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metales pesados

Cristales de osmio , un metal pesado casi dos veces más denso que el plomo [ 1 ]. El término «metales pesados » es controvertido y ambiguo [ 2 ] para referirse a elementos metál...

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

El término «metales pesados » es controvertido y ambiguo [ 2 ] para referirse a elementos metálicos con densidades , pesos atómicos o números atómicos relativamente altos . Los criterios utilizados, y si se incluyen los metaloides , varían según el autor y el contexto, y podría decirse que el término «metal pesado» debería evitarse. [ 3 ] [ 4 ] Un metal pesado puede definirse en función de su densidad, número atómico o comportamiento químico . Se han publicado definiciones más específicas, pero ninguna ha sido ampliamente aceptada. Las definiciones analizadas en este artículo abarcan hasta 96 de los 118 elementos químicos conocidos ; solo el mercurio , el plomo y el bismuto cumplen con todas ellas. A pesar de esta falta de consenso, el término (en plural o singular) se utiliza ampliamente en la ciencia. Una densidad superior a 5 g/cm³ se cita a veces como criterio de uso común y se utiliza en el cuerpo de este artículo.

Los primeros metales conocidos —metales comunes como el hierro , el cobre y el estaño , y metales preciosos como la plata , el oro y el platino— son metales pesados. A partir de 1809, se descubrieron metales ligeros , como el magnesio , el aluminio y el titanio , así como metales pesados ​​menos conocidos, como el galio , el talio y el hafnio .

Algunos metales pesados ​​son nutrientes esenciales (típicamente hierro, cobalto , cobre y zinc ), o relativamente inofensivos (como rutenio , plata e indio ), pero pueden ser tóxicos en mayores cantidades o en ciertas formas. Otros metales pesados, como arsénico , cadmio , mercurio y plomo, son altamente venenosos. [ 5 ] Las posibles fuentes de intoxicación por metales pesados ​​incluyen la minería , [ 6 ] los relaves , la fundición , los desechos industriales , la escorrentía agrícola , la exposición ocupacional , las pinturas y la madera tratada .

Las caracterizaciones físicas y químicas de los metales pesados ​​deben tratarse con precaución, ya que los metales involucrados no siempre están definidos de manera consistente. Los metales pesados, además de ser relativamente densos, tienden a ser menos reactivos que los metales ligeros y tienen muchos menos sulfuros e hidróxidos solubles . Si bien distinguir un metal pesado como el tungsteno de un metal ligero como el sodio es relativamente fácil, algunos metales pesados, como el zinc, el mercurio y el plomo, tienen algunas características de los metales ligeros, y metales ligeros, como el berilio , el escandio y el titanio, tienen algunas 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 autolimpiables , plásticos , paneles solares , teléfonos móviles y aceleradores de partículas .

Definiciones

Terminología controvertida

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), que estandariza la nomenclatura, afirma que "el término 'metales pesados' es a la vez carente de significado y engañoso". [ 2 ] El informe de la IUPAC se centra en las implicaciones legales y toxicológicas de describir los "metales pesados" como toxinas cuando no existe evidencia científica que respalde dicha conexión. La densidad implícita en el adjetivo "pesado" prácticamente no tiene consecuencias biológicas, y los metales puros rara vez son la forma biológicamente activa. [ 7 ] Esta caracterización ha sido corroborada por numerosas revisiones. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] El libro de texto de toxicología más utilizado, Toxicología de Casarett y Doull [ 11 ] utiliza "metal tóxico", no "metal pesado". [ 7 ] Sin embargo, existen artículos científicos y relacionados con la ciencia que continúan utilizando "metal pesado" como término para sustancias tóxicas. [ 12 ] [ 13 ] Para que sea un término aceptable en artículos científicos, se ha fomentado una definición estricta. [ 14 ]

Utilice toxicología externa

Incluso en aplicaciones distintas a la toxicidad, no existe una definición de metal pesado basada en criterios ampliamente aceptada. Las revisiones han recomendado que no se utilice. [ 12 ] [ 29 ] El término puede tener diferentes significados, dependiendo del contexto. Por ejemplo, un metal pesado puede definirse en función de su densidad , [ 30 ] y el criterio distintivo podría ser el número atómico [ 31 ] o el comportamiento químico. [ 22 ]

