Kim loại nặng

, một kim loại nặng có khối lượng riêng lớn gấp hai lần chì]]

Kim loại nặng (tiếng Anh: heavy metal) thường được định nghĩa là kim loại có khối lượng riêng, khối lượng nguyên tử hoặc số hiệu nguyên tử lớn. Tiêu chí phân loại cụ thể, cũng như việc liệu có thể xếp á kim vào nhóm kim loại nặng hay không, khác nhau tùy thuộc vào tác giả và phạm vi áp dụng. Ví dụ, trong luyện kim, một kim loại nặng có thể được xác định dựa vào khối lượng riêng, trong khi tiêu chí phân loại trong vật lý có thể là số hiệu nguyên tử, còn ở hóa học, người ta thường chú ý đến tính chất hóa học của kim loại đó. Một số cách định nghĩa khác cũng đã được công bố, nhưng hiện chưa có cách nào trong số đó được chấp nhận rộng rãi. Các cách định nghĩa trong bài viết dưới đây bao hàm tối đa 96 trong 118 nguyên tố hóa học đã biết; chỉ có thủy ngân, chì và bismuth thỏa mãn tất cả các tiêu chí trong đó. Mặc dù chưa có sự thống nhất về mặt khái niệm, nhưng thuật ngữ "kim loại nặng" vẫn được dùng phổ biến trong khoa học. Khối lượng riêng từ 5&nbsp;g/cm3 trở lên đôi lúc được xem là một tiêu chí thường dùng, và đây cũng là tiêu chí sẽ được áp dụng trong phần dưới của bài viết này.

Những kim loại mà người ta đã biết sớm nhất—kim loại thường gặp như sắt, đồng, thiếc và kim loại quý như bạc, vàng và platin—đều là kim loại nặng. Từ năm 1809 trở đi, các kim loại nhẹ như magnesi, nhôm và titani lần lượt được phát hiện, cùng với một số kim loại nặng ít gặp hơn như gali, thali và hafni.

Một số kim loại nặng đóng vai trò là chất dinh dưỡng thiết yếu (điển hình như sắt, cobalt và kẽm), hoặc tương đối vô hại (như rutheni, bạc và indi), nhưng có thể gây độc ở lượng lớn hơn hoặc ở một số dạng nhất định. Các kim loại nặng khác như cadmi, thủy ngân và chì có độc tính cao. Một số nguồn tiềm ẩn nguy cơ gây ngộ độc kim loại nặng bao gồm chất thải từ mỏ khai thác, đuôi quặng, chất thải công nghiệp, dòng chảy mặt, phơi nhiễm nghề nghiệp, sơn và gỗ chế biến.

Cần chú ý kỹ khi khảo sát tính chất vật lý và hóa học của kim loại nặng, do tính chất của các kim loại liên quan không phải lúc nào cũng được xác định một cách thống nhất. Ngoài việc có khối lượng riêng tương đối lớn, kim loại nặng thường có khả năng phản ứng thấp hơn kim loại nhẹ và có số lượng hợp chất sulfide và hydroxide tan ít hơn nhiều. Mặc dù có thể dễ dàng phân biệt một kim loại nặng như wolfram với một kim loại nhẹ như natri, nhưng một vài kim loại nặng như kẽm, thủy ngân và chì có một số tính chất đặc trưng của kim loại nhẹ, trong khi một vài kim loại nhẹ như beryli, scandi và titani có một số tính chất đặc trưng của kim loại nặng.

Kim loại nặng tương đối hiếm trên vỏ Trái Đất nhưng vẫn xuất hiện trong nhiều khía cạnh của đời sống. Một số ứng dụng của chúng bao gồm trong gậy đánh golf, ô tô, chất sát trùng, lò nướng tự làm sạch, chất dẻo, tấm quang năng, điện thoại di động và máy gia tốc hạt.

Định nghĩa

|-
| colspan=20 style="font-size:90%; padding-right:10px; padding-left:10px; text-align:left"|Bảng trên liệt kê số tiêu chí kim loại nặng mà mỗi kim loại thỏa mãn trong 10 tiêu chí được liệt kê trong mục này, gồm hai tiêu chí về khối lượng riêng, ba tiêu chí về khối lượng nguyên tử, hai tiêu chí về số hiệu nguyên tử và ba tiêu chí về đặc tính hóa học. Dữ liệu khối lượng riêng của các nguyên tố chủ yếu lấy từ Emsley. Khối lượng riêng của At, Fr và các nguyên tố 100–117 là giá trị dự đoán. Khối lượng riêng chỉ định đối với Fm, Md, No và Lr được xác định dựa trên khối lượng nguyên tử, bán kính kim loại (ước tính), và cấu trúc tinh thể xếp chặt (theo dự đoán). Dữ liệu khối lượng nguyên tử lấy từ Emsley, Ví dụ, trong luyện kim, một kim loại nặng có thể được xác định dựa vào khối lượng riêng, trong khi tiêu chí phân loại trong vật lý có thể là số hiệu nguyên tử, còn ở hóa học và sinh học, người ta thường chú ý đến tính chất hóa học của kim loại đó.

