我们知道,在恒星内部,通过核反应最高只能聚变出铁元素。铁56的比结合能最大,再要合成更重的元素,就不是放热反应,而是吸热反应了,因此更重元素无法通过核聚变来产生。那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢?也不尽然,在恒星内部,也有一条持续稳定的路径,让比铁重的元素逐一生成,这就是“慢中子俘获”。
第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑,有些飘荡在宇宙空间,凝结成行星,也有些被其他恒星吸引过去,成为进一步核反应的母核。在恒星内部,有着各种各样的辐射,其中就有中子辐射。偶然的机会,“贪吃蛇”母核将中子俘获过去,“吃”进肚里,变成更大的原子核。这个过程很漫长,可能要一年,甚至十年,才会发生一起俘获事件,所以称为“慢中子俘获”。这些原子核就如同滚雪球一般,越来越大。然而雪球毕竟是有限度的,吃胀肚子的不稳定原子核会发生β衰变,吐出电子和中微子,变成了原子序数+1、原子量相同的其他元素。
原子核吃进中子,吃多了会“消化不良”,发生β衰变,中子变成质子。
比如银109“吃”掉一个中子,变成不稳定的银110,立刻衰变成镉110。镉元素比较能“吃”,连吃五个中子一直吃到镉115,才衰变成铟115,然后是铟116,又衰变成锡116。偶数位的锡也是个“吃货”,接连吃掉五个中子,到了锡121才撑不住,衰变成锑121。
原子核就是这样通过“慢中子俘获”过程,如同滚雪球一样越来越大,最终到了铊元素,遇到了问题。
从银到锑的慢中子俘获过程。
铊的稳定同位素铊203“吃”下一个中子,又衰变成铅204,和它的小弟“锡”一样,铅也是个大吃货,它继续吃中子到铅209,这是一种不稳定的同位素,它迅速衰变成铋209。铋209吃掉一个中子就撑不住,衰变成钋210。到了这里,偌大的原子核终于吃中子吃到吐,于是发生α衰变,直接吐出一个氦核(α粒子),原子序数-2,原子量-4。
“铅铋钋循环”,其中红线为中子俘获,蓝色为β衰变,绿色为α衰变,青色为电子俘获。
不信你看,铋以后的元素全都是放射性元素,钋210的半衰期只有136天,发生α衰变,直接掉到铅206。就这样,从铅206,到铅207,铅208,铅209,铋209,铋210,钋210,再回到铅206,恰好组成了一个循环。“慢中子俘获”滚雪球的游戏玩不下去了,重元素一步一步向上爬格子,最终撞到了天花板——铅。
正是如此,虽然铅“重”达82号,在地壳里却比很多轻元素——如碘、溴甚至五金之一的锡——都要多,是重元素里最多的一个存在。
化纤主要为聚酯(PET),由对苯二甲酸和乙二醇缩聚而成,其工业生产中催化剂以锑化合物为主,其中应用最多的是三氧化二锑。因此,化纤丝会含有锑。
在我们的日常生活中的重金属来源于哪里?答案或许让你吃惊。他们无处不在。
在食品加工过程中使用的机械、管道等与食品磨擦接触,会造成微量的金属元素掺入食品中,引起污染。贮藏食品的大多数金属容器含有重金属元素,在一定条件下也可污染食品。另外,重金属元素还会随部分食用药物进入人体,产生危害。
农业上施用的农药和化肥是造成食品污染的另一渠道。磷肥含有镉,其施用面广而且量大,可造成土壤、作物和食品的严重污染。长期使用如磷矿粉、波尔多液、代森锰锌等,也将导致土壤中重金属元素的积累。有机汞农药含苯基汞和烷氧基汞,在体内易分解成无机汞化合物。目前我国已禁止生产、进口和使用有机汞农药,除拌种常用的醋酸苯汞、氯化乙基汞外,各国都已禁止使用有机汞农药。但民间剩余的农药,仍有间断使用的,应引起重视。
因为重金属能够使蛋白质的结构发生不可逆的改变,蛋白质的结构改变功能就会丧失(体内的酶就不能够催化化学反应,细胞膜表面的载体就不能运入营养物质、排出代谢废物,肌球蛋白和肌动蛋白就无法完成肌肉收缩……),所以体内细胞就无法获得营养,排除废物,无法产生能量,细胞结构崩溃和功能丧失,人体也就不行了。
汞:汞是重金属污染中毒性最大的元素。食入后直接沉入肝脏,对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克,就会导致人中毒。 积累在体内的汞会侵入神经中枢系统,破坏脑血管,表现为四肢麻木、语言失常、视野缩小、听觉失灵等。这些就是著名的公害病“水俣病”的典型特征(水俣病是一种尿病,首先发生在日本水俣)这是由于工厂中含汞排入河海,汞在鱼体中积存,人吃了这种鱼以至中毒,严重者致死。
