Zanieczyszczenia metalami ciężkimi - ołów

1. Charakterystyka pojęcia: metale ciężkie.

Metale ciężkie to pierwiastki o masie właściwej większej od 4,5 g/cm,3 które w reakcjach chemicznych wykazują tendencję do oddawania elektronów, tworząc proste kationy. W stanie stałym i ciekłym charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, posiadają połysk i są nieprzeźroczyste. Mają wysoką temperaturę topnienie i wrzenia. Są kowalne i ciągliwe, a ich pary są najczęściej jednoatomowe. Wykazują właściwości redukujące. Do metali ciężkich zaliczamy: Cu, Co, Cr, Cd, Fe, Zn, Pb, Sn, Hg, Mn, Ni, Mo, V,W oraz niemetal Se. W grupie metali ciężkich występują zarówno pierwiastki niezbędne dla organizmów (mikroelementy: miedź, cynk, nikiel, chrom) jak i pierwiastki o nieznanej roli fizjologicznej (kadm, rtęć, ołów, arsen i inne), czyli zbyteczne dla roślin, zwierząt i człowieka.
Ze względu na szerokie zastosowanie metali ciężkich, są one powszechnymi zanieczyszczeniami ekosystemu, dlatego bardzo ważna jest wiedza o ich właściwościach toksycznych. Już w małych ilościach metale te mogą spowodować choroby układu naczyniowego, uszkodzenia nerek, kości, zaburzenia w funkcjonowaniu układu rozrodczego między innymi u zwierząt, które narażone były na ich zawartość w podawanych paszach. Na ich szkodliwe działanie narażone są również rośliny. Najbardziej skażone są rośliny uprawiane na terenach uprzemysłowionych, w miejskich ogródkach działkowych oraz pobliżu dróg o dużym natężeniu ruchu samochodowego w odległości mniejszej niż 80 metrów od drogi). Nawet, jeśli wydają się dorodne i zdrowe, nie nadają się do jedzenia ani przez człowieka, ani przez zwierzęta. Zrezygnujmy, więc z uprawy warzyw i owoców na działkach położonych na terenach zagrożonych.
Najsilniejsze właściwości toksyczne mają nieorganiczne związki metali, łatwo rozpuszczalne i silnie dysocjujące, gdyż łatwo przenikają przez błony komórkowe i dostają się do narządów wewnętrznych. Mogą one powodować denaturację białek we krwi, ranach, błonie śluzowej, a w roztworach stężonych, łączą się z białkiem i przenikają w głąb zaatakowanej tkanki wywołując działanie żrące. Każdy z metali działa na określone narządy wewnętrzne.
Do najbardziej toksycznych metali należy: ołów Pb, rtęć Hg, i kadm Cd. Są to pierwiastki, które występując w środowisku w dawkach wyższych niż NDS (najwyższe dopuszczalne stężenie) powodują najczęściej powstawanie nowotworów.

