Toxikologie - 07 d-prvky anorganicke

Prvky - systematicky
d-prvky
Toxikologie
Ing. Lucie Kochánková, Ph.D.
Zdrojem ilustračních obrázků jednotlivých prvků přednášek 06 a 07 je
http://cs.wikipedia.org/
2
Měď
Cu (lat. Cuprum, lat. aes cyprium kyperský kov, na Kypru byly velké m. doly)
- ušlechtilý kovový prvek načervenalé barvy
vlastnosti:
 na vzduchu je měď stálá, pokryje se tenkou vrstvičkou nazelenalého
zásaditého uhličitanu měďnatého CuCO3 . Cu(OH)2 - měděnka
výskyt:
 ve sloučeninách v mocenství Cu1+ a Cu2+
 chalkosin (Cu2S sulfid měďný) nebo chalkopyrit (CuFeS2 sulfid měďnatoželeznatý), kuprit (Cu2O oxid měďný), zelený malachit (CuCO3 . Cu(OH)2)
a jemu chemicky podobný modrý azurit (2CuCO3 . Cu(OH)2).
využití:
ryzí – vodič elektrického proudu, ve slitinách (bronz Cu/Sn, mosaz Cu/Zn)
3
Měď - toxicita
 biogenní prvek
 v metabolismu sacharidů, ovlivňují vytváření kostní hmoty, fungování nervového
systému.
 obsahuje ho více než 10 enzymů (př. cytochromoxidáza, hemokuprein pro
krvetvorbu),
nedostatek: anémie, neurologické poruchy, poruchy plodnosti, u dětí fyzická a
psychická retardace (Menkesova choroba)
nadbytek: i při poruše metabolismu – Wilsonova choroba – hromadění v játrech, v
mozku – selhání jater, psychické změny, hemolýza
 hlavně rozpustné soli - akutně nausea, nevolnost - lokálně dráždivě až leptavě,
apatie, křeče, koma až smrt, horečka, kumuluje se v játrech a svalovině >>
uvolňování ve stresu
 CuSO4 . 5 H2O (modrá skalice) - v ovocnářství a vinařství fungicid, při vyšším obsahu
v krvi se projevuje žloutenka (hepatotoxický) a poškození ledvin (nefrotoxický), při
pitvě trávicí soustava zvířat modrozelená,
 CuO – inhalačně vyvolává „horečku slévačů“
4
Stříbro
Ag (lat. Argentum, sanskrt argentos jasný ) - ušlechtilý kov bílé barvy
vlastnosti:
• nejlepší elektrická a tepelná vodivost ze všech známých kovů
• na suchém čistém vzduchu je stříbro neomezeně stálé, stačí však i velmi nízké
množství sulfanu (sirovodíku) H2S, aby stříbro začalo černat
výskyt:
• v přírodě převážně jako Ag+, vzácně i jako ryzí kov.
• téměř vždy je stříbro příměsí v ryzím přírodním zlatě, z minerálů stříbra je
nejvýznamnější akantit a jeho vysokoteplotní modifikace (nad 179 °C) argentit
Ag2S.
• zdroj pro průmyslové získávání stříbra - rudy olova, mědi, niklu nebo zinku.
využití:
součást různých slitin pro použití v elektronickém průmyslu, výrobě CD i DVD
nosičů a šperkařství, fotografický průmysl
5
Stříbro - toxicita
 obecně působí baktericidně a desinfekčně, koloidní stříbro ničí houby
a plísně, zabíjí parazity, pomáhá regeneraci buněk, minimálně toxické
pro vyšší organizmy, použití pro jednorázovou desinfekci malých zdrojů
pitné vody (Sagen)
 ve vyšších dávkách a koncentracích je působení stříbra na organizmus
negativní: při styku pokožky roztoky Ag+ dochází ke vzniku tmavých
skvrn - komplexních sloučenin stříbra a bílkovin v pokožce,
 chronicky ukládání a projev jako modročerné zabarvení sliznic,
spojivek, kůže = argyrie, způsobí anémii, srážejí bílkoviny, požitím
pálení v trávicím ústrojí, průjem
AgNO3 – antiseptické a leptavé účinky, k odstraňování bradavic, lapis
infernalis - pekelný kamínek, 10 g je smrtelná dávka, toxický je zde
dusičnanový aniont
6
Zinek
Zn (lat. Zincum, něm. zinc - pochybného původu), měkký lehce tavitelný kov
výskyt:
•
•
v zemské kůře průměrný obsah činí kolem 100 mg/kg.
