Metales pesados

Loosely defined subset of elements that exhibit metallic properties

Este artículo trata sobre elementos químicos. Para otros usos, consulte Heavy metal (desambiguación) .

Cristales de osmio , un metal pesado
casi dos veces más denso que el plomo . ^[1]

Parte de una serie sobre el
Tabla periódica
Formas de la tabla periódica 18 columnas  · 32 columnas Formas alternativas  y extendidas
Historia de la tabla periódica Dmitri Mendeleev predicciones Descubrimiento de elementos Naming y etimología para lugares para la gente controversias ( en el este de Asia ) Nombres de elementos sistemáticos
Conjuntos de elementos
Por estructura de tabla periódica Grupos (1–18) 1 ( metales alcalinos ) 2 (metales alcalinotérreos) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (pictógenos) 16 (calcógenos) 17 (halógenos) 18 (gases nobles) Periodos (1-7, ...) 1 2 3 4 5 6 7 8+ Bloques (s, p, d, f, ...) Orbitales atómicos Principio de Aufbau
Por clasificación metálica Rieles álcali tierra alcalina transición post-transición lantánido actínida ( superactinida ) Metaloides dividiendo metales y no metales No metales reactivos no metales Gases nobles
Por otras características Metales de acuñación Metales del grupo del platino Metales preciosos Metales refractarios Metales pesados Metales ligeros Metales nativos Metales nobles Elementos del grupo principal Extraños elementos de la Tierra Transuranio , elementos de transplutonio Mayor , menor y trans actínidos
Elementos
Lista de elementos químicos por abundancia ( en el cuerpo humano ) por propiedades atómicas por estabilidad isotópica por producción anual por símbolo
Propiedades de los elementos Peso atomico Estructura cristalina Afinidad electrónica configuración Electronegatividad ( Allen , Pauling ) Clasificación de Goldschmidt Nutrición Valencia
Páginas de datos para elementos Abundancia Radio atómico Punto de ebullición Punto crítico Densidad Elasticidad Resistividad electrica Afinidad  /  configuración de electrones  Electronegatividad Dureza Capacidad calorífica   /  de fusión  /  de vaporización Energía de ionización Punto de fusion Estado de oxidación Velocidad del sonido Coeficiente de conductividad térmica   /  expansión Presión de vapor
Categoría Portal de química
v t mi

Los metales pesados se definen generalmente como metales con densidades , pesos atómicos o números atómicos relativamente altos . Los criterios utilizados y la inclusión de metaloides varían según el autor y el contexto. ^[2] En metalurgia , por ejemplo, un metal pesado puede definirse sobre la base de la densidad, mientras que en física el criterio distintivo podría ser el número atómico, mientras que un químico probablemente estaría más preocupado por el comportamiento químico . Se han publicado definiciones más específicas, pero ninguna de ellas ha sido ampliamente aceptada. Las definiciones analizadas en este artículo abarcan hasta 96 de las 118 conocidaselementos quimicos ; sólo el mercurio , el plomo y el bismuto los encuentran a todos. A pesar de esta falta de acuerdo, el término (plural o singular) se usa ampliamente en la ciencia. En ocasiones, se cita una densidad de más de 5 g / cm ³ como criterio de uso común y se utiliza en el cuerpo de este artículo.

Los primeros metales conocidos (metales comunes como hierro , cobre y estaño , y metales preciosos como plata , oro y platino) son metales pesados. Desde 1809 en adelante, se descubrieron metales ligeros , como magnesio , aluminio y titanio , así como metales pesados ​​menos conocidos, como galio , talio y hafnio .

Algunos metales pesados ​​son nutrientes esenciales (generalmente hierro, cobalto y zinc ) o relativamente inofensivos (como rutenio , plata e indio ), pero pueden ser tóxicos en grandes cantidades o en ciertas formas. Otros metales pesados, como el cadmio , el mercurio y el plomo, son muy venenosos. Las fuentes potenciales de intoxicación por metales pesados ​​incluyen minería , relaves , desechos industriales , escorrentías agrícolas , exposición ocupacional , pinturas y madera tratada .

Las caracterizaciones físicas y químicas de los metales pesados ​​deben tratarse con precaución, ya que los metales implicados no siempre se definen de forma coherente. Además de ser relativamente densos, los metales pesados ​​tienden a ser menos reactivos que los metales más ligeros y tienen muchos menos sulfuros e hidróxidos solubles . Si bien es relativamente fácil distinguir un metal pesado como el tungsteno de un metal más ligero como el sodio , algunos metales pesados, como el zinc, el mercurio y el plomo, tienen algunas de las características de los metales más ligeros y metales más ligeros como el berilio , el escandio y el titanio tienen algunas de las características de los metales más pesados.

Los metales pesados ​​son relativamente escasos en la corteza terrestre, pero están presentes en muchos aspectos de la vida moderna. Se utilizan, por ejemplo, en palos de golf , automóviles , antisépticos , hornos autolimpiantes , plásticos , paneles solares , teléfonos móviles y aceleradores de partículas .

Definiciones

Mapa de calor de metales pesados ​​en la tabla periódica
	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	dieciséis	17	18
1	H																		Él
2	Li	Ser												B	C	norte	O	F	Nordeste
3	N / A	Mg												Alabama	Si	PAG	S	Cl	Arkansas
4	K	California		Carolina del Sur	Ti	V	Cr	Minnesota	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Georgia	Ge	Como	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nótese bien	Mes	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	CD	En	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Licenciado en Letras		Lu	Hf	Ejército de reserva	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Correos	A	Rn
7	P.	Real academia de bellas artes		Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Monte	Ds	Rg	Cn	Nueva Hampshire	Florida	Mc	Lv	Ts	Og
				La	Ce	Pr	Dakota del Norte	Pm	Sm	UE	Di-s	Tuberculosis	Dy	Ho	Er	Tm	Yb
				C.A	Th	Pensilvania	U	Notario público	Pu	Soy	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Maryland	No
	Número de criterios cumplidos: Número de elementos:    10 3    9 5    8 14    6–7 56    4–5 14    1-3 4    0 3    no metales 19
Esta tabla muestra el número de criterios de metales pesados ​​que cumple cada metal, de los diez criterios enumerados en esta sección, es decir, dos en función de la densidad , tres en el peso atómico , dos en el número atómico y tres en el comportamiento químico. [n 1] Ilustra la falta de acuerdo en torno al concepto, con la posible excepción del mercurio , el plomo y el bismuto . Seis elementos cerca del final de los períodos (filas) 4 a 7 a veces considerados metaloides se tratan aquí como metales: son germanio (Ge), arsénico (As), selenio (Se), antimonio (Sb), telurio (Te) y astatine (At). [16] [n 2] Oganesson (Og) se trata como un no metal. Los metales encerrados por una línea discontinua tienen (o, para At y Fm – Ts, se predice que tienen) densidades de más de 5 g / cm 3 .

No existe una definición basada en criterios ampliamente aceptada de un metal pesado. Se pueden atribuir diferentes significados al término, según el contexto. En metalurgia , por ejemplo, un metal pesado puede definirse sobre la base de la densidad , ^[17] mientras que en física el criterio distintivo podría ser el número atómico , ^[18] y un químico o biólogo probablemente estaría más preocupado por el comportamiento químico. ^[10]

Los criterios de densidad oscilan entre más de 3,5 g / cm ³ y más de 7 g / cm ³ . ^[3] Las definiciones de peso atómico pueden variar desde más que el sodio (peso atómico 22,98); ^[3] mayor que 40 (excluyendo los metales de los bloques s y f , por lo tanto, comenzando con escandio ); ^[4] o más de 200, es decir, de mercurio en adelante. ^[5] Los números atómicos de los metales pesados ​​se dan generalmente como superiores a 20 ( calcio ); ^{[3] a} veces esto tiene un tope de 92 ( uranio ). ^[6]Las definiciones basadas en el número atómico han sido criticadas por incluir metales con bajas densidades. Por ejemplo, el rubidio en el grupo (columna) 1 de la tabla periódica tiene un número atómico de 37 pero una densidad de solo 1,532 g / cm ³ , que está por debajo de la cifra umbral utilizada por otros autores. ^[19] El mismo problema puede ocurrir con las definiciones basadas en el peso atómico. ^[20]

