فلز ثقيل

الفلزات الثقيلة هي فلزات تتميز بأن لها كثافة أو عدد ذري أو كتلة ذرية مرتفعة نسبيًا مثل الفلزات الانتقالية، وبعض أشباه الفلزات، واللانثانيدات، الأكتينيدات.
تتواجد الفلزات الثقيلة بصورة طبيعية في النظام البيئي، مع اختلافات كبيرة في التركيز. لكن ازياد نسبها مؤخراً يرجع إلى المصادر الصناعية والنفايات الصناعية السائلة والنض أيونات الفلزات من التربة إلى البحيرات والأنهار والأمطار الحمضية، والتلوث الحادث من النفايات المتأتية من الوقود بشكل خاص.

أصل مصطلح الفلزات الثقيلة واستخدامه

قد يكون ثقل المعادن الموجودة في الطبيعة مثل الذهب والنحاس والحديد قد لوحظت في عصور ما قبل التاريخ، وفي ضوء قابليتها للتشكيل، أدّت إلى المحاولات الأولى لصنع الحلي المعدنية والأدوات والأسلحة. كانت جميع المعادن المكتشفة منذ ذلك الحين حتى عام 1809ذات كثافة عالية نسبيًا. ويعتبر ثقلهم معيارًا مميزًا بشكل فريد.
من عام 1809 فصاعدًا، تم عزل المعادن الخفيفة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والسترونتيوم. أدت كثافة تلك المعادن المنخفضة إلى اقتراح اعتبارها أشباه فلزات، بمعنى أنها تشبه المعادن في الشكل أو المظهر. تم تجاهل هذا الاقتراح، وصُنفت العناصر الجديدة كفلزات، واستُخدم المصطلح أشباه الفلزات للإشارة إلى العناصر غير المعدنية، وفيما بعد، للإشارة إلى العناصر التي كان من الصعب وصفها كمعادن أو غير معدنية.
يرجع استخدام مصطلح الفلزات الثقيلة في وقت مبكر إلى عام 1817، عندما قسم الكيميائي الألماني ليوبولد غملين العناصر إلى اللافلزات والفلزات الخفيفة الفلزات الثقيلة. كانت للفلزات الخفيفة كثافة تتراوح من 0،860 إلى 5،0 جم  سم مكعب؛ وللفلزات الثقيلة كثافة تتراوح من 5.308إلى 22.000 جم  سم مكعب.  وارتبط المصطلح فيما بعد بعناصر ذات وزن ذري مرتفع أو عدد ذري مرتفع. يُستخدم المطلح في بعض الأحيان بالتبادل مع مصطلح العنصر الثقيل. ففي مناقشة تاريخ الكيمياء النووية على سبيل المثال، لاحظ ماجي أن الأكتينيدات كان يُعتقد في السابق أنها تمثل مجموعة انتقال جديدة للعناصر الثقيلة في حين مال سيبورغ وزملاءه إلى وصفها بسلسلة معادن شبيهة بمعادن الأرض النادرة. في علم الفلك،  يُعرّف العنصر الثقيلعلى أنه أي عنصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم.

الانتقادات

في عام 2002، استعرض عالم السموم الأسكتلندي جون دوفوس التعريفات المستخدمة على مدى الستين عامًا الماضية، وخلص إلى أنها متنوعة للغاية بحيث تجعل المصطلح فعليًا بلا معنى. وإلى جانب هذه النتيجة، تُحدد بعض العناصر على أنها من الفلزات الثقيلة في بعض الأحيان على أساس أنها خفيفة للغاية، أو تشارك في عمليات بيولوجية، أو نادرًا ما تشكل مخاطر بيئية. ومن الأمثلة على ذلك السكانديوم ذو الوزن الذري الخفيف جدًا، ومن الفاناديوم إلى الزنك حيث يُستخدمون في العمليات البيولوجية، والروديوم والإنديوم والأوزميوم والذين يُعتبروا عناصر نادرة جدًا.

شعبية المصطلح

على الرغم من معناها المشكوك فيه، إلا أن مصطلح الفلزات الثقيلة يظهر بانتظام في الأدبيات العلمية. وجدت دراسة أُجريت عام 2010 أنه استُخدم بشكل متزايد ويبدو أنه أصبح جزءًا من لغة العلم. شاع في الأوساط العلمية أنه مصطلح مقبول، نظرًا لسهولته وانتشاره، طالما أنه يقترن بتعريف صارم. أوردت جمعية المعادن والفلزات والمواد أن الفلزات الخفيفة والثقيلة تشمل الألومنيوم والمغنيسيوم والبريليوم والتيتانيوم والليثيوم والمعادن الأخرى التفاعلية، والتي تتراوح كثافتها من  0.534 إلى 4.54 جم / سم مكعب.