Tiêu chí về khối lượng riêng là từ trên 3,5&nbsp;g/cm3 đến trên 7&nbsp;g/cm3, tùy trường hợp. Tiêu chí về khối lượng nguyên tử có thể là lớn hơn natri (khối lượng nguyên tử 22,98); hoặc lớn hơn 200, tức là từ thủy ngân trở đi. Tiêu chí về số hiệu nguyên tử của kim loại nặng thường là trên 20 (calci), Cách định nghĩa theo số hiệu nguyên tử gặp phải một vấn đề là liệt kê cả các kim loại có khối lượng riêng thấp. Chẳng hạn, rubidi trong nhóm (cột) 1 của bảng tuần hoàn có số hiệu nguyên tử là 37 nhưng chỉ có khối lượng riêng là 1,532&nbsp;g/cm3, thấp hơn mức giới hạn dưới mà nhiều tác giả khác đặt ra. Vấn đề tương tự cũng có thể xảy ra đối với cách định nghĩa theo khối lượng nguyên tử.

Một tiêu chí khác được đề xuất là dựa vào đặc tính hóa học hoặc vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn. Dược điển Mỹ đưa ra một tiêu chí để phân biệt kim loại nặng nhờ thí nghiệm tạo kết tủa muối sulfide có màu từ tạp chất kim loại. Trong mọi trường hợp, khi thí nghiệm dùng hydro sulfide làm thuốc thử thì không thể nhận diện được Th, Ti, Zr, Nb, Ta hoặc Cr.|group=n}} Năm 1997, Stephen Hawkes, một giáo sư hóa học viết dựa trên 50 năm kinh nghiệm về thuật ngữ, nói rằng thuật ngữ này áp dụng được cho "kim loại có hợp chất sulfide và hydroxide không tan, có muối tan trong nước tạo thành dung dịch màu và phức chất thường có màu". Trên cơ sở các kim loại mà ông nhận thấy thường gọi là kim loại nặng, ông cho rằng có thể định nghĩa kim loại nặng (nói chung) là tất cả các kim loại trong bảng tuần hoàn ở cột 3 đến 16 và hàng 4 trở xuống, hay nói cách khác, chính là các kim loại chuyển tiếp và hậu chuyển tiếp. Ag ở nhóm 11; Zn và Cd ở nhóm 12; và các kim loại nhóm 13–16.|group=n}} Toàn bộ nguyên tố họ Lanthan thỏa mãn đúng theo mô tả gồm ba phần của Hawkes; đặc tính này đối với các nguyên tố họ Actini vẫn chưa được xác định hoàn toàn.: hydroxide có thể thu được từ dung dịch muối Ln dưới dạng kết tủa sệt có màu; và các phức chất Ln khá giống màu với ion nước tương ứng (đa số trong đó có màu). Hợp chất sulfide của nguyên tố họ Actini (An) có thể tan hoặc không tan tùy theo tác giả. Urani monosulfide hóa trị II không bị nước sôi ăn mòn. Ion actinide hóa trị III có đặc tính hóa học tương tự với ion lanthanide hóa trị III nên các hợp chất sulfide nêu trên có thể không tan, nhưng hiện tượng này không được nêu rõ ràng. Các muối sulfide hóa trị III của An bị phân hủy nhưng Edelstein và cộng sự cho rằng chúng tan trong khi Haynes cho rằng thori(IV) sulfide không tan. Ở thời kỳ đầu trong lịch sử phản ứng phân hạch, người ta đã ghi nhận rằng kết tủa bằng hydro sulfide là một phương pháp đạt hiệu quả "đáng kể" trong việc phân lập và nhận diện các nguyên tố siêu urani trong dung dịch. Tương tự, Deschlag viết rằng các nguyên tố sau urani được cho là sẽ có muối sulfide tương ứng không tan, tương đồng với kim loại chuyển tiếp thuộc hàng 3. Nhưng ông lưu ý thêm các nguyên tố sau actini được phát hiện có tính chất khác với kim loại chuyển tiếp và khẳng định chúng không tạo thành muối sulfide không tan. Tuy nhiên, hydroxide của An lại không tan Cuối cùng, nhiều phức chất An có màu "đậm và sặc sỡ".|group=n}} nhưng chỉ có Ge, Te và Po rõ ràng là có hợp chất hydroxide không tan một cách hữu hiệu. Trừ At, các kim loại trên đều thu được ở dạng kết tủa (sulfide) có màu từ dung dịch muối của chúng; Do là các nguyên tố khối p nên phức chất của chúng thường không màu.|group=n}}

Ở lĩnh vực hóa sinh, trên cơ sở các ion của chúng hoạt động theo đặc trưng acid Lewis (chất nhận một cặp electron) trong dung dịch nước, kim loại nặng đôi khi được định nghĩa là kim loại loại B hoặc kim loại trung gian. Trong hệ thống phân loại này, ion kim loại loại A ưa chất cho oxy; ion loại B ưa chất cho nitơ hoặc lưu huỳnh; ion kim loại trung gian thể hiện đặc trưng loại A hoặc loại B tùy trường hợp.|group=n}} Kim loại loại A, vốn thường có độ âm điện thấp cùng khả năng tạo liên kết có độ ion cao, bao gồm các kim loại kiềm và kiềm thổ, nhôm, kim loại nhóm 3, cùng kim loại họ Lanthan và Actini. Vì tương đối nhỏ nên các ion +2 hoặc +3 của chúng có mật độ điện tích cao, làm phân cực các đám mây electron lân cận. Kết quả cuối cùng là các hợp chất Be và Al mang đặc trưng cộng hóa trị đáng kể.|group=n}} Kim loại loại B thường có độ âm điện cao hơn và khả năng tạo liên kết với đặc trưng cộng hóa trị đáng kể, chủ yếu gồm các kim loại chuyển tiếp và hậu chuyển tiếp nặng hơn. Nhóm kim loại trung gian phần lớn bao gồm các kim loại chuyển tiếp và hậu chuyển tiếp nhẹ hơn (cùng với arsenic và antimon). Sự khác biệt giữa kim loại nhóm A với hai nhóm còn lại rất rõ ràng. Một đề xuất được trích dẫn nhiều trong các bài báo khoa học đề nghị áp dụng hệ thống phân loại như trên thay vì tên gọi trừu tượng hơn kim loại nặng,