La Farmacopea de los Estados Unidos incluye una prueba de metales pesados ​​que implica la precipitación de impurezas metálicas como sus sulfuros de color ". ^{[7] [n 3]} En 1997, Stephen Hawkes, profesor de química que escribe en el contexto de cincuenta años de experiencia con el término, dijo que se aplicaba a "metales con sulfuros e hidróxidos insolubles , cuyas sales producen soluciones coloreadas en agua y cuyos complejos suelen ser coloreados". Sobre la base de los metales que había visto denominados metales pesados, sugirió que sería útil definirlos como (en general) todos los metales en las columnas de la tabla periódica 3 a 16 que están en la fila 4o más, en otras palabras, los metales de transición y los metales de postransición . ^{[10] [n 4]} Los lantánidos satisfacen la descripción de tres partes de Hawkes; el estado de los actínidos no está completamente resuelto. ^{[n 5] [n 6]}

En bioquímica , los metales pesados ​​a veces se definen, sobre la base del comportamiento del ácido de Lewis (aceptor de pares electrónicos) de sus iones en solución acuosa, como metales de clase B y limítrofes. ^[41] En este esquema, los iones metálicos de clase A prefieren donantes de oxígeno ; los iones de clase B prefieren donantes de nitrógeno o azufre ; y los iones limítrofes o ambivalentes muestran características de clase A o B, según las circunstancias. ^{[n 7]} Los metales de clase A, que tienden a tener baja electronegatividad y forman enlaces con gran carácter iónico , son los álcalis y alcalinotérreos ,el aluminio , los metales del grupo 3 y los lantánidos y actínidos. ^{[n 8]} Los metales de clase B, que tienden a tener una mayor electronegatividad y forman enlaces con un carácter covalente considerable , son principalmente los metales de transición y postransición más pesados. Los metales limítrofes comprenden en gran medida los metales de transición y postransición más ligeros (más arsénico y antimonio ). La distinción entre los metales de clase A y las otras dos categorías es marcada. ^[45] Una propuesta frecuentemente citado ^{[n 9]} para utilizar estas categorías de clasificación en lugar de la más evocadora ^[11] nombre metal pesado no ha sido ampliamente adoptado.^[47]

Lista de metales pesados ​​según la densidad

Una densidad de más de 5 g / cm ^{3 a} veces se menciona como un factor definitorio común de metales pesados ^[48] y, en ausencia de una definición unánime, se utiliza para completar esta lista y (a menos que se indique lo contrario) guiar el resto de la lista. artículo. Los metaloides que cumplen los criterios aplicables, por ejemplo, arsénico y antimonio, a veces se cuentan como metales pesados, particularmente en química ambiental , ^[49] como es el caso aquí. El selenio (densidad 4,8 g / cm ³ ) ^[50] también se incluye en la lista. Se encuentra ligeramente por debajo del criterio de densidad y es menos comúnmente reconocido como metaloide ^[16].pero tiene una química a base de agua similar en algunos aspectos a la del arsénico y el antimonio. ^[51] Otros metales a veces clasificados o tratados como metales "pesados", como el berilio ^[52] (densidad 1,8 g / cm ³ ), ^[53] aluminio ^[52] (2,7 g / cm ³ ), ^[54] calcio ^{[ 55]} (1,55 g / cm ³ ), ^[56] y bario ^[55] (3,6 g / cm ³ ) ^[57] se tratan aquí como metales ligeros y, en general, no se consideran más.

Producido principalmente por la minería comercial (clasificado informalmente por importancia económica)
Estratégico (30) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Considerado vital para los intereses estratégicos de múltiples naciones [58] Estos 30 incluyen 22 enumerados aquí y 8 a continuación (6 preciosos y 2 productos básicos).	Antimonio † Cerio Disprosio Erbio Europio Gadolinio Galio Germanio † Holmio Indio Lantano Lutecio Neodimio Niobio Praseodimio Samario Tantalio Terbio Tulio Tungsteno Uranio Iterbio
Precioso (8) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Raras y costosas [59]	Estratégico: Iridio Osmio Paladio Platino Rodio Rutenio No estratégico: Oro Plata
Productos básicos (9) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Negociados por tonelada en la LME	Estratégico: Cromo Cobalto No estratégico: Cobre Hierro Dirigir Molibdeno Níquel Estaño Zinc
Menor (14) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Ni estratégico, precioso ni básico	Arsénico † Bismuto Cadmio Hafnio Manganeso Mercurio Protactinio Renio Selenio † Telurio † Talio Torio Vanadio Circonio
Producido principalmente por transmutación artificial (clasificado informalmente por estabilidad)
Larga vida (15) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Vida media superior a 1 día	Actinio ¶ Americio Berkelio Californio Curio Dubnium Einstenio Fermio Mendelevio Neptunio ¶ Plutonio ¶ Polonio ¶ Prometio ¶ Radio ¶ Tecnecio ¶
Efímero (16) Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Vida media inferior a 1 día	Astatine ‡ ¶   Bohrium Copérnico Darmstadtium Flerovio Hassium Lawrencio Livermorium Meitnerio Moscovium Nihonium Nobelio Roentgenio Rutherfordio Seaborgio Tennessine
† El antimonio, el arsénico, el germanio y el telurio se reconocen comúnmente como metaloides ; selenio con menos frecuencia. [dieciséis] ‡ Se predice que la astatina es un metal. [60] Todos los isótopos de estos 34 elementos son inestables y, por tanto, radiactivos. Si bien esto también es cierto para el bismuto, no está tan marcado ya que su vida media de 19 mil millones de millones de años es más de mil millones de veces la edad estimada del universo en 13,8 mil millones de años . [61] [62] ¶ Estos ocho elementos ocurren naturalmente pero en cantidades demasiado pequeñas para una extracción económicamente viable. [63]

Orígenes y uso del término

La pesadez de los metales naturales como el oro , el cobre y el hierro puede haberse notado en la prehistoria y, a la luz de su maleabilidad , llevó a los primeros intentos de fabricar adornos, herramientas y armas de metal. ^[64] Todos los metales descubiertos desde entonces hasta 1809 tenían densidades relativamente altas; su pesadez se consideraba un criterio singularmente distintivo. ^{[sesenta y cinco]}

A partir de 1809 se aislaron metales ligeros como sodio, potasio y estroncio . Sus bajas densidades desafiaron la sabiduría convencional y se propuso referirse a ellos como metaloides (que significa "que se asemejan a los metales en forma o apariencia"). ^[66] Esta sugerencia fue ignorada; los nuevos elementos llegaron a ser reconocidos como metales, y el término metaloide se utilizó luego para referirse a elementos no metálicos y, más tarde, elementos que eran difíciles de describir como metales o no metales. ^[67]

Un uso temprano del término "metal pesado" data de 1817, cuando el químico alemán Leopold Gmelin dividió los elementos en no metales, metales ligeros y metales pesados. ^[68] Los metales ligeros tenían densidades de 0,860 a 5,0 g / cm ³ ; metales pesados ​​5.308–22.000. ^{[69] [n 10]} El término más tarde se asoció con elementos de alto peso atómico o alto número atómico. ^[19] A veces se usa indistintamente con el término elemento pesado . Por ejemplo, al discutir la historia de la química nuclear , Magee ^[70] señala que alguna vez se pensó que los actínidos representaban un nuevo grupo de transición de elementos pesados, mientras que Seaborgy compañeros de trabajo "favorecieron ... una serie de metales pesados ​​como las tierras raras ...". En astronomía , sin embargo, un elemento pesado es cualquier elemento más pesado que el hidrógeno y el helio . ^[71]

Crítica

En 2002, el toxicólogo escocés John Duffus revisó las definiciones utilizadas durante los 60 años anteriores y concluyó que eran tan diversas que dejaban sin sentido el término. ^[72] Junto con este hallazgo, el estado de metales pesados ​​de algunos metales se cuestiona ocasionalmente sobre la base de que son demasiado livianos, están involucrados en procesos biológicos o rara vez constituyen peligros ambientales. Los ejemplos incluyen escandio (demasiado ligero); ^{[19] [73]} vanadio a zinc (procesos biológicos); ^[74] y rodio , indio y osmio (demasiado raro). ^[75]

Popularidad

A pesar de su significado cuestionable, el término heavy metal aparece regularmente en la literatura científica. Un estudio de 2010 descubrió que se había utilizado cada vez más y parecía haberse convertido en parte del lenguaje de la ciencia. ^[76] Se dice que es un término aceptable, dada su conveniencia y familiaridad, siempre que vaya acompañado de una definición estricta. ^[41] La Sociedad de Minerales, Metales y Materiales alude a las contrapartes de los metales pesados, los metales ligeros , como "aluminio, magnesio , berilio , titanio, litio y otros metales reactivos". ^[77]Los metales mencionados tienen densidades de 0,534 a 4,54 g / cm ³ .

