yang lebih besar, dan deformabilitas yang lebih baik. Logam berat yang kurang beracun, seperti tembaga, timah, tungsten, dan bismut, dan mungkin juga mangan (dan juga boron, metaloid), telah menggantikan timbal dan antimon dalam peluru hijau yang digunakan oleh beberapa tentara dan dalam beberapa amunisi tembak-tembakan rekreasi. Keraguan telah diajukan tentang keamanan (atau kredensial hijau) tungsten.
Karena bahan yang lebih padat menyerap lebih banyak emisi radioaktif daripada yang ringan, logam berat berguna sebagai perisai radiasi dan memusatkan sinar radiasi pada akselerator linier dan aplikasi radioterapi.
Kekuatan atau daya tahan logam berat seperti kromium, besi, nikel, tembaga, seng, molibdenum, timah, tungsten, dan timbal, serta paduannya, membuat mereka berguna untuk pembuatan artefak seperti alat, mesin, peralatan rumah tangga perabotan, pipa, rel kereta, gedung dan jembatan, mobil, kunci, furnitur, kapal, pesawat terbang, koin dan perhiasan. Mereka juga digunakan sebagai aditif paduan untuk meningkatkan sifat logam lainnya. Dari dua lusin unsur, hanya dua yang telah digunakan dalam mata uang monetisasi dunia, karbon dan aluminium, bukan logam berat. Emas, perak, dan platina digunakan dalam perhiasan seperti nikel, tembaga, indium, dan kobalt dalam emas berwarna. Perhiasan imitasi dan mainan anak mungkin terbuat dari logam berat, pada tingkat yang signifikan, seperti kromium, nikel, kadmium, atau timbal.
Tembaga, seng, timah, dan timbal adalah logam yang secara mekanis lebih lemah namun memiliki sifat pencegahan korosi yang berguna. Sementara masing-masing akan bereaksi dengan udara, dihasilkan patina dari berbagai macam garam tembaga, seng karbonat, timah oksida, atau campuran timbal oksida, karbonat, dan sulfat, memberikan sifat perlindungan yang berharga. Oleh karena itu, tembaga dan timbal digunakan untuk, misalnya bahan atap; seng bertindak sebagai zat anti korosi dalam baja galvanisir; dan timah bertindak sebagai fungsi yang sama pada kaleng baja.
Daya tahan dan ketahanan korosi besi dan kromium dapat ditingkatkan dengan penambahan gadolinium; hambatan rayapan nikel ditingkatkan dengan penambahan thorium. Telurium ditambahkan ke paduan tembaga dan baja untuk meningkatkan kemampuan mesin; dan untuk membuatnya lebih keras dan lebih tahan asam.
Efek biosida beberapa logam berat telah dikenal sejak zaman purba. Platina, osmium, tembaga, rutenium, dan logam berat lainnya, termasuk arsenik, digunakan dalam perawatan anti kanker, atau menunjukkan potensi untuk itu. Antimon (anti-protozoa), bismut (anti tukak), emas (anti artritis), dan besi (anti malaria), juga penting untuk pengobatan. Tembaga, seng, perak, emas, atau raksa digunakan dalam formulasi antiseptik; sejumlah kecil beberapa logam berat digunakan untuk mengendalikan pertumbuhan alga, misalnya, menara pendingin. Bergantung pada penggunaan yang dimaksudkan sebagai pupuk atau biosida, agrokimia mungkin mengandung logam berat seperti kromium, kobalt, nikel, tembaga, seng, arsen, kadmium, raksa, atau timbal.
Logam berat yang dipilih digunakan sebagai katalis dalam pengolahan bahan bakar (renium, misalnya), produksi karet dan serat sintetis (bismut), alat kontrol emisi (paladium), dan dalam oven swaresik (di mana cerium(IV) oksida di dinding oven semacam itu membantu mengoksidasi residu memasak berbasis karbon). Dalam kimia sabun, logam berat membentuk sabun yang tidak larut yang digunakan dalam gemuk pelumas, pengering cat, dan fungisida (terlepas dari litium, logam alkali dan ion amonium yang membentuk sabun yang dapat larut).