Danh sách kim loại nặng theo khối lượng riêng
Khối lượng riêng từ 5&nbsp;g/cm3 trở lên đôi lúc được xem là yếu tố xác định kim loại nặng thường dùng, và do hiện vẫn chưa có cách định nghĩa thống nhất, nên tiêu chí này được sử dụng để thiết lập danh sách và (nếu không nói gì thêm) sẽ là tiêu chí định hướng cho phần còn lại của bài viết. Á kim đáp ứng các tiêu chí áp dụng—chẳng hạn như arsenic và antimon—đôi khi được xếp vào nhóm kim loại nặng, đặc biệt trong hóa học môi trường như trường hợp ở đây. Seleni (khối lượng riêng 4,8&nbsp;g/cm3) cũng được liệt kê trong danh sách. Nó có khối lượng riêng thấp một chút so với tiêu chí đặt ra và thỉnh thoảng được phân loại là á kim, nhưng có tính chất hóa học trong nước tương đồng ở một số phương diện với arsenic và antimon. Một số kim loại khác vốn đôi khi được xếp vào nhóm kim loại "nặng", như beryli (khối lượng riêng 1,8&nbsp;g/cm3), nhôm calci (1,55&nbsp;g/cm3), và bari trong trường hợp này sẽ được xem là kim loại nhẹ và nói chung sẽ không được khảo sát thêm nữa.

|- valign=top
|
|

|- valign=top
|
|

|Bismuth
|Cadmi
|Hafni
|Mangan
|Protactini
|Rheni
|Seleni
|Teluri
|Thali
|Thori
|Thủy ngân
|Vanadi
|Zirconi
}}
|-
| colspan="2" style="text-align:center; background: "|Kim loại sản xuất chủ yếu qua biến đổi hạt nhân (phân loại theo tính bền)
|- valign=top
|
|
&thinsp;
|Americi
|Berkeli
|Californi
|Curi
|Dubni
|Einsteini
|Fermi
|Mendelevi
|Neptuni&thinsp;
|Plutoni&thinsp;
|Poloni&thinsp;
|Promethi&thinsp;
|Radi&thinsp;
|Techneti&thinsp;
}}
|- valign=top
|
|
&thinsp;&thinsp;
|Bohri
|Copernici
|Darmstadti
|Flerovi
|Hassi
|Lawrenci
|Livermori
|Moscovi
|Meitneri
| Nihoni
|Nobeli
|Roentgeni
|Rutherfordi
|Seaborgi
| Tennessine
}}
|-
| colspan=2 style="border-color:white; background:white; line-height:1.2;" |

|}

Nguồn gốc và sử dụng thuật ngữ
Độ nặng của các kim loại thiên nhiên như vàng, đồng và sắt có thể đã được nhận thấy từ thời tiền sử và từ đó dẫn đến những nỗ lực đầu tiên để chế tạo đồ trang trí, công cụ và vũ khí bằng kim loại nhờ tính dễ uốn của chúng. Tất cả các kim loại được tìm thấy từ thời điểm đó cho đến năm 1809 đều có khối lượng riêng tương đối lớn; độ nặng của chúng được xem là một tiêu chí phân loại độc nhất.

Từ năm 1809 trở đi, những kim loại nhẹ như natri, kali và stronti bắt đầu lần lượt được phân lập thành công. Khối lượng riêng thấp của chúng đã thách thức những hiểu biết thông thường trước đây và người ta đã đề xuất gọi tên chúng là á kim (metalloid, có nghĩa là "giống với kim loại về hình thức hoặc vẻ ngoài"). Đề xuất này bị bỏ qua; các nguyên tố mới này đều được công nhận là kim loại và thuật ngữ á kim từ đó được dùng để chỉ các nguyên tố phi kim và sau này là những nguyên tố khó xác định là kim loại hay phi kim.

Thuật ngữ "kim loại nặng" được sử dụng sớm nhất là vào năm 1817, khi nhà hóa học người Đức Leopold Gmelin chia các nguyên tố thành phi kim, kim loại nhẹ và kim loại nặng. Kim loại nhẹ có khối lượng riêng 0,860–5&nbsp;g/cm3; kim loại nặng 5,308–22,000. Thuật ngữ đó về sau gắn liền với nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn hoặc số hiệu nguyên tử lớn. viết rằng họ Actini từng được cho là chỉ một nhóm chuyển tiếp nguyên tố nặng trong khi Seaborg và cộng sự "ưu tiên&nbsp;... một dãy kim loại nặng giống đất hiếm&nbsp;...". Tuy vậy, trong thiên văn học, nguyên tố nặng là bất kỳ nguyên tố nào nặng hơn hydro và heli.

Chỉ trích
Năm 2002, nhà độc chất học John Duffus nhìn lại những khái niệm được sử dụng trong 60 năm qua và kết luận rằng chúng đa dạng đến mức làm thuật ngữ trở nên vô nghĩa. Cùng với phát hiện trên, việc xếp một số kim loại vào nhóm kim loại nặng cũng gây tranh cãi với lý do rằng chúng quá nhẹ, có tham gia vào quá trình sinh học, hoặc hiếm khi tạo nên chất độc đối với môi trường. Một số ví dụ bao gồm scandi (quá nhẹ); vanadi đến kẽm (quá trình sinh học); rhodi, iridi và osmi (quá hiếm).

