Metales pesados

Los metales pesados ​​se definen generalmente como metales con densidades, pesos atómicos o números atómicos relativamente altos. Los criterios utilizados, y si se incluyen metaloides, varían según el autor y el contexto. 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 interesado en el comportamiento químico. Se han publicado definiciones más específicas, pero ninguna de ellas ha sido ampliamente aceptada. Las definiciones examinadas en este artículo abarcan hasta 96 de los 118 elementos químicos conocidos; sólo el mercurio, el plomo y el bismuto se encuentran con todos ellos. A pesar de esta falta de acuerdo, el término (plural o singular) se usa mucho en la ciencia. Una densidad de más de 5 g/cmse cita a veces como un criterio de uso común y se utiliza en el cuerpo de este artículo.

Los metales más antiguos 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 magnesio, aluminio y titanio, así como metales pesados ​​menos conocidos, como galio, talio y hafnio.

Algunos metales pesados ​​son nutrientes esenciales (por lo general, hierro, cobalto y zinc) o relativamente inofensivos (como el rutenio, la plata y el indio), pero pueden ser tóxicos en cantidades mayores o en ciertas formas. Otros metales pesados, como el cadmio, el mercurio y el plomo, son muy venenosos. Las fuentes potenciales de envenenamiento por metales pesados ​​incluyen la minería, los relaves, 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 cautela, ya que los metales involucrados no siempre se definen de manera uniforme. Además de ser relativamente densos, los metales pesados ​​tienden a ser menos reactivos que los metales más livianos y tienen muchos menos sulfuros e hidróxidos solubles. Si bien es relativamente fácil distinguir un metal pesado como el tungsteno de un metal más liviano como el sodio, algunos metales pesados, como el zinc, el mercurio y el plomo, tienen algunas de las características de los metales más livianos y metales más livianos como el 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

No existe una definición basada en criterios ampliamente acordada 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, mientras que en física el criterio distintivo podría ser el número atómico, y un químico o biólogo probablemente estaría más interesado en el comportamiento químico.

Los criterios de densidad van desde más de 3,5 g/cm hasta más de 7 g/cm. Las definiciones de peso atómico pueden variar desde mayor que el sodio (peso atómico 22,98); mayor de 40 (excluyendo metales de bloque s y f, por lo tanto, comenzando con escandio); o más de 200, es decir, de mercurio en adelante. Los números atómicos de los metales pesados ​​generalmente se dan como mayores a 20 (calcio); a veces esto tiene un tope de 92 (uranio). Las definiciones basadas en el número atómico han sido criticadas por incluir metales de baja densidad. 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, que está por debajo del umbral utilizado por otros autores.El mismo problema puede ocurrir con las definiciones basadas en el peso atómico.

La Farmacopea de los Estados Unidos incluye una prueba para metales pesados ​​que involucra la precipitación de impurezas metálicas como sus sulfuros coloreados". En 1997, Stephen Hawkes, un profesor de química que escribió 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 referidos como 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 4 o superior, en otras palabras, los metales de transición y post-transición Los lantánidos satisfacen la descripción de tres partes de Hawkes, el estado de los actínidos no está completamente establecido.

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 clase B y metales limítrofes. En este esquema, los iones metálicos de clase A prefieren los donantes de oxígeno; los iones de clase B prefieren los donantes de nitrógeno o azufre; y los iones limítrofes o ambivalentes muestran características de clase A o B, según las circunstancias. Los metales de clase A, que suelen tener baja electronegatividad y formar enlaces con gran carácter iónico, son los alcalinos y alcalinotérreos, el aluminio, los metales del grupo 3 y los lantánidos y actínidos.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 post-transición más pesados. Los metales limítrofes comprenden en gran medida los metales de transición y post-transición más ligeros (más el arsénico y el antimonio). La distinción entre los metales de clase A y las otras dos categorías es clara. Una propuesta frecuentemente citada de usar estas categorías de clasificación en lugar del nombre más evocador heavy metal no ha sido ampliamente adoptada.