Papel biológico

Cantidad de metales pesados ​​en
un cuerpo humano promedio de 70 kg

Elemento	Miligramos [78]
Hierro	4000	4000
Zinc	2500	2500
Plomo [n 11]	120	120
Cobre	70	70
Estaño [n 12]	30	30
Vanadio	20	20
Cadmio	20	20
Níquel [n 13]	15	15
Selenio	14	14
Manganeso	12	12
Otro [n 14]	200	200
Total	7000

Ver también: elemento esencial

Se requieren trazas de algunos metales pesados, principalmente en el período 4, para ciertos procesos biológicos. Estos son hierro y cobre ( transporte de oxígeno y electrones ); cobalto ( síntesis compleja y metabolismo celular ); zinc ( hidroxilación ); ^[83] vanadio y manganeso ( regulación o funcionamiento de enzimas ); cromo ( utilización de glucosa ); níquel ( crecimiento celular ); arsénico (crecimiento metabólico en algunos animales y posiblemente en humanos) yselenio ( funcionamiento antioxidante y producción de hormonas ). ^{[84] Los} períodos 5 y 6 contienen menos metales pesados ​​esenciales, de acuerdo con el patrón general de que los elementos más pesados ​​tienden a ser menos abundantes y que los elementos más escasos tienen menos probabilidades de ser nutricionalmente esenciales. ^[85] En el período 5 , se requiere molibdeno para la catálisis de reacciones redox ; algunas diatomeas marinas utilizan el cadmio con el mismo propósito; y el estaño puede ser necesario para el crecimiento en algunas especies. ^[86] En el período 6 ,El tungsteno es requerido por algunas arqueas y bacterias para los procesos metabólicos . ^[87] Una deficiencia de cualquiera de estos metales pesados ​​esenciales del período 4-6 puede aumentar la susceptibilidad al envenenamiento por metales pesados ^[88] (a la inversa, un exceso también puede tener efectos biológicos adversos ). Un cuerpo humano promedio de 70 kg contiene aproximadamente 0.01% de metales pesados ​​(~ 7 g, equivalente al peso de dos guisantes secos, con hierro en 4 g, zinc en 2.5 gy plomo en 0.12 g que comprende los tres componentes principales), 2 % de metales ligeros (~ 1,4 kg, el peso de una botella de vino) y casi 98% de no metales (principalmente agua ). ^{[89] [n 15]}

Se ha observado que algunos metales pesados ​​no esenciales tienen efectos biológicos. El galio , el germanio (un metaloide), el indio y la mayoría de los lantánidos pueden estimular el metabolismo, y el titanio promueve el crecimiento de las plantas ^[90] (aunque no siempre se considera un metal pesado).

Toxicidad

El enfoque de esta sección son principalmente los efectos tóxicos más graves de los metales pesados, incluido el cáncer, el daño cerebral y la muerte, más que el daño que pueden causar a una o más de la piel, los pulmones, el estómago, los riñones, el hígado o el corazón. Para obtener más información específica, ver la toxicidad del metal , metal pesado tóxico , o artículos en elementos individuales o compuestos.

A menudo se asume que los metales pesados ​​son altamente tóxicos o dañinos para el medio ambiente. ^[91] Algunos lo son, mientras que otros son tóxicos solo si se toman en exceso o se encuentran en determinadas formas.

Metales pesados ​​ambientales

El cromo, el arsénico, el cadmio, el mercurio y el plomo tienen el mayor potencial de causar daños debido a su amplio uso, la toxicidad de algunas de sus formas combinadas o elementales y su amplia distribución en el medio ambiente. ^[92] El cromo hexavalente , por ejemplo, es altamente tóxico al igual que el vapor de mercurio y muchos compuestos de mercurio. ^[93] Estos cinco elementos tienen una fuerte afinidad por el azufre; en el cuerpo humano suelen unirse, a través de grupos tiol (–SH), a las enzimas responsables de controlar la velocidad de las reacciones metabólicas. Los enlaces azufre-metal resultantes inhiben el correcto funcionamiento de las enzimas implicadas; la salud humana se deteriora, a veces fatalmente. ^[94]El cromo (en su forma hexavalente) y el arsénico son carcinógenos ; el cadmio provoca una enfermedad ósea degenerativa ; y el mercurio y el plomo dañan el sistema nervioso central .

• Cristales de cromo
  y cubo de 1 cm ³
• Arsénico , sellado en un
  recipiente para evitar que se empañe
• Barra de cadmio
  y cubo de 1 cm ³
• El mercurio se
  vertió en una placa de Petri
• Nódulos de plomo oxidado
  y cubo de 1 cm ³

El plomo es el contaminante de metales pesados ​​más frecuente. ^[95] Se ha estimado que los niveles en los medios acuáticos de las sociedades industrializadas son dos o tres veces superiores a los niveles preindustriales. ^[96] Como componente de tetraetilo de plomo , (CH
₃CH
₂)
₄Pb , se utilizó ampliamente en la gasolina durante las décadas de 1930 y 1970. ^[97] Aunque el uso de gasolina con plomo se eliminó en gran medida en América del Norte en 1996, los suelos próximos a las carreteras construidas antes de esta época retienen altas concentraciones de plomo. ^[98] Investigaciones posteriores demostraron una correlación estadísticamente significativa entre la tasa de uso de gasolina con plomo y los delitos violentos en los Estados Unidos; Teniendo en cuenta un lapso de tiempo de 22 años (para la edad promedio de los delincuentes violentos), la curva de delitos violentos prácticamente siguió la curva de exposición al plomo. ^[99]

Otros metales pesados ​​que se destacan por su naturaleza potencialmente peligrosa, generalmente como contaminantes ambientales tóxicos, incluyen el manganeso (daño al sistema nervioso central); ^[100] cobalto y níquel (carcinógenos); ^[101] cobre, ^[102] zinc, ^[103] selenio ^[104] y plata ^[105] ( alteración endocrina , trastornos congénitos o efectos tóxicos generales en peces, plantas, aves u otros organismos acuáticos); estaño, como organoestaño (daño del sistema nervioso central); ^[106] antimonio (un carcinógeno sospechoso); ^[107] y talio(daño del sistema nervioso central). ^{[102] [n 16] [n 17]}

Metales pesados ​​nutricionalmente esenciales

Los metales pesados ​​esenciales para la vida pueden ser tóxicos si se ingieren en exceso; algunos tienen formas notablemente tóxicas. El pentóxido de vanadio (V ₂ O ₅ ) es cancerígeno en animales y, cuando se inhala, daña el ADN . ^[102] El ion permanganato púrpura MnO^-
₄es un veneno para el hígado y los riñones . ^[111] La ingestión de más de 0,5 gramos de hierro puede provocar un colapso cardíaco; estas sobredosis ocurren con mayor frecuencia en niños y pueden provocar la muerte en 24 horas. ^[102] El carbonilo de níquel (Ni (CO) ₄ ), a 30 partes por millón, puede causar insuficiencia respiratoria, daño cerebral y la muerte. ^[102] Ingerir un gramo o más de sulfato de cobre (CuSO ₄ ) puede ser fatal; los supervivientes pueden quedar con daños importantes en los órganos. ^[112] Más de cinco miligramos de selenio es muy tóxico; esto es aproximadamente diez veces la ingesta diaria máxima recomendada de 0,45 miligramos; ^[113]El envenenamiento a largo plazo puede tener efectos paralíticos. ^{[102] [n 18]}