Tính phổ biến
Bất chấp việc mang nghĩa đáng nghi ngờ, thuật ngữ kim loại nặng vẫn xuất hiện nhiều trong các tài liệu khoa học. Một nghiên cứu năm 2010 cho thấy nó ngày càng được sử dụng nhiều hơn và dường như đã trở thành một phần của ngôn ngữ khoa học. Nó được cho là một thuật ngữ chấp nhận được nhờ tính tiện lợi và dễ dùng, miễn rằng nó phải đi kèm với một định nghĩa chặt chẽ. Các kim loại nói trên có khối lượng riêng từ 0,534 đến 4,54&nbsp;g/cm3.

Vai trò sinh học

Một lượng nhỏ một số kim loại nặng, phần lớn ở chu kỳ 4, rất cần thiết cho một số quá trình sinh học nhất định. Chúng gồm có sắt và đồng (vận chuyển oxy và electron); cobalt (tổng hợp phức chất và trao đổi chất tế bào); kẽm (hydroxyl hóa); vanadi và mangan (điều hòa hoặc vận hành enzym); chromi (sử dụng glucose); nickel (tăng sinh tế bào); arsenic (tăng sinh trao đổi chất ở một số động vật và có thể ở người) và seleni (hoạt động chống oxy hóa và tổng hợp nội tiết tố). Chu kỳ 5 và 6 chứa ít kim loại nặng thiết yếu hơn, phù hợp với xu hướng chung rằng nguyên tố nặng hơn thường có độ phong phú thấp hơn và nguyên tố hiếm hơn thì càng ít có khả năng là chất khoáng thiết yếu. Ở chu kỳ 5, molybden là nguyên tố cần thiết để làm xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử; cadmi được một số loại tảo silic biển dùng với cùng mục đích trên; thiếc cần có cho sự sinh trưởng của một số loài. Ở chu kỳ 6, wolfram là nguyên tố thiết yếu cho các quá trình trao đổi chất đối với một số cổ khuẩn và vi khuẩn. Trung bình trong một cơ thể người trọng lượng 70&nbsp;kg có khoảng 0,01% kim loại nặng (~7&nbsp;g, tương đương với khối lượng hai hạt đậu khô, trong đó ba thành phần chính là sắt với 4&nbsp;g, kẽm 2,5&nbsp;g và chì 0,12&nbsp;g), 2% kim loại nhẹ (~1,4&nbsp;kg, khối lượng một chai rượu) và gần 98% là phi kim (phần lớn là nước).

Thiếu đi bất kỳ kim loại nặng thiết yếu nào thuộc chu kỳ 4–6 nói trên có thể làm tăng tính mẫn cảm với ngộ độc kim loại nặng (ngược lại, dùng quá nhiều có thể gây tác dụng sinh học bất lợi). Một số ít kim loại nặng vi lượng được ghi nhận có tác dụng sinh học. Gali, germani (một á kim), indi và phần lớn nguyên tố họ Lanthan có thể kích thích trao đổi chất và titani giúp đẩy mạnh sinh trưởng ở thực vật (dù không phải lúc nào cũng được xem là kim loại nặng).

Độc tính
:Trọng tâm của phần này chủ yếu là về tác hại nghiêm trọng nhất của kim loại nặng, bao gồm ung thư, chấn thương não và tử vong, thay vì tác hại đối với da, phổi, dạ dày, thận, gan và tim. Đối với thông tin chi tiết, xem bài Độc tính kim loại, Kim loại nặng độc hại, hoặc bài viết về các nguyên tố hoặc hợp chất tương ứng.
Kim loại nặng thường được cho là có độc tính cao hoặc gây hại với môi trường. Một số thì như vậy, trong khi số khác chỉ gây độc nếu dùng quá mức hoặc dùng ở một số dạng nhất định.

