TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHTN TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
KIM LOẠI NẶNG
THỦY NGÂN
GVHD: NGUYỄN NHƯ BẢO
CHÍNH
LỚP: 10CMT – NHÓM 3
A. TỔNG QUAN
I. KIM LOẠI NẶNG
1. Định nghĩa
Là
những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 và thông
thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến
sự ô nhiễm và độc hại.
Được
chia làm 3 loại:
Kim
loại độc
Kim
loại quý
Kim
loại phóng xạ
2. Nguồn phát sinh
Kim
loại nặng tồn tại tự nhiên trong đất và nước, tăng lên do
hoạt động của con người.
→
Trong đất: cation, phức chất với các chất hữu cơ, oxit, muối
kết tủa, hợp chất cơ kim.
→
Trong nước: chủ yếu dạng ion
Nguồn
gốc: bón phân, bã bùn cống, thuốc bảo vệ thực vật và
các con đường phụ như khai khoáng, kỹ nghệ hay lắng đọng từ
không khí.
3. Tính chất của kim loại
nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam &
Wong, 1995)
Không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng
nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation.
Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện
qua:
o
Chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn tùy
môi trường.
o
Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại
qua chuỗi thức ăn.
o
Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng
độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg.L-1 (Alkorta et al.,
4. Ảnh hưởng của kim loại nặng
Nhiều kim loại nặng là chất nguy hiểm, gây độc cho môi
trường nhưng lại là các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự
sinh trưởng và phát triển bình thường của sinh vật
Schwart đã dùng cụm từ "cửa sổ nồng độ -concentration
window" để vạch ra giới hạn nhân tạo giữa 3 mức khác nhau.
Mức vi lượng cần thiết nhằm duy trì, đảm bảo sự sống.
Mức nhỏ hơn vi lượng cần thiết (thiếu hụt) gây các rối
loạn chuyển hóa cho cơ thể.
Mức cao hơn vi lượng cần thiết - nhiễm độc, gây tác dụng
phụ.
4. Ảnh hưởng của kim loại nặng
Gây
mất cân bằng sinh thái làm suy giảm nhiều quần thể sinh
vật.
Khả
năng tích lũy cao gây ảnh hưởng sức khỏe của người tiêu
thụ thông qua chuỗi thức ăn.
Thủy
ngân kết hợp với các hợp chất hữu cơ và bị biến đổi bởi
các vi khuẩn và vi sinh vật trong nước và trầm tích hình thành
các hợp chất khác nhất là metyl thủy ngân rất độc, bền và tích
tụ trong chuỗi thức ăn (Peter & Michael, 2003).
II. THỦY NGÂN
1. Vị trí trong bảng tuần hoàn
Đồng vị chủ yếu trong tự nhiên :
202
Hg(29,86%)
200
Hg(23,1%),
2. Dạng tồn tại
* Thường bắt gặp ở dạng li ti trong tự nhiên.
* 99,98% thủy ngân tồn tại ở dạng phân tán (HgO, (CH 3)2Hg), chỉ có 0,02%
thủy ngân tồn tại dưới dạng khoáng vật.
* Thủy ngân có nhiều trong các đá magma và đá trầm tích sét.
Hg tinh thể
Khoáng vật chu
sa
Trong không khí: nồng độ khoảng 3mg/m3, hầu hết ở dạng HgO
Trong nước: tồn tại hầu hết ở dạng vô cơ với nồng độ <0.5μg/l.
Trong đất: chủ yếu là Hg và (CH3)2Hg do quá trình lắng đọng và các chấn
động địa chất. Hg tinh khiết hầu như tập trung trong khoáng đá.
Hàm lượng thủy ngân bị lắng đọng tăng cao ở các khu công nghiệp
3. Tính chất vật lí
Là
kim loại nặng, có ánh bạc; thể lỏng.
Nhiệt
độ nóng chảy -37.89°C
Nhiệt
độ sôi 375°C
Tỉ
trọng 13.6
Điểm
ba trạng thái của thủy ngân, -38,8344 °C, được sử
dụng như nhiệt độ tiêu chuẩn cho thang đo nhiệt độ quốc
tế (ITS-90).
Dẫn
nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt.
4. Tính chất hóa
học
Trạng thái oxi hóa: +1 , +2
Dễ bị oxi hóa thành Hg2O ở nhiệt độ thường
Khi đun nóng ( khoảng 350 °C) tạo HgO
Dung dịch kiềm + Hg2+
Tạo
hỗn hống với đa số kim loại, trừ sắt.
Tạo
phức với hầu hết các hợp chất hữu cơ
Tác
dụng với các acid tạo muối Hg2+ : H2SO4, HNO3….
Thời
gian bán rã: 15 – 30 năm
Hỗn hống Ag - Hg
5. Ứng dụng
Thuốc bảo vệ thực vật
Đèn huỳnh quang
đèn hơi thủy ngân
Nhiệt kế
Bình ắc quy Fe - Ni
Tách vàng
Trám răng
Biển báo
B. ĐỘC HỌC THỦY NGÂN
I. Ô nhiễm thủy ngân trong môi trường
1. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm
Trong tự nhiên chủ yếu do quá trình thoát khí của vỏ trái đất, sự
phun lên của núi lửa. Hàng năm thiên nhiên đưa vào môi trường
2700 - 6000 tấn thủy ngân.