hlavním minerálem a rudou pro průmyslovou výrobu zinku je sfalerit (ZnS),
smithsonit (dříve kalamín, ZnCO3)
využití:
součást různých slitin, barviv, užití jako antikorozní povlaky 30-45 % produkce Zn,
plech, slitiny (s mědí – mosaz)
biologický význam
• přítomnost v potravě je nezbytná pro správný vývoj organizmu (dospělý člověk má
obsaženy 2 g Zn v enzymech), enzymatické systémy (více než 60 enzymů, např. při
metabolismu nukleových kyselin pro transkripci DNA do mRNA či alkoholu alkoholdehydrogenáza), nejvýznamnější je patrně inzulínový
• při výrazném nedostatku postiženy zejména tkáně s rychlým obratem buněk
(sliznice trávicího ústrojí, kůže, tvorba spermií).
7
Zinek - toxicita
 „horečka slévačů“ - nadýcháním horkých dýmů ZnO horečnaté stavy i u Cd, Co, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Sn...
 rozpustné zinečnaté soli akutně způsobí koliku, zvracení,
anorexii, chronicky anémii (naruší metabolismus železa),
inhibují respirační systémy v mitochondriích
(metabolismus Cu)
 nekumuluje se v organismu v toxických dávkách, díky
omezené resorpci v tenkém střevě
 ZnSO4. 7H2O (heptahydrát síranu zinečnatého) při požití
působí emeticky, kůži a sliznice leptá, smrtná dávka 3-5 g
8
Kadmium
Cd (lat. Cadmium, řec. kadmeia - země) - bílý, měkký, lehce tavitelný,
toxický kov
vlastnosti:
• typický kovový prvek bílé barvy, v silných minerálních kyselinách je
dobře rozpustné za vývoje plynného vodíku
výskyt:
• příměs rud Zn, a někdy i Pb, z nichž se také společně získává
• ve sloučeninách se vyskytuje téměř pouze v mocenství Cd2+
využití:
NiCd akumulátory, stabilizátory plastů, součást různých slitin a k
povrchové ochraně jiných kovů před korozí, jeho praktické využití
omezováno na nejnutnější minimum
9
Kadmium - toxicita
vliv jednoznačně negativní, chemicky velmi podobné zinku => může
snadno vstupovat do různých enzymatických reakcí místo Zn, Fe, Cu,
vliv na metabolismus Ca
kumulativní jed - koncentruje se především v ledvinách a v menší míře i v
játrech (v ledvinách setrvá až desítky let)
 osteoporóza a anemie, zvyšuje se i riziko srdečních a cévních
onemocnění, prokazatelně karcinogenní pro zvířata
 činnost pohlavních žláz - u samců změny varlat, u březích samic změny
placenty, při akutně vysoké dávce kadmia se dostavují bolesti břicha,
průjmy a zvracení (LD50 pro člověka 0,3-8,9 g).
! kuřáci ! - v náhodně vybraném vzorku populace obsahují ledviny silného
kuřáka minimálně 10× více kadmia než u nekuřáka
10
Rtuť
Hg (lat. Hydrargyrum, řec. hydrargyros tekuté stříbro), těžký toxický
kovový prvek, kapalný stříbřitě bílé barvy, vede elektrický proud
výskyt:
• ve sloučeninách v mocenství Hg1+ a Hg2+
• v zemské kůře je rtuť velmi vzácná 0,1 – 0,3 mg/kg.
• v přírodě se rtuť vyskytuje poměrně vzácně i jako elementární
prvek.