2. Historia ołowiu

Wszystkie starożytne narody zgromadzone wokół Morza Śródziemnego znały ołów już od niepamiętnych czasów. Poznały go jednak znacznie później niż złoto, miedź, cynę czy srebro. Już w starożytności człowiek posiadł umiejętność oddzielania srebra od ołowiu. Ołów stał się produktem odpadkowym powstającym w wyniku wydobycia i obróbki srebra. Długo zastanawiano się nad zastosowaniem ołowiu.
Egipcjanie znali ołów już przed 5000 lat. W świątyni faraona Ramzesa III w 1250 r. p. n. e. znaleziono cegły ołowiane. Egipcjanki czerniły sobie rzęsy szminką przyrządzaną z siarczku ołowiu. Ołów wymieniany jest w spisach zdobyczy wojennych i danin ściąganych od ujarzmionych ludów, a także w wykazach artykułów, którymi handlowali Fenicjanie. W Starym Testamencie też jest wzmianka o ołowiu przy opisie łupów zdobytych przez Izraelitów po rozgromieniu Midianitów.
Zdaję się że Grecy pierwsi posiedli sztukę oddzielanie srebra ołowiu Pierwsi wydobyli srebra z galeny na większą skalę ok .550 r. p. n. e. miało to miejsce na wyspach Cypr i Rodos oraz w miejscowości Laturion w Aktyce w pobliżu Aten. Na hałdy wrzucano urobek zawierający jak później stwierdzono znaczne ilości ołowiu i srebra. Po wielu wiekach w 1864 roku raz jeszcze na nowo zaczęto przerabiając hałdy, uzyskując z nich srebro i ołów.
Rzymianie bardzo znacznie poszerzyli zastosowanie ołowiu. Monumentalnym działem na miarę wieków były rzymskie wodociągi wykonane w prawie całości z ołowiu sprowadzonego z Hiszpanii.
Pierwszy wodociąg rzymski przypisuje się królowi Marcjuszowi. Późniejsza rozbudowana sieć wodociągów rzymskich obejmowała w czasach Juliusza Cezara oraz cesarza Augusta rurociągi ołowiane łącznej długości około 400 km. Z nich 352 km biegły pod ziemią, a 48 km, jako akwedukty nadziemne, wznoszące się na wysokości do 32 m. Akwedukty, przecinając pola Kampanii, zaopatrywały Rzym w wodę, doprowadzając ja z 9 miejsc, rozmieszczonych w rejonie do 100 km od miasta. Trzy z tych monumentalnych budowli jeszcze do dziś pełnią swoją funkcję.
Cały ten system rur dostarczała do Wiecznego Miasta codziennie około 700 000 m3 wody, później nawet 1 000 000 m3. Osobną sieć doprowadzała wodę do picia, a osobna wodę mniej oczyszczoną, przeznaczona do kąpieli, urządzeń sanitarnych i publicznych wodotrysków. Rzymianie nie znali kranów oraz nie umieli odlewać gotowych rur ołowianych. Odlewali blachy ołowiane, a następnie przez klepanie zginali je, aż brzegi ich zbliżyły się do siebie, i wtenczas spawali je zlewając płynnym ołowiem.
Rzymianie wyrabiali też ołowiane trumny, obręcze do beczek, drut, kule do wyznaczania pionu w budownictwie, kule do katapult i proc. Późniejsza analiza chemiczna stwardził, iż w materiale, z którego wykonane były rzymskie rury wodociągowe z czasów antycznych zawierały 99, 3% czystego ołowiu.
Grecki poeta Hezjod podobno napisał siedem ksiąg na arkuszach z ołowiu. Rozpowszechniło się też stosowanie farb ołowianych naturalnych lub sztucznie wytwarzanych z jego związków, a także past i szminek. W ateńskich grobach z II wieku p. n. e znaleziono puderniczkę zawierającą szminkę z bieli ołowianej.
Biel ołowiana cieszyła się więc wielkim popytem nie tylko jako szminka, ale i jako farba malarska. Ogrzewają ją otrzymywano piękną barwę purpurową ? tzw minię czyli Pb3O4. Z glejty (PbO) wytwarzano przez gotowanie z olejem plaster ołowiany, a przez zmieszenie ze smalcem lub tłuszczem z wełny owczej otrzymywano maści lecznicze.
W średniowieczu centrum górnictwa i hutnictwa ołowiu mieściło się w Środkowej Europie i tu na arenę wystąpiła Polska, jako jeden z głównych producentów ołowiu. Około 750 roku rozpoczęło się wydobywanie ołowiu w Czechach, niewiele później w Rudawach. W tych czasach ołów stał się ważnym surowcem przemysłowym. Sałato się tak na wskutek wynalezienia prochy strzelniczego oraz sztuki drukarskiej.
W XVIII wieku rozpoczęto stosowanie ołowiu w przemyśle kwasu siarkowego. W XIX i XX wieku zakres zastosowanie ołowiu znacznie się powiększył. Obecnie wykorzystuje się wszelkie własności ołowiu. Prawie 1/3 światowej produkcji ołowiu zużywana jest do wyrobu płyt do akumulatorów, około 13,5 % do produkcji osłon do kabli, 10,3 % w przemyśle farbiarskim i ceramicznym, 6,7 % w budownictwie i przemyśle chemicznym, 5 % do lutowania, 3,4 % na stopy łożyskowe, 2,2 % na stopy czcionkowe. Warto również wspomnieć o ołowianych osłonach zabezpieczających przed szkodliwym promieniowaniem rentgenowskim i gamma oraz zastosowanie związków ołowiu jak stabilizatorów podwyższających wytrzymałość plastyków z polichlorku winylu na światło i zmiany temperatury.

2. Ogólna charakterystyka

Nazwa polska: Ołów
Nazwa łacińska: Plumbum
Symbol: Pb
Liczba atomowa: 82
Data odkrycia:Starożytność
Masa atomowa: 207.2 [u]
Typ przewodnika: Metal
Rodzina: Węglowce
Stopnie utlenienia: (-4) 2 4
Temperatura topnienia: 3273 [C]
Stan skupienia: Ciało stałe
Elektroujemność: 2.33 Pauling, 3.9 absolutna [eV]
Zawartość w skorupie: 0.0016 [%]
Temperatura wrzenia: 1750 [C]
Powinowactwo elektronowe: 35.1 [kJ?mol-1]
Twardość: 40 [skala Brinell'a]
Gęstość: 11.34 [g/cm3]
Moduł Young'a: 17 [GPa]
Promień atomowy: 181 [pm]
Promień kowalencyjny: 147 [pm]
Przewodnictwo cieplne: 34.9 [W/(m?K)]
Molowa pojemność cieplna: 26.6 [J/(mol?K)]
Entropia molowa: 64.80 [J/(mol?K)]

a) Otrzymywanie ołowiu
Ołów otrzymywany jest z galeny: przez prażenie powstaje tlenek PbO, poddawany następnie redukcji tlenkiem węgla lub żelazem, albo przez częściowe utlenienie galeny do tlenku i dalszą reakcję z tlenkiem (PbS 2PbO=3Pb SO2).