镉: 镉不是人体所必需的微量元素。新生婴儿体内几乎无镉,人体中镉全部是出生后通过外界环境(例如饮水、食物、香烟)进入人体的。镉中毒症状主要表现为动脉硬化、肾萎缩、肾炎等。镉可取代骨骼中部分钙,引起骨骼疏松软化而痉挛,严重者引起自然骨折,另外镉还被发现有致癌和致畸作用。镉还能导致高血压,引起心脑血管疾病;破坏骨骼和肝肾,并能引起肾功能衰竭。
铅:是重金属污染中毒性较大的一种,一旦进入人体将很难排除。被人体吸收后有慢性中毒作用。对儿童的血铅负荷,神经行为功能进行相应研究后得出,长时期暴露于含铅环境的儿童有着反应缓慢,视觉迟钝之现像。能直接伤害人的脑细胞,特别是胎儿的神经系统,可造成先天智力低下;对老年人会造成痴呆等。 另外还有致癌、致突变作用。
铬:在非污染的低层大气和天然水中均含有微量的铬,如雨水中含铬2-4微克每升,土壤中含铬约在100-500毫克每升之间。其中六价铬的毒性纟三价铬大,六价铬是一种常见的致癌物质,对人体和农作物均有毒害作用。它能降低生化过程的需氧量,从而发生内窒息,铬盐对肠胃均有剌激作用。铬的化合物在工业上应用较多,如电镀、化工、印染等行业都含有三价铬或六价铬的废水排出,使局部地区受到铬的污染。
钴:能对皮肤有放射性损伤。使用钴盐(氯化钴)时,可能由于摄入量过量引起钴中毒,常表现为皮肤潮红、胸骨后疼痛、恶心、呕吐、耳鸣及神经性耳聋,还可出现红细胞增多症,重者导致缺氧紫绀、昏迷甚至死亡,如治疗不及时,可直接或间接影响小儿智力发育。因此要严格掌握钴盐的使用剂量,出现胃肠道反应时立即停用。平时不要食用被钴污染的食物和饮水。发现钴中毒应及时洗胃,口服豆浆、蛋清,服用半胱氨酸,维持体内水盐平衡,食物中增加蛋白质和维生素C的含量。
钒:伤人的心、肺,导致胆固醇代谢异常。金属钒毒性很低,但钒化合物对人有中度或高度毒性,其毒性作用与钒的价态,溶解度,摄取的途径等有关。接触钒的有些人可发生荨麻疹,过敏性湿疹样皮炎,剧烈瘙痒等,如果吸入过多的钒,可刺激呼吸、消化及神经系统,也可损害皮肤、心脏和肾脏,还可抑制三磷酸腺苷酶及磷酸酶的活性,使皮肤出现炎症并引起变态性疾病。
砷:是砒霜的组分之一,有剧毒,会致人迅速死亡。长期接触少量,会导致慢性中毒。砷进入人体内被吸收后,破坏了细胞的氧化还原能力,影响细胞正常代谢,引起组织损害和机体障碍,可直接引起中毒死亡。如果将砷作用于人体局部,最初有刺激症状,久之出现组织坏死。砷对粘膜具有刺激作用,可直接损害毛细血管。另外还有致癌性。
锑:与砷能使银手饰变成砖红色,对皮肤有放射性损伤。还能伤害骨骼、肝脏、肾脏。
铊:会使人多发性神经炎。
锰:超量时会使人甲状腺机能亢进。也能伤害重要器官。
精锑又称锑锭,主要作为合金的硬化剂用于冶金、蓄电池及军工等工业行业,也是生产氧化锑的原料之一,锑锭还可以用于活字印刷行业、铅材、电缆护套、焊料和滑动轴承等。化学元素符号是Sb,外观是质脆有光泽的银白色固体,锑是一种有色重金属,有两种同素异形体,黄色变体在负90度下稳定,金属变体是锑的稳定形式。熔点630度,密度6.62克/厘米3,导热不良。
锑,元素符号Sb,原子序数51,原子量121.75,外围电子排布5s25p3,位于第五周期第ⅤA族。共价半径141皮米,离子半径Sb-3245皮米,Sb+562皮米,第一电离能833.7千焦/摩尔,电负性1.9,主要氧化数(-3)、+3、+5。锑有几种同素异形体。通常最稳定的是灰锑,银白或银灰色菱形晶体,脆而硬,由液态凝固时体积膨胀,即有冷胀性,密度6.68g/cm3,熔点 630.74℃,沸点1750℃,锑蒸气分子为Sb4,导电性差。此外还有灰色的无定形锑,黄色的黄锑,黑色的黑锑等。锑化学性质不很活动。室温下不能被空气中氧气氧化,但能跟氟、氯、溴化合生成三价或五价卤化物。加热时可跟碘、硫化合。高温时燃烧显蓝色并生成Sb4O6。常温时不跟水反应,红热时跟水反应放出氢气。跟热硝酸反应,生成水合氧化锑:
6Sb+10HNO3+3xH2O=3Sb2O5·xH2O+10NO↑+5H2O
能溶于热的浓盐酸和硫酸生成氯化锑和硫酸锑。与强碱反应生成亚锑酸盐,主要用于制合金如印刷用的活字合金、硬质合金、巴氏合金。还用于制锑盐、医药、颜料及半导体材料等。古代已应用锑及其化合物。在自然界中有游离态和化合态两种形式存在,主要矿物有辉锑矿(Sb2S3)和方锑矿(Sb2O3)。在地壳中的丰度为1.0×10-4%。用辉锑矿跟铁屑共热,或用三氧化二锑与碳共热都可还原出锑。
