Tetraetyylilyijy

Tetraetyylilyijy (lyijytetraetyyli Pb(C2H5)4) on orgaaninen lyijy-yhdiste, joka nimensä mukaisesti on rakenteeltaan Et4Pb, missä Et on etyyli CH3CH2- ja Pb lyijy. Tetraetyylilyijy on normaaliolosuhteissa olomuodoltaan väritön, viskoottinen neste. Tetraetyylilyijy ei normaalipaineessa kiehu vaan hajoaa alle 200 °C:ssa, joten sen tislaamiseen on käytetty vesihöyrytislausta. Sen leimahduspiste on −93 °C ja itsesyttymislämpötila yli 110 °C.

Käyttö bensiinin lisäaineena

Tetraetyylilyijyä on aikaisemmin käytetty moottoribensiinin lisäaineena sen puristuskestävyyden parantamiseksi. Lisäaine on erittäin myrkyllistä, ja sen keksinyt amerikkalainen Ethyl Corporation kehittikin laajan asiantuntemuksen erittäin myrkyllisten organometalliyhdisteiden käsittelyssä teollisessa mittakaavassa, lähinnä siitä syystä, että moni ainetta käsitellyt työntekijä kuoli lyijymyrkytykseen 1930-luvulla. 

Tetraetyylilyijyn bensiinin oktaanilukua nostava vaikutus johtuu sen heikoista lyijy-hiili-sidoksista, jotka katkeavat moottorin korkeassa lämpötilassa. Hajoamisen tuloksena syntyy etyyliradikaaleja, jotka palavat, sekä lyijyä ja lyijyoksidia. Palaminen on radikaalireaktio, jota lyijy häiritsee, mikä estää bensiinin hallitsematonta syttymistä eli nostaa sen oktaanilukua. Tetraetyylilyijy siis haittaa palamista, mutta moottorin huipputehoa saadaan nostettua siksi, että bensiinihöyry puristetaan pienempään tilaan ilman itsesyttymistä, jolloin saadaan suurempi energiatiheys ja siten teho. Tetraetyylilyijy on vain sopivasti bensiiniin liukeneva lyijyn kantaja, varsinainen nakutuksenestoaine on itse lyijy. 

Jotta tetraetyylilyijyn hajotessa vapautuva lyijypöly ja mahdollisesti syntyvä lyijyoksidi eivät tukkineet ja täyttäneet moottorin sylintereitä, lisättiin bensiiniin myös 1,2-dibromietaania, joka on halogenoitu hiilivety. Kun se paloi, siitä vapautunut bromi yhtyi lyijyn kanssa helposti haihtuvaksi lyijybromidiksi, joka poistui moottorista pakokaasun mukana. Nämä lyijy-yhdisteet ovat kuitenkin pahoja hermo- ja ympäristömyrkkyjä, minkä vuoksi lyijy-yhdisteiden käytöstä bensiinin lisäaineena on nykyisin luovuttu. 

Lyijy-yhdisteiden käyttäminen bensiinin lisäaineena kiellettiin Suomessa 1990-luvulla. Amerikassa kielto saatiin jo aikaisemmin, mutta koko EU:n alueella lyijybensiini saatiin kielletyksi vasta 2004. Viimeisenä maana lyijyllisen bensiinin myynnin lopetti Algeria kesällä 2021 varastojen loputtua. Lentobensiiniä kielto ei koske.

Tetraetyylilyijy myrkyttää nykyaikaisissa autoissa olevan katalysaattorin. Katalysaattorissa on katalyyttinä jalometalleja, kuten platinaa. Bromia ja klooria sisältävät lyijyn kertymisen estävät lisäaineet reagoivat paitsi lyijyn, myös katalyyttimetallin kanssa. Lyijy poistuu moottorista hienojakoisena lyijybromidi- ja -kloridipölynä, joka tukkii katalysaattorin.

Jo vuonna 1969 tiedettiin että tetraetyylilyijy heikentää auton katalysaattorin toimintaa.

Muut nakutuksenestoaineet sekä korkeampioktaaninen synteettinen bensiini ovat nykyään korvanneet lyijyn. Alkoholit, kuten etanoli, sekä eetterit, kuten MTBE ja ETBE, ovat pääasiallisia lyijyn korvaajia. Myös muita vähemmän myrkyllisiä metalleja on käytetty, kuten rautaa ferroseenina tai mangaania, joka tuodaan metyylisyklopentadienyylimangaanitrikarbonyylina eli MMT:na. Synteettisiä korkeampioktaanisia aineita ovat esimerkiksi alkylaatti ja iso-oktaani. Myös aromaatteja kuten bentseeniä on käytetty, mutta niiden ongelma on karsinogeenisuus.

Vaikutukset ihmiseen

Tetraetyylilyijy imeytyy nopeasti verenkiertoon iholta, keuhkoista ja ruoansulatuselimistöstä. Hengitystiessä tetraetyylilyijy käyttäytyy kuin kaasu ja ihmisen kehosta se poistuu virtsan mukana dietyylilyijynä, etyylilyijynä tai epäorgaanisena lyijynä. Tetraetyylilyijy ylittää veri-aivoesteen ja kertyy limbiseen etuaivopiiriin, etuaivolohkoon ja hippokampukseen. Akuutteja vaikutuksia altistumisesta suurelle pitoisuudelle ovat sekavuus, painajaiset, ärsyyntyneisyys ja hallusinaatiot. Kroonisia vaikutuksia ovat huonot pisteet neurokäyttäytymisen testeissä, jotka mittaavat ketteryyttä, toiminnanohjausta ja verbaalista muistia. Tetraetyylilyijyn käyttö bensiinissä on saattanut aiheuttaa lyijylle altistumisen kautta väkivaltaisen rikollisuuden aallon sekä teiniraskauksien aallon Yhdysvalloissa. Väkivaltainen rikollisuus ja teiniraskaudet alkoivat vähentymään kun tetraetyylilyijyn sallitun pitoisuuden rajaa bensiinissä kiristettiin. Käyrissä nähdään 22 vuoden viive ja rikollisuus on vähentynyt ympäri maailmaa samalla tavalla. Lyijy laskee älykkyysosamäärää 6,9 pisteellä 30 μg/dL veren pitoisuudella, ja suurin osa siitä, 3,9 pisteen lasku, aiheutuu alle 10 μg/dL veren pitoisuudella.

Vuonna 1996 Herbert Needleman julkaisi tutkimuksen, jossa todettiin lyijyn heikentävän sille altistuneen ihmisen kykyä hillitä impulsseja, ja lyijyn olevan yhteydessä antisosiaaliseen ja aggressiiviseen käyttäytymiseen sekä rikollisuuteen. Vuonna 2000 Rick Nevin julkaisi tutkimuksen, jossa todettiin lyijyn alentavan älykkyysosamäärää ja vaikuttavan väkivaltaiseen rikollisuuteen ja avioliiton ulkopuolisiin raskauksiin.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Tetraethyl lead 

Lyijy-yhdisteet
Ympäristömyrkyt
Myrkylliset kemikaalit
Organometalliyhdisteet