b) reakcje chemiczne

Z tlenem ołów tworzy:
1) nierozpuszczalny w wodzie, amfoteryczny PbO, który występuje w odmianie
rombowej (żółtej) i tetragonalnej (żółtoczerwonej).
2) PbO2 - brunatny, krystalizuje w układzie tetragonalnym, posiada własności utleniające, rozpuszczalny w stężonym kwasie octowym i stężonym wodorotlenku sodowym.
3) Pb3O4 (minia ołowiana).

Wodorotlenek Pb(OH)2 ma własności amfoteryczne, znane są jego sole, np. Na2PbO2. Związek ołowiu z wodorem - gazowy PbH4 - łatwo rozkłada się pod wpływem ogrzewania. Związek z siarką - PbS - jest brunatnoczarny, nierozpuszczalny w wielosiarczkach, sublimuje w próżni. Do ważniejszych związków należą także: Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2, PbSO4, PbCO3, Pb(N3)2, liczne związki z halogenami.

c) Właściwości:
Ołów jest typowym metalem o barwie szarej, miękkim, plastycznym, krystalizuje w układzie regularnym. Gęstość 11,34 g/cm3, temperatura topnienia 327,4C. Wszystkie związki ołowiu są trujące.
W związkach chemicznych ołów występuje na 2 i 4 stopniu utlenienia (stopień utlenienia). Na powietrzu pokrywa się warstewką tlenku. Nie reaguje z wodorem, azotem, parą wodną, fluorowodorem.
W podwyższonej temperaturze wchodzi w reakcję z chlorem i fluorem. Ulega również działaniu kwasu octowego (przy dostępie powietrza) oraz stężonego, gorącego kwasu siarkowego i kwasu azotowego, a w obecności utleniaczy - także rozcieńczonego kwasu solnego.

d) Zastosowanie:
Ołów jest składnikiem stopów łożyskowych i czcionkowych oraz stopów do lutowania. Z ołowiu wykonywane są także: płyty akumulatorowe, aparatura do produkcji kwasu siarkowego, odpływowe rury kanalizacyjne, osłony kabli elektrycznych, śrut, elementy pocisków. Arkusze ołowiane umieszczone w
konstrukcji dużych budynków chronią przed wibracjami i hałasem. Związki ołowiu służą do wyrobu farb antykorozyjnych i malarskich, pigmentów i zapraw (obecnie coraz rzadziej ze względu na szkodliwe własności tych związków). Tlenki ołowiu są składnikiem wyrobów szklanych o wysokim współczynniku załamania, magnesów, kauczuków polisiarczkowych (jako środek utwardzający). Tetraetyloołów Pb(C2H5)4 oraz tetrametyloołów Pb(CH3)4 są używane jako środki przeciwstukowe w benzynach silnikowych. Osłony ołowiane stosowane są w reaktorach jądrowych, akceleratorach, przyrządach wytwarzających promieniowanie X, laboratoriach radiologicznych. W pojemnikach ołowianych transportowane są radioaktywne izotopy.

3.Występowanie w skorupie ziemskiej.

1) galenie ołowiowej (galena)

Wzór chemiczny: PbS ? siarczek ołowiu
Układ krystalograficzny: regularny
Barwa: szara, migotliwa, niekiedy z odcieniem niebieskawym na powierzchni świeżego przełamu
Rysa: ciemnoszara, czarna
Twardość; 2,5
Gęstość: 7,2 ?7,6
Łupliwość: doskonała, trójkierunkowa (kostkowa)
Przełam; drobnomuszlowy
Połysk: silny, metaliczny
Tworzy najczęściej kryształy sześcio- i ośmiościenne. Spotykana jest też w skupieniach zbitych, ziarnistych, groniastych, kulistych, naciekowych. Jest izostrukturalny z halitem. Jest kruchy a nawet miękki, nieprzezroczysty. Często zawiera również znaczne ilości cynku, żelaza, miedzi, antymonu, bizmutu.