Kim loại nặng môi trường
Chromi, arsenic, cadmi, thủy ngân và chì có khả năng gây hại cao nhất do việc được sử dụng rộng rãi, độc tính của một số kim loại trong đó dưới dạng hợp chất hoặc nguyên tố, cùng với sự phân bố rộng rãi trong môi trường. Chẳng hạn, chromi hóa trị VI có độc tính cao như hơi thủy ngân và nhiều hợp chất của thủy ngân. Năm nguyên tố trên tạo ái lực mạnh với lưu huỳnh; trong cơ thể người chúng thường liên kết, thông qua nhóm thiol (–SH), đến các enzym đóng vai trò kiểm soát tốc độ phản ứng trao đổi chất. Liên kết lưu huỳnh-kim loại tạo thành sẽ làm ức chế hoạt động bình thường của enzym liên quan, làm sức khỏe con người suy giảm, đôi khi gây tử vong. Chromi (ở dạng hóa trị VI) và arsenic là tác nhân gây ung thư; cadmi gây một căn bệnh thoái hóa xương; thủy ngân và chì làm tổn hại hệ thần kinh trung ương.
Tập tin:Chromium crystals and 1cm3 cube.jpg|alt=A silvery finger of chromium irregularly encrusted with diamond-like chunks of chromium of varying size. There is also a one-third sized version of the finger and three roughly hewn gem-like chunks of chromium, as well as the cube. There is a partial reflection of one of the three gem-like chunks in one of the faces of the cube.|Tinh thể chromi và khối 1&nbsp;cm3
Tập tin:Arsen 1a.jpg|alt=Two dull silver clusters of crystalline shards|Arsenic, được cất trữ kín để chống xỉn màu
Tập tin:Cadmium-crystal bar.jpg|alt=A more or less smooth silvery finger of cadmium with some slightly angled faces plus a dull cube|Thanh cadmi và khối 1&nbsp;cm3
Tập tin:Pouring liquid mercury bionerd.jpg|alt=A silvery molasses- like liquid being poured into a circular container with a height equivalent to a smaller coin on its edge|Thủy ngân đang được đổ xuống một đĩa Petri
Tập tin:Lead electrolytic and 1cm3 cube.jpg|alt=Three, dark broccoli shaped clumps of oxidised lead with grossly distended buds, and a cube of lead which has a dull silvery appearance.|Chì đã oxy hóa và khối 1&nbsp;cm3
Chì là tạp chất kim loại nặng phổ biến nhất. Hàm lượng chì trong môi trường nước của các quốc gia công nghiệp hóa được ước tính bằng khoảng hai đến ba lần so với thời tiền công nghiệp. Là một thành phần của tetraethyl chì, (CH3CH2)4Pb, nó được dùng rộng rãi trong xăng vào những năm 1930–1970. Mặc dù việc sử dụng xăng pha chì đã gần như bị loại bỏ tại Bắc Mỹ đến năm 1996, nhưng đất bên cạnh đường sá xây dựng trước thời điểm này vẫn còn có nồng độ chì cao. Các nghiên cứu sau này đã chứng tỏ sự tồn tại mối tương quan mang ý nghĩa thống kê giữa tỉ lệ dùng xăng pha chì với tội phạm bạo lực tại Mỹ; khi xét đến độ trễ thời gian 22 năm (đối với tuổi trung bình của tội phạm bạo lực), đường cong tỉ lệ tội phạm bạo lực hầu như đi đúng theo đường cong tỉ lệ phơi nhiễm chì.

Một số kim loại nặng khác với tính nguy hại tiềm ẩn, thường dưới dạng tạp chất môi trường gây độc, bao gồm mangan (tổn thương hệ thần kinh trung ương); cobalt và nickel (chất gây ung thư); đồng, kẽm, seleni và bạc (rối loạn nội tiết, bất thường bẩm sinh, hoặc ảnh hưởng nói chung đối với cá, thực vật, chim và các sinh vật sống dưới nước khác); thiếc, ở dạng hợp chất hữu cơ (tổn thương hệ thần kinh trung ương); antimon (được cho là chất gây ung thư); và thali (tổn thương hệ thần kinh trung ương). Mn, Co và Sn được liệt kê trong danh mục chất ô nhiễm quốc gia của chính phủ Australia.|group=n}}|group=n}}

Kim loại nặng đa lượng
Kim loại nặng thiết yếu cho sự sống có thể gây độc nếu dùng lượng quá nhiều; một số kim loại có dạng gây độc đáng chú ý. Vanadi pentoxide (V2O5) là chất gây ung thư ở động vật và gây hư hại DNA khi hít phải. Ăn uống nhiều hơn 0,5&nbsp;gam sắt có thể gây trụy tim; hiện tượng quá liều như vậy xảy ra phổ biến nhất ở trẻ em và có thể gây tử vong trong vòng 24&nbsp;giờ. Hấp thụ khoảng 5&nbsp;miligam seleni trở lên, lớn hơn khoảng 10 lần mức nhu cầu khuyến nghị tối đa hằng ngày 0,45&nbsp;miligam, gây ra độc tính mạnh; ngộ độc về lâu dài có thể gây liệt.|group=n}}

Kim loại nặng khác
Một số ít kim loại nặng không thiết yếu khác có một hoặc nhiều dạng gây độc. Các ca suy thận và tử vong đã được ghi nhận do ăn thực phẩm chức năng chứa germani (~15 đến 300&nbsp;g tổng lượng tiêu thụ trong vòng hai tháng đến ba năm). và tử vong. Muối indi gây độc khi ăn phải với liều lượng vài miligam trở lên, ảnh hưởng đến thận, gan và tim. Cisplatin (PtCl2(NH3)2), một thuốc quan trọng dùng để tiêu diệt tế bào ung thư, cũng là chất độc đối với thận và hệ thần kinh.

Nguồn phơi nhiễm
Kim loại nặng có thể làm suy giảm chất lượng không khí, nước và đất, kéo theo đó gây ra các vấn đề về sức khỏe ở thực vật, động vật và người, khi chúng tích tụ dần do hoạt động công nghiệp. Các nguồn kim loại nặng chủ yếu trong trường hợp này bao gồm khai thác mỏ và chất thải công nghiệp; khí thải xe cộ; pin chì-acid; phân bón; sơn; gỗ đã qua xử lý; cơ sở hạ tầng cấp nước xuống cấp; và vi nhựa trôi nổi trên các đại dương. Một số ví dụ gần đây về ô nhiễm kim loại nặng bao gồm sự xuất hiện bệnh Minamata ở Nhật Bản (1932–1968; các vụ kiện đang diễn ra tại thời điểm năm 2016); thảm họa đập Mariana ở Brazil tháng 11 năm 2015; hay nồng độ chì cao trong nước uống cấp cho người dân tại Flint, Michigan, ở vùng đông bắc nước Mỹ.