Lista de metales pesados ​​según la densidad

A veces se menciona una densidad de más de 5 g/cm como un factor definitorio común de metales pesados ​​y, en ausencia de una definición unánime, se usa para completar esta lista y (a menos que se indique lo contrario) guiar el resto del artículo. Los metaloides que cumplen con los criterios aplicables, por ejemplo, el arsénico y el antimonio, a veces se cuentan como metales pesados, particularmente en química ambiental, como es el caso aquí. El selenio (densidad 4,8 g/cm) también está incluido en la lista. Cae marginalmente por debajo del criterio de densidad y es menos comúnmente reconocido como un metaloide pero tiene una química a base de agua similar en algunos aspectos a la del arsénico y el antimonio.Otros metales a veces clasificados o tratados como metales "pesados", como el berilio (densidad de 1,8 g/cm), el aluminio (2,7 g/cm), el calcio (1,55 g/cm) y el bario (3,6 g/cm) se tratan aquí. como metales ligeros y, en general, no se consideran más.

Orígenes y uso del término

La pesadez de los metales naturales como el oro, el cobre y el hierro se pudo haber notado en la prehistoria y, a la luz de su maleabilidad, condujo a los primeros intentos de fabricar adornos, herramientas y armas de metal. Todos los metales descubiertos desde entonces hasta 1809 tenían densidades relativamente altas; su pesadez se consideraba un criterio singularmente distintivo.

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

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. Los metales ligeros tenían densidades de 0,860–5,0 g/cm; metales pesados ​​5.308–22.000. Posteriormente, el término se asoció con elementos de alto peso atómico o alto número atómico. A veces se usa indistintamente con el término elemento pesado. Por ejemplo, al discutir la historia de la química nuclear, Magee señala que alguna vez se pensó que los actínidos representaban un nuevo grupo de transición de elementos pesados, mientras que Seaborg y sus colaboradores "preferían... una serie de metales pesados ​​de tierras raras...". En astronomía, sin embargo, un elemento pesado es cualquier elemento más pesado que el hidrógeno y el helio.

Crítica

En 2002, el toxicólogo escocés John Duffus revisó las definiciones utilizadas durante los 60 años anteriores y concluyó que eran tan diversas que efectivamente hacían que el término no tuviera sentido. Junto con este hallazgo, el estado de metales pesados ​​de algunos metales se cuestiona ocasionalmente debido a que son demasiado livianos, o están involucrados en procesos biológicos, o rara vez constituyen peligros ambientales. Los ejemplos incluyen escandio (demasiado claro); vanadio a zinc (procesos biológicos); y rodio, indio y osmio (demasiado raro).

Popularidad

A pesar de su cuestionable significado, 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. Se dice que es un término aceptable, dada su conveniencia y familiaridad, siempre que vaya acompañado de una definición estricta. La sociedad de minerales, metales y materiales alude a las contrapartes de los metales pesados, los metales ligeros, que incluyen "aluminio, magnesio, berilio, titanio, litio y otros metales reactivos".

Rol biológico

Elemento	miligramos
Hierro	4000
Zinc	2500
Guiar	120
Cobre	70
Estaño	30
Vanadio	20
Cadmio	20
Níquel	15
Selenio	14
Manganeso	12
Otro	200
Total	7000

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); 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) y selenio (funcionamiento antioxidante y producción de hormonas). 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.En el período 5, se requiere molibdeno para la catálisis de reacciones redox; el cadmio es utilizado por algunas diatomeas marinas con el mismo fin; y el estaño puede ser necesario para el crecimiento de algunas especies. En el período 6, algunas arqueas y bacterias requieren tungsteno para los procesos metabólicos. Una deficiencia de cualquiera de estos metales pesados ​​esenciales del período 4-6 puede aumentar la susceptibilidad al envenenamiento por metales pesados ​​(por el contrario, un exceso también puede tener efectos biológicos adversos). Un cuerpo humano promedio de 70 kg tiene aproximadamente un 0,01 % de metales pesados ​​(~7 g, equivalente al peso de dos guisantes secos, con 4 g de hierro, 2,5 g de zinc y 0,12 g de plomo que comprenden los tres constituyentes principales), 2 % de metales ligeros (~1,4 kg, el peso de una botella de vino) y casi el 98 % de no metales (principalmente agua).

