Smagie metāli

Par smagajiem metāliem sauc metālus ar relatīvi augstu blīvumu, atommasu vai atomskaitli. Šis terminam nav vienotas vispārpieņemtas definīcijas, tā nozīme var mainīties atkarībā no autora un konteksta.

Osmija, blīvākā elementa, kristāli

Bieži par smagajiem metāliem sauc metālus, kuru blīvums ir lielāks par 5 g/cm³.^[1] Pēc šīs definīcijas smagie metāli ir liela daļa pārejas metālu, daudzi p grupas metāli, visi lantanoīdi un aktinoīdi, kā arī rādijs. Tiesa gan, šī robeža dažādos avotos var būt no 3,5 līdz 7 g/cm³.^[2] Definējot smagos metālus pēc atommasas arī ir izmantotas dažādas definīcijas — dažos avotos par smagajiem metāliem sauc tos, kuriem ir lielāka atommasa par nātriju,^[2] dažos šī robeža sākas ar dzīvsudrabu.^[3] Šo terminu mēdz asociēt arī ar toksiskumu un vides piesārņojumu.^[4] Strīdīgs ir arī jautājums par pusmetālu iekļaušanu starp smagajiem metāliem.

Dabā tīrā veidā sastopamo metālu, piemēram, zelta, vara un dzelzs, smagums tika pamanīts jau aizvēsturē. Sākotnēji visi atklātie metāli bija relatīvi smagi, līdz ar to tas tika uzskatīta par vienu no metālu īpašībām. Sākot ar 1809. gadu, tika atklāti vairāki vieglie metāli, piemēram, nātrijs, kālijs, stroncijs. Viena no pirmajām reizēm, kad tika izmantots termins "smagie metāli", bija 1817. gadā, kad vācu ķīmiķis Leopolds Gmelins iedalīja visus elementus nemetālos, vieglajos metālos un smagajos metālos.^[5] Pēc viņa definīcijas vieglajiem metāliem blīvums bija līdz 5,0 g/cm³, bet smagajiem metāliem sākot ar 5,3 g/cm³.^[6] Vēlāk šo terminu sāka attiecināt uz elementiem ar augstu atommasu vai atomskaitli.^[2]

2002. gadā skotu toksikologs Džons Dufuss, pētot termina "smagie metāli" lietojumu pēdējos 60 gados, secināja, ka tas ir tik plašs, ka šis termins ir "praktiski bezjēdzīgs".^[2] Viņš arī secināja, ka nav sakarības starp metālu blīvumu un īpašībām, ko uzskata par raksturīgām smagajiem metāliem, piemēram, toksiskumu. Par spīti tā apšaubāmajai nozīmei, šis termins regulāri tiek izmantots zinātniskajā literatūrā. Tā lietošana tiek uzskatīta par pieļaujamu, ja tam klāt ir dota stingra definīcija.^[7]

Metāli, kuru blīvums lielāks par 5 g/cm3

Blīvums 5—10 g/cm3 4. perioda elementi: Vanādijs (6,11 g/cm3); Hroms (7,15 g/cm3); Mangāns (7,21 g/cm3); Dzelzs (7,874 g/cm3); Kobalts (8,90 g/cm3); Niķelis (8,908 g/cm3); Varš (8,933 g/cm3); Cinks (7,134 g/cm3); Gallijs (5,91 g/cm3); Germānijs* (5,323 g/cm3); Arsēns* (5,776 g/cm3); 5. perioda elementi: Cirkonijs (6,52 g/cm3); Niobijs (8,57 g/cm3); Kadmijs (8,65 g/cm3); Indijs (7,31 g/cm3); Alva (7,265 g/cm3); Antimons* (6,697 g/cm3); Telūrs* (6,24 g/cm3); 6. perioda elementi: Lantāns (6,162 g/cm3); Bismuts (9,78 g/cm3); Polonijs (9,196 g/cm3); 7. perioda elementi: Rādijs (5,5 g/cm3); Lantanoīdi: Cērijs (6,770 g/cm3); Prazeodīms (6,773 g/cm3); Neodīms (7,01 g/cm3); Prometijs (7,26 g/cm3); Samārijs (7,52 g/cm3); Eiropijs (5,244 g/cm3); Gadolīnijs (7,90 g/cm3); Terbijs (8,23 g/cm3); Disprozijs (8,54 g/cm3); Holmijs (8,79 g/cm3); Erbijs (9,066 g/cm3); Tūlijs (9,32 g/cm3); Iterbijs (6,965 g/cm3); Lutēcijs (9,841 g/cm3); Aktinoīdi: Einšteinijs (8,84 g/cm3).

Blīvums 10—20 g/cm3 5. perioda elementi: Molibdēns (10,28 g/cm3); Tehnēcijs (11 g/cm3); Rutēnijs (12,45 g/cm3); Rodijs (12,41 g/cm3); Pallādijs (12,023 g/cm3); Sudrabs (10,49 g/cm3); 6. perioda elementi: Hafnijs (13,31 g/cm3); Tantals (16,69 g/cm3); Volframs (19,25 g/cm3); Zelts (19,30 g/cm3); Dzīvsudrabs (13,534 g/cm3); Tallijs (11,85 g/cm3); Svins (11,34 g/cm3); 7. perioda elementi: Aktīnijs (10,07 g/cm3); Aktinoīdi: Torijs (11,7 g/cm3); Protaktīnijs (15,37 g/cm3); Urāns (19,1 g/cm3); Plutonijs (19,816 g/cm3); Amerīcijs (12 g/cm3); Kirijs (13,51 g/cm3); Berklijs (14,78 g/cm3); Kalifornijs (15,1 g/cm3).

Blīvums >20 g/cm3 6. perioda elementi: Rēnijs (21,02 g/cm3); Osmijs (22,61 g/cm3); Irīdijs (22,56 g/cm3); Platīns (21,45 g/cm3); Aktinoīdi: Neptūnijs (20,45 g/cm3).

* — pusmetāli.

Atsauces

1. E. Jansons, U. Bergmanis, I. Meirovics, P. Vītols. Ķīmija. Rokasgrāmata skolēniem. Zvaigzne, 1994.
2. Duffus J. H. 2002, " 'Heavy metals'—A meaningless term?", Pure and Applied Chemistry, vol. 74, no. 5, pp. 793–807, doi:10.1351/pac200274050793.
3. Baldwin D. R. & Marshall W. J. 1999, "Heavy metal poisoning and its laboratory investigation", Annals of Clinical Biochemistry, vol. 36, no. 3, pp. 267–300, doi:10.1177/000456329903600301.
4. Yadav, M., Gupta, R., & Sharma, R. K. (2019). Green and Sustainable Pathways for Wastewater Purification. Advances in Water Purification Techniques, 355–383. doi:10.1016/b978-0-12-814790-0.00014-4
5. Habashi F. 2009, "Gmelin and his Handbuch" Arhivēts 2016. gada 15. aprīlī, Wayback Machine vietnē., Bulletin for the History of Chemistry, vol. 34, no. 1, pp. 30–1.
6. Gmelin L. 1849, Hand-book of chemistry, vol. III, Metals, translated from the German by H. Watts, Cavendish Society, London.
7. Rainbow P. S. 1991, "The biology of heavy metals in the sea", in J. Rose (ed.), Water and the Environment, Gordon and Breach Science Publishers, Philadelphia, pp. 415–432, ISBN 978-2-88124-747-7.