Otros metales pesados

Algunos otros metales pesados ​​no esenciales tienen una o más formas tóxicas. Se han registrado casos de insuficiencia renal y muertes derivadas de la ingestión de suplementos dietéticos de germanio (~ 15 a 300 g en total consumidos durante un período de dos meses a tres años). ^[102] La exposición al tetróxido de osmio (OsO ₄ ) puede causar daño ocular permanente y puede provocar insuficiencia respiratoria ^[115] y la muerte. ^{[116] Las} sales de indio son tóxicas si se ingieren más de unos pocos miligramos y afectarán los riñones, el hígado y el corazón. ^[117] Cisplatino (PtCl ₂ (NH ₃ ) ₂ ), que es un fármaco importante que se usa para destruir células cancerosas., también es un veneno para los riñones y los nervios. ^{[102] Los} compuestos de bismuto pueden causar daño hepático si se toman en exceso; Los compuestos de uranio insolubles, así como la peligrosa radiación que emiten, pueden causar daño renal permanente. ^[118]

Fuentes de exposición

Los metales pesados ​​pueden degradar la calidad del aire, el agua y el suelo y, posteriormente, causar problemas de salud en plantas, animales y personas, cuando se concentran como resultado de las actividades industriales. ^[119] Las fuentes habituales de metales pesados ​​en este contexto son los desechos mineros e industriales; emisiones de vehiculos; baterías de plomo-ácido ; fertilizantes; pinturas ; y madera tratada ; ^[120] infraestructura de suministro de agua envejecida ; ^[121] y microplásticos que flotan en los océanos del mundo. ^[122] Ejemplos recientes de contaminación por metales pesados ​​y riesgos para la salud incluyen la aparición de la enfermedad de Minamata., en Japón (1932–1968; juicios en curso a partir de 2016); ^[123] el desastre de la presa de Bento Rodrigues en Brasil, ^[124] y altos niveles de plomo en el agua potable suministrada a los residentes de Flint , Michigan, en el noreste de los Estados Unidos. ^[125]

Formación, abundancia, ocurrencia y extracción

Ver también: Nucleosíntesis y abundancia de elementos químicos.

Metales pesados ​​en la corteza terrestre:
abundancia y ocurrencia principal o fuente [n 19]
	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	dieciséis	17	18
1	H																		Él
2	Li	Ser												B	C	norte	O	F	Nordeste
3	N / A	Mg												Alabama	Si	PAG	S	Cl	Arkansas
4	K	California		Carolina del Sur	Ti	V	Cr	Minnesota	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Georgia	Ge	Como	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nótese bien	Mes		Ru	Rh	Pd	Ag	CD	En	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Licenciado en Letras		Lu	Hf	Ejército de reserva	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi
7		Real academia de bellas artes
				La	Ce	Pr	Dakota del Norte		Sm	UE	Di-s	Tuberculosis	Dy	Ho	Er	Tm	Yb
					Th	Pensilvania	U
	Mas abundante (56 300 ppm en peso)										Raras (0,01-0,99 ppm)
	Abundante (100–999 ppm)										Muy raro (0,0001–0,0099 ppm)
	Poco común (1 a 99 ppm)										Menos abundante (~0.000 001 ppm)
Los metales pesados ​​que quedan de la línea divisoria se producen (o se obtienen) principalmente como litófilos ; los de la derecha, como calcófilos, excepto el oro (un siderófilo ) y el estaño (un litófilo).

Los metales pesados ​​hasta la vecindad del hierro (en la tabla periódica) se producen en gran parte a través de la nucleosíntesis estelar . En este proceso, los elementos más ligeros, desde el hidrógeno hasta el silicio, experimentan sucesivas reacciones de fusión dentro de las estrellas, liberando luz y calor y formando elementos más pesados ​​con números atómicos más altos. ^[129]

Los metales pesados ​​más pesados ​​generalmente no se forman de esta manera, ya que las reacciones de fusión que involucran tales núcleos consumirían energía en lugar de liberarla. ^[130] Por el contrario, se sintetizan en gran parte (de elementos con un número atómico inferior) por la captura de neutrones , con los dos modos principales de esta captura repetitiva siendo el s-proceso y el proceso r . En el proceso s ("s" significa "lento"), las capturas singulares están separadas por años o décadas, lo que permite que los núcleos menos estables se desintegran beta , ^[131]mientras que en el proceso r ("rápido"), las capturas ocurren más rápido de lo que los núcleos pueden descomponerse. Por lo tanto, el proceso-s toma un camino más o menos claro: por ejemplo, los núcleos estables de cadmio-110 son bombardeados sucesivamente por neutrones libres dentro de una estrella hasta que forman núcleos de cadmio-115 que son inestables y se desintegran para formar indio-115 (que es casi estable, con una vida media30 000 veces la edad del universo). Estos núcleos capturan neutrones y forman indio-116, que es inestable, y se desintegra para formar estaño-116, y así sucesivamente. ^{[129] [132] [n 20]} Por el contrario, no existe tal ruta en el proceso r. El proceso s se detiene en el bismuto debido a la corta vida media de los dos elementos siguientes, polonio y astato, que se descomponen en bismuto o plomo. El proceso r es tan rápido que puede saltarse esta zona de inestabilidad y crear elementos más pesados ​​como el torio y el uranio. ^[134]

Los metales pesados ​​se condensan en los planetas como resultado de los procesos de evolución y destrucción estelar. Las estrellas pierden gran parte de su masa cuando es expulsada al final de su vida, y algunas veces después como resultado de una fusión de estrellas de neutrones , ^{[135] [n 21]} aumentando así la abundancia de elementos más pesados ​​que el helio en el medio interestelar . Cuando la atracción gravitacional hace que esta materia se una y colapse, se forman nuevas estrellas y planetas . ^[137]

La corteza terrestre está formada por aproximadamente un 5% de metales pesados ​​en peso, y el hierro representa el 95% de esta cantidad. Los metales ligeros (~ 20%) y los no metales (~ 75%) constituyen el otro 95% de la corteza. ^[126] A pesar de su escasez general, los metales pesados ​​pueden concentrarse en cantidades económicamente extraíbles como resultado de la formación de montañas , la erosión u otros procesos geológicos . ^[138]

Los metales pesados ​​se encuentran principalmente como litófilos (amantes de las rocas) o calcófilos (amantes del mineral). Los metales pesados ​​litófilos son principalmente elementos del bloque f y los más reactivos de los elementos del bloque d . Tienen una fuerte afinidad por el oxígeno y en su mayoría existen como minerales de silicato de densidad relativamente baja . ^{[139] Los} metales pesados ​​calcófilos son principalmente los elementos del bloque d menos reactivos, y los metales y metaloides del bloque p del período 4-6 . Por lo general, se encuentran en minerales de sulfuro (insolubles) . Al ser más densos que los litófilos, por lo que se hunden más en la corteza en el momento de su solidificación, los calcófilos tienden a ser menos abundantes que los litófilos. ^[140]

Por otro lado, el oro es un elemento siderófilo o amante del hierro. No forma compuestos fácilmente ni con oxígeno ni con azufre. ^[141] En el momento de la formación de la Tierra , y como el más noble (inerte) de los metales, el oro se hundió en el núcleo debido a su tendencia a formar aleaciones metálicas de alta densidad. En consecuencia, es un metal relativamente raro. ^[142] Algunos otros metales pesados ​​(menos) nobles: molibdeno, renio , los metales del grupo del platino ( rutenio , rodio, paladio , osmio, iridio, y platino), germanio y estaño, pueden contarse como siderófilos, pero solo en términos de su presencia primaria en la Tierra (núcleo, manto y corteza), más bien en la corteza. Por lo demás, estos metales se encuentran en la corteza, en pequeñas cantidades, principalmente como calcófilos (menos en su forma nativa ). ^{[143] [n 22]}

Las concentraciones de metales pesados ​​debajo de la corteza son generalmente más altas, y la mayoría se encuentra en el núcleo principalmente de hierro-silicio-níquel. El platino , por ejemplo, comprende aproximadamente 1 parte por mil millones de la corteza, mientras que se cree que su concentración en el núcleo es casi 6.000 veces mayor. ^{[144] [145]} Especulaciones recientes sugieren que el uranio (y el torio) en el núcleo pueden generar una cantidad sustancial del calor que impulsa la tectónica de placas y (en última instancia) sostiene el campo magnético de la Tierra . ^{[146] [n 23]}

La obtención de metales pesados ​​de sus minerales es una función compleja del tipo de mineral, las propiedades químicas de los metales involucrados y la economía de varios métodos de extracción. Diferentes países y refinerías pueden utilizar diferentes procesos, incluidos aquellos que difieren de los breves bosquejos que se enumeran aquí.