• hlavním minerálem a zdrojem pro výrobu je sulfid rtuťnatý, HgS
česky rumělka neboli cinabarit
využití:
použití jako součást slitin – amalgámů, náplň různých přístrojů
11
Rtuť - toxicita
 kumulativní jed, koncentruje se v ledvinách a v menší míře i v játrech a
slezině
 chronické otravy bývají často nespecifické - od studených končetin,
vypadávání vlasů, šedý lem kolem zubních krčků až vypadávání zubů, přes
zažívací poruchy, různé neurologické a psychické potíže až po závažné stavy
jako např. chudokrevnost, revmatické choroby či onemocnění ledvin
 při jednorázové vysoké dávce rtuti se dostavují bolesti břicha, krvavé průjmy
a zvracení.
kalomel Hg2Cl2 vzhledem k nízké rozpustnosti se jen velmi obtížně může dostat
z trávicího traktu do krevního řečiště, byl využíván medicínsky jako
projímadlo.
chlorid rtuťnatý HgCl2 (sublimát), ve vodě velmi dobře rozpustný a současně
mimořádně toxický - byl dříve používán jako součást jedů na hlodavce a k
moření obilí
fulminát rtuťnatý - třaskavá rtuť, rozklad při teplotě nad 50°C, do rozbušek
12
Chrom
Cr (lat. Chromium) - světle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov
vlastnosti
• nejtvrdší elementární kov, mimořádně nízká reaktivita a vysoká
chemická odolnost
výskyt
• především v mocenství Cr3+ a Cr6+ , sloučeniny Cr2+ jsou silnými
redukčními činidly
• oxid chromitý Cr2O3 se používá jako barevný pigment pod označením
chromová zeleň, soli trojmocného chromu ve sklářském průmyslu k
barvení skla a kožedělném průmyslu při činění kůží.
• chroman barnatý BaCrO4 (žlutý ultramarín) a chroman olovnatý
PbCrO4 (chromová žluť).
využití:
v metalurgii jako při výrobě legovaných ocelí a dalších slitin, tenká vrstva
proti korozí a zvyšuje jejich tvrdost
13
Chrom - toxicita
Cr6+ nejtoxičtější, CrO3 prokázaný karcinogen pro člověka (kategorie 1 dle
IARC), letální dávka 1-2 g, mutagenní, pravděpodobnost vzniku
karcinomu plic a nosu (při chronické inhalaci perforace nosní přepážky),
tvorba vředů <= při biochemické redukci Cr6+ na Cr3+ za spoluúčasti
cytochromu P-450
=> významné antidotum vitamin C (kyselina askorbová)
 inhalací astmatické potíže, při požití zpočátku leptá, následuje šok a
smrt, těžká akutní závrať, zvracení, mrazení, bolesti žaludku
 poškozuje pokožku, vznikají léze známé jako chromové vředy –
nebolestivé, často pronikají hluboko
Cr běžnou reakcí na kontakt je alergická dermatitida – ústup od
chromování kovů
dichromany Cr2O72- - (Na+, K+, NH4+ - v seznamu jedů) stejné účinky jako soli
Cr6+ , leptají sliznice, nebezpečné pro oči,
smrtelná dávka požitím K2Cr2O7 - 2 g
14
Mangan
Mn (lat. Manganum) – světle šedý paramagnetický tvrdý kov
vlastnosti:
• vyskytuje se ve třech stabilních modifikacích (a-mangan, b-mangan, gmangan), které se mění v závislosti na teplotě
• ve sloučeninách se vyskytuje v mocenstvích Mn 1+- Mn 7+
• nízká odolnost vůči korozi, jemně rozetřený prášek manganu je samozápalný
výskyt:
• s rudami železa, hlavním minerálem burel MnO2, na dně oceánů konkrece s
obsahem 15 – 30 % Mn
využití:
až 95 % při výrobě oceli (ferromangan, silikomangan, zrcadlovina, dural),
manganový bronz, sklářský (zvyšuje jasnost skla) a keramický (glazury)
průmysl
KMnO 4– silné oxidační schopnosti, používán k desinfekci potravin v rizikových
oblastech, v pyrotechnice, zdroj kyslíku při kontrolovaném hoření
15
Mangan - toxicita
přítomnost malých množství nutná – součást několika
enzymů podílejících se na tvorbě základní hmoty pojiva
(kolagenu či mukopolysacharidů)
nedostatek vede k problémům v cévním systému,
metabolismu cholesterolu a zvýšenému ukládání na
cévní stěny – kardiovaskulární choroby, poruchy
metabolismu cukrů – až onemocnění cukrovkou
nadbytek působí negativně na nervovou soustavu –
projevy podobné Parkinsonově chorobě až choroba
samotná
16
Železo
Fe (lat. Ferrum), měkký, světle šedý až bílý kov s malou odolností proti korozi,
významně zastoupený na Zemi i ve vesmíru
výskyt:
• zemské jádro je složeno především ze železa a niklu a celkový podíl železa na
složení naší planety je ještě podstatně vyšší (podle některých údajů až 35 %).