Warna kaca, glazur keramik, cat, pigmen, dan plastik umumnya diproduksi dengan memasukkan logam berat (atau senyawanya) seperti kromium, mangan, kobalt, tembaga, seng, selenium, zirkonium, molibdenum, perak, timah, praseodimium, neodimium, erbium, tungsten, iridium, emas, timbal, atau uranium. Tinta tattoo mungkin mengandung logam berat, seperti kromium, kobalt, nikel, dan tembaga. Reflektivitas tinggi beberapa logam berat penting dalam konstruksi cermin, termasuk instrumen astronomi yang presisi. Reflektor lampu bergantung pada pantulan yang sangat baik dari film tipis rhodium.
Logam berat atau senyawanya dapat ditemukan di komponen elektronik, elektroda, dan kabel serta panel surya di mana mereka dapat digunakan sebagai konduktor, semikonduktor, atau isolator. Bubuk molibdenum digunakan dalam tinta papan sirkuit. Anoda titanium bersalut ruthenium(IV) oksida digunakan dalam industri produksi klorin. Sistem kelistrikan rumah sebagian besar dihubungkan dengan kawat tembaga karena konduktivitasnya yang baik. Perak dan emas digunakan dalam perangkat listrik dan elektronik, terutama pada tombol on/off, karena konduktivitas listriknya yang tinggi dan kapasitasnya untuk menahan atau meminimalkan pembentukan kotoran pada permukaannya. Semikonduktor kadmium telurida dan galium arsenida digunakan untuk membuat panel surya. Hafnium oksida, isolator, digunakan sebagai pengontrol tegangan dalam mikrochip; tantalum oksida, isolator lain, digunakan pada kapasitor dalam ponsel. Logam berat telah digunakan dalam baterai selama lebih dari 200 tahun, setidaknya sejak Alessandro Volta menemukan tumpukan volta tembaga dan peraknya pada tahun 1800. Prometium, lantanum, dan raksa adalah contoh lebih lanjut yang ditemukan pada baterai atom, nickel-metal hidrida, dan baterai arloji.
Magnet terbuat dari logam berat seperti mangan, besi, kobalt, nikel, niobium, bismut, praseodimium, neodimium, gadolinium, dan disprosium. Magnet neodimium adalah jenis magnet permanen paling kuat yang tersedia secara komersial. Mereka adalah komponen kunci, misalnya kunci pintu mobil, starter motor, pompa bahan bakar, dan power window.
Logam berat digunakan di pencahayaan, laser, dan diode pancaran cahaya (light-emitting diode, LED). Tampilan layar datar menggabungkan film tipis penghantar listrik indium timah oksida. Lampu fluorescent bergantung pada uap raksa untuk beroperasi. Laser ruby menghasilkan sinar merah tajam dengan mengeksitasi atom kromium; lantanida juga banyak digunakan untuk laser. Galium, indium, dan arsen; serta tembaga, iridium, dan platinum digunakan dalam LED (yang tiga terakhir dalam LED organik).
Penggunaan niché logam berat dengan nomor atom tinggi terdapat pada pencitraan diagnostik, mikroskopi elektron, dan teknik nuklir. Dalam pencitraan diagnostik, logam berat seperti kobalt atau tungsten membentuk bahan anoda yang dijumpai dalam tabung sinar-X. Dalam mikroskopi elektron, logam berat seperti timbal, emas, paladium, platina, atau uranium digunakan untuk membuat salutan konduktif dan untuk memasukkan kerapatan elektron ke spesimen biologis dengan cara pewarnaan, pewarnaan negatif, atau deposisi vakum. Dalam teknik nuklir, inti logam berat seperti kromium, besi, atau seng kadang-kadang ditembakkan pada target logam berat lainnya untuk menghasilkan unsur superberat; logam berat juga digunakan sebagai target spalasi untuk produksi neutron atau radioisotop seperti astatine (menggunakan timbal, bismut, thorium, atau uranium dalam kasus terakhir).