En términos generales, y con algunas excepciones, los metales pesados ​​litófilos pueden extraerse de sus minerales mediante tratamientos eléctricos o químicos , mientras que los metales pesados ​​calcófilos se obtienen tostando sus minerales sulfurados para producir los óxidos correspondientes y luego calentándolos para obtener los metales en bruto. ^{[148] [n 24] El} radio se produce en cantidades demasiado pequeñas para ser extraídas económicamente y, en cambio, se obtiene de los combustibles nucleares gastados . ^[151] Los metales del grupo calcófilo del platino (PGM) se encuentran principalmente en pequeñas cantidades (mezcladas) con otros minerales calcófilos. Los minerales involucrados deben fundirse , tostarse y luego lixiviarse conácido sulfúrico para producir un residuo de PGM. Este se refina químicamente para obtener los metales individuales en sus formas puras. ^[152] En comparación con otros metales, los PGM son caros debido a su escasez ^[153] y altos costos de producción. ^[154]

El oro, un siderófilo, se recupera más comúnmente disolviendo los minerales en los que se encuentra en una solución de cianuro . ^[155] El oro forma un dicianoaurato (I), por ejemplo: 2 Au + H 2 O + ½ O ₂ + 4 KCN → 2 K [Au (CN) ₂ ] + 2 KOH . Se agrega zinc a la mezcla y, al ser más reactivo que el oro, desplaza al oro: 2 K [Au (CN) ₂ ] + Zn → K ₂ [Zn (CN) ₄ ] + 2 Au. El oro precipita de la solución como un lodo, se filtra y se funde. ^[156]

Propiedades en comparación con los metales ligeros

Algunas propiedades físicas y químicas generales de los metales ligeros y pesados ​​se resumen en la tabla. La comparación debe tratarse con precaución, ya que los términos metal ligero y metal pesado no siempre se definen de forma coherente. Además, las propiedades físicas de dureza y resistencia a la tracción pueden variar ampliamente según la pureza, el tamaño de grano y el tratamiento previo. ^[157]

Propiedades de los metales ligeros y pesados

Propiedades físicas	Metales ligeros	Metales pesados
Densidad	Generalmente más bajo	Generalmente más alto
Dureza [158]	Suelen ser suaves, cortarse o doblarse fácilmente	La mayoría son bastante difíciles
Expansividad térmica [159]	Mayormente más alto	Mayormente más bajo
Punto de fusion	Mayormente bajo [160]	De bajo a muy alto [161]
Resistencia a la tracción [162]	Mayormente más bajo	Mayormente más alto
Propiedades químicas	Metales ligeros	Metales pesados
Ubicación de la tabla periódica	La mayoría se encuentra en los grupos 1 y 2 [163]	Casi todos se encuentran en los grupos 3 a 16
Abundancia en la corteza terrestre [126] [164]	Mas abundante	Menos abundante
Ocurrencia principal (o fuente)	Litófilos [128]	Litófilos o calcófilos ( Au es un siderófilo )
Reactividad [77] [164]	Más reactivo	Menos reactivo
Sulfuros	De soluble a insoluble [n 25]	Extremadamente insoluble [169]
Hidróxidos	De soluble a insoluble [n 26]	Generalmente insoluble [173]
Sales [166]	En su mayoría forman soluciones incoloras en agua.	En su mayoría forman soluciones coloreadas en agua
Complejos	Mayormente incoloro [174]	Mayormente coloreado [175]
Función biológica [176]	Incluir macronutrientes ( Na , Mg , K , Ca )	Incluya micronutrientes ( V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn , Mo )

Estas propiedades hacen que sea relativamente fácil distinguir un metal ligero como el sodio de un metal pesado como el tungsteno, pero las diferencias se vuelven menos claras en los límites. Los metales estructurales ligeros como el berilio, el escandio y el titanio tienen algunas de las características de los metales pesados, como puntos de fusión más altos; ^{[n 27]} Los metales pesados ​​post-transición como el zinc, el cadmio y el plomo tienen algunas de las características de los metales ligeros, como ser relativamente blandos, tener puntos de fusión más bajos, ^{[n 28]} y formar principalmente complejos incoloros. ^{[21] [23] [24]}

Usos

Los metales pesados ​​están presentes en casi todos los aspectos de la vida moderna. El hierro puede ser el más común, ya que representa el 90% de todos los metales refinados. El platino puede ser el más omnipresente dado que se dice que se encuentra en, o se utiliza para producir, el 20% de todos los bienes de consumo. ^[181]

Algunos usos comunes de los metales pesados ​​dependen de las características generales de los metales, como la conductividad eléctrica y la reflectividad, o de las características generales de los metales pesados, como la densidad, la resistencia y la durabilidad. Otros usos dependen de las características del elemento específico, como su papel biológico como nutrientes o venenos o algunas otras propiedades atómicas específicas. Ejemplos de tales propiedades atómicas incluyen: orbitales d o f- parcialmente llenos (en muchos de los metales pesados ​​de transición, lantánidos y actínidos) que permiten la formación de compuestos coloreados; ^[182] la capacidad de la mayoría de los iones de metales pesados ​​(como platino, ^[183] cerio ^[184] o bismuto^[185] ) existir en diferentes estados de oxidación y, por tanto, actuar como catalizadores; ^[186] orbitales 3d o 4f poco superpuestos (en hierro, cobalto y níquel, o los metales pesados ​​lantánidos desde el europio hasta el tulio ) que dan lugar a efectos magnéticos; ^[187] y altos números atómicos y densidades de electrones que sustentan sus aplicaciones en la ciencia nuclear. ^[188] Los usos típicos de los metales pesados ​​pueden agruparse ampliamente en las siguientes seis categorías. ^{[189] [n 29]}

Basado en peso o densidad

En un violonchelo (ejemplo que se muestra arriba) o una viola, la cuerda C a veces incorpora tungsteno ; su alta densidad permite una cuerda de menor diámetro y mejora la capacidad de respuesta. ^[190]

Algunos usos de metales pesados, incluidos el deporte, la ingeniería mecánica , la artillería militar y la ciencia nuclear , aprovechan sus densidades relativamente altas. En el buceo submarino , el plomo se utiliza como lastre ; ^[191] en las carreras de hándicap, cada caballo debe llevar un peso de plomo específico, basado en factores que incluyen el desempeño pasado, para igualar las posibilidades de los diversos competidores. ^[192] En inserciones de golf , tungsteno, latón o cobre en palos y hierros de calle bajar el centro de gravedad del palo para facilitar el lanzamiento de la pelota en el aire; ^[193] y se afirma que las pelotas de golf con núcleos de tungsteno tienen mejores características de vuelo. ^[194] En la pesca con mosca , las líneas que se hunden tienen un revestimiento de PVC incrustado con polvo de tungsteno, de modo que se hunden a la velocidad requerida. ^[195] En el deporte de pista y campo , las bolas de acero utilizadas en los eventos de lanzamiento de martillo y lanzamiento de peso se llenan de plomo para alcanzar el peso mínimo requerido por las reglas internacionales. ^[196]El tungsteno se utilizó en bolas de lanzamiento de martillo al menos hasta 1980; el tamaño mínimo de la bola se aumentó en 1981 para eliminar la necesidad de lo que, en ese momento, era un metal caro (el triple del costo de otros martillos) que generalmente no estaba disponible en todos los países. ^[197] Los martillos de tungsteno eran tan densos que penetraban demasiado profundamente en el césped. ^[198]

En la ingeniería mecánica, los metales pesados ​​se utilizan para lastre en barcos, ^[199] aviones, ^[200] y vehículos de motor; ^[201] o en contrapesos sobre ruedas y cigüeñales , ^[202] giroscopios y hélices , ^[203] y embragues centrífugos , ^[204] en situaciones que requieren un peso máximo en un espacio mínimo (por ejemplo, en movimientos de relojes ). ^[200]

Cuanto mayor sea la densidad del proyectil, más eficazmente puede penetrar la placa de blindaje pesado ... Os , Ir , Pt y Re  ... son caros ... U ofrece una atractiva combinación de alta densidad, costo razonable y alta resistencia a la fractura.