• v přírodě se železo ve formě sloučenin v mnoha rudách, hematit (krevel)
Fe2O3, limonit (hnědel) Fe2O3× H2O, ilmenit FeTiO3, magnetit (magnetovec)
Fe3O4, siderit (ocelek) FeCO3 nebo pyrit FeS2.
• elementární kovové železo je buď pozemské, nebo meteoritické
biologický význam
• v živých organismech součást hemoglobinu, myoglobinu, cytochromů (zdravý
lidský organismus obsahuje 4-5 g Fe, z toho více než polovina v hemoglobinu),
denní příjem 20 mg
17
Železo - toxicita
• železo je málo toxické, sloučeniny hlavně dráždivé a leptavé místní
účinky
• při léčení anémie z nedostatku železa se resorbuje jen redukovaná
forma, proto přídavek kyseliny askorbové (redukční účinky)
Fe2O3 a Fe3O4 - soli železnaté a železité toxické až ve vyšších dávkách,
smrtelná dávka pro dvouleté dítě pozorována 2-10 g
• degenerace srdce, při inhalaci „horečka slévačů“, chronicky může
vzniknout rakovina plic, jinak zaprášení nazývané sideróza
FeCl3 - místně leptá sliznice a kůži
FeSO4 . 7H2O - dráždí žaludeční sliznici, je hepatotoxický
Fe(CO)5 - pentakarbonyl železa, asi 100× toxičtější než ostatní sloučeniny
Fe, nebezpečný při inhalaci, dobře proniká kůží, způsobí edém plic
18
Kobalt
Co (lat. Cobaltum, něm. kobold důlní skřítek „kazící stříbro“ ) namodralý, feromagnetický tvrdý kov
výskyt
• ve sloučeninách v mocenství Co2+ a Co3+
• v zemské kůře činí průměrný obsah kobaltu kolem 25 mg/kg
biologický význam - stopové množství kobaltu je důležité pro řadu
živých organismů včetně člověka - je součástí jednoho z důležitých
členů vitaminů skupiny B - vitaminu B12
využití:
30 % v metalurgii pro zlepšování vlastností slitin – tvrdost, pevnost,
odolnost;
30 % při barvení skla a keramiky
19
Kobalt - toxicita
 ve větších koncentracích snižuje funkci štítné žlázy
(sekrece tyroxinu),
 kardiotoxický - v Kanadě se používaly sloučeniny pro
stabilizaci pivní pěny - pozorován nárůst onemocnění
srdce u pivařů
 Co2+ - nádory u zvířat
 chronicky: poškození ledvin, jater, astma, alergie
 inhalace prachu sloučenin kobaltu vede k bronchitidám
 elementární práškový sám prudce toxický, kožní záněty a
zažívací potíže, inhalace má následek pneumokoniozu
20
Nikl
Ni (lat. Niccolum) je bílý, feromagnetický, kujný a tažný kov, s vysokou
elektrickou vodivostí,
výskyt
• ve sloučeninách v mocenství Ni2+
• v zemské kůře jeho průměrný obsah 100 mg/kg.
• ryzí nikl vzácně, obvykle jako oxid ve směsi s železem (laterit a
garnierit) nebo jako sulfid nikelnato-železitý - pentlandit.
• nikl je také poměrně hojně zastoupeným prvkem v meteoritech
využití:
součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí
21
Nikl - toxicita
 silně zvyšuje riziko vzniku rakoviny a je dnes řazen i mezi mutageny
 v běžném životě kožní alergie na nikl „niklový svrab“, projevuje se u 6
- 10 % obyvatelstva a doprovází ji nejprve zarudnutí kůže a později až
vznik kožních ekzémů, i při placení mincemi s obsahem niklu.
 toxický pro vodní organismy
[Ni(CO)4] - (jed v seznamu), akutně kašel, závratě, bolesti hlavy, cyanóza,
horečky, zvracení, smrt v důsledku pneumonie (zánětu plic), krvácení
do mozku, akutního edému plic, po překonání otravy se často rozvine
chronické respirační selhávání
Ni karcinogenní pro zvířata i lidi (plíce, nos),
! prokázané karcinogeny pro člověka NiO, Ni2O3, NiO2 !
22