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 (aunque no siempre se considera un metal pesado).

Toxicidad

A menudo se supone que los metales pesados ​​son altamente tóxicos o dañinos para el medio ambiente. Algunos lo son, mientras que otros son tóxicos solo si se toman en exceso o se encuentran en ciertas formas. La inhalación de ciertos metales, ya sea como polvo fino o, más comúnmente, como humos, también puede provocar una afección llamada fiebre de humos metálicos.

Metales pesados ​​ambientales

El cromo, el arsénico, el cadmio, el mercurio y el plomo tienen el mayor potencial para 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. El cromo hexavalente, por ejemplo, es altamente tóxico, al igual que el vapor de mercurio y muchos compuestos de mercurio. Estos cinco elementos tienen una fuerte afinidad por el azufre; en el cuerpo humano suelen unirse, a través de grupos tiol (-SH), a enzimas encargadas de controlar la velocidad de las reacciones metabólicas. Los enlaces de azufre y metal resultantes inhiben el correcto funcionamiento de las enzimas involucradas; la salud humana se deteriora, a veces fatalmente.El cromo (en su forma hexavalente) y el arsénico son cancerígenos; el cadmio provoca una enfermedad ósea degenerativa; y el mercurio y el plomo dañan el sistema nervioso central.

• Cristales de cromo y cubode 1 cm.
• Arsénico, sellado en unrecipiente para evitar el deslustre
• Barra de cadmio y cubode 1 cm
• Se vierte mercurioen una placa de Petri
• Nódulos de plomo oxidado y cubode 1 cm

El plomo es el contaminante de metal pesado más frecuente. Se ha estimado que los niveles en los ambientes acuáticos de las sociedades industrializadas son dos o tres veces mayores que los niveles preindustriales. Como componente del tetraetilo de plomo, (CH₃CH₂)₄Pb, se utilizó ampliamente en la gasolina durante las décadas de 1930 y 1970. 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 esa fecha retienen altas concentraciones de plomo. 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.

Otros metales pesados ​​destacados por su naturaleza potencialmente peligrosa, generalmente como contaminantes ambientales tóxicos, incluyen manganeso (daño al sistema nervioso central); cobalto y níquel (carcinógenos); cobre, zinc, selenio y plata (alteración endocrina, trastornos congénitos o efectos tóxicos generales en peces, plantas, aves u otros organismos acuáticos); estaño, como organoestaño (daño al sistema nervioso central); antimonio (un cancerígeno sospechoso); y talio (daño al sistema nervioso central).

Metales pesados ​​nutricionalmente esenciales

Los metales pesados ​​esenciales para la vida pueden ser tóxicos si se toman 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. El ion permanganato púrpura MnO₄es un veneno para el hígado y los riñones. Ingerir más de 0,5 gramos de hierro puede provocar un colapso cardíaco; tales sobredosis ocurren más comúnmente en niños y pueden provocar la muerte dentro de las 24 horas. El carbonilo de níquel (Ni(CO) ₄), en 30 partes por millón, puede provocar insuficiencia respiratoria, daño cerebral y la muerte. Beber un gramo o más de sulfato de cobre (CuSO ₄) puede ser fatal; los sobrevivientes pueden quedar con daños importantes en los órganos. Más de cinco miligramos de selenio es altamente tóxico; esto es aproximadamente diez veces la ingesta diaria máxima recomendada de 0,45 miligramos; el envenenamiento a largo plazo puede tener efectos paralizantes.