Được thải ra từ các quá trình công nghiệp: luyện kim, đãi vàng…, đặc biệt là
quá trình sản xuất chlorate, kali.
Từ các hoạt động sống của con người: đốt rác, rác thải y tế,
đốt than, dùng thủy ngân kim loại điện phân nuối ăn để sản xuất
khí clor và natrihydroxyd; công nghiệp sản xuất giấy; thuốc trừ
sâu; các dụng cụ đo lường, thiết bị y học, làm răng giả.…
Đốt rác
Rác thải y tế
II. CHUYỂN HÓA THỦY NGÂN TRONG MÔI
TRƯỜNG
• Môi trường nước:
Tất cả các dạng thủy ngân trong nước dù trực tiếp hay gián tiếp
đều biến đổi thành metyl thủy ngân.
• Môi trường khí:
Tồn tại hơi thủy ngân, nồng độ cao ở các khu công nghiệp, hơi thủy ngân
có thể tồn lưu trong không khí tới 3 năm, khi chuyển sang dạng hòa tan
chỉ sau vài tuần.
• Môi trường đất:
Chủ yếu tồn tại ở dạng Hg2+, phụ thuộc vào pH của đất và nồng độ Cl–
Hợp chất thường gặp: HgCl2, Hg(OH)2
Metyl thủy ngân trong tích lũy sinh
học
Giai đoạn đầu của quá trình tích lũy sinh học tức là chuyển từ thủy
ngân vô cơ sang dạng metyl thủy ngân CH3 - Hg. Gốc metyl thủy ngân
này rất bền vững trong cơ thể động vật và người. Bước chuyển đổi này
nhiều khi không có sự tham gia của enzym nhưng có tác động của vi
khuẩn yếm khí. Metyl thủy ngân xâm nhập vào lưới thức ăn và được
khuyếch đại sinh học.
II. ĐỘC TÍNH THỦY NGÂN
1. Con đường xâm nhập
Trong
công nghiệp, Hg thường xuyên xâm nhập vào
cơ thể người lao động qua
đường hô hấp.
Hơi thủy ngân trong không khí.
Làm rơi vãi thủy ngân.
Da
ít hấp thu thủy ngân
Thủy
độc.
ngân có thể tích lũy vào cơ thể theo đường tiêu hóa và gây
2. Quá trình hấp thu - chuyển hóa – phân bố
Hấp thu
Qua hô hấp: Gần 80% hơi thủy ngân hít vào sẽ được giữ lại và thấm vào
cơ thể tùy thuộc vào độ hòa tan.
Qua tiêu hóa: Chủ yếu qua thực phẩm và làm răng giả chiếm khoảng
10%. Cá biển là nguồn chính để chuyển metyl thủy ngân CH3 - Hg vào
cơ thể người.
Qua da: Khả năng hấp thụ không lớn ( nhiều nhất là CH3 – Hg ). Thủy
ngân dạng ion cũng hấp thụ qua da và tích lũy tại thận và gan.
Chuyển hóa - Phân
bố
Sau khi hít phải, thủy ngân tồn lưu trong phổi,
được chuyển dần vào máu tùy kích thước hạt.
Thận là nơi giữ thủy ngân nhiều và lâu nhất, có 50
- 90% lượng thủy ngân nằm lại trên thận.
Lượng thủy ngân trong não qua đường hô hấp lớn
hơn nhiều so với các muối khác của nó nhưng đưa
qua tĩnh mạch.
Trong máu, lượng thủy ngân liên kết với hồng cầu
cao hơn nhiều so với trong huyết thanh.
Khi đã qua được hàng rào nhau thai, thủy ngân bị
lưu giữ không thải ra được.
Chuyển hóa - Phân
bốtrình chuyển hóa diễn ra qua 2 giai đoạn:
Quá
Tham gia phản ứng oxy hóa thành Hg ++.
Metyl hóa thủy ngân thành metyl thủy ngân CH3 - Hg.
Liên kết này bền vững, khó phá hủy nên tồn tại lâu trong cơ thể.
Khi chuyển sang dạng CH3 - Hg, mức độ nguy hại còn tăng lên
nhiều do nó qua được hàng rào máu não, nhau thai gây đầu độc
thần kinh và có ảnh hưởng rất rõ đến sự phát triển của bào thai
(quái thai, rối loạn sinh lý, bệnh bẩm sinh không thể chữa
được...)
Thời gian bán hủy trong cơ thể từ vài ngày đến vài tuần, thậm trí
còn lâu hơn trên động vật có gan, thận kém
Đào thải
Thời gian bán hủy của thủy ngân ở người lớn là 40 -50 ngày, đào
thải chủ yếu qua phân ( 90%) nước tiểu, một phần nhỏ qua da và
nước bọt.