علاقة الفلزات الثقيلة بالكائنات الحية

تحتاج الكائنات الحية إلى كميات مختلفة من الفلزات الثقيلة، مثل الحديد والكوبالت والنحاس والمنغنيز والموليبدينوم، والزنك والسيلنيوم، حيث يكون استهلاك هذه الفلزات ضروريا وهاما للمحافظة على عملية التمثيل الغذائي  بجسم الكائن الحي. ولكن استهلاك كميات كبيرة منها بتركيزات عالية يكون ضارًا بل وسامًّا وينتج عنه ما يُسمى بتسمم الفلزات الثقيلة.
تشكل الفلزات نسبة 45 من وزن جسم الإنسان، ويتركز معظمها في الهيكل العظمي. وتأتي خطورة الفلزات الثقيلة من تراكمها الحيوي داخل جسم الإنسان بشكل أسرع من انحلالها من خلال عملية التمثيل الغذائي أو إخراجها.

مثال لتلوث البيئة بالفلزات الثقيلة

في عام 1932، صرفت مياه الصرف الصحي في اليابان والتي كانت تحتوى على نسب عالية من الزئبق في ميناء مينيماتا، والذي نجم عنه التراكم الحيوي للزئبق في الكائنات البحرية، وظهور حالات من التسمم في عام 1952 والتي عُرفت باسم داء ميناماتا أو متلازمة ميناماتا.

الاختبارات

أول خطوة في علاج التسمم الناتج عن الفلزات الثقيلة هو تحديد مصدر التسمم وتحديد نوع الفلز المتسبب في التسمم. يعتبر القيام بالاختبارات المخبريةو تحليل الشعر أسهل طريقة لتحديد ذلك على الرغم من اعتبارها طريقة مثيرة للجدل. توجد اختبارات إضافية تستخدم عقاقير الاستخلاب مع تجميع للبول على مدار 24 ساعة لتحديد نسبة الفلزات الثقيلة.ومن الاختبارات الأخرى الهامة تحليل البول، صورة الدم الكاملة.

العلاج

العلاج الاستخلابي هى طريقة مقبولة عالميًا لتخليص الجسم من آثار سموم الفلزات الثقيلة. يرجع اشتقاق المصطلح  إلى كلمة يونانية قديمة تعنى المخالب، ويستخدم في هذا النوع العلاجي عوامل تتحد مع الفلزات الثقيلة السامة مثل الزئبق، والرصاص أو الزرنيخ لتعادل تأثيرها وتسمح بخروجها من الجسم بدون التفاعل مع المواد الكيميائية الأخرى.
يطلق العلماء مصطلح الاستخلاب ليعطى معنى اختطاف المعدن من الجسم بهدف تسهيل امتصاصه أو إخراجه كما في حالة الفلزات السامة.

العلاج عن طريق الوريد باستخدام فيتامين (ج) والجلوتاثيون

تُستخدم الكزبرة لعلاج تسمم الفلزات الثقيلة، كما يمنع النظام الغذائى الغني بالألياف والألياف على شكل الجيل من دخول الفلزات الثقيلة إلى المعدة.
تحمي الكزبرة المخ والجهاز العصبي المركزي من تأثير الفلزات الثقيلة.

الميلاتونين

مركب من الماغنسيوم وحمض التفاح قادران على سحب الألومنيوم من الجسم. يتحد السيلنيوم مع الفلزات الثقيلة الأخرى مثل الكادميوم والزئبق ليقلل من سُميتها. ويمنع الزنك انتقال الكادميوم والرصاص إلى أنسجة الجسم المختلفة. ومن المعروف عن الزنك أنه عدو النحاس الأحمر.تساعد المواد الغذائية مثل الثوم وحامض ألفا الدهني، وهو الشكل العضوي للكبريت المتواجد في الأطعمة من منتجات الألبان والحبوب واللحوم والخضراوات والفاكهة في حماية جسم الإنسان من الفلزات الثقيلة بوجه عام، وبوجه خاص في التسمم الناتج عن الزئبق.