Quá trình hình thành, độ phong phú, tồn tại và điều chế

Những đặc tính trên giúp chúng ta dễ dàng phân biệt một kim loại nhẹ như natri với một kim loại nặng như wolfram, nhưng sự khác biệt này không còn rõ ràng đối với những kim loại ở vùng ranh giới. Kim loại cấu trúc nhẹ như beryli, scandi và titani có một số đặc tính của kim loại nặng như nhiệt độ nóng chảy cao;|group=n}} kim loại nặng hậu chuyển tiếp như kẽm, cadmi và chì có một số đặc tính của kim loại nhẹ như: tương đối mềm, nhiệt độ nóng chảy thấp hơn; cadmi và chì có độ cứng thấp hơn, lần lượt là 2,0 và 1,5. Kẽm có nhiệt độ nóng chảy "thấp" ở mức 693&nbsp;K; cadmi và chì nóng chảy tại 595 và 601&nbsp;K.|group=n}} và chủ yếu tạo thành các phức chất không màu.

Một số ứng dụng thường gặp của kim loại nặng được dựa trên các tính chất chung của kim loại như tính dẫn điện và tính phản xạ, hoặc những đặc tính chung của kim loại nặng như khối lượng riêng và độ bền. Một số ứng dụng khác phụ thuộc vào tính chất của nguyên tố cụ thể, chẳng hạn như vai trò sinh học (là chất dinh dưỡng hoặc chất độc) hoặc một số tính chất nguyên tử cụ thể khác, bao gồm: orbital d hoặc f lấp đầy một phần (trong nhiều kim loại nặng chuyển tiếp, thuộc họ Lanthan và Actini) để tạo hợp chất có màu; khả năng để phần lớn ion kim loại nặng (như platin, ceri và bismuth) tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau dẫn đến đóng vai trò xúc tác; orbital 3d hoặc 4f xen phủ kém (trong sắt, cobalt và nickel, hoặc kim loại nặng họ Lanthan từ europi đến thulium) gây hiệu ứng từ; số hiệu nguyên tử và mật độ electron cao làm cơ sở cho các ứng dụng khoa học hạt nhân. Những ứng dụng điển hình của kim loại nặng có thể được chia thành sáu nhóm chính dưới đây.

Ứng dụng dựa trên trọng lượng hoặc khối lượng riêng
(như hình) hoặc viola, dây C đôi khi có kết hợp thêm wolfram; khối lượng riêng lớn của nó giúp hạ đường kính dây và cải thiện độ nhạy của dây.]]
Một số ứng dụng của kim loại nặng, bao gồm trong thể thao, kỹ thuật cơ khí, vũ khí quân sự và khoa học hạt nhân được dựa trên khối lượng riêng tương đối lớn của chúng. Trong lặn dưới nước, chì được dùng làm vật dằn; trong đua ngựa có chấp, mỗi con ngựa phải mang theo vật nặng bằng chì với khối lượng xác định dựa vào nhiều yếu tố bao gồm thành tích trước đây để đảm bảo tính công bằng. Trong golf, chi tiết chèn làm bằng wolfram, đồng hoặc đồng thau trong gậy đường bóng làm hạ trọng tâm của gậy xuống, giúp người chơi dễ dàng đưa bóng lên trời; bóng golf với lõi bằng wolfram được cho là có đặc tính bay tốt hơn. Trong câu cá bằng ruồi, dây câu chìm có một lớp phủ PVC bao bằng bột wolfram để nó chìm với tốc độ cần thiết. Đối với thể thao điền kinh trong sân vận động, quả cầu thép dùng trong môn ném búa và đẩy tạ được làm đầy bằng chì nhằm đạt trọng lượng tối thiểu quy định theo luật quốc tế. Wolfram trước đây từng được sử dụng trong búa ném ít nhất đến năm 1980; kích thước tối thiểu của quả cầu được nâng lên vào năm 1981 nhằm loại bỏ sự cần thiết phải dùng một kim loại đắt đỏ (chi phí gấp ba lần các loại búa ném khác) vốn không có sẵn ở tất cả các nước. Búa ném bằng wolfram nặng đến mức đâm quá sâu vào mặt cỏ.

Trong kỹ thuật cơ khí, kim loại nặng được dùng làm vật dằn trong tàu thuyền, máy bay và xe cơ giới; hoặc trong vật nặng cân bằng ở bánh xe và trục khuỷu, con quay hồi chuyển và thiết bị đẩy (chân vịt tàu, cánh quạt máy bay), và khớp ly hợp ly tâm, trong điều kiện cần trọng lượng tối đa ở không gian tối thiểu (chẳng hạn như trong bộ máy đồng hồ). và đạn mũi tên xuyên, cũng như trong vũ khí hạt nhân để tăng hiệu suất (qua phản xạ neutron và làm chậm quá trình giãn nở của vật liệu phản ứng trong giây lát). Vào những năm 1970, tantal được phát hiện có hiệu suất cao hơn đồng trong lượng nổ lõm và lõi xuyên giáp nổ tạo hình (EFP) do khối lượng riêng cao hơn giúp tập trung lực lớn hơn, cùng khả năng biến dạng tốt hơn. Kim loại nặng ít độc như đồng, thiếc, wolfram và bismuth và có thể có mangan (cùng với bor, một á kim), đã thay thế chì và antimon trong đạn xanh do một số quân đội sử dụng và trong một số loại đạn dược bắn tiêu khiển. Đã có những nghi ngờ được đặt ra về độ an toàn (hoặc độ thân thiện với môi trường) của wolfram.

