Metais pesados

Metais pesados são reconhecidos popularmente como metais de elevada densidade que formam sulfetos e hidróxidos insolúveis. Contudo, a União Internacional de Química Pura e Aplicada não reconhece, oficialmente, tal definição, o que permite diversas definições controversas e distintas. Na literatura, os principais metais citados como metais pesados são o As (embora seja um semimetal), o Cd, o Co, o Cr, o Fe, o Hg, o Ni, a Ag, os metais do grupo da platina e o zinco.

Metais pesados têm grande preocupação ambiental, além de representarem um grande risco para a saúde humana, para a fauna e para a flora. As atividades humanas permitem um maior acúmulo desses metais tanto no solo quanto nas águas. Embora alguns metais pesados tenham atividade biológica essencial, a maioria deles produz sintomas e distúrbios preocupantes, podendo desencadear doenças como o câncer e até mesmo levarem à morte.

Leia também: Afinal, o que são os metais?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre os metais pesados
• 2 - O que são metais pesados?
• 3 - Quais são os metais pesados?
• 4 - Principais características dos metais pesados
• 5 - Uso dos metais pesados no cotidiano
• 6 - Contaminação por metais pesados
  • → Contaminação por metais pesados na agricultura e na alimentação
  • → Contaminação por metais pesados na água
• 7 - Como identificar contaminação por metais pesados?
• 8 - Quais os efeitos dos metais pesados no organismo?
  • → Efeitos do cádmio no organismo
  • → Efeitos do chumbo no organismo
  • → Efeitos do zinco no organismo
  • → Efeitos do mercúrio no organismo
  • → Efeitos do cromo no organismo
  • → Efeitos do arsênio no organismo
• 9 - Como eliminar os metais pesados do organismo?
• 10 - Como são obtidos os metais pesados?
• 11 - Exercícios resolvidos sobre metais pesados

Resumo sobre os metais pesados

• Metais pesados são metais de elevada densidade que formam sulfetos e hidróxidos insolúveis.
• Dentre os principais metais pesados, destacam-se As, Cd, Co, Cr, Fe, Hg, Ni, Ag, os metais do gruplo da platina e o Zn.
• Os metais pesados chamam a atenção por conta da preocupação ambiental e os riscos à saúde humana, à fauna e à flora.
• As atividades humanas podem gerar um acúmulo de metais pesados em corpos d’água superficiais e subterrâneos, além de solos.
• Embora alguns metais pesados tenham atividade biológica reconhecida, boa parte deles é extremamente nociva aos seres humanos, podendo causar, inclusive, doenças como câncer e até mesmo a morte.

O que são metais pesados?

Comumente, metais pesados são considerados metais de alta densidade (a referência pode variar, mas, em geral, fica acima de 3,5 g/mL), além de apresentarem sulfetos e hidróxidos insolúveis, formação de sais que geram soluções coloridas, e formação de complexos coloridos. Também se destaca a toxicidade dos compostos metais pesados, os quais são de grande preocupação para a saúde e o meio ambiente.

Contudo, por mais incrível que possa parecer, é muito difícil definir o que de fato são metais pesados. Talvez o principal motivo seja o fato de que a União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac), que regulamenta as normas que regem a Química, nunca tenha definido, oficialmente, o termo “metal pesado”.

No ano de 2002, por meio de um relatório técnico, a Iupac apresentou diversas distorções científicas para o termo. Apontou que, por mais de 60 anos, ele vem sendo utilizado por diversos autores, com diversas definições, sem qualquer sentido, trazendo grande incerteza quanto ao seu sentido. No relatório, destaca-se que não existe qualquer relação entre densidade e todos as propriedades físico-químicas utilizadas para definir os metais pesados, nem a toxicidade ou ecotoxicidade atribuída aos metais pesados.

O relatório, além de diversas outras críticas, afirma que o termo pode levar à errônea confusão de pensar em “metal” para se referir não só ao metal de fato, mas também a todos os seus compostos, ou seja, implicando a ideia de que o metal puro e seus compostos apresentam as mesmas propriedades físicas, químicas, biológicas e toxicológicas.

Quais são os metais pesados?

Os principais metais pesados citados na literatura são:

• Arsênio (As) (Embora seja um semimetal, é comumente referenciado nessa classe.)
• Cádmio (Cd)
• Cobalto (Co)
• Cromo (Cr)
• Ferro (Fe)
• Mercúrio (Hg)
• Níquel (Ni)
• Prata (Ag)
• Platina (Pt) e os metais do seu grupo: paládio (Pd), ósmio (Os), ródio (Rh), rutênio (Ru) e irídio (Ir)
• Zinco (Zn)

Contudo, a depender do autor, outros metais podem entrar na categoria de metais pesados.

Principais características dos metais pesados

Dentre as principais características dos metais pesados, podemos destacar:

• Elevada densidade: alguns autores apontam que, para ser considerado metal pesado, o elemento deve ter densidade maior ou igual a 3,5 g/mL; contudo, outros autores já colocam esse valor de referência em 5 g/mL e, até mesmo, em 7 g/mL.

• Toxicidade: alguns metais pesados e seus respectivos compostos apresentam elevada toxicidade, tornando-se um problema não só para a saúde de seres humanos como também para o equilíbrio do meio ambiente, afetando a fauna e a flora.

• Compostos insolúveis: os metais pesados formam sulfetos e hidróxidos insolúveis, como é o caso do ZnS, HgS, Pb(OH)₂ e CdS.

• Soluções coloridas: os compostos iônicos dos metais pesados formam soluções coloridas, à exceção do zinco, que, na maioria das vezes, forma soluções incolores ou levemente opacas.

Veja também: Quais são os elementos radioativos?

Uso dos metais pesados no cotidiano

Com base nos metais pesados apontados anteriormente, podemos destacar alguns usos.

• Arsênio (As): pode ser usado como aditivo em ração animal, vidros especiais, cerâmicas, pesticidas, inseticidas, herbicidas, fungicidas, raticidas, algicidas, componentes eletrônicos (semicondutores, diodos, circuitos integrados, detectores de infravermelho e lasers), metalurgia, pigmentos e medicina veterinária.

• Cádmio (Cd): pode ser usado em baterias de cádmio e níquel (Ni/Cd), pigmentos, revestimento anticorrosivo para metais, estabilizante para plásticos, ligas metálicas, absorção de nêutrons em reatores nucleares.

• Cobalto (Co): pode ser usado na metalurgia (fabricação de ligas), em cerâmicas, vidros e tintas.

• Cromo (Cr): usado na produção de aços especiais, revestimento metálico (cromagem), pigmentos, tratamento da madeira, armazenamento de dados, áudio e vídeo.

• Ferro (Fe): usado na produção de aço e suas variações, construção civil, fabricação de máquinas diversas, além de motores e meios de transporte.

• Mercúrio (Hg): usado na extração de metais por formação de amálgamas, aplicação em células eletroquímicas para produção de NaCl e Cl₂, em instrumentos de medição, como termômetros, em fungicidas, catalisadores, instrumentos científicos, preenchimentos dentários, lâmpadas, entre outros.

• Níquel (Ni): usado na produção de ligas metálicas, baterias de cádmio e níquel (Ni/Cd), hastes para solda, pigmentos, próteses cirúrgicas e dentárias, componentes para computadores e catalisadores.

• Prata (Ag): usada em dispositivos eletrônicos, filmes fotográficos, joalheria, fabricação de espelhos e vidros, arte decorativa.

• Metais do grupo da platina (Pt): usados na aplicação na fabricação de joias, catalisadores. O irídio é usado na confecção de velas de ignição automotiva. A platina pode ser utilizada na confecção de fármacos.

• Zinco (Zn): é usado em ligas metálicas, revestimento anticorrosivo, baterias, latas, estabilizantes para PVC, indústria da borracha, medicamentos, tintas e soldas.

Contaminação por metais pesados

Embora ocorram naturalmente, boa parte dos metais pesados é liberada no meio ambiente por meio de atividades humanas. Atividades industriais e a agricultura são as principais formas de contaminação desses elementos.

→ Contaminação por metais pesados na agricultura e na alimentação

A grande demanda por alimentos em um mundo cada vez mais populoso faz com que os produtores agrícolas utilizem fertilizantes e pesticidas e façam alterações no solo, o que acaba implicando uma quantidade de metais pesados.

Os fertilizantes são empregados para alterar condições do solo, provendo nutrientes adicionais para as plantações ou alterando o pH a fim de fazer os nutrientes estarem mais disponíveis. Já os pesticidas têm a função de proteger o solo. Fungicidas, fertilizantes inorgânicos e fertilizantes de fosfato têm níveis distintos de metais pesados, como Cd, Cr, Ni, Pb e Zn, a depender da fonte. Alguns pesticidas também podem conter elementos como As e Pb.

Quando falamos em alterar o solo, estamos nos referindo ao processo de melhorar a qualidade dele, bem como a saúde da planta, por meio da adição de compostos orgânicos ou inorgânicos para melhorar suas propriedades físicas, como retenção de água, permeabilidade, aeração, drenagem, entre outros.

Contudo, muitas dessas substâncias são oriundas de lamas de esgoto, estrume de animal e sedimentos dragados de portos e rios. Os metais pesados presentes nesses sedimentos podem acabar contaminando o solo e, inclusive, águas superficiais e subterrâneas por infiltração. Assim sendo, a irrigação das plantações também pode desencadear uma contaminação por metais pesados.

→ Contaminação por metais pesados na água

A contaminação de corpos hídricos pode ser consequência de diversas fontes de metais pesados. Como vimos anteriormente, a agricultura é capaz de contaminar corpos d’água superficiais e subterrâneos; mas não só ela, atividades industriais, como a mineração, e atividades domésticas também contribuem para o cenário.

Áreas de mineração têm ampla responsabilidade no que diz respeito à contaminação por metais pesados, afetando, principalmente, corpos d’água. Os metais são descartados e carregados rio abaixo, podendo chegar ao mar. Eles podem ainda se acumular nos sedimentos dos rios ou se infiltrar em águas subterrâneas, principalmente poços, sendo que a extensão da contaminação vai depender da proximidade da área de mineração ou descarte. Atividade mineradora que se utiliza de mercúrio para a extração do ouro também ocorre como uma forma de contaminar águas por meio da lavagem da amálgama formada para a obtenção do ouro.

Por fim, o descarte irregular de rejeitos pode permitir a contaminação de águas subterrâneas através de infiltração do solo. Rejeitos industriais de geração de energia e mineração, rejeitos de atividades agrícolas (como estrume de animal) e rejeitos domésticos (como eletrônicos, baterias, automóveis, pneus etc.) devem ser adequadamente descartados, em local seguro e preparado para tal, de modo a evitar contaminações. Contudo, isso não parece ser comum, uma vez que é comum ver rejeitos entrando em contato com águas superficiais e subterrâneas.

Como identificar contaminação por metais pesados?

Uma forma de se avaliar a presença e o nível de poluição causado por metais pesados é por meio de biomarcadores, como sangue, plasma sanguíneo, saliva, urina, unhas e cabelo. Contudo, deles, apenas unhas e cabelos acumulam esses poluentes por um longo tempo, permitindo uma avaliação completa do meio ambiente e de possíveis contaminações ocupacionais. Não à toa, o cabelo foi homologado pela Organização Mundial da Saúde para avaliar os efeitos de diversos elementos tóxicos na saúde humana.

A grande vantagem do cabelo é pelo fato de ser de fácil coleta, por um método muito pouco invasivo, e de fácil transporte e armazenamento, além de ser menos perigoso de se manipular. Além disso, o cabelo pode ser uma ferramaneta de avaliação benéfica, já que os níveis de contaminantes presentes refletem grandes períodos, como semanas ou até mesmo anos.

Quais os efeitos dos metais pesados no organismo?

Alguns metais pesados (como outros metais também) apresentam importância biológica para seres humanos, como ferro e zinco, e, assim sendo, a sua ingestão — obviamente em níveis controlados — deve ser realizada.

O zinco, por exemplo, controla os níveis de cobre em nosso corpo, além de ser essencial para reprodução em homens. A deficiência de zinco pode levar à anemia e a retardos no crescimento e no desenvolvimento. Já o ferro está presente em nossos glóbulos vermelhos, sendo essencial para o transporte de oxigênio pelo nosso corpo.

O ferro também está na composição da mioglobina (que também transfere oxigênio) e, assim, auxilia no metabolismo muscular e na saúde do tecido conjuntivo. Por fim, o ferro é também necessário para o crescimento, desenvolvimento neurológico, funcionamento celular e síntese de alguns hormônios.

Contudo, boa parte dos metais pesados está ligada à sua toxicidade quando consumidos acima dos limites permitidos. Cada metal, assim como seus compostos, apresenta sintomas específicos; contudo, intoxicações por cádmio, chumbo, arsênio, mercúrio, zinco, cobre e alumínio podem gerar distúrbios gastrointestinais, diarreia, estomatite, tremores, hemoglobinúria, ataxia, paralisia, vômitos e convulsões, depressão, e pneumonia, no caso da inalação de fumos. A natureza dos efeitos pode ser tóxica, neurotóxica, carcinogênica, mutagênica ou teratogênica.

A seguir, especificaremos alguns sintomas causados por alguns metais pesados.

→ Efeitos do cádmio no organismo

O cádmio é tóxico mesmo em níveis muito pequenos. Em seres humanos, a exposição continuada pode desencadear em disfunção renal, caracterizada pela proteinúria tubular. Exposições elevadas podem desenvolver doenças obstrutivas nos pulmões e pneumonite. Esse metal ainda está associado a doenças nos ossos, como osteomalácia, osteoporose e fraturas instantâneas, além de elevação da pressão sanguínea e disfunções do miocárdio. A depender do nível de exposição, pode-se resultar em edema pulmonar e, até mesmo, morte.

Compostos de cádmio são classificados como carcinogênicos para seres humanos por diversas agências reguladoras. A Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (Iarc) concluiu que existem evidências suficientes para classificar o cádmio como um agente carcinogênico para seres humanos.

→ Efeitos do chumbo no organismo

O chumbo é um dos poluentes mais conhecidos entre os metais pesados. Seus compostos inorgânicos podem ser absorvidos por inalação ou ingestão de alimentos ou água. O chumbo é um conhecido agente teratogênico, além de inibir a síntese de hemoglobinas; causar disfunções renais, nas juntas, no sistema reprodutor e no sistema cardiovascular; bem como provocar dano agudo e crônico ao sistema nervoso central e ao sistema nervoso periférico.

Outros efeitos incluem danos ao trato gastrointestinal e ao trato urinário, resultando na presença de sangue na urina, além de distúrbios neurológicos e danos permanentes ao cérebro. Em crianças, a presença de chumbo piora o desenvolvimento da massa cinzenta do cérebro, resultando em um menor índice cognitivo. Efeitos agudos e crônicos de chumbo resultam em psicose.

→ Efeitos do zinco no organismo

Sobre o zinco, embora seja considerado um metal praticamente atóxico, especialmente quando ingerido oralmente, doses excessivas deles podem desencadear disfunções. O excesso de zinco causa os mesmos sintomas que o chumbo e, por conta disso, pode haver uma confusão no diagnóstico. O excesso de zinco prejudica, ainda, o crescimento e a reprodução.

→ Efeitos do mercúrio no organismo

O mercúrio não apresenta nenhuma função biológica no ser humano. As formas inorgânicas de mercúrio causam aborto espontâneo, má formação congênita, além de distúrbios gastrointestinais. Já suas formas orgânicas podem desencadear acrodinia (doença cor-de-rosa, caracterizada por erupções cutâneas e descamação de pés e mãos), gengivite, estomatite, distúrbios neurológicos, dano total ao cérebro e ao sistema nervoso central.

Veja também: Como se dá a contaminação por mercúrio e quais são suas consequências?

→ Efeitos do cromo no organismo

As principais preocupações com esse metal dizerem respeito à sua forma inorgânica Cr⁶⁺, ou Cr (VI), principalmante quanto à inalação, que pode causar irritação e úlceras no nariz, e à ingestão, que pode causar irritações estomacais, úlceras no estômago, anemia e danos ao esperma masculino e ao sistema reprodutor masculino.

A ingestão de doses elevadas de compostos contendo Cr (VI) por seres humanos resulta em severos danos respiratórios, cardiovasculares, gastrointestinais, hematológicos, hepáticos, renais e neurológicos, deixando sequelas que podem levar ao óbito. Há muitas evidências para a carcinogenicidade do cromo em seres humanos; contudo, a forma como o cromo causa câncer ainda não é completamente entendida.

→ Efeitos do arsênio no organismo

Os efeitos nocivos causados pelo arsênio dependem da forma química que ele é ingerido. Esse metal causa a coagulação de proteínas e forma complexos com coenzimas, impedindo a produção de ATP durante a respiração.

É possivelmente carcinogênico, embora alguns autores entendam que possa atuar como um elemento carcinogênico ou realizar a progressão da carcinogênese. Exposição a níveis elevados pode causar morte. A toxicidade por arsênio apresenta um distúrbio que muito lembra a síndrome de Guillain-Barre, uma doeça autoimune que resulta na inflamação dos nervos e desencadeia em fraqueza muscular.

Como eliminar os metais pesados do organismo?

Um tratamento para a eliminação de metais pesados é por meio do uso de quelantes (do grego chelos, que significa “garras”, em tradução livre), moléculas orgânicas que se ligam a um metal presente no sangue. O quelante pode ser adicionado ao nosso organismo por via intravenosa ou por meio de comprimidos. Uma vez que o quelante “sequestra” o metal, este é eliminado pela urina ou pela bile.

Contudo, o tratamento com quelantes pode também acabar diminuindo níveis de metais necessários para nossa saúde, como cálcio, cobre e zinco, levando à deficiência de substâncias importantes. Algumas pessoas que se submeteram ao tratamento com quelantes podem, também, desenvolver problemas renais.

Como são obtidos os metais pesados?

Como quase todos os metais, os metais pesados são obtidos por meio de técnicas de extração de minerais, sejam eles produtos principais, sejam subprodutos da extração de outro metal. Em geral, os minerais são processados fisicamente, até que possam sofrer tratamento químico para maior concentração, a depender da rota de extração.

Os metais, em sua forma pura, são comumente obtidos por técnicas que promovem a sua redução, como a eletrólise, ou por outros métodos, como precipitação, oxirredução e destilação, entre outros.

Exercícios resolvidos sobre metais pesados

Questão 1

(Enem)

Cerca de 1% do lixo urbano é constituído por resíduos sólidos contendo elementos tóxicos. Entre esses elementos estão metais pesados como o cádmio, o chumbo e o mercúrio, componentes de pilhas e baterias, que são perigosos à saúde humana e ao meio ambiente. Quando descartadas em lixos comuns, pilhas e baterias vão para aterros sanitários ou lixões a céu aberto, e o vazamento de seus componentes contamina o solo, os rios e o lençol freático, atingindo a flora e a fauna. Por serem bioacumulativos e não biodegradáveis, esses metais chegam de forma acumulada aos seres humanos, por meio da cadeia alimentar. A legislação vigente (Resolução CONAMA n° 257/1999) regulamenta o destino de pilhas e baterias após seu esgotamento energético e determina aos fabricantes e/ou importadores a quantidade máxima permitida desses metais em cada tipo de pilha/bateria, porém o problema ainda persiste.

Disponível em: http://www.mma.gov.br. Acesso em: 11 jul. 2009 (adaptado).

Uma medida que poderia contribuir para acabar definitivamente com o problema da poluição ambiental por metais pesados relatado no texto seria

A) deixar de consumir aparelhos elétricos que utilizem pilha ou bateria como fonte de energia.

B) usar apenas pilhas ou baterias recarregáveis e de vida útil longa e evitar ingerir alimentos contaminados, especialmente peixes.

C) devolver pilhas e baterias, após o esgotamento da energia armazenada, à rede de assistência técnica especializada para repasse a fabricantes e/ou importadores.

D) criar nas cidades, especialmente naquelas com mais de 100 mil habitantes, pontos estratégicos de coleta de baterias e pilhas, para posterior repasse a fabricantes e/ou importadores.

E) exigir que fabricantes invistam em pesquisa para a substituição desses metais tóxicos por substâncias menos nocivas ao homem e ao ambiente, e que não sejam bioacumulativas.

Resolução:

Alternativa E.

A questão deixa explícito, em seu comando, que se deve escolher uma medida que contribua para acabar definitivamente com o problema da poluição ambiental por metais pesados. Assim, uma medida que vai ao encontro do que foi solicitado é a substituição desses metais por alternativas que não apresentem o mesmo comportamento dos metais pesados.

Questão 2

(Enem PPL) Quando as pilhas, que contêm metais pesados, são descartadas no lixo comum, pode ocorrer o rompimento de sua blindagem e a liberação de seu conteúdo para o meio ambiente. Ao atingir o solo, um metal pesado pode ficar retido nas camadas superiores por três processos: reação com moléculas orgânicas que possuam oxigênio ou nitrogênio em sua estrutura, adsorção em argilas e minerais e reação com grupamento hidroxila, sulfeto ou metil, formando precipitado insolúvel.

Com bases nas informações apresentadas, são suscetíveis de serem formados no solo os compostos:

A) CdS e Zn(OH)₂

B) Pb(OH)₂ e Na₂S

C) Ni(OH)₂  e Cr(C₂H₅)₂

D) CdSO₄ e Pb(CH₃CO₂)₂

E) Hg(CH₃)₂ e Ca(CH₃CO₂)

Resolução:

Alternativa A.

A questão deixa explícito que metais pesados só podem ficar retidos nas camadas superiores do solo por meio de reação com moléculas orgânicas com nitrogênio ou oxigênio, adsorção em argilas e minerais e reação com grupamentos hidroxila, sulfeto ou metil, via formação de precipitados insolúveis.

A única alternativa que apresenta metais pesados com essa característica é na alternativa A, com o sulfeto de cádmio e o hidróxido de zinco.

Na alternativa B, há a presença de sódio, que não é um metal pesado. Na alternativa C, o cromo está ligado a um grupo orgânico sem a presença de oxigênio ou nitrogênio. Na alternativa D, o cádmio está ligado a um grupo sulfato. E na alternativa E, o cálcio não configura um metal pesado, assim como o mercúrio não está ligado a um grupo orgânico que tenha oxigênio ou nitrogênio.

Fontes

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