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