Do vật liệu có khối lượng riêng lớn hấp thụ nhiều phóng xạ hơn, nên kim loại nặng có vai trò quan trọng trong bảo vệ phóng xạ và chuẩn trực tia phóng xạ trong máy gia tốc hạt tuyến tính và trong trị liệu bức xạ.

Ứng dụng dựa trên độ bền
. Phần ứng bằng hợp kim thép không gỉ tạo sức bền cho cấu trúc; lớp vỏ bằng đồng tạo khả năng chống ăn mòn.; |group=n}}]]
Độ bền của các kim loại nặng như chromi, sắt, nickel, đồng, kẽm, molybden, thiếc, wolfram và chì cùng các hợp kim của chúng đã mang lại tính hữu dụng cho việc sản xuất nhiều sản phẩm như công cụ, máy móc, đồ gia dụng, dụng cụ nhà bếp, đường ống, công trình xây dựng và cầu đường, ô tô, đồ nội thất, tàu thuyền, tiền đúc và đồ trang sức. Chúng còn là phụ gia hợp kim để tăng cường cho tính chất của các kim loại khác.|group=n}} Trong 24 nguyên tố có trong tiền đúc được lưu hành trên thế giới, chỉ có carbon và nhôm không phải là kim loại nặng. chia các kim loại dùng để đúc tiền thành nhiều nhóm gồm kim loại quý (ví dụ như bạc, vàng, platin); kim loại nặng có độ bền cao (nickel); kim loại nặng có độ bền thấp (đồng, sắt, kẽm, thiếc và chì); kim loại nhẹ (nhôm).|group=n}} Vàng, bạc và platin được dùng trong trang sức; ước tính có khoảng 6 tấn vàng bị hao phí mỗi năm trên toàn cầu do nhẫn cưới 18 carat bị mài mòn từ từ.|group=n}} tương tự đối với (chẳng hạn) nickel, đồng, indi và cobalt trong vàng màu. Trang sức giá rẻ và đồ chơi trẻ em có thể được làm (đến một mức nhất định) bằng kim loại nặng như chromi, nickel, cadmi hoặc chì.

Đồng, kẽm, thiếc và chì là những kim loại yếu hơn về mặt cơ học nhưng có đặc tính chống ăn mòn hữu ích. Dù mỗi kim loại trong số này sẽ phản ứng với không khí, nhưng lớp màng thu được gồm nhiều muối đồng, kẽm carbonat, thiếc oxide, hoặc hỗn hợp chì oxide, carbonat và sulfat, sẽ tạo ra những đặc tính bảo vệ có ích. Đồng và chì do đó được dùng làm vật liệu mái nhà chẳng hạn; kẽm đóng vai trò là chất chống ăn mòn trong thép mạ kẽm; và thiếc có vai trò tương tự trong lon thiếc.

Khả năng gia công và chống ăn mòn của sắt và chromi tăng lên bằng cách thêm gadolini; tính chống rão của nickel được cải thiện khi cho thêm thori. Teluri được thêm vào hợp kim đồng và thép để cải thiện khả năng gia công; vào chì để giúp nó cứng hơn và bền hơn với acid.

Sinh học và hóa học
được dùng làm xúc tác trong lò nướng tự làm sạch]]
Người ta đã biết tác dụng diệt khuẩn của một số kim loại nặng từ thời cổ đại. Platin, osmi, đồng, rutheni và các kim loại nặng khác (bao gồm arsenic) đã được ứng dụng hoặc cho thấy tiềm năng trong các liệu pháp điều trị ung thư. Antimon (chống sinh vật nguyên sinh), bismuth (chống loét), vàng (chống viêm khớp) và sắt (chống sốt rét) cũng rất quan trọng trong y học. Đồng, kẽm, bạc, vàng hoặc thủy ngân đều có trong các dạng chất sát trùng; một lượng nhỏ một số kim loại nặng được dùng để kiểm soát sự sinh trưởng của tảo trong tháp giải nhiệt chẳng hạn. Tùy vào mục đích sử dụng làm phân bón hoặc chất diệt khuẩn, sản phẩm nông hóa học có thể chứa các kim loại nặng như chromi, cobalt, nickel, đồng, kẽm, arsenic, cadmi, thủy ngân hoặc chì.

Một vài kim loại nặng được dùng làm xúc tác trong xử lý nhiên liệu (ví dụ như rheni), sản xuất cao su và sợi tổng hợp (bismuth), thiết bị kiểm soát khí thải (paladi) và trong lò nướng tự làm sạch (ceri(IV) oxide ở thành lò giúp oxy hóa bã thực phẩm gốc carbon). Kim loại nặng còn tạo thành xà phòng không tan dùng trong mỡ bôi trơn, chất làm khô sơn và thuốc diệt nấm (ngoại trừ lithi, kim loại kiềm và ion amoni tạo thành xà phòng tan).

Tạo màu và quang học

Màu của thủy tinh, men gốm, sơn, chất màu và chất dẻo thường được tạo ra khi thêm kim loại nặng (hoặc hợp chất của chúng) như chromi, mangan, cobalt, đồng, kẽm, seleni, zirconi, molybden, bạc, thiếc, praseodymi, neodymi, erbi, wolfram, iridi, vàng, chì hoặc urani. Mực xăm có thể chứa các kim loại nặng như chromi, cobalt, nickel và đồng. Độ phản xạ cao của một số kim loại nặng đóng vai trò quan trọng trong chế tạo gương, bao gồm dụng cụ thiên văn chính xác cao. Chóa đèn pha được dựa trên độ phản xạ cực tốt của một màng mỏng rhodi.

