Schwermetalle

Metalle, sortiert nach Dichte  •  • (Halb-)Metall:  •  •  • H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og    * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu  ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Schwermetalle sind unter uneinheitlichen DefinitionenME Hodson: Heavy metals—geochemical bogey men? In: Environmental Pollution. 129/2004, S. 341–343, doi:10.1016/j.envpol.2003.11.003. zusammengefasste Metalle, deren Dichte oder Atommasse einen bestimmten Wert übersteigt. Teilweise werden in die Definition noch weitere Eigenschaften wie Ordnungszahl und Toxizität einbezogen.JH Duffus: Definitions of heavy metal: Survey of current usage. April 2001. Viele Quellen stufen als Schwermetall ein Metall ein, dessen Dichte größer als 5,0 g/cm³ oder – bei älteren Quellen – größer als 4,5 g/cm³ ist.Leichtmetalle. Lexikon der Chemie, Wissenschaft-Online-Lexika; abgerufen am 16. April 2009.K. Maile, E. Roos: Werkstoffkunde für Ingenieure: Grundlagen, Anwendung, Prüfung. Birkhäuser, 2005, ISBN 978-3-540-22034-3, S. 10.Wenige, ältere Quellen nennen einen Grenzwert von < 4,5 g/cm³J. Elpers, H. Meyer, N. Meyer, H. Marquard, W. Nabbefeld, W. Skornitzke, W. Willner, F. Ruwe: Mechatronik. Grundstufe. 4. Auflage. Bildungsverlag Eins, 2001, ISBN 978-3-8242-2080-9, S. 52K. Hengesbach: Fachwissen Metall Grundstufe und Fachstufe 1. 4. Auflage. Bildungsverlag Eins, 1994, ISBN 978-3-8237-0330-3, S. 248.

In der Kerntechnik wird „Schwermetall“ in zwei verschiedenen besonderen Bedeutungen verwendet: als Sammelbezeichnung für alle durch Neutronen spaltbaren Nuklide, bei Abbrand-Betrachtungen für den spaltbaren Metallanteil (Uran, Plutonium) des frischen Kernbrennstoffs.R. Zahoransky (Hrsg.): Energietechnik. 7. Auflage, Springer 2015, ISBN 978-3-658-07453-1, Seite 109.

Definitionen

In der Technik (nur NE-Metalle) und der Chemie fallen unter den Begriff „Schwermetall“ Metalle mit einer Dichte ab 5 g/cm³.Fachkundebuch Metall. 56. Auflage. Europa-Lehrmittel, S. 268: Tabelle 1: Einteilung der NE-Metalle. Zu diesen werden üblicherweise unter anderem die Edelmetalle, die Basismetalle Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn und Nickel sowie Bismut, Cadmium, Chrom und Uran gerechnet. Eine Studie der IUPACJohn H. Duffus: ‚Heavy metals‘ – a meaningless term? In: International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Pure and Applied Chemistry, 74/2002, S. 793–807, doi:10.1351/pac200274050793., die empfiehlt diesen Begriff künftig nicht mehr zu verwenden, fand jedoch mindestens 38 Definitionen für die Bezeichnung „Schwermetall“, die angefangen von der Dichte, dem Atomgewicht oder der Ordnungszahl bis zu den chemischen Eigenschaften oder der Toxizität reichen. Folglich unterscheiden sich Listen von „Schwermetallen“ von einem Satz von Richtlinien zu einem anderen; dabei werden oft auch Halbmetalle wie z. B. Arsen mit eingeschlossen. Die Bezeichnung wird oft ohne Angabe der Metalle, auf die sie sich bezieht, verwendet. Aus den oben aufgeführten Gründen ist die Bezeichnung aller anderen Metalle als Leichtmetalle ebenso undefiniert. In der Öffentlichkeit gelten oft alle als „Schwermetall“ bezeichneten Stoffe (wobei deren Verbindungen und Legierungen häufig ebenfalls dazu gerechnet werden) als toxisch. Folgende Elemente haben eine Dichte über 5 g/cm³:

Dichte in g/cm³ 4. Periode Dichte  Vanadium 6,11  Chrom 7,14  Mangan 7,47  Eisen 7,874  Cobalt 8,90  Nickel 8,908  Kupfer 8,92  Zink 7,14  Gallium 5,904  Germanium* 5,323  Arsen* 5,72 5. Periode Dichte  Zirconium 6,511  Niob 8,570  Molybdän 10,28  Technetium 11,50  Ruthenium 12,37  Rhodium 12,45  Palladium 12,023  Silber 10,49  Cadmium 8,65  Indium 7,31  Zinn 7,31  Antimon* 6,697  Tellur* 6,25 6. Periode Dichte  Lanthan 6,146  Hafnium 13,31  Tantal 16,65  Wolfram 19,25  Rhenium 21,03  Osmium 22,59  Iridium 22,56  Platin 21,45  Gold 19,32  Quecksilber 13,55  Thallium 11,85  Blei 11,34  Bismut 9,78  Polonium 9,20  Astat* ** 6,35 7. Periode Dichte  Radium 5,50  Actinium 10,07 Rutherfordium 17,9**  Dubnium ?**  Seaborgium ?**  Bohrium ?**  Hassium ?**  Meitnerium ?**  Darmstadtium ?**  Roentgenium ?**  Copernicium ?**  Nihonium ?**  Flerovium ?**  Moscovium ?**  Livermorium ?** Lanthanoide Dichte  Cer 6,689  Praseodym 6,64  Neodym 6,800  Promethium 7,264  Samarium 7,353  Europium 5,244  Gadolinium 7,901  Terbium 8,219  Dysprosium 8,551  Holmium 8,80  Erbium 9,05  Thulium 9,321  Ytterbium 6,965  Lutetium 9,841 Actinoide Dichte  Thorium 11,72  Protactinium 15,37  Uran 18,97  Neptunium 20,48  Plutonium 19,74  Americium 13,67  Curium 13,51  Berkelium 14,78  Californium 15,10  Einsteinium 8,84**  Fermium ?**  Mendelevium ?**  Nobelium ?**  Lawrencium ?** * Halbmetalle ** Da sich diese Elemente nicht in messbaren Mengen synthetisieren lassen, kann man viele ihrer Eigenschaften wie die Dichte nicht messen. Modellrechnungen legen jedoch Wertebereiche dieser Größen nahe.Jyoti Gyanchandani, S.K.Sikka: Structural Properties of Group IV B Element Rutherfordium by First Principles Theory, 2011, .

Die Tabelle enthält Elemente mit einer Dichte ab 5 g/cm³. Elemente mit bekannter Dichte zwischen 5 und 10 g/cm³ sind gelb, zwischen 10 und 20 g/cm³ orange und über 20 g/cm³ braun hinterlegt.

Vorkommen und Herkunft Schwermetalle kommen in den Gesteinen der Erdkruste vor und sind dort in Erzen als Oxide, Sulfide und Carbonate fest eingebunden und auch in Silikaten eingeschlossen oder liegen zum Teil gediegen vor. Ihre Konzentration in Hydrosphäre, Atmosphäre und Pedosphäre schwankt über viele Größenordnungen. Ihre Konzentration in der Erdkruste reicht von einstelligen parts per billion (ppb) (Iridium, Gold, Platin) bis zu 5 Prozent (Eisen). Durch Verwitterung und Erosion gelangen diese auf natürlichem Wege in Böden und Grundwasser. Dabei enthalten einige Gesteine wie Pikrit, Serpentinit, Basalte und vor allem Erze zum Teil hohe Konzentrationen von Chrom, Nickel und Cobalt, was in deren Umgebung zu einer hohen natürlichen Schwermetallbelastung der Böden führt. Die Stoffkreislaufmengen und die Akkumulation in der Umwelt sind seit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert durch wachsende Emissionen aus verschiedenen anthropogenen Quellen jedoch schnell angestiegen. Dazu gehören die Gewinnung von Schwermetallen und deren Verarbeitung, die Düngemittelherstellung, die Verbrennung von Kohle, Müll und Klärschlamm, der Kfz-Verkehr und die Stahl-, Zement- und Glasproduktion. Der bergmännische Abbau von „Schwermetallerzen“ geht häufig mit einer hohen Schwermetallbelastung der Böden einher. An einigen Stellen im Harz, im Siegerland und der Aachener Umgebung hat sich beispielsweise auf den durch Erzbergbau belasteten Böden azonale Vegetation spezifischer Pflanzengesellschaften ausgebildet. Dort bilden die Galmeipflanzen sogenannte „Schwermetallrasen“ aus.

Vor 4,5 Mrd. Jahren – als der Erdmantel noch flüssig war – sanken die Schwermetalle zum Erdmittelpunkt und bildeten den Erdkern. Zum Vorkommen von Schwermetallen in der Erdkruste nehmen Geologen an, dass der größte Teil von Asteroiden stammt. Untermauert wird diese Vermutung durch eine Studie mit Wolfram, welches aus einer Gesteinsprobe aus Grönland stammt. In dieser Gesteinsprobe fand sich 13-mal häufiger das Isotop 182W als in Gesteinsproben anderer Orte. Matthias Willbold von der University of Bristol, der Erstautor der Studie, sagt: „Die meisten der Edelmetalle, auf denen unsere Wirtschaft und viele wichtige industrielle Prozesse basieren, kamen durch einen glücklichen Zufall auf unseren Planeten – als die Erde von rund 20 Trillionen Tonnen Asteroidenmaterial getroffen wurde.“Meteoriten ließen Edelmetalle auf die Erde regnen. Spiegel online, 8. September 2011.The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment. In: Nature, 8. September 2011, doi:10.1038/nature10399.

Eigenschaften

mini|hochkant=2|klasse=skin-invert-image|Schwermetall-Emissionen in Deutschland von 1990 bis 2015 Biologische Eigenschaften und Umweltauswirkungen

+ Toxizität und Wichtigkeit verschiedener Schwermetalle für das LebenToxische Metalle. GeoLexikon. Metall essentiell toxisch Pflanzen Tiere Pflanzen Tiere Blei ☠ ☠ Cadmium ☠ ☠ Chrom ✓ ☠ ☠ Cobalt ✓ Kupfer ✓ ✓ ☠ ☠ Mangan ✓ ✓ ☠ Molybdän ✓ ✓ ☠ Nickel ✓ ☠ Quecksilber ☠ ☠ Selen ✓ ☠Zink ✓ ✓ ☠ ☠Zinn ✓

Von Natur aus kommen Schwermetalle und ihre Verbindungen in der Biosphäre nur in Spuren vor. Manche von ihnen sind in kleinen Mengen lebenswichtig für Pflanzen, Tiere und den Menschen, sie werden dann als essentielle Schwermetalle oder Spurenelemente bezeichnet. Dazu gehören Chrom, Eisen, Cobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Zink und Zinn. Viele Schwermetalle, auch die essentiellen, können bereits in leichter Überkonzentration für den menschlichen Organismus gesundheitsschädlich oder giftig sein, wobei deren toxische Wirkung auch stark von der chemischen Verbindung des Schwermetalles abhängt. Ein Beispiel dafür ist Chrom, welches in elementarer Form ungiftig, als Chrom(III) essentiell und als Chrom(VI) giftig und karzinogen ist. Im Allgemeinen steigt die Gefährlichkeit der Verbindungen mit ihrer Wasser- und Fettlöslichkeit. Die Stoffe werden meist über die Nahrungskette aufgenommen und gelangen so in den menschlichen Körper. Pflanzen spielen dabei eine große Rolle, da sie Schwermetalle aufnehmen und anreichern können. Beim Menschen wirken chronische Schwermetallvergiftungen oft spezifisch auf bestimmte Organe und rufen charakteristische Krankheitsbilder hervor.

Schwermetalle im Erdboden können mobilisiert ins Grundwasser, in Pflanzen und somit in die Nahrungskette gelangen und dort physiologische Schäden verursachen.

Seit dem Jahr 2006 gibt das amerikanische Blacksmith Institute eine Liste der zehn am stärksten verseuchten Orte der Welt heraus. Dabei sind sämtliche Schwermetalle – zumeist durch Bergbau oder bei der Verhüttung emittiert – jedes Mal in vielfältiger Weise vertreten.The Top Ten Toxic Threats. 2013, Blacksmith Institute (PDF; 4,8 MB).

Blei

Blei sammelt sich bei der Aufnahme durch Nahrung und Atemluft im menschlichen Organismus an und wirkt schon in geringen Spuren als chronisches Gift. Es reichert sich in Knochen, Zähnen und im Gehirn an und beeinträchtigt die Funktionsfähigkeit des Nervensystems. Besonders Kinder sind gefährdet, sie zeigen oft Intelligenz-, Lern- und Konzentrationsstörungen. Auch die Immunabwehr kommt bei Bleivergiftungen zu Schaden, daraus folgt eine erhöhte Infektanfälligkeit.

Die größte Quelle für Bleivergiftung war früher das in den USA in den 1920ern entwickelte, verbleite Benzin, dem Tetraethylblei zugesetzt wurde, um die Klopffestigkeit zu erhöhen. In den USA wurde dieser Treibstoff ab 1973 nach und nach aus dem Verkehr gezogen. In Europa wurde erstmals in Deutschland 1983 wieder unverbleites Benzin verkauft. Nach schrittweiser Ersetzung und Abschaffung wurde verbleites Benzin mit Anfang 2000 EU-weit verboten.SZ: Bleifreies Benzin In Algerien wurde am 1. September 2021 weltweit das letzte Mal verbleites Benzin verkauft.Era of leaded petrol over, eliminating a major threat to human and planetary health (UNEP) (engl.) abgerufen am 20. September 2021.

Seit 1973 wurden in Deutschland keine Bleirohre mehr als Wasserleitung im Haus verbaut. Praktisch frei von Bleirohren ist der gesamte süddeutsche Raum, da dort seit über hundert Jahren keine mehr verlegt wurden. Der Grenzwert für Blei im Leitungswasser lag ab dem 1. Dezember 2003 bei 25 µg/L und wurde am 1. Dezember 2013 auf 10 µg/L reduziert.aid infodienst Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz e. V. mit Förderung durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.

Cadmium