Zastosowanie
? Ma duże znaczenie kolekcjonerskie
? Najczęściej występujący kruszec ołowiu (86,6% Pb) oraz srebra (do 0,3% srebra, czasami przekracza 1% galena srebronośna).
? W pierwszej połowie XX w. galena była stosowana jako wczesny materiał półprzewodnikowy (tzw. właściwości detekcyjne). W epoce radioelektroniki lampowej, a przy słabej elektryfikacji wielu krajów, galena dawała możliwość konstrukcji odbiorników radiowych niewymagających zasilania (detektor kryształkowy).

2) Anglezyt PbSO4

Wzór chemiczny: PbSO4
Układ krystalograficzny : rombowy
Łupliwość: wyraźna trójkierunkowa
Gęstość: 6,3 g/cm3
Barwa: przezroczysty, niekiedy lekko zabarwiony (biały, szary, zielonkawy, niebieskawy, żółtawy)
Połysk: diamentowy, jedwabisty, tłusty
Twardość: 3

Tworzy często dobrze wykształcone kryształy, najczęściej o pokroju tabliczkowym. Występuje też w postaci płytek i słupków. Tworzy skupienia ziarniste, ziemiste, naciekowe. Występuje w formie naskorupień. Jest izostrukturalny z: celestynem i barytem. Jest kruchy, przezroczysty .

Zastosowanie:
? Może być wykorzystywany do otrzymywania ołowiu (zawiera 68,3% tego pierwiastka).
? Ulega przeobrażeniu w cerusyt
? Należy do pierwiastków rzadkich i poszukiwanych przez kolekcjonerów.
? Niekiedy znajduje zastosowanie w jubilerstwie.

3) cerusyt PbCO3

Wzór chemiczny: PbCO3 - węglan ołowiu
Układ krystalograficzny: rombowy
Twardość: 3 ? 3,5
Gęstość: 6,55
Rysa: biała
Barwa: biały, szary, żółty, brunatny, zielony, czarny, bezbarwny
Przełam: nierówny, muszlowy
Połysk: diamentowy, tłusty
Łupliwość: wyraźna

Tworzy kryształy odznaczające się wyjątkowym bogactwem postaci: słupkowe, tabliczkowe, igiełkowe. Często tworzy zbliźniaczenia (kolankowe, gwiaździste, wachlarzowate), spotykany jest też w formie naskorupień. Dobrze wykształcone kryształy spotykane są w druzach. Jest izomorficzny z aragonitem, stroncjanitem. Jest bardzo kruchy, przezroczysty, czasami wykazuje efekt kociego oka. Czasami zawiera znaczne ilości srebra. W świetle ultrafioletowym wykazuje niebieską fluorescencję.
Zastosowanie:

? źródło otrzymywania ołowiu, niekiedy też srebra,
? w starożytności po sproszkowaniu był używany jako puder kosmetyczny,
? ma znaczenie naukowe (określanie genezy złóż),
? poszukiwany przez kolekcjonerów.

4) Piromorfit Pb5(PO4)3Cl

Wzór chemiczny: Pb5(PO4)3Cl ? fosforan ołowiu
Układ krystalograficzny: heksagonalny
Twardość: 3,5-4
Gęstość: 6,7 -7
Rysa: biała
Barwa: zielona, brunatna w odcieniach, rzadko bezbarwna, biała, żółtawa,
Przełam: nierówny, muszlowy
Połysk: tłusty, diamentowy
Łupliwość: brak

Zazwyczaj tworzy kryształy o pokroju słupa heksagonalnego zakończonego bipiramidą, niekiedy kryształy mają zarysy beczułkowate. Występuje w skupieniach ziarnistych, pręcikowych, promienistych, naskorupieniach. Jest kruchy i przezroczysty, czasami bywa czerwony lub pomarańczowy (domieszki tlenku chromu). Jest izostrukturalny (izomorficzny ) z mimetezytem, apatytem, wanadynitem. Często tworzy pseudomorfozy po galenie i cerusycie.

Zastosowanie:

? ma znaczenie naukowe ? wskaźnik kruszcowych złóż ołowiu
? cenny dla kolekcjonerów
? ruda ołowiu zawiera 75 % Pb

5) mimetezyt Pb5(AsO4)3Cl

Wzór chemiczny: Pb5(AsO4)3Cl ? arsenian ołowiu
Układ krystalograficzny: heksagonalny
Twardość w skali Mohsa: 3,5 - 4
Gęstość: 7,17 g/cm?
Barwa: biała, żółta, pomarańczowa, brązowa, czerwona
Łupliwość: niewyraźna
Przełam: muszlowy
Połysk: tłusty
Rysa: biała

Zazwyczaj tworzy kryształy o pokroju słupkowe, pręcikowe, tabliczkowe. Często jest to słup zakończony podwójną piramidą. Występuje w druzach, oraz w skupieniach zbitych, ziarnistych, nerkowatych, groniastych. Tworzy nacieki i naskorupienia. Jest kruchy, przezroczysty, rozpuszcza się w kwasie azotowym i ługu potasowym. Jest izostrukturalny (izomorficzny) z apatytem, piromorfitem, wanadynitem. Tworzy kryształy mieszane z piromorfitem.

