Ауыр металдарға Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі салмағы 50 атомдық бірліктен артық 40-тан астам химиялық эдементтер кіреді. Ауыр металдардың жер қыртысындағы мөлшері бойынша n·106-n·10-2% сирек элементтерге, ал таралуы бойынша – шашыранды элементтерге жатады.
Н. Рейсмерстің классификациясы бойынша тығыздығы 8 г/см3 жоғары элементтерді ауыр металдар деп атайды.
Қауіптілігіне байланысты ауыр металдарды 3 топқа бөледі:
Өте уытты, оларға - кадмий, мышьяк, сынап, қорғасын жатады.
Уытты, оларға – кобальт, мыс, молибден, никель жатады.
Уыттылығы аз, оларға- барий, ванадий, вольфрам, марганец жатады.
Элементтер
Элементтердің әсерінен кейін
Залал көздері
Сынап
Жүйке жүйесінің бұзылуы, ішек-қарын жолдарының, бүйрек қызметінің ауытқуы, хромосомды өзгерістер.
Жер үсті, жер асты суларының және топырақтың ластануы.
Сүйек ұлпаларының бұзылуы, қанда протейндер синтезделуінің тежелуі, жүйке жүйесінің ауытқуы, асқазан жолын уландырады.
Жер үсті, жер асты суларының және топырақтың ластануы.
Мыс
Ұлпадағы органикалық өзгерістер, сүйек ұлпаларының ыдырауы, гепатит.
Жер үсті, жер асты суларының және топырақтың ластануы.
Кадмий
Бауыр циррозы, бүйрек қызметінің ауытқуы, протнурия.
Топырақтың ластануы.
Ауыр металдардың жоғары концентрацияларының адам денсаулығына әсері
Топырақ қабатындағы ауыр металдар:
1) Топырақтың қатты фазасының құрамындағы берік байланған ауыр металдар;
2) Топырақтың қатты фазасы құрамындағы ауыр металдардың жылжымалы түрлері;
3) Топырақ ерітіндісіндегі ауыр металдар қосылыстары;
4) Топырақ ауасының құрамындағы ауыр металдар қосылыстары;
5) Тірі ағзалар құрамында ауыр металдар қосылыстары сияқты негізгі түрлерге бөлінеді.
Топырақ қабатындағы ауыр металдардың өзгеруіне, көшіп-қону қасиеттеріне, жылжымалығына төмендегі негізгі факторлар:
1) топырақтың механикалық құрамы;
2) топырақтың қышқылдығы (рН көрсеткіші);
3) топырақтың буферлігі;
4) органикалық зат мөлшері және тағы басқалар әсер етеді
Топырақтың механикалық құрамы ауыр металдардың жылжымалығына тікелей әсер етеді. Механикалық құрамы ауырланған сайын топырақ бөлшектері мен жылжымалы түріндегі ауыр металдардың бекітілуі артады.
Топырақтын рН көрсеткіші ауыр металдардың жылжымалығына айтарлықтай әсерін тигізеді. Қышқыл ортада (< рН 5,5-6) Pb, Zn, Cu сияқты ауыр металл иондардың жылжымалығы арта түседі, ал Cd және Co иондары сілтілі (>рН -8) ортада өсімдіктерге жақсы сіңеді.
Ауыр металдар табиғи суларға құрамында химиялық қосылыстар мен металл қалдықтары бар қолданылған өндіріс суларымен, жауын-шашын суларымен, әртүрлі химиялық қондырғылар апатты жағдайларға ұшырағанда түседі.
Құрамында ауыр металдары бар ақаба сулардың құйылуы нәтижесінде су жүйесінде әртүрлі физикалық, химиялық және биологиялық өзгерістер жүреді.
Бұл өзгерістерді екі категорияға бөліп қарастыруға болады:
1) қоршаған орта жағдайларының металдардың күйіне әсер етуіне байланысты пайда болатын өзгерістер;
2) металдардың қоршаған орта жағдайларына әсер етуіне байланысты пайда болатын өзгерістер.
Су массасының физика-химиялық жағдайларына байланысты металдардың миграциясы төмендегідей формада өтеді:
салмақты (минералдармен және органикалық бөліктермен сіңіргіш кешен түзуі) заттар;
коллоидты заттар;
иондық еріген;
комплексті қосылыстар түрінде.
Барлық металдар ерітіндіде гидратация реакциясына ұшырайды, мұнда лигандтың рөлін су молекуласы атқарады.
Men++mH2O ↔ [Me(H2O)m]n+
Суда басқа да лигандтар, мысалы, Cl-, SO42- болуы мүмкін, сондықтан орын басу реакциялары жүреді:
[Me(H2O)m]n++L ↔ [Me(H2O)m-1+L]n++H2O
Олар түзілетін металл-лиганд қосылыстарының тұрақтылығына байланысты жүреді. Егер бұл кезде гидрат-иондардың түзілуі басым болса, онда қосылыстар иондық сипат алып, диссоциацияланған түрде осы ерітіндідегі басқа қосылыстарға тәуелсіз қозғалуға тырысады.
Брэнсдт-Лаури теориясы бойынша барлық гидрат-иондарға белгілі-бір дәрежеде қышқылдық сипат тән және олар ерітінділерде гидроксид түрінде болады:
[Me(H2O)m]n+ ↔ [Me(H2O)m-1ОН]n-1+H+
Аралас лигандты комплекстерде координациялық су молекулалары осылайша диссоциацияланады. Координациялық сфера қасиеттеріне байланысты олар әлсіз немесе орташа қышқылдарға жатады. Мысалы: [Al(H2O)6]3+ күші орташа қышқыл, (Ka=1,3·10-5), яғни, ол сірке қышқылы тәрізді, (Ka=1,8·10-5), ал [Fe(H2O)6]3+ күштірек қышқыл (Ka=6,3·10-5).
Металдардың биотикалық айналымы, яғни металдардың органикалық қосылыстарға енуі көп жағдайларда олардың улылығын арттырады. Мысалы, сынаптың табиғаттағы тізбегінде 2 микробиологиялық айналымының маңызы зор.
1-ші айналым. ионы ерімейтін сынап сульфидінен сульфатына айналады. ионы никотинамид-аденин-динуклеотид (NADH2) әсерінен сынап металына дейін тотықсызданады. Бу қысымы жоғары болғандықтан металл біртіндеп газ формасына өтеді:
2-ші айналым. метил сынапқа және диметил сынапқа дейін метилденеді.
Қоршаған ортаның әсерінен металдардың және қорытпалардың өздігінен бүлінуін коррозия деп айтады. Жүру механизміне қарай коррозия химиялық және электрохимиялық деп бөлінеді. Химиялық коррозия электролитсіз жүреді. Мұнда қоршаған ортадағы оттегі, күкіртті сутек, күкірт оксиді, су және т.б. агресиялық заттар әсерінен металдар тотығу-тотықсыздану реакциясына ұшырайды. Металл тотығады, ал басқа компонент тотықсызданады.
Жоғары температурада жүретін химиялық коррозия өте қауіпті. Оны газ коррозиясы дейді. Әр түрлі отын жанған кезде немесе термиялық өңдеу кезінде осындай коррозия жүруі мүмкін. Металл сумен, электролит ерітінділерімен жанасса немесе ылғал ауада болса электрохимиялық коррозия жүреді.
Өнеркәсіпте көбінесе, әртүрлі қосалқы заттар бар техникалық металдар қолданылады. Электролит әсерінен металл мен оның құрамындағы қосалқы зат арасында көптеген гальвани жұптары пайда болады. Электрондар активті металдан (анод) активсіз металға (катод) қарай жылжиды.