Otros metales pesados

Algunos otros metales pesados ​​no esenciales tienen una o más formas tóxicas. Se han registrado fallas renales 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). La exposición al tetróxido de osmio (OsO ₄) puede causar daños oculares permanentes y provocar insuficiencia respiratoria y la muerte. Las sales de indio son tóxicas si se ingieren más de unos pocos miligramos y afectarán los riñones, el hígado y el corazón. El cisplatino (PtCl ₂ (NH ₃) ₂), que es un fármaco importante que se usa para destruir las células cancerosas, también es un veneno para los riñones y los nervios.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.

Fuentes de exposición

Los metales pesados ​​pueden degradar la calidad del aire, el agua y el suelo y, posteriormente, causar problemas de salud en las plantas, los animales y las personas, cuando se concentran como resultado de las actividades industriales. Las fuentes comunes de metales pesados ​​en este contexto incluyen desechos mineros e industriales; emisiones de vehiculos; aceite de motor; combustibles utilizados por barcos y maquinaria pesada; trabajos de construcción; fertilizantes; pesticidas; pinturas; tintes y pigmentos; renovación; depósito ilegal de residuos de construcción y demolición; contenedor de basura rodante abierto; soldadura, soldadura fuerte y blanda; trabajo del vidrio;trabajos concretos; obras de carretera; uso de materiales reciclados; Proyectos de metal de bricolaje; quema de papel joss; quema a cielo abierto de desechos en áreas rurales; sistema de ventilación contaminado; alimentos contaminados por el ambiente o por el empaque; armamento; baterías de plomo ácido; patio de reciclaje de desechos electrónicos; y madera tratada; infraestructura de abastecimiento de agua envejecida; y microplásticos flotando en los océanos del mundo. 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 desde 2016); el desastre de la represa Bento Rodrigues en Brasil, altos niveles de plomo en el agua potable suministrada a los residentes de Flint, Michigan, en el noreste de los Estados Unidose incidentes de heavy metal en agua potable en Hong Kong en 2015.

Formación, abundancia, ocurrencia y extracción.

Metales pesados ​​en la corteza terrestre:
abundancia y ocurrencia principal o fuente
	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	magnesio				Alabama	Si	PAGS	S	cl	Arkansas
4	k	California		Carolina del Sur	ti	V	cr	Minnesota	Fe	Co	Ni	cobre	zinc	Georgia	ge	Como	Se	hermano	kr
5	Rb	señor		Y	Zr	Nótese bien	Mes		ru	Rh	PD	Agricultura	Discos compactos	En	sn	Sb	Te	yo	Xe
6	cs	Licenciado en Letras		Lu	H.f.	Ejército de reserva	W	Re	Os	ir	punto	Au	Hg	Tl	Pb	Bi
7		Real academia de bellas artes
		La	Ce	PR	Dakota del Norte		pequeño	UE	Di-s	Tuberculosis	dy	Ho	Eh	Tm	Yb
			el	Pensilvania	tu
	Mas abundante (56.300 ppm por peso)	Raro (0,01–0,99 ppm)
	Abundante (100–999 ppm)	Muy raro (0.0001–0.0099 ppm)
	Poco común (1–99 ppm)	Menos abundante (~0,000001 ppm)
Los metales pesados ​​a la izquierda de la línea divisoria ocurren (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 medida a través de la nucleosíntesis estelar. En este proceso, los elementos más livianos, 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.

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. Más bien, se sintetizan en gran medida (a partir de elementos con un número atómico más bajo) por 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 singulares se separan por años o décadas, lo que permite que los núcleos menos estables se desintegren en beta.mientras que en el proceso r ("rápido"), las capturas ocurren más rápido de lo que los núcleos pueden decaer. Por tanto, el proceso s sigue un camino más o menos claro: por ejemplo, los núcleos de cadmio-110 estables son bombardeados sucesivamente por neutrones libres en el interior de una estrella hasta formar núcleos de cadmio-115 que son inestables y se descomponen 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 descompone para formar estaño-116, y así sucesivamente. Por el contrario, no existe tal camino en el proceso r. El proceso s se detiene en el bismuto debido a la corta vida media de los siguientes dos elementos, 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.

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, a veces, como resultado de una fusión de estrellas de neutrones, lo que aumenta la abundancia de elementos más pesados ​​​​que el helio en el medio interestelar. Cuando la atracción gravitacional hace que esta materia se fusione y colapse, se forman nuevas estrellas y planetas.

La corteza terrestre está compuesta por aproximadamente un 5 % de metales pesados ​​en peso, y el hierro comprende el 95 % de esta cantidad. Los metales ligeros (~20 %) y los no metales (~75 %) constituyen el otro 95 % de la corteza. 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.

Los metales pesados ​​se encuentran principalmente como litófilos (amantes de las rocas) o calcófilos (amantes de 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 en su mayoría existen como minerales de silicato de densidad relativamente baja. 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.

Por el contrario, el oro es un elemento siderófilo o amante del hierro. No forma fácilmente compuestos con oxígeno o azufre. 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. 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 aparición principal. en la Tierra (núcleo, manto y corteza), más bien la corteza. Por lo demás, estos metales se encuentran en la corteza, en pequeñas cantidades, principalmente como calcófilos (menos en su forma nativa).

Las concentraciones de metales pesados ​​debajo de la corteza son generalmente más altas, y la mayoría se encuentra en el núcleo mayormente de hierro, silicio y níquel. El platino, por ejemplo, comprende aproximadamente 1 parte por billón de la corteza, mientras que se cree que su concentración en el núcleo es casi 6.000 veces mayor. La especulación reciente sugiere 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.

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 las materias primas. El radio se produce en cantidades demasiado pequeñas para ser económicamente extraído y, en cambio, se obtiene a partir de combustibles nucleares gastados. Los metales del grupo del platino calcófilos (PGM) se encuentran 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 PGM. Esto se refina químicamente para obtener los metales individuales en sus formas puras. En comparación con otros metales, los PGM son caros debido a su escasez.y altos costos de producción.

El oro, un siderófilo, se recupera más comúnmente disolviendo los minerales en los que se encuentra en una solución de cianuro. 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, desplaza al oro: 2 K[Au(CN) ₂ ] + Zn → K ₂ [Zn(CN) ₄ ] + 2 Au. El oro precipita fuera de la solución como un lodo, se filtra y se funde.

Propiedades en comparación con los metales ligeros

En la tabla se resumen algunas propiedades físicas y químicas generales de los metales ligeros y pesados. La comparación debe tratarse con cautela ya que los términos metal ligero y metal pesado no siempre se definen de manera uniforme. Además, las propiedades físicas de dureza y resistencia a la tracción pueden variar ampliamente según la pureza, el tamaño del grano y el pretratamiento.

Propiedades físicas	metales ligeros	Metales pesados
Densidad	Por lo general más bajo	Generalmente más alto
Dureza	Tienden a ser suaves, fáciles de cortar o doblar	La mayoría son bastante difíciles
Expansión térmica	Mayormente más alto	Mayormente inferior
Punto de fusion	Mayormente bajo	Bajo a muy alto
Resistencia a la tracción	Mayormente inferior	Mayormente más alto
Propiedades químicas	metales ligeros	Metales pesados
Ubicación de la tabla periódica	La mayoría se encuentran en los grupos 1 y 2	Casi todos se encuentran en los grupos 3 a 16
Abundancia en la corteza terrestre	mas abundante	Menos abundante
Ocurrencia principal (o fuente)	litófilos	Litófilos o calcófilos (Au es un siderófilo)
Reactividad	Más reactivo	Menos reactivo
sulfuros	Soluble a insoluble	Extremadamente insoluble
Hidróxidos	Soluble a insoluble	Generalmente insoluble
Sales	En su mayoría forman soluciones incoloras en agua.	En su mayoría forman soluciones coloreadas en agua.
complejos	Mayormente incoloro	mayormente de color
Rol biológico	Incluir macronutrientes (Na, Mg, K, Ca)	Incluir 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; los metales pesados ​​posteriores a la 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 y formar complejos principalmente incoloros.

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 ubicuo dado que se dice que se encuentra o se usa para producir el 20% de todos los bienes de consumo.

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. Los 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; la capacidad de la mayoría de los iones de metales pesados ​​(como el platino, el cerio o el bismuto) de existir en diferentes estados de oxidación y, por lo tanto, actuar como catalizadores;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; y altos números atómicos y densidades de electrones que sustentan sus aplicaciones de ciencia nuclear. Los usos típicos de los metales pesados ​​se pueden agrupar ampliamente en las siguientes seis categorías.

Basado en peso o densidad

Algunos usos de los metales pesados, incluidos los deportes, la ingeniería mecánica, los artefactos militares y la ciencia nuclear, aprovechan sus densidades relativamente altas. En el buceo submarino, el plomo se utiliza como lastre; en las carreras de caballos con handicap, cada caballo debe llevar un peso de plomo específico, basado en factores que incluyen el desempeño anterior, para igualar las posibilidades de los distintos competidores. En el golf, las inserciones de tungsteno, latón o cobre en los palos y hierros de calle bajan el centro de gravedad del palo, lo que facilita el lanzamiento de la pelota en el aire; y se afirma que las pelotas de golf con núcleos de tungsteno tienen mejores características de vuelo. En la pesca con mosca, las líneas de mosca que se hunden tienen un revestimiento de PVC incrustado con polvo de tungsteno, de modo que se hunden a la velocidad requerida.En los deportes de atletismo, las bolas de acero que se utilizan en los eventos de lanzamiento de martillo y de peso se llenan de plomo para alcanzar el peso mínimo exigido por las normas internacionales. El tungsteno se usó 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 era, en ese momento, un metal costoso (el triple del costo de otros martillos) que generalmente no estaba disponible en todos los países. Los martillos de tungsteno eran tan densos que penetraban demasiado profundamente en el césped.

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 combinación atractiva de alta densidad, costo razonable y alta resistencia a la fractura.

AM Russell y KL LeeEstructura: relaciones de propiedaden metales no ferrosos (2005, p. 16)

En ingeniería mecánica, los metales pesados ​​se utilizan como lastre en barcos, aviones y vehículos de motor; o en contrapesos sobre ruedas y cigüeñales, giroscopios y hélices, y embragues centrífugos, en situaciones que requieren el máximo peso en el mínimo espacio (por ejemplo, en movimientos de relojes).

En los artefactos militares, el tungsteno o el uranio se utilizan en blindajes y proyectiles perforantes, así como en armas nucleares para aumentar la eficiencia (reflejando neutrones y retrasando momentáneamente la expansión de los materiales reactivos). En la década de 1970, se descubrió que el tantalio era más efectivo que el cobre en armas antiblindaje formadas explosivamente y carga conformada debido a su mayor densidad, lo que permite una mayor concentración de fuerza y ​​​​una mejor deformabilidad. Los 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. Se han planteado dudas sobre la seguridad (o las credenciales ecológicas) del tungsteno.

Debido a que los materiales más densos absorben más emisiones radiactivas que los más livianos, los metales pesados ​​son útiles para la protección contra la radiación y para enfocar los haces de radiación en aceleradores lineales y aplicaciones de radioterapia.

Basado en la fuerza o la durabilidad

La resistencia o durabilidad de los 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, electrodomésticos, utensilios, tuberías, vías férreas, edificios y puentes, automóviles, cerraduras, muebles, barcos, aviones, monedas y joyas. También se utilizan como aditivos de aleación para mejorar las propiedades de otros metales. De las dos docenas de elementos que se han utilizado en la acuñación monetaria mundial, solo dos, el carbono y el aluminio, no son metales pesados. El oro, la plata y el platino se utilizan en joyería.como lo son (por ejemplo) el níquel, el cobre, el indio y el cobalto en oro coloreado. Las joyas de bajo costo y los juguetes para niños pueden estar hechos, en gran medida, de metales pesados ​​como cromo, níquel, cadmio o plomo.

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, carbonato de zinc, óxido de estaño o una mezcla de óxido de plomo, carbonato y sulfato confieren valiosas propiedades protectoras. Por lo tanto, el cobre y el plomo se utilizan, por ejemplo, como materiales para techos; el zinc actúa como agente anticorrosivo en el acero galvanizado; y el estaño tiene un propósito similar en las latas de acero.

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

Biologico y quimico

Los efectos biocidas de algunos metales pesados ​​se conocen desde la antigüedad. El platino, el osmio, el cobre, el rutenio y otros metales pesados, incluido el arsénico, se utilizan en tratamientos contra el cáncer o han mostrado potencial. El antimonio (antiprotozoario), el bismuto (antiulceroso), el oro (antiartrítico) y el hierro (antipalúdico) también son importantes en medicina. El cobre, el zinc, la plata, el oro o el mercurio se utilizan en formulaciones antisépticas; Se utilizan pequeñas cantidades de algunos metales pesados ​​para controlar el crecimiento de algas en, por ejemplo, torres de enfriamiento. 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.

Los metales pesados ​​seleccionados se utilizan como catalizadores en el procesamiento de combustible (renio, por ejemplo), la producción de fibras y caucho sintético (bismuto), dispositivos de control de emisiones (paladio) 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 carbón). En la química del jabón, los metales pesados ​​forman jabones insolubles que se utilizan en grasas lubricantes, secadores de pintura y fungicidas (aparte del litio, los metales alcalinos y el ion amonio forman jabones solubles).

Coloración y óptica

Los colores del vidrio, esmaltes cerámicos, pinturas, pigmentos y plásticos se producen comúnmente por 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. Las tintas para tatuajes pueden contener metales pesados, como cromo, cobalto, níquel y cobre. 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 se basan en la excelente reflectividad de una fina película de rodio.

Electrónica, imanes e iluminación.

Los metales pesados ​​o sus compuestos se pueden encontrar en componentes electrónicos, electrodos y cableado y paneles solares donde se pueden usar como conductores, semiconductores o aislantes. El polvo de molibdeno se utiliza en tintas para placas de circuitos. Los ánodos de titanio recubiertos con óxido de rutenio (IV) se utilizan para la producción industrial de cloro. Los sistemas eléctricos domésticos, en su mayor parte, están cableados con alambre de cobre por sus buenas propiedades conductoras. La plata y el oro se utilizan en dispositivos eléctricos y electrónicos, particularmente en interruptores de contacto, debido a su alta conductividad eléctrica y capacidad para resistir o minimizar la formación de impurezas en sus superficies.Los semiconductores telururo de cadmio y arseniuro de galio se utilizan para fabricar paneles solares. El óxido de hafnio, un aislante, se usa como controlador de voltaje en microchips; El óxido de tantalio, otro aislante, se utiliza en los condensadores de los teléfonos móviles. 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. El prometio, el lantano y el mercurio son otros ejemplos que se encuentran, respectivamente, en pilas atómicas, de hidruro metálico de níquel y de botón. pilas

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 ventanas eléctricas.

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

Nuclear

Los usos de nicho de metales pesados ​​con números atómicos altos ocurren en imágenes de diagnóstico, microscopía electrónica y ciencia nuclear. En el diagnóstico por imágenes, los metales pesados ​​como el cobalto o el tungsteno forman los materiales del ánodo que se encuentran en los tubos de rayos X. En la microscopía electrónica, los metales pesados ​​como el plomo, el oro, el paladio, el platino o el uranio se utilizan para fabricar recubrimientos conductores y para introducir la densidad de electrones en las muestras biológicas mediante tinción, tinción negativa o deposición al vacío. En la ciencia nuclear, los núcleos de metales pesados ​​como el cromo, el hierro o el zinc a veces se disparan contra otros objetivos de metales pesados ​​para producir elementos superpesados;los metales pesados ​​también se emplean como objetivos de espalación para la producción de neutrones o radioisótopos como el astato (utilizando plomo, bismuto, torio o uranio en este último caso).