Zastosowanie:

? Ma znaczenie naukowe- wskaźnik kruszców zawierających arsen.
? Ma znaczenie kolekcjonerskie.
? Sporadycznie stosowany jest w jubilerstwie.

4. Badanie właściwości oraz reakcje charakterystyczne dla tego pierwiastka.

Doświadczenie 1 ? Reakcje azotanu (V) ołowiu (II) z kwasem siarkowym (VI)

Przyrządy: Kolba miarowa, waga, pipeta
Odczynniki: woda destylowana, azotan (V) ołowiu (II) - Pb(NO3)2 , kwas siarkowy (VI) H2SO4

Sposób wykonania:
Kolbe miarową napełniamy około 50 ml wody destylowanej poczym dodajemy do niej 5 g azotanu (V) ołowiu (II) - Pb(NO3)2 Całość energicznie mieszamy poczym dodajemy kilka kropel 2M stężonego kwasu siarkowego (VI) H2SO4

Obserwacje:

Obserwujemy wydzielanie się białego, bezwonnego gazu.

Wnioski:
W wyniku reakcji kwasu siarkowego z azotanem (V) ołowiu(II) tworzy się sól siarczan (VI) ołowiu (II) co świadczy również o fakcie iż kwas siarkowy jest kwasem mocniejszym niż kwas azotowy (V). Następuje wydzielanie kwasu azotowego (V).

Równanie reakcji:

2Pb(NO3)2 H2SO4 ? 2Pb(SO4) 2HNO3?

Doświadczenie 2- Reakcja tlenku ołowiu (II) z kwasem siarkowym (VI) oraz z wodorotlenkiem sodu. Badanie odczynu tlenku ołowiu (II).

Przyrządy: probówki, pipeta
Odczynniki: woda destylowana, tlenek ołowiu ? PbO2 , kwas siarkowy (VI) H2SO4, wodorotlenek sodu ?NaOH, oranż metylowy


Sposób wykonania:

W 4 oddzielnych probówka umieszczamy rozpuszczony w wodzie destylowanej roztwór tlenku ołowiu (II) następnie do drugiej probówki dodajemy kilka kropel 2 M kwasu siarkowego (VI), do trzeciej probówki dodajemy około 2 cm3 2M roztworu NaOH, natomiast do czwartej dodajemy kilka kropel oranżu metylowego.

Obserwacje:

Probówka pierwsza jest próbą kontrolną. W probówce drugiej wytrącił się czarny osad. W probówce trzeciej powstała bezbarwna ciecz, natomiast roztwór w probówce czwartej przyjął barwę ciemnoczerwoną.

Wnioski:
Tlenek ołowiu (II) reaguje zarówno z kwasami i zasadami co świadczy o jego amfoterycznym charakterze. Tlenek ołowiu (II) powoduje zmianę zabarwienia oranżu metylowego nie zmienia swojego zabarwienia.

Równanie reakcji:
Probówka 1 ? próba kontrolna
Probówka 2- H2SO4 PbO2?Pb(SO4)2? 2H2O
Probówka 3- 2NaOH 3PbO2? 3Na2[Pb(OH)6]
Probówka 4
Nie nastąpiła zmiana zabarwienia wskaźnika- oranżu metylowego.

Doświadczenie 3- Reakcja azotanu (V) ołowiu (II)- Pb(NO3)2 z Jodkiem Potasu ? KI (reakcja charakterystyczna do wykrywanie ołowiu)

Przyrządy: szkiełko zegarowe, bagietka,

Odczynniki: woda destylowana, Jodek potasu- KI, azotan (V) ołowiu (II) - Pb(NO3)2

Sposób wykonania:

Na szkiełku zegarowym umieszczamy po dwóch przeciwnych stronach roztwór KI I Pb(NO3)2.

Następnie dodajemy wody destylowanej.

Obserwacje:

Wnioski :

W wyniku rekcji azotanu (V) ołowiu (II)- Pb(NO3)2 z Jodkiem Potasu ? KI powstaje sól PbI2 która tworzy barny jasno żółty roztwór.