Điện tử, nam châm và chiếu sáng
trải dài trên diện tích 25,6&nbsp;kilomet vuông (9,5&nbsp;dặm vuông)]]
Kim loại nặng hoặc các hợp chất của chúng có trong linh kiện điện tử, điện cực cùng với hệ thống mạch điện và tấm quang năng, ở đó chúng có thể làm chất dẫn diện, bán dẫn hoặc cách điện. Bột molybden có trong mực phủ mạch in. Anode titani đã phủ rutheni(IV) oxide được dùng để sản xuất chlor trong công nghiệp. Mạng điện gia đình phần lớn được đấu nối bằng dây đồng do đặc tính dẫn điện tốt của nó. Bạc và vàng được sử dụng trong các thiết bị điện và điện tử, đặc biệt là công tắc tiếp xúc nhờ tính dẫn điện tốt và khả năng chống lại hoặc giảm thiểu sự hình thành tạp chất trên bề mặt của chúng. Hai chất bán dẫn cadmi(II) teluride và gali(III) arsenide được ứng dụng trong sản xuất tấm quang năng. Hafni(IV) oxide, một chất cách điện, được dùng để điều chỉnh điện áp trong vi mạch; tantal(V) oxide, một chất cách điện khác, có trong tụ điện của điện thoại di động. Kim loại nặng đã được sử dụng trong pin điện trong hơn 200 năm, ít nhất từ khi Volta phát minh ra pin đồng và bạc mang tên mình vào năm 1800. Promethi, lanthan và thủy ngân là ba kim loại nặng khác lần lượt được tìm thấy trong pin nguyên tử, pin nickel hydride kim loại và pin cúc áo.

Nam châm được làm từ các kim loại nặng như mangan, sắt, cobalt, nickel, niobi, bismuth, praseodymi, neodymi, gadolini và dysprosi. Nam châm neodymi là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất có trên thị trường. Chúng là thành phần chính trong khóa cửa xe ô tô, hệ thống khởi động, bơm nhiên liệu và cửa sổ điện, chẳng hạn.

Kim loại nặng còn được dùng trong chiếu sáng, laser và diode phát quang (LED). Màn hình phẳng thường kết hợp thêm một màng mỏng indi thiếc oxide dẫn điện. Đèn huỳnh quang phụ thuộc vào hơi thủy ngân để hoạt động. Laser hồng ngọc tạo những chùm sáng màu đỏ đậm bởi các nguyên tử chromi kích thích; các nguyên tố họ Lanthan cũng được sử dụng nhiều trong laser. Gali, indi và arsenic; đồng, iridi và platin được dùng trong LED (trong đó đồng, iridi và platin dùng ở LED hữu cơ).

Hạt nhân
với anode quay điển hình; anode làm bằng một hợp kim wolfram-rheni trên lõi làm từ molybden, được lót bằng than chì. rheni giúp wolfram chống chịu sốc nhiệt tốt hơn; molybden và than chì đóng vai trò tản nhiệt. Molybden còn có khối lượng riêng chỉ gần bằng một nửa wolfram, làm giảm trọng lượng của anode. Trong hiển vi điện tử, kim loại nặng như chì, vàng, paladi, platin hoặc urani được dùng để tạo nên lớp phủ dẫn điện và đưa chùm electron vào mẫu vật sinh học qua nhuộm, nhuộm âm tính hoặc lắng đọng chân không. Trong khoa học hạt nhân, hạt nhân của các kim loại nặng như chromi, sắt hoặc kẽm đôi lúc được bắn phá vào các hạt nhân kim loại nặng khác để hình thành nguyên tố siêu nặng; kim loại nặng cũng được dùng làm bia phá vỡ để tạo neutron hoặc đồng vị phóng xạ như astatin (sử dụng chì, bismuth, thori hoặc urani).

Tham khảo
Chú giải

Chú thích tham khảo

Thư mục




}}






}}
}}






}}

}}













}}
}}





}}


(tái bản có chỉnh lý 2007)

}} (bản thảo)
}}
}}
|access-date=2022-08-24 |archive-date=2022-08-24 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220824025634/https://kd.nsfc.gov.cn/paperDownload/991690589.pdf }}










}}















}}











}}
}}
}}



}}

}}










(bản dịch tiếng Anh)


}}

}}





}}


























}}






}}







(tờ in rời)










}}

}}





}}






}}









}}


}}
}}





}}


}}


}}











}}






Đọc thêm
Định nghĩa và sử dụng thuật ngữ
Đề xuất định nghĩa kim loại nặng là "kim loại tồn tại trong tự nhiên có số hiệu nguyên tử (Z) lớn hơn 20 và khối lượng riêng nguyên tố lớn hơn 5&nbsp;gcm−3".
Có khảo sát về các nghĩa khác nhau của thuật ngữ.
Góc nhìn từ một nhà hóa học.
Phát hiện rằng, dù thiếu tính cụ thể, thuật ngữ vẫn trở thành một phần của ngôn ngữ khoa học.

Độc tính và vai trò sinh học
Có thông tin về ứng dụng và độc tính của Hg, Pb, Cd, As và Cr.
Một bài báo có số lượng trích dẫn lớn, tập trung vào vai trò sinh học của kim loại nặng.

Quá trình hình thành


Ứng dụng


Tác giả giải thích tantal(V) oxide đã "đẩy đi" điện thoại di động "cục gạch" như thế nào. Xem thêm podcast.

Liên kết ngoài