Los criterios de densidad varían desde más de 3,5 g/cm³ hasta más de 7 g/cm³ . [ 15 ] Las definiciones de peso atómico pueden variar desde mayores que el sodio (peso atómico 22,98); [ 15 ] mayores que 40 (excluyendo los metales de los bloques s y f , por lo que comienza con el escandio ); [ 16 ] o mayores que 200, es decir, desde el mercurio en adelante. [ 17 ] Los números atómicos a veces se limitan a 92 ( uranio ). [ 18 ] 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/cm³ , que está por debajo de la cifra umbral utilizada por otros autores. [ 32 ] El mismo problema puede ocurrir con las definiciones que se basan en el peso atómico. [ 33 ]

La Farmacopea de los Estados Unidos incluye una prueba para metales pesados ​​que consiste en precipitar las impurezas metálicas como sulfuros coloreados . [ 19 ] Sobre la base de este tipo de prueba química, el grupo incluiría los metales de transición y los metales postransición . [ 22 ]

Un enfoque diferente basado en la química aboga por reemplazar el término "metal pesado" con dos grupos de metales y un área gris. Los iones metálicos de clase A prefieren donantes de oxígeno ; los iones de clase B prefieren donantes de nitrógeno o azufre ; y los iones límite o ambivalentes muestran características de clase A o B, según las circunstancias. [ 34 ] La distinción entre los metales de clase A y las otras dos categorías es clara. La terminología de clase A y clase B es análoga a la terminología de "ácido duro" y "base blanda" que a veces se usa para referirse al comportamiento de los iones metálicos en sistemas inorgánicos. [ 35 ] El sistema agrupa los elementos por donde es la electronegatividad del ion metálico y es su radio iónico . Este índice mide la importancia de las interacciones covalentes frente a las interacciones iónicas para un ion metálico dado. [ 36 ] Este esquema se ha aplicado para analizar metales biológicamente activos en agua de mar, por ejemplo, [ 14 ] pero no se ha adoptado ampliamente. [ 37 ]incógnitametro2r{\displaystyle X_{m}^{2}r}incógnitametro{\displaystyle X_{m}}r{\displaystyle r}

Orígenes y uso del término

La pesadez de metales naturales como el oro , el cobre y el hierro pudo haber sido notada en la prehistoria y, dada su maleabilidad , condujo a los primeros intentos de fabricar ornamentos, herramientas y armas de metal. [ 38 ]

En 1817, el químico alemán Leopold Gmelin dividió los elementos en no metales, metales ligeros y metales pesados. [ 39 ] Los metales ligeros tenían densidades de 0,860–5,0 g/cm³ ; los metales pesados, de 5,308–22 000. [ 40 ] El término metal pesado se usa a veces indistintamente con el término "elemento pesado". Por ejemplo, al hablar de la historia de la química nuclear , Magee [ 41 ] señaló que se pensó en algún momento que los actínidos representaban un nuevo grupo de transición de elementos pesados, mientras que Seaborg y sus colaboradores "favorecieron... una serie de tierras raras de metales pesados...".

Los metales ligeros, contrapartes de los metales pesados, son definidos por la Sociedad de Minerales, Metales y Materiales como aquellos que incluyen "los metales ligeros tradicionales ( aluminio , magnesio , berilio , titanio , litio y otros metales reactivos) y emergentes (compuestos, laminados, etc.)" [ 42 ].

Función biológica

Se requieren cantidades traza 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 complejas y metabolismo celular ); vanadio y manganeso ( regulación o funcionamiento enzimático); cromo ( utilización de glucosa ); níquel ( crecimiento celular ); arsénico (crecimiento metabólico en algunos animales y posiblemente en humanos) y selenio ( función antioxidante y producción de hormonas ). [ 48 ] Los períodos 5 y 6 contienen menos metales pesados ​​esenciales, lo que concuerda 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. [ 49 ] En el período 5 , el molibdeno es necesario para la catálisis de reacciones redox ; el cadmio es utilizado por algunas diatomeas marinas para el mismo propósito; y el estaño puede ser necesario para el crecimiento en algunas especies. [ 50 ] En el período 6 , el tungsteno es necesario para algunas arqueas y bacterias para procesos metabólicos . [ 51 ] Una deficiencia de algunos metales esenciales puede aumentar la susceptibilidad a la intoxicación por metales (por el contrario, un exceso también puede ser tóxico ). [ 52 ]