AM Russell y KL Lee
Relaciones estructura-propiedad
en metales no ferrosos (2005, p. 16)

En artillería militar, tungsteno o uranio se utiliza en blindaje ^[205] y proyectiles perforantes , ^[206] , así como en las armas nucleares para aumentar la eficiencia (por que refleja neutrones y momentáneamente retrasar la expansión de los materiales de reacción). ^[207] En la década de 1970, se descubrió que el tantalio era más eficaz que el cobre en las armas anti-blindadas de carga moldeada y explosivamente formadas debido a su mayor densidad, lo que permite una mayor concentración de fuerza y ​​una mejor deformabilidad. ^[208] Metales pesados menos tóxicos, como el cobre, el estaño, el tungsteno y el bismuto, y probablemente el manganeso (además del boro , un metaloide), han reemplazado al plomo y al antimonio en las balas verdes utilizadas por algunos ejércitos y en algunas municiones de tiro recreativas. ^[209] Se han planteado dudas sobre la seguridad (o credenciales ecológicas ) del tungsteno. ^[210]

Debido a que los materiales más densos absorben más emisiones radiactivas que los más ligeros, los metales pesados ​​son útiles para proteger contra la radiación y para enfocar los haces de radiación en aceleradores lineales y aplicaciones de radioterapia . ^[211]

Basado en resistencia o durabilidad

La estatua de la libertad . Un acero inoxidable de aleación de ^[212] de la armadura proporciona resistencia estructural; una piel de cobre confiere resistencia a la corrosión. ^{[n 30]}

La resistencia o durabilidad de metales pesados ​​como cromo, hierro, níquel, cobre, zinc, molibdeno, estaño, tungsteno y plomo, así como sus aleaciones, los hace útiles para la fabricación de artefactos como herramientas, maquinaria, ^{[214 ]} electrodomésticos , ^[215] utensilios, ^[216] tuberías, ^[215] vías férreas , ^[217] edificios ^[218] y puentes, ^[219] automóviles, ^[215] cerraduras, ^[220] muebles, ^[221] barcos, ^{[ 199]} aviones, ^[222] monedas ^[223] y joyas. ^[224]También se utilizan como aditivos de aleación para mejorar las propiedades de otros metales. ^{[n 31]} De las dos docenas de elementos que se han utilizado en las monedas monetizadas del mundo, solo dos, el carbono y el aluminio, no son metales pesados. ^{[226] [n 32] El} oro, la plata y el platino se utilizan en joyería ^{[n 33] al} igual que (por ejemplo) el níquel, el cobre, el indio y el cobalto en oro coloreado . ^[229] Las joyas de bajo costo y los juguetes para niños pueden fabricarse, en gran medida, con metales pesados ​​como cromo, níquel, cadmio o plomo. ^[230]

El cobre, el zinc, el estaño y el plomo son metales mecánicamente más débiles, pero tienen propiedades útiles para prevenir la corrosión . Si bien cada uno de ellos reaccionará con el aire, las pátinas resultantes de varias sales de cobre, ^[231] carbonato de zinc , óxido de estaño o una mezcla de óxido de plomo , carbonato y sulfato , confieren valiosas propiedades protectoras . ^{[232] Por tanto, el} cobre y el plomo se utilizan, por ejemplo, como materiales para tejados ; ^{[233] [n 34] el} zinc actúa como agente anticorrosivo en el acero galvanizado ;^[234] y el estaño tiene un propósito similar en las latas de acero . ^[235]

La trabajabilidad y la resistencia a la corrosión del hierro y el cromo aumentan al agregar gadolinio ; la resistencia a la fluencia del níquel se mejora con la adición de torio. El telurio se agrega al cobre ( Telurio Cobre ) y aleaciones de acero para mejorar su maquinabilidad; y conducir para hacerlo más duro y resistente a los ácidos. ^[236]

Biológico y químico

El óxido de cerio (IV) (muestra que se muestra arriba) se usa como catalizador en hornos autolimpiantes . ^[237]

Los efectos biocidas de algunos metales pesados se conocen desde la antigüedad. ^{[238] El} platino, el osmio, el cobre, el rutenio y otros metales pesados, incluido el arsénico, se utilizan en tratamientos contra el cáncer o han demostrado tener potencial. ^[239] El antimonio (antiprotozoario), el bismuto ( antiulceroso ), el oro ( antiartrítico ) y el hierro ( antipalúdico ) también son importantes en medicina. ^{[240] El} cobre, zinc, plata, oro o mercurio se utilizan en formulaciones antisépticas ; ^[241] Se utilizan pequeñas cantidades de algunos metales pesados ​​para controlar el crecimiento de algas, por ejemplo, en torres de enfriamiento . ^[242]Dependiendo de su uso previsto como fertilizantes o biocidas, los agroquímicos pueden contener metales pesados ​​como cromo, cobalto, níquel, cobre, zinc, arsénico, cadmio, mercurio o plomo. ^[243]

Los metales pesados ​​seleccionados se utilizan como catalizadores en el procesamiento de combustibles (renio, por ejemplo), caucho sintético y producción de fibras (bismuto), dispositivos de control de emisiones (paladio) y en hornos autolimpiantes (donde el óxido de cerio (IV) en las paredes de tales hornos ayudan a oxidar los residuos de cocción a base de carbón ). ^[244] En la química del jabón, los metales pesados ​​forman jabones insolubles que se utilizan en grasas lubricantes , secadores de pintura y fungicidas (además del litio, los metales alcalinos y el ión amonio forman jabones solubles). ^[245]

Coloración y óptica

Sulfato de neodimio (Nd ₂ (SO ₄ ) ₃ ), utilizado para colorear material de vidrio ^[246]

Los colores de vidrio , esmaltes cerámicos , pinturas , pigmentos y plásticos se producen comúnmente mediante la inclusión de metales pesados ​​(o sus compuestos) como cromo, manganeso, cobalto, cobre, zinc, selenio, circonio , molibdeno, plata, estaño, praseodimio , neodimio , erbio , tungsteno, iridio, oro, plomo o uranio. ^{[247] Las} tintas para tatuajes pueden contener metales pesados, como cromo, cobalto, níquel y cobre. ^[248] La alta reflectividad de algunos metales pesados ​​es importante en la construcción de espejos , incluida la precisióninstrumentos astronómicos . Los reflectores de los faros se basan en la excelente reflectividad de una fina película de rodio. ^[249]

Electrónica, imanes e iluminación

La granja solar de Topaz , en el sur de California, cuenta con nueve millones de módulos fotovoltaicos de teluro de cadmio con una superficie de 25,6 kilómetros cuadrados (9,5 millas cuadradas).

Los metales pesados ​​o sus compuestos se pueden encontrar en componentes electrónicos , electrodos y cableado y paneles solares donde pueden usarse como conductores, semiconductores o aislantes. El polvo de molibdeno se utiliza en tintas para placas de circuito . ^[250] Los ánodos de titanio recubiertos de óxido de rutenio (IV) se utilizan para la producción industrial de cloro . ^{[251] Los} sistemas eléctricos domésticos, en su mayor parte, están cableados con alambre de cobre por sus buenas propiedades conductoras. ^{[252] La} plata y el oro se utilizan en dispositivos eléctricos y electrónicos, especialmente en interruptores de contacto., como resultado de su alta conductividad eléctrica y capacidad para resistir o minimizar la formación de impurezas en sus superficies. ^[253] Los semiconductores telururo de cadmio y arseniuro de galio se utilizan para fabricar paneles solares. El óxido de hafnio , un aislante, se utiliza como controlador de voltaje en microchips ; El óxido de tantalio , otro aislante, se utiliza en los condensadores de los teléfonos móviles . ^[254] Los metales pesados ​​se han utilizado en baterías durante más de 200 años, al menos desde que Volta inventó su pila voltaica de cobre y plata en 1800.^[255] Prometio , lantano y mercurio son otros ejemplos que se encuentran, respectivamente, en baterías atómicas , de hidruro metálico de níquel y de botón . ^[256]

Los imanes están hechos de metales pesados ​​como manganeso, hierro, cobalto, níquel, niobio, bismuto, praseodimio, neodimio, gadolinio y disprosio . Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más fuerte disponible comercialmente. Son componentes clave de, por ejemplo, cerraduras de puertas de automóviles, motores de arranque , bombas de combustible y elevalunas eléctricos . ^[257]

Los metales pesados ​​se utilizan en iluminación , láseres y diodos emisores de luz (LED). Las pantallas planas incorporan una fina película de óxido de indio y estaño conductor de electricidad . La iluminación fluorescente depende del vapor de mercurio para su funcionamiento. Los láseres de rubí generan rayos de color rojo intenso al excitar los átomos de cromo; los lantánidos también se emplean ampliamente en láseres. Galio, indio y arsénico; ^[258] y el cobre, el iridio y el platino se utilizan en los LED (los tres últimos en los LED orgánicos ). ^[259]

Nuclear

Un tubo de rayos X con un ánodo giratorio, típicamente una aleación de tungsteno - renio sobre un núcleo de molibdeno , reforzado con grafito ^{[260] [n 35]}

Los usos específicos de metales pesados ​​con alto número atómico se producen en imágenes de diagnóstico , microscopía electrónica y ciencia nuclear. En el diagnóstico por imagen, los metales pesados tales como cobalto o tungsteno componen el materiales de ánodo se encuentran en los tubos de rayos x . ^[263] En microscopía electrónica, los metales pesados ​​como el plomo, el oro, el paladio, el platino o el uranio se utilizan para fabricar revestimientos conductores y para introducir densidad de electrones en muestras biológicas mediante tinción , tinción negativa o deposición al vacío . ^[264] En la ciencia nuclear, los núcleos de metales pesados ​​como el cromo, el hierro o el zinc a veces se disparan a otros objetivos de metales pesados ​​para producirelementos superpesados ; ^{[265] Los} metales pesados ​​también se emplean como objetivos de espalación para la producción de neutrones ^[266] o radioisótopos como astato (utilizando plomo, bismuto, torio o uranio en el último caso). ^[267]

Notas

1. criterios utilizados fueron densidad: ^[3] (1) superior a 3,5 g / cm ³ ; (2) por encima de 7 g / cm ³ ; peso atómico: (3)> 22,98; ^[3] (4)> 40 (excluidos losmetales de los bloques s y f ); ^[4] (5)> 200; ^[5] número atómico: (6)> 20; (7) 21–92; ^[6] comportamiento químico: (8) Farmacopea de Estados Unidos; ^{[7] [8] [9]} (9) Definición basada en la tabla periódica de Hawkes (excluidos los lantánidos y actínidos ); ^[10]y (10) clasificaciones bioquímicas de Nieboer y Richardson. ^{[11] Las} densidades de los elementos son principalmente de Emsley. ^[12] Se han utilizado densidades pronosticadas para At , Fr y Fm - Ts . ^[13] Se derivaron densidades indicativas para Fm , Md , No y Lr en función de sus pesos atómicos, radios metálicos estimados , ^[14] y estructuras cristalinas compactas pronosticadas . ^[15] Los pesos atómicos son de Emsley, ^[12] contraportada interior
2. Sin embargo, los metaloides fueron excluidos de la definición basada en la tabla periódica de Hawkes dado que señaló que "no era necesario decidir si los semimetales [es decir, metaloides] deberían incluirse como metales pesados". ^[10]
3. La prueba no es específica para ningún metal en particular, pero se dice que es capaz de detectar al menos Mo , Cu , Ag , Cd , Hg , Sn , Pb , As , Sb y Bi . ^[8] En cualquier caso, cuando la prueba utiliza sulfuro de hidrógeno como reactivo, no puede detectar Th , Ti , Zr , Nb , Ta o Cr . ^[9]
4. Los metales de transición y postransición que no suelen formar complejos coloreados son Sc e Y en el grupo 3 ; ^[21] Ag en el grupo 11 ; ^[22] Zn y Cd en el grupo 12; ^{[21] [23]} y los metales de los grupos 13 - 16 . ^[24]
5. Los sulfuros e hidróxidos de lantánidos (Ln) son insolubles; ^[25] este último puede obtenerse a partir de soluciones acuosas de sales de Ln como precipitados gelatinosos coloreados; ^[26] y los complejos de Ln tienen el mismo color que sus iones agua (la mayoría de los cuales son de color). ^[27] Los sulfuros de actínidos (An) pueden ser o no insolubles, según el autor. El monosulfuro de uranio divalenteno es atacado por el agua hirviendo. ^{[28] Los} iones actínidos trivalentes se comportan de manera similar a los iones lantánidos trivalentes, por lo que los sulfuros en cuestión pueden ser insolubles, pero esto no se indica explícitamente. ^[29] Los sulfuros de Tervalent An se descomponen ^[30] pero Edelstein et al. dicen que son solubles^[31] mientras que Haynes dice que el sulfuro de torio (IV) es insoluble. ^[32] Al principio de la historia de la fisión nuclear se había observado que la precipitación con sulfuro de hidrógeno era una forma "notablemente" eficaz de aislar y detectar elementos transuránicos en solución. ^[33] En una línea similar, Deschlag escribe que se esperaba que los elementos posteriores al uranio tuvieran sulfuros insolubles por analogía con los metales de transición de la tercera fila. Pero continúa señalando que se encontróque los elementos posteriores al actinio tienen propiedades diferentes de las de los metales de transición y afirma que no forman sulfuros insolubles. ^[34] Los hidróxidos de An son, sin embargo, insolubles^[31] y pueden precipitarse a partir de soluciones acuosas de sus sales. ^[35] Finalmente, muchos complejos An tienen colores "profundos y vívidos". ^[36]
6. Los elementos más pesados ​​comúnmente o menos comúnmente reconocidos como metaloides - Ge ; Como , Sb ; Se , Te , Po ; En — satisfaga algunas de las tres partes de la definición de Hawkes. Todos ellos tienen sulfuros insolubles ^{[35] [37]} pero solo Ge, Te y Po aparentemente tienen hidróxidos insolubles de manera efectiva. ^[38] Todos los bar At se pueden obtener como precipitados coloreados (sulfurosos) a partir de soluciones acuosas de sus sales; ^[35]La astato también se precipita de la solución mediante sulfuro de hidrógeno pero, como nunca se han sintetizado cantidades visibles de At, se desconoce el color del precipitado. ^{[37] [39]} Como elementos de bloque p , sus complejos suelen ser incoloros. ^[40]
7. La terminología de clase A y clase B es análoga a la terminología de "ácido duro" y "base blanda" que a veces se utiliza para referirse al comportamiento de los iones metálicos en sistemas inorgánicos. ^[42]
8. Be y Al son excepciones a esta tendencia general. Tienen valores de electronegatividad algo más altos. ^[43] Al ser relativamente pequeños, sus iones +2 o +3 tienen altas densidades de carga, polarizando así las nubes de electrones cercanas. El resultado neto es que los compuestos de Be y Al tienen un carácter covalente considerable. ^[44]
9. Google Scholar ha registrado más de 1200 citas para el artículo en cuestión. ^[46]
10. Si Gmelin hubiera estado trabajando con el sistema imperial de pesos y medidas, podría haber elegido 300 lb / pie ³ como su límite de metales ligeros / pesados, en cuyo caso el selenio (densidad 300,27 lb / pie ³ ) habría hecho el grado, mientras que 5 g / cm ³ = 312,14 libras / pie ³ .
11. plomo, que es un veneno acumulativo , tiene una abundancia relativamente alta debido a su extenso uso histórico y la descarga al medio ambiente causada por el hombre. ^[79]
12. Haynes muestra una cantidad de <17 mg de estaño ^[80]
13. Iyengar registra una cifra de 5 mg para el níquel; ^[81] Haynes muestra una cantidad de 10 mg ^[80]
14. Comprende 45 metales pesados ​​que se encuentran en cantidades de menos de 10 mg cada uno, incluidos As (7 mg), Mo (5), Co (1,5) y Cr (1,4) ^[82]
15. De los elementos comúnmente reconocidos como metaloides, B y Si se contaron como no metales; Ge, As, Sb y Te como metales pesados.
16. Ni, Cu, Zn, Se, Ag y Sb aparecen en la lista de contaminantes tóxicos del gobierno de los Estados Unidos ; ^[108] Mn, Co y Sn figuran en el Inventario Nacional de Contaminantes del Gobierno de Australia . ^[109]
17. El tungsteno podría ser otro metal pesado tóxico. ^[110]
18. El selenio es el más tóxico de los metales pesados ​​que son esenciales para los mamíferos. ^[114]
19. No se muestran losoligoelementos que tienen una abundancia mucho menor que una parte por billón de Ra y Pa (es decir, Tc , Pm , Po , At , Ac , Np y Pu ). Las abundancias son de Lide ^[126] y Emsley; ^{[127] los} tipos de sucesos son de McQueen. ^[128]
20. En algunos casos, por ejemplo, en presencia de rayos gamma de alta energía o en un ambiente rico en hidrógeno de muy alta temperatura , los núcleos en cuestión pueden experimentar pérdida de neutrones o ganancia de protones, lo que resulta en la producción de isótopos deficientes en neutrones (relativamente raros). ^[133]
21. La expulsión de materia cuando chocan dos estrellas de neutrones se atribuye a la interacción de sus fuerzas de marea , la posible interrupción de la corteza y el calentamiento por choque (que es lo que sucede si pisa el acelerador del automóvil cuando el motor está frío). ^[136]
22. hierro, el cobalto, el níquel, el germanio y el estaño también son siderófilos desde la perspectiva de la Tierra. ^[128]
23. Se cree que el calor que se escapa del núcleo sólido interno genera movimiento en el núcleo externo, que está hecho de aleaciones de hierro líquidas. El movimiento de este líquido genera corrientes eléctricas que dan lugar a un campo magnético. ^[147]
24. Los metales pesados ​​que se encuentran naturalmente en cantidades demasiado pequeñas para ser extraídas económicamente (Tc, Pm, Po, At, Ac, Np y Pu) se producen en cambio por transmutación artificial . ^[149] Este último método también se utiliza para producir metales pesados ​​a partir de americio. ^[150]
25. sulfuros de los metales del Grupo 1 y 2, y el aluminio, se hidrolizan con agua; ^[165] escandio, ^[166] itrio ^[167] y sulfuros de titanio ^[168] son insolubles.
26. Por ejemplo, los hidróxidos de potasio , rubidio y cesio tienen solubilidades superiores a 100 gramos por 100 gramos de agua ^[170] mientras que los de aluminio (0,0001) ^[171] y escandio (<0,000 000 15 gramos) ^[172] se consideran como insoluble.
27. El berilio tiene lo que se describe como un punto de fusión "alto" de 1560 K; el escandio y el titanio se funden a 1814 y 1941 K. ^[177]
28. El zinc es un metal blando con una dureza de Moh de 2.5; ^{[178] El} cadmio y el plomo tienen índices de dureza más bajos de 2.0 y 1.5. ^[179] El zinc tiene un punto de fusión "bajo" de 693 K; el cadmio y el plomo se funden a 595 y 601 K. ^[180]
29. Se aplicó algo de violencia y abstracción de detalles al esquema de clasificación para mantener el número de categorías en un nivel manejable.
30. La piel se ha vuelto verde en gran parte debido a la formación de una pátina protectoracompuesta de antlerita Cu ₃ (OH) ₄ SO ₄ , atacamita Cu ₄ (OH) ₆ Cl ₂ , brochantita Cu ₄ (OH) ₆ SO ₄ , óxido cuproso Cu ₂ O y tenorita CuO. ^[213]
31. Para los lantánidos, este es su único uso estructural, ya que por lo demás son demasiado reactivos, relativamente caros y, en el mejor de los casos, moderadamente fuertes. ^[225]
32. Welter ^[227] clasifica los metales de acuñación como metales preciosos (por ejemplo, plata, oro, platino); metales pesados ​​de muy alta durabilidad (níquel); metales pesados ​​de baja durabilidad (cobre, hierro, zinc, estaño y plomo); y metales ligeros (aluminio).
33. Emsley ^[228] estima una pérdida global de seis toneladas de oro al año debido al desgaste lento de los anillos de boda de 18 quilates.
34. láminas de plomo expuestas a los rigores de los climas industriales y costeros durarán siglos ^[191]
35. electrones que impactan en el ánodo de tungsteno generan rayos X; ^[261] renio le da al tungsteno una mejor resistencia al choque térmico; ^{[262] El} molibdeno y el grafito actúan como disipadores de calor. El molibdeno también tiene una densidad de casi la mitad que la del tungsteno, lo que reduce el peso del ánodo. ^[260]

Fuentes

Citas

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• Wulfsberg G. 1987, Principios de química inorgánica descriptiva , Brooks / Cole Publishing Company , Monterey, California, ISBN 978-0-534-07494-4 . 
• Wulfsberg G. 2000, Química inorgánica , Libros de ciencia universitaria, Sausalito, California, ISBN 978-1-891389-01-6 . 
• Yadav JS, Antony A., Subba Reddy, BV 2012, "Sales de bismuto (III) como herramientas sintéticas en transformaciones orgánicas", en T. Ollevier (ed.), Bismuth-mediated Organic Reactions , Topics in Current Chemistry 311, Springer, Heidelberg, ISBN 978-3-642-27238-7 . 
• Yang DJ, Jolly WL & O'Keefe A. 1977, "Conversión de óxido de germanio (II) hidratado en sesquióxido de germinilo, (HGe) ₂ O ₃ ", 'Química inorgánica , vol. 16, no. 11, págs. 2980-2982, doi : 10.1021 / ic50177a070 .
• Yousif N. 2007, Geoquímica de sedimentos de arroyos del estado de Colorado usando datos NURE , Colección ETD para la Universidad de Texas, El Paso, documento AAI3273991 .

Lectura adicional

Definición y uso

• Ali H. & Khan E. 2017, "¿Qué son los metales pesados? Una controversia de larga data sobre el uso científico del término 'metales pesados': propuesta de una definición completa", Toxicological & Environmental Chemistry, págs. 1–25, doi : 10.1080 / 02772248.2017.1413652 . Sugiere definir los metales pesados ​​como "metales de origen natural que tienen un número atómico (Z) superior a 20 y una densidad elemental superior a 5 g cm ⁻³ ".
• Duffus JH 2002, " ' Metales pesados ': ¿un término sin sentido?" , Química pura y aplicada , vol. 74, no. 5, págs. 793–807, doi : 10.1351 / pac200274050793 . Incluye una revisión de los diversos significados del término.
• Hawkes SJ 1997, " ¿Qué es un 'metal pesado'? ", Journal of Chemical Education , vol. 74, no. 11, pág. 1374, doi : 10.1021 / ed074p1374 . La perspectiva de un químico.
• Hübner R., Astin KB y Herbert RJH 2010, " 'Heavy metal': ¿es hora de pasar de la semántica a la pragmática?", Journal of Environmental Monitoring , vol. 12, págs. 1511-1514, doi : 10.1039 / C0EM00056F . Encuentra que, a pesar de su falta de especificidad, el término parece haberse convertido en parte del lenguaje de la ciencia.

Toxicidad y papel biológico

• Baird C. y Cann M. 2012, Environmental Chemistry , 5ª ed., Capítulo 12, "Metales pesados ​​tóxicos", WH Freeman and Company , Nueva York, ISBN 1-4292-7704-1 . Analiza el uso, la toxicidad y la distribución de Hg, Pb, Cd, As y Cr. 
• Nieboer E. & Richardson DHS 1980, "El reemplazo del término anodino 'metales pesados' por una clasificación biológica y químicamente significativa de iones metálicos", Environmental Pollution Series B, Chemical and Physical , vol. 1, no. 1, págs. 3-26, doi : 10.1016 / 0143-148X (80) 90017-8 . Un artículo ampliamente citado, que se centra en el papel biológico de los metales pesados.

Formación

• Hadhazy A. 2016, " Galactic 'gold mine' explica el origen de los elementos más pesados ​​de la naturaleza ", Science Spotlights , 10 de mayo, consultado el 11 de julio de 2016

Usos

• Koehler CSW 2001, " Heavy metal medicine ", Chemistry Chronicles , American Chemical Society, consultado el 11 de julio de 2016
• Morowitz N. 2006, "Los metales pesados", Modern Marvels , temporada 12, episodio 14, HistoryChannel.com
• Öhrström L. 2014, " Tantalum oxide ", Chemistry World , 24 de septiembre, consultado el 4 de octubre de 2016. El autor explica cómo el óxido de tantalio (V) desterró los teléfonos móviles del tamaño de un ladrillo. También disponible como podcast .

Enlaces externos

• Medios relacionados con metales pesados en Wikimedia Commons