Równanie reakcji:

Pb(NO3)2 2KI ? PbI2 ? 2KNO3

5. Istota szkodliwego działalna ołowiu.

Ołów jest toksyczny dla układu nerwowego, czerwonych krwinek i układu sercowo- naczyniowego. Wywołuje również anemię, uszkodzenia nerek i zaburzenia neuropsychologiczne. W czasach Cesarstwa Rzymskiego ogólna ilość ołowiu w środowisku wynosiła 39 mln ton, w roku zaś 1980 osiągnęła 241 mln ton. Do roku 1989 do środowiska trafiało 4 mln ton ołowiu rocznie z czego 1,3 mln ton dotyczyło USA. W organizmie współczesnych Amerykanów jest 1000 razy więcej ołowiu niż w organizmach Indian północnoamerykańskich. Toksyczne skutki ołowiu to jedno z najczęstszych schorzeń wieku dziecięcego. Poziom ołowiu w pomieszczeniach wzrasta na skutek emisji gazów spalinowych docierających przez okna, uwalniania się cząstek wdeptanych w wykładziny podłogowe, niszczenia się starych powłok lakierniczych zawierających ołów oraz rozpuszczanie armatury wodociągowej w starych budynkach. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (The Environmental Protection Agency -EPA ) ustaliła w 1991 roku dopuszczalny poziom ołowiu we krwi dzieci na 100 ?g/l , przy czym stwierdzono, że 17 % wszystkich dzieci w wieku przedszkolnym ma zwiększony poziom ołowiu we krwi, a w obszarach ubogich odsetek może wynosić nawet 68 %.
W klasycznym badaniu przeprowadzonym w latach siedemdziesiątych wśród dzieci mieszkających w centrum Chicago stwierdzono iż skutki toksyczne występują, jeżeli stężenie ołowiu w krwi przekracza 300 ?g/l. Dzieci mieszkające w domach o podwyższonym poziomie ołowiu są 10-krotnie
bardziej narażone na zatrucie w okresie letnim. Najbardziej narażone są płody, osoby w podeszłym wieku i pracownicy zawodowo stykający się z ołowiem.
Krytyczne stężenie ołowiu we krwi wynosi według zaleceń Unii Europejskiej 350 ?g/l, a w Wielkiej Brytanii przyjmuje się w badaniach uzupełniających stężenie progowe 250 ?g/l dla co najmniej połowy populacji i mniej niż 300 ?g/l dla 90 % populacji. Krytyczne stężenia we krwi w przypadku narażenia zawodowego jest większe i wynosi od 600 ?g/l nawet do 1000 ?g/l w zależności od państwa.


Skutek Zawartość ołowiu w krwi ?g/l
Prenatalne uszkodzenie centralnego układu nerwowego < 100
Wyraźna anemia 600
Poważne uszkodzenia centralnego układu nerwowego 800
Śmierć 1200

Ołów jest neurotoksyną i przykładem substancji szkodliwej występującej w różnych ośrodkach. Głównym źródłem skażeń środowiska są:

? benzyny,
? pyły w gazach spalinowych,
? spalanie paliw kopalnianych,
? płatki starych farb zawierające znaczne ilości ołowiu,
? niektóre tradycyjne kosmetyki etniczne,
? składniki minerałów lutowniczych i lakiery stosowane wewnątrz naczyń kuchennych,
? rury wodociągowe pestycydy,
? śród ołowiany stosowany w wiatrówkach i strzelaniu do rzutków oraz w myślistwie
? procesy wydobycia ołowiu i wytopu.

Na strzelnicach do rzutków nożna spotkać bardzo duże stężenie Pb .W miejscach gdzie wystrzeliwuje się miliony nabojów rocznie stężenie ołowiu w glebie może dochodzić nawet do kilku procent.

6. Skażenie gleb metalami ciężkimi, a w szczególności ołowiem.

Gleby ulegają zanieczyszczeniu metalami ciężkimi w wyniku:

? opadania pyłów atmosferycznych,
? spływu ścieków,
? migracji pierwiastków ze zwałowisk odpadów,
? zapylania z rozwiewanych hałd,
? spalania materiałów pędnych.

Najwyższe stężenie metalami ciężkimi w glebie spotyka się w bezpośrednim otoczeniu kopalń i hut, zwałowisk odpadów górniczych, poflotacyjnych, hutniczych, elektrownianych, chemicznych i szlaków komunikacyjnych.

Źródło zanieczyszczeń Pierwiastki
Pestycydy Cu, As, Zn, Pb, Sn
nawozy fosforowe As,Cd, Zn
Popioły węgli Ge, Se, B, Ni, Pb, As, Sb, Cd, Hg,Mo,Sn
Odpady i ścieki komunalne Cd, Cr, Cu, Zn, Pb, Sn, Mo, Hg, Se
Przemysł ceramiczny i cementowy Cr,Ni,Cu,Co, Pb
Hutnictwo metali niezależnych Pb, Cu, Cd, Zn, Hg, Ni, Sn,As


Stwierdza się że w pobliżu hut występuje bardzo duże zanieczyszczenie ołowiem, Pierwiastek ten kumuluje się w górnej warstwie i nie jest wymywany w głąb. W ten sposób jego stężenie w otoczeniu zakładów przemysłowych jest bardzo wysokie. Możne to doprowadzić do zaniku roślinności a zwłaszcza lasów.