Un cuerpo humano promedio de 70 kg (150 lb) contiene aproximadamente un 0,01 % de metales pesados ​​(~7 g (0,25 oz), equivalente al peso de dos guisantes secos, con hierro a 4 g (0,14 oz), zinc a 2,5 g (0,088 oz) y plomo a 0,12 g (0,0042 oz) como los tres componentes principales), un 2 % de metales ligeros (~1,4 kg (3,1 lb), el peso de una botella de vino) y casi un 98 % de no metales (principalmente agua ). [ 53 ] [ n 8 ]

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 en las plantas [ 54 ] (aunque no siempre se considera un metal pesado).

Formación, abundancia, ocurrencia y extracción

Los metales pesados, hasta las proximidades del hierro (en la tabla periódica), se forman principalmente mediante nucleosíntesis estelar . En este proceso, los elementos más ligeros, desde el hidrógeno hasta el silicio, experimentan reacciones de fusión sucesivas en el interior de las estrellas, liberando luz y calor y formando elementos más pesados ​​con números atómicos más altos. [ 58 ]

Los metales pesados ​​más pesados ​​no suelen formarse de esta manera, ya que las reacciones de fusión que involucran dichos núcleos consumirían energía en lugar de liberarla. [ 59 ] En cambio, se sintetizan principalmente (a partir de elementos con un número atómico menor) mediante captura de neutrones , siendo los dos modos principales de esta captura repetitiva el proceso s y el proceso r . En el proceso s ("s" significa "lento"), las capturas individuales están separadas por años o décadas, lo que permite que los núcleos menos estables se desintegren beta , [ 60 ] mientras que en el proceso r ("rápido"), las capturas ocurren más rápido de lo que los núcleos pueden desintegrarse. Por lo tanto, el proceso s sigue 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. [ 58 ] [ 61 ] [ n 10 ] En contraste, no existe tal camino en el proceso r. El proceso s se detiene en el bismuto debido a las cortas vidas medias de los dos elementos siguientes, polonio y astato, que se desintegran en bismuto o plomo. El proceso r es tan rápido que puede saltarse esta zona de inestabilidad y continuar para crear elementos más pesados ​​como el torio y el uranio. [ 63 ]

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 esta es expulsada al final de su vida, y a veces después como resultado de la fusión de estrellas de neutrones , [ 64 ] [ n 11 ] aumentando así la abundancia de elementos más pesados ​​que el helio en el medio interestelar . Cuando la atracción gravitatoria hace que esta materia se aglutine y colapse, se forman nuevas estrellas y planetas . [ 66 ]

Los metales pesados ​​se encuentran principalmente como litófilos (afines a las rocas) o calcófilos (afines a los minerales). 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 existen mayormente como minerales de silicato de densidad relativamente baja . [ 67 ] Los metales pesados ​​calcófilos son principalmente los elementos menos reactivos del bloque d, y metales y metaloides del bloque p de los periodos 4 a 6. Generalmente se encuentran en minerales de sulfuro (insolubles) . Al ser más densos que los litófilos, y por lo tanto hundirse más profundamente en la corteza al momento de su solidificación, los calcófilos tienden a ser menos abundantes que los litófilos. [ 68 ]

En contraste, el oro es un siderófilo , o elemento amante del hierro. No forma fácilmente compuestos ni con oxígeno ni con azufre. [ 69 ] 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. [ 70 ] 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 considerarse siderófilos, pero solo en términos de su presencia primaria en la Tierra (núcleo, manto y corteza), más que en la corteza. Estos metales también se encuentran en la corteza, en pequeñas cantidades, principalmente como calcófilos (en menor medida en su forma nativa ). [ 71 ] [ n 12 ]

Las concentraciones de metales pesados ​​bajo la corteza son generalmente más altas, encontrándose la mayoría en el núcleo, compuesto principalmente de hierro, silicio y níquel. El platino , por ejemplo, constituye aproximadamente 1 parte por mil millones de la corteza, mientras que se cree que su concentración en el núcleo es casi 6000 veces mayor. [ 72 ] [ 73 ] Especulaciones recientes sugieren que el uranio (y el torio) en el núcleo puede generar una cantidad sustancial del calor que impulsa la tectónica de placas y (en última instancia) mantiene el campo magnético de la Tierra . [ 74 ] [ n 13 ]

En términos generales, y con algunas excepciones, los metales pesados ​​litófilos se pueden extraer de sus minerales mediante tratamientos eléctricos o químicos , mientras que los metales pesados ​​calcófilos se obtienen tostando sus minerales de sulfuro para producir los óxidos correspondientes, y luego calentándolos para obtener los metales en bruto. [ 76 ] [ n 14 ] El radio se presenta en cantidades demasiado pequeñas para ser extraído económicamente y, en cambio, se obtiene de combustibles nucleares gastados . [ 79 ] Los metales del grupo del platino (MGP) calcófilos se presentan principalmente en pequeñas cantidades (mezcladas) con otros minerales calcófilos. Los minerales involucrados deben fundirse , tostarse y luego lixiviarse con ácido sulfúrico para producir un residuo de MGP. Este se refina químicamente para obtener los metales individuales en sus formas puras. [ 80 ] En comparación con otros metales, los MGP son caros debido a su escasez [ 81 ] y altos costos de producción. [ 82 ]

El oro, un siderófilo, se recupera comúnmente disolviendo los minerales en los que se encuentra en una solución de cianuro . [ 83 ] 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 añade zinc a la mezcla y, al ser más reactivo que el oro, lo desplaza: 2 K[Au(CN) 2 ] + Zn → K 2 [Zn(CN) 4 ] + 2 Au. El oro precipita de la solución en forma de lodo, que se filtra y se funde. [ 84 ]

Usos

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 función biológica 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; [ 85 ] la capacidad de los iones de metales pesados ​​(como el platino, [ 86 ] el cerio [ 87 ] o el bismuto [ 88 ] ) de existir en diferentes estados de oxidación y se utilizan en catalizadores; [ 89 ] fuertes interacciones de intercambio en orbitales 3d o 4f (en hierro, cobalto y níquel, o los metales pesados ​​lantánidos) que dan lugar a efectos magnéticos; [ 90 ] y altos números atómicos y densidades electrónicas que sustentan sus aplicaciones en la ciencia nuclear. [ 91 ] Los usos típicos de los metales pesados ​​se pueden agrupar ampliamente en las siguientes categorías. [ 92 ]

Basado en el peso o la densidad

Vista desde arriba de una pequeña figura de madera con forma de barco. Cuatro cuerdas metálicas recorren el centro de la figura, siguiendo su eje longitudinal. Las cuerdas pasan por encima de un pequeño puente de madera elevado, situado en el centro de la figura, de modo que quedan por encima de la cubierta del violonchelo.
En un violonchelo (ejemplo mostrado arriba) o una viola , la cuerda de do a veces incorpora tungsteno ; su alta densidad permite una cuerda de menor diámetro y mejora la respuesta. [ 93 ]

Algunos usos de metales pesados, incluyendo en el deporte, la ingeniería mecánica , el armamento militar y la ciencia nuclear , aprovechan sus densidades relativamente altas. En el buceo , el plomo se usa como lastre ; [ 94 ] en las carreras de caballos con hándicap, cada caballo debe llevar un peso de plomo específico, basado en factores que incluyen el rendimiento anterior, para igualar las posibilidades de los distintos competidores. [ 95 ] En el golf , las inserciones de tungsteno, latón o cobre en los palos de calle y los hierros bajan el centro de gravedad del palo, lo que facilita que la bola se eleve en el aire; [ 96 ] y se afirma que las bolas de golf con núcleos de tungsteno tienen mejores características de vuelo. [ 97 ] En la pesca con mosca , las líneas de mosca de hundimiento tienen un revestimiento de PVC incrustado con polvo de tungsteno, para que se hundan a la velocidad requerida. [ 98 ] En el atletismo , las bolas de acero utilizadas en las pruebas de lanzamiento de martillo y lanzamiento de peso se rellenan con plomo para alcanzar el peso mínimo requerido por las reglas internacionales. [ 99 ] El tungsteno se usó en las 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. [ 100 ] Los martillos de tungsteno eran tan densos que penetraban demasiado profundamente en el césped. [ 101 ]

Cuanto mayor sea la densidad del proyectil, con mayor eficacia podrá penetrar placas de blindaje gruesas... Os , Ir , Pt y Re  ... son caros... U ofrece una atractiva combinación de alta densidad, coste razonable y alta tenacidad a la fractura.

— AM Russell y KL Lee Relaciones estructura-propiedades en metales no ferrosos (2005, pág. 16)

Los metales pesados ​​se utilizan como lastre en barcos, [ 102 ] aviones, [ 103 ] y vehículos de motor; [ 104 ] o en contrapesos de ruedas y cigüeñales , [ 105 ] giroscopios y hélices , [ 106 ] y embragues centrífugos , [ 107 ] en situaciones que requieren el máximo peso en el mínimo espacio (por ejemplo, en mecanismos de relojería ). [ 103 ]

En armamento militar, el tungsteno o el uranio se utilizan en el blindaje [ 108 ] y en proyectiles perforantes , [ 109 ] así como en armas nucleares para aumentar la eficiencia (al reflejar neutrones y retrasar momentáneamente la expansión de los materiales reactivos). [ 110 ] En la década de 1970, se descubrió que el tantalio era más eficaz que el cobre en armas antitanque de carga hueca y de formación explosiva debido a su mayor densidad, que permite una mayor concentración de fuerza y ​​una mejor deformabilidad. [ 111 ] Metales pesados ​​menos tóxicos , como el cobre, el estaño, el tungsteno y el bismuto, y probablemente el manganeso (así como el boro , un metaloide), han reemplazado al plomo y al antimonio en las balas verdes utilizadas por algunos ejércitos y en algunas municiones de tiro recreativo. [ 112 ] Se han planteado dudas sobre la seguridad (o credenciales ecológicas ) del tungsteno. [ 113 ]

Biológicos y químicos

Un pequeño platillo incoloro que contiene un polvo de color amarillo pálido.
El óxido de cerio(IV) se utiliza como catalizador en hornos autolimpiantes . [ 114 ]

Los efectos biocidas de algunos metales pesados ​​se conocen desde la antigüedad. [ 115 ] 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 potencial. [ 116 ] El antimonio (antiprotozoario), el bismuto ( antiulceroso ), el oro ( antiartrítico ) y el hierro ( antipalúdico ) también son importantes en medicina. [ 117 ] El cobre, el zinc, la plata, el oro o el mercurio se utilizan en formulaciones antisépticas ; [ 118 ] pequeñas cantidades de algunos metales pesados ​​se utilizan para controlar el crecimiento de algas en, por ejemplo, torres de refrigeración . [ 119 ] 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. [ 120 ]

Algunos metales pesados ​​se utilizan como catalizadores en el procesamiento de combustibles (renio, por ejemplo), la producción de caucho sintético y fibras (bismuto), dispositivos de control de emisiones (paladio y platino) y en hornos autolimpiantes (donde el óxido de cerio(IV) en las paredes de dichos hornos ayuda a oxidar los residuos de cocción a base de carbono ). [ 121 ] En la química de los jabones, los metales pesados ​​forman jabones insolubles que se utilizan en grasas lubricantes , secantes de pintura y fungicidas (aparte del litio, los metales alcalinos y el ion amonio forman jabones solubles). [ 122 ]

Coloración y óptica

Pequeños cristales translúcidos de color rosa, un poco parecidos al color del algodón de azúcar.
Sulfato de neodimio (Nd 2 (SO 4 ) 3 ), utilizado para colorear cristalería [ 123 ]

Los colores del vidrio , los esmaltes cerámicos , las pinturas , los pigmentos y los plásticos se producen comúnmente mediante la inclusión de metales pesados ​​(o sus compuestos) como cromo, manganeso, cobalto, cobre, zinc, circonio , molibdeno, plata, estaño , praseodimio , neodimio , erbio , tungsteno, iridio, oro, plomo o uranio. [ 124 ] Las tintas para tatuajes pueden contener metales pesados, como cromo, cobalto, níquel y cobre. [ 125 ] La alta reflectividad de algunos metales pesados ​​es importante en la construcción de espejos , incluidos los instrumentos astronómicos de precisión . Los reflectores de los faros dependen de la excelente reflectividad de una película delgada de rodio. [ 126 ]

Electrónica, imanes e iluminación

Los metales pesados ​​o sus compuestos se pueden encontrar en componentes electrónicos , electrodos , cableado y paneles solares . El polvo de molibdeno se utiliza en tintas para placas de circuitos . [ 127 ] Los sistemas eléctricos domésticos, en su mayoría, están cableados con alambre de cobre por sus buenas propiedades conductoras. [ 128 ] La plata y el oro se utilizan en dispositivos eléctricos y electrónicos, particularmente en interruptores de contacto , como resultado de su alta conductividad eléctrica y capacidad para resistir o minimizar la formación de impurezas en sus superficies. [ 129 ] 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. [ 130 ]

Los imanes suelen estar 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 potente disponible comercialmente. Son componentes clave de, por ejemplo, cerraduras de puertas de automóviles, motores de arranque , bombas de combustible y elevalunas eléctricos . [ 131 ]

Los metales pesados ​​se utilizan en iluminación , láseres y diodos emisores de luz (LED). La iluminación fluorescente depende del vapor de mercurio para su funcionamiento. Los láseres de rubí generan haces de color rojo intenso al excitar átomos de cromo en óxido de aluminio ; los lantánidos también se emplean ampliamente en láseres. El cobre, el iridio y el platino se utilizan en LED orgánicos . [ 132 ]

Nuclear

Una gran bombilla de vidrio. En su interior, en un extremo, hay un eje fijo. Un brazo está unido a este eje. En el extremo del brazo hay una pequeña protuberancia: el cátodo. En el otro extremo de la bombilla hay una placa metálica ancha y giratoria, unida a un mecanismo de rotor que sobresale del extremo de la bombilla.
Un tubo de rayos X con un ánodo giratorio, típicamente una aleación de tungsteno - renio sobre un núcleo de molibdeno , respaldado con grafito [ 133 ] [ n 15 ]

Debido a que los materiales más densos absorben más de ciertos tipos de emisiones radiactivas, como los rayos gamma , que los más ligeros, los metales pesados ​​son útiles para el blindaje contra la radiación y para enfocar haces de radiación en aceleradores lineales y aplicaciones de radioterapia .

Los usos específicos de metales pesados ​​con números atómicos altos se dan en imágenes diagnósticas , microscopía electrónica y ciencia nuclear. En imágenes diagnósticas, metales pesados ​​como el cobalto o el tungsteno forman los materiales del ánodo que se encuentran en los tubos de rayos X. [ 136 ] En microscopía electrónica, metales pesados ​​como el plomo, el oro, el paladio, el platino o el uranio se han utilizado en el pasado para hacer recubrimientos conductores y para introducir densidad electrónica en muestras biológicas mediante tinción , tinción negativa o deposición al vacío . [ 137 ] En ciencia nuclear, los núcleos de metales pesados ​​como el cromo, el hierro o el zinc a veces se disparan contra otros blancos de metales pesados ​​para producir elementos superpesados ; [ 138 ] los metales pesados ​​también se emplean como blancos de espalación para la producción de neutrones [ 139 ] o isótopos de elementos no primordiales como el astato (usando plomo, bismuto, torio o uranio en este último caso). [ 140 ]

Notas

  1. ^ Los criterios utilizados fueron densidad: [ 15 ] (1) superior a 3,5 g/cm 3 ; (2) superior a 7 g/cm 3 ; peso atómico: (3) > 22,98; [ 15 ] (4) > 40 (excluyendometales de los bloques s y f ); [ 16 ] (5) > 200; [ 17 ] número atómico: (6) > 20; (7) 21–92; [ 18 ] comportamiento químico: (8) Farmacopea de los Estados Unidos; [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] (9) definición de Hawkes basada en la tabla periódica (excluyendo los lantánidos y actínidos ); [ 22 ] y (10) clasificaciones bioquímicas de Nieboer y Richardson. [ 23 ] Las densidades de los elementos provienen principalmente de Emsley. [ 24 ] Se han utilizado densidades predichas para At , Fr y Fm - Ts . [ 25 ] Se derivaron densidades indicativas para Fm , Md , No y Lr basándose en sus pesos atómicos, radios metálicos estimados , [ 26 ] y estructuras cristalinas compactas predichas . [ 27 ] Los pesos atómicos son de Emsley, [ 24 ] contraportada
  2. ^ Sin embargo, los metaloides fueron excluidos de la definición de Hawkes basada en la tabla periódica, dado que señaló que "no era necesario decidir si los semimetales [es decir, los metaloides] debían incluirse como metales pesados". [ 22 ]
  3. ^ El plomo, un veneno acumulativo , tiene una abundancia relativamente alta debido a su extenso uso histórico y a su descarga en el medio ambiente causada por el ser humano. [ 44 ]
  4. ^ Haynes muestra una cantidad de < 17 mg para el estaño [ 45 ]
  5. ^ Iyengar registra una cifra de 5 mg para el níquel; [ 46 ] Haynes muestra una cantidad de 10 mg [ 45 ]
  6. ^ El selenio es un no metal.
  7. ^ Incluye 45 metales pesados ​​que se presentan en cantidades inferiores a 10 mg cada uno, incluidos As (7 mg), Mo (5), Co (1,5) y Cr (1,4) [ 47 ]
  8. ^ De los elementos comúnmente reconocidos como metaloides, el B y el Si se consideraron no metales; el Ge, el As, el Sb y el Te, metales pesados.
  9. ^ Los elementos traza (a saber , Tc , Pm , Po , At , Ra , Ac , Pa , Np y Pu ) no se muestran. Las abundancias provienen de Lide [ 55 ] y Emsley; [ 56 ] los tipos de ocurrencia provienen de McQueen. [ 57 ]
  10. ^ En algunos casos, por ejemplo en presencia de rayos gamma de alta energía o en un entorno rico en hidrógeno a 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 (comparativamente raros). [ 62 ]
  11. La eyección de materia cuando dos estrellas de neutrones colisionan se atribuye a la interacción de sus fuerzas de marea , la posible disrupción de la corteza y el calentamiento por choque (que es lo que sucede si se pisa a fondo el acelerador de un coche cuando el motor está frío). [ 65 ]
  12. ^ El hierro, el cobalto, el níquel, el germanio y el estaño también son siderófilos desde una perspectiva global de la Tierra. [ 57 ]
  13. Se cree que el calor que escapa del núcleo sólido interno genera movimiento en el núcleo externo, que está hecho de aleaciones de hierro líquido. El movimiento de este líquido genera corrientes eléctricas que dan lugar a un campo magnético . [ 75 ]
  14. ^ Los metales pesados ​​que se encuentran de forma natural en cantidades demasiado pequeñas para ser extraídos económicamente (Tc, Pm, Po, At, Ac, Np y Pu) se producen mediante transmutación artificial . [ 77 ] Este último método también se utiliza para producir metales pesados ​​a partir del americio. [ 78 ]
  15. ^ Los electrones que impactan el ánodo de tungsteno generan rayos X; [ 134 ] el renio proporciona al tungsteno una mayor resistencia al choque térmico; [ 135 ] el molibdeno y el grafito actúan como disipadores de calor. El molibdeno también tiene una densidad casi la mitad que la del tungsteno, lo que reduce el peso del ánodo. [ 133 ]

Referencias

  1. ^ Emsley 2011 , págs. 288, 374
  2. ^ a b Duffus 2002 .
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Lecturas adicionales

Definición y uso

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Toxicidad y función biológica

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  • Nieboer E. y Richardson DHS 1980, "La sustitución del término genérico 'metales pesados' por una clasificación biológica y químicamente significativa de iones metálicos", Environmental Pollution Series B, Chemical and Physical , vol. 1, n.º 1, págs. 3-26, doi : 10.1016/0143-148X(80)90017-8 . Un artículo ampliamente citado, centrado en el papel biológico de los metales pesados.
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Formación

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Usos

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  • Morowitz N. 2006, "The Heavy Metals", Modern Marvels , temporada 12, episodio 14, HistoryChannel.com
  • Öhrström L. 2014, « Óxido de tantalio », Chemistry World , 24 de septiembre, consultado el 4 de octubre de 2016. El autor explica cómo el óxido de tantalio(V) acabó con los teléfonos móviles del tamaño de un ladrillo. También disponible como podcast .
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