来自:
性质:第15族(VA)主族准金属元素。原子序数51。稳定同位素121,123。密度6.691g/cm3(20℃)。熔点630.76℃(3。沸点1587℃。氧化态0,-3,+3,+5。锑有两种同素异形体:正常稳定的金属锑和非晶态的灰锑。金属锑呈蓝白色,具有金属光泽,质地硬而脆。室温下不与干燥空气作用。受热时燃烧生成三氧化二锑白烟。不与稀酸和碱作用。主要矿物有辉锑矿(主要组分三硫化二锑)、锑硫镍矿(硫化锑镍)和重金属锑化物。将锑矿石焙烧成氧化物,再用铁或碳还原可得金属锑,并经电解精制。在半导体工业中用于制造二极管,红外检测器、合金增硬剂、抗摩擦合金、铅字合金、蓄电池等。锑的氧化物、硫化物和锑酸钠、用于制造阻燃剂、涂料、陶器釉质,玻璃和瓷器等。
来自:
密度:6.684
熔点:630.5℃
沸点:1635℃
性状:有金属变体和黄色变体两种同素异形体,前者有银白色金属光泽,具有鲜明的晶体结构。
溶解情况:不溶于水、盐酸和碱溶液,溶于王水、浓硫酸,以及硝酸和酒石酸的混合液。
用途:主要供制印刷合金、巴比合金、锑盐和颜料、蓄电池、白冰铜、硬质合金、轴承合金。也用于半导体工业。
制备或来源:自然界所产的锑大多数是灰锑矿。可将灰锑矿与铁粉混合共热而取代出锑,或煅烧成氧化物后再与碳共热而使氧化物还原成锑。
来自:
银白色或深灰色金属粉末;蒸汽压 0.13kPa(886℃);熔点630.5℃;沸点1635℃;溶解性:不溶于水、盐酸、碱液,溶于王水及浓硫酸;密度:相对密度(水=1)6.68;稳定性:稳定;危险标记 15(有害品,远离食品);主要用途 主要用于制造合金,也用于印刷和颜料行业
2.对环境的影响:
一、健康危害
侵入途径:吸入、食入。
健康危害:锑对粘膜有刺激作用,可引起内脏损害。
急性中毒:接触较高浓度引起化学性结膜炎、鼻炎、咽炎、喉炎、支气管炎、肺炎。口服引起急性胃肠炎。全身症状有疲乏无力、头晕、头痛、四肢肌肉酸痛。可引起心、肝、肾损害。
慢性影响:常出现头痛、头晕、易兴奋、失眠、乏力、胃肠功能紊乱、粘膜刺激症状。可引起鼻中隔穿孔;在锑冶炼过程中可引起锑尘肺;对皮肤有明显的刺激作用和致敏作用。
二、毒理学资料及环境行为
急性毒性:LD507000mg/kg(大鼠经口)
锑以+3、+4、+5价化合物存在于环境中,尤以三价化合物为常见,主要的有三硫化二锑、三氧化二锑、三氯化锑等。
迁移转化:天然水中锑的自然含量一般为0.01~5.0ppb,平均为0.5ppb。海水中含锑量为0.18~5.6ppb,平均为0.24ppb。锑在水中的迁移机制,有通过结晶矿物的迁移,有机螯合迁移、被吸附性离子迁移、与氧化物相缔合的迁移,以及可溶性迁移。溶于水中的锑化合物有三氯化锑、硫酸锑、酒石酸锑和五氯化锑。锑在淡水中以五价锑存在。海水中的锑以络合物形式存在,其主要配位体是羟基,下不为例上的形态为Sb(OH)6-或二聚物Sb2O(OH)4。受锑污染的土壤,锑一般富集在表层,主要是土壤表层无机和有机胶体的吸附作用。锑在土壤中是以+3、+5价状态存在。在旱田或干土中,土壤处于氧化状态,此时土壤中的Sb3+可氧化成Sb5+,锑以Sb5+存在居多。水田土壤处于淹没还原状态,土壤中的锑主要以Sb3+存在。
危险特性:遇明火、高热可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物,当达到一定的浓度时,遇火星会发生爆炸。与硝酸铵、二氟化溴、三氮化溴、氯酸、氧化氯、三氟化氯、硝酸、硝酸钾、高锰酸钾、过氧化钾接触能引起反应。
燃烧(分解)产物:氧化锑。
3.现场应急监测方法:
4.实验室监测方法:
5-Br-PADAP光度法;原子吸收法《水和废水监测分析方法》(第三版)国家环保局编
5-Br-PADAP光度法《空气和废气监测分析方法》国家环保局编
原子吸收法《固体废弃物试验分析评价手册》中国环境监测总站等译
5.环境标准:
前苏联(1975) 车间卫生标准 0.5mg/m3
中国(待颁布) 饮用水源水中有害物质的最高容许浓度 0.05mg/L
欧洲共同体(1980) 饮用水中最高容许浓度 10μg/L
6.应急处理处置方法:
一、泄漏应急处理
隔离泄漏污染区,限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿一般作业工作服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏:避免扬尘,用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖,减少飞散。然后转移回收。
二、防护措施
呼吸系统防护:可能接触其粉尘时,应该佩戴自吸过滤式防尘口罩。必要时,佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
身体防护:穿透气型防毒服。
手防护:戴防化学品手套。
其它:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作毕,淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服,洗后备用。保持良好的卫生习惯。
三、急救措施
皮肤接触:脱去被污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗,就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
食入:饮足量温水,催吐,洗胃。就医。
灭火方法:灭火剂:干粉、干砂。禁止用二氧化碳和酸碱灭火剂灭火。
来自:
算的
重金属原义是指密度大于4.5g/cm3的金属,包括金、银、铜、铁、汞、铅、镉等,重金属在人体中累积达到一定程度,会造成慢性中毒。但就环境污染方面所说的重金属主要是指汞(水银)、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属非常难以被生物降解,相反却能在食物链的生物放大作用下,成千百倍地富集,最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用,使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中累积,造成慢性中毒。
密度在4.5g/cm3以上的金属,称作重金属。原子序数从23(V)至92(U)的天然金属元素有60种,除其中的6种外,其余54种的密度都大于4.5g/cm3,因此从密度的意义上讲,这54种金属都是重金属。但是,在进行元素分类时,其中有的属于稀土金属,有的划归了难熔金属。最终在工业上真正划入重金属的为10种金属元素:铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。这10种重金属除了具有金属共性及密度大于4.5g/cm3以外,并无其他特别的共性,各种重金属各有各的性质。
无论是空气、泥土,甚至食水都含有重金属,如引起衰老的自由基、对肌肤有伤害的微粒、空气中的尘埃、汽车排气等,甚至自来水都给肌肤带来重金属,甚至有些护肤品如润肤乳等的一些重金属原料比如镉,也是其中之一。重金属累积后对人体的危害相当大。
危害
人体危害
重金属对人体的伤害常见的有:
汞:食入后直接沉入肝脏,对大脑视力神经破坏极大。天然水每升水中含0.1毫升,就会强烈中毒。含有微量的汞饮用水,长期食用会引起蓄积性中毒。
铬:会造成四肢麻木,精神异常。
镉:导致高血压,引起心脑血管疾病;破坏骨钙,引起肾功能失调。
铅:是重金属污染中毒性较大的一种,一旦进入人体很难排除。直接伤害人的脑细胞,特别是胎儿的神经板,可造成先天大脑沟回浅,智力低下;对老年人造成痴呆、脑死亡等。
钴:对皮肤有放射性损伤。
钒:伤人的心、肺,导致胆固醇代谢异常。
锑:与砷能使银手饰变成砖红色,对皮肤有强损伤。
铊:会使人得多发性神经炎。
锰:超量时会使人甲状腺机能亢进。
锡:与铅是古代剧毒药‘鸩’中的重要成分,入腹后凝固成块,使人致死。
锌:过量时会得锌中毒。
这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症(如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌及乌脚病和畸形儿)等;,建议平常注意饮食,不然一旦在体内沉淀会给身体带来很多危害。