Poniższa tabela ilustruje średni stopień zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi.

pierwiastek Roczny opad w mln ton
Zn 2245
Cu 2073
Pb 1354
Ni 412
Mo 102
Se 42
Cd 28
Hg 12

Ołów ma zdolność kumulacji w glebie i w organizmach żywych oraz może być przyczyną niedokrwistości, stwardnienia rozsianego oraz chorób wątroby, raka jajników, białaczki i chorób psychicznych. Ołów uszkadza ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy. Szczególnie dzieci są narażone na uszkodzenia mózgu i schizofrenię, o czym dowodzi fakt, iż 60 % badanych młodocianych przestępców miało powyżej 0,5ppm Pb we krwi. Ołów jest przyczyną śmiertelności na chorobę serca i ogólnie rzecz biorąc, skraca życie o 30% czasu.
Doświadczenie 1 Badanie związków ołowiu w glebie -miasto Ostróda.

Materiały: próbki gleby
Odczynniki: Jodek potasu, woda destylowana
Sprzęt: Kolby, lejki, sączki, bibuła filtracyjna

Wykonanie:
Do kolby z ówcześnie przesączonym przesączem dodajemy kilka kropel jodku potasu, a następnie energicznie wstrząsamy kolbą. Kolbę odstawimy na kilka minut.

Wyniki :

lokalizacja gleby osad
Osiedle domków jednorodzinnych brak
Centrum miasta ul Mickiewicza brak
teren bagienny brak
droga krajowa nr 16 brak
Park w centrum miasta brak
droga krajowa nr 7 brak


Wniosek:
Na rysunku przedstawiony został prawidłowy wygląd przesączu gleby skażonej ołowiem. W żadnej próbce gleby pobranej z różnej lokalizacji nie wytrącił się żółty osad, co świadczy o fakcie, iż tereny te nie są skażone ołowiem. Doświadczanie potwierdza, iż gleby w Ostródzie są wolne od zanieczyszczeń ołowiem.

Doświadczenie 2 Wpływ skażenia gleby na przebieg procesu kiełkowania

Materiały: próbki gleby
Odczynniki: bazylia zwyczajna, woda
Sprzęt: doniczki,

Wykonanie:
W 3 doniczkach umieszczamy kolejno glebę pobraną z różnych stanowisk. Następnie w każdej doniczce zasiewamy po 10 nasion rośliny wskaźnikowej- bazylia zwyczajna. Każda z doniczek podlewamy systematycznie woda.

LOKALIZAJCJA GLEB
Park w centrum miasta Droga krajowa nr 16 Osiedle domków jednorodzinnych
dzień wykiełkowało
1 510 310 410
2 510 310 510
3 510 410 610
4 610 410 610
5 610 410 610

Wniosek:
Lokalizacja gleby ma diametralny wpływ na szybkość oraz efektywność kiełkowania nasion. Z doświadczenia wynika, iż najmniej nasion wykiełkowało w pobliżu drogi, co świadczy o fakcie, iż jest to teren gdzie gleba jest najbardziej skażona metalami ciężkimi, które hamują proces kiełkowania roślin.
7. Zanieczyszczenia wody ołowiem.

Do wód powierzchniowych ołów może dostać się ze ściekami z zakładów chemicznych, kopalń i zakładów przerabiających rury. Stężenie ołowiu w wodach atmosferycznych wynosi około 1 ? 50 ?g/l, ale na obszarach gęsto zaludnionych może sięgać nawet 1000 ?g/l. Ołów może przedostawać się do wody pitnej, gdy woda styka się z ołowianymi rurami lub jest przechowywana w zbiornikach pokrytych farbami zawierającymi ołów. W przypadku, gdy woda zawiera duże ilości CO2 powstaje trujący Pb(HCO3)2. Sole ołowiu są na ogół nie rozpuszczalne w wodzie za wyjątkiem soli azotanów i octanów. Ołów w formie rozpuszczonej w wodach występuje główne jako Pb2 .
Ołów tworzy względnie silne związki kompleksowe z ligandami organicznymi zawierającymi atomy S, N i O . Wśród organicznych związków ołowiu duże znaczenia mają teraetylooów i tetrametyloołów, które są praktycznie nie rozpuszczalne w wodzie, z kolie łatwo rozpuszczalne w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych. Stwardzono także, iż w środowisku wodnym przy współudziale mikroorganizmów może zachodzić proces biometylacji ołowiu.
Stężenie ołowiu w wodach niezanieczyszczonych jest zwykle mniejsze od 3 ?g/dm3 Wyższe stężenie ołowiu na ogół występuje w pobliżu dróg i miast w wyniku emisji spalin samochodowych. Stężenie ołowiu w rzekach zależy w znacznym stopniu od spływu zanieczyszczeń z powierzchni terenu.
Stężenie ołowiu w osadach dennych jest uzależnione od uziarnienia osadów, a także od zawartości substancji organicznych. Gdy nie występują rozpuszczone związki kompleksowe, ołów przy pH> 6,0 jest całkowicie zaadsorbowany w osadach.
W literaturze nie spotyka się informacji o niezbędności ołowiu do życia organizmów. Jest natomiast dużo doniesień o jego szkodliwości. Wiele soli ołowiu jest nierozpuszczalna w wodzie i dlatego są one mało szkodliwe dla środowiska wodnego. Bardziej toksyczne są rozpuszczalne formy ołowiu. Ołów zakłóca proces samooczyszczanie wód. Proces ten jest hamowany już przy stężeniu 100?g/dm3 Ołów jest toksyczny dla ryb, ale w wysokich stężeniach. Efekt ten jest także zależny od twardości wody. Przy wyższych twardości sole ołowiu wytrącają się i są nietoksyczne. Ołów podlega kumulacji w łańcuchu pokarmowym. Współczynnik kumulacji dla organizmów morskich wynosi:
? wodorosty: 700
? fitoplankton: 40 000
? zooplankton: 3 000
? ślimaki: 4000
Natomiast kumulacja ołowiu w rybach jest mała i dlatego ołów nie stanowi zagrożenia dla ichtiofauny.
Ołów działa toksycznie na organizm człowieka. Zastępuje wapń, co może prowadzić do dużych stężeń ołowiu w układzie kostnym. Najczęstsze przypadki zatruć tym metalem zdarza się przez wdychanie powietrza zanieczyszczonego ołowiem. Toksyczne są również organiczne związki ołowiu. Trujące działanie tetraetylo- i terametyloołowiu dla człowieka polega na tym, że w organizmie w procesie dealkilacji powstają silnie toksyczne związki tria alkilowe.

Doświadczenie 1 Badanie obecności ołowiu w wodach gruntowych znajdujących się na terenie Ostródy.

Materiały: próbki wody
Odczynniki: Jodek Potasu (KI), woda destylowana
Sprzęt: kolby miarowe, pipeta,

Wykonanie:
Do kolb miarowych z próbką wody za pomocą pipety dodajmy roztwór Jodku potasu (KI), aż do uzyskania barwy żółtej.

Wyniki:

Lokalizacja Barwa roztworu
ul. Olchowa Osiedle domków jednorodzinnych
Śluza łącząca Jezioro Drwęckie z Jeziorem Pauzeńskim
Jezioro Sajmino
Ul. Nadrzeczna (pod droga krajową E-7)
Jezioro Jakuba
Jezioro Drwęckie
Wniosek:
Z interpretacji powyższych wyników można stwierdzić, iż zmiana barwy na żółta nastąpiła w próbie pochodzącej z Jeziora Sajmino oraz śluzy łączącej Jezioro Drwęckie z Jeziorem Pauzeńskim. Można stwierdzić, iż tylko w tych akwenach znajdują się nieznaczne ilości ołowiu, o czym świadczy słaba intensywność koloru w badanej próbie. Pozostałe badane akweny są wolne od zanieczyszczeń ołowiem.

8. Propozycja rozwiązania problemu zanieczyszczenia środowiska ołowiem.

Ochrona zasobów wodnych polega przede wszystkim na rozwiązaniach technicznych, takich jak:

? Stosowanie bezściekowych technologii w produkcji przemysłowej
? Napowietrzanie wód stojących
? Zamykanie obiegów wodnych w cyklach produkcyjnych i odzysk wody ze ścieków
? Utylizacja wód kopalnianych oraz powtórne wtłaczanie tych wód do górotworu
? Zabezpieczanie hałd i wysypisk
? Oczyszczanie ścieków i unieszkodliwianie osadów ściekowych.

W przypadku zanieczyszczenia gleb należy:

? przeciwdziałać chemicznej degradacji gleb powstałych pod wpływem zanieczyszczeń przemysłowych, motoryzacyjnych, nawożenia mineralnego;
? przeciwdziałać przesuszeniu i zawodnieniu gleb;
? ograniczać do niezbędnego minimum technicznych deformacji gruntu i mechanicznego zanieczyszczenia gleby;
? zachowywać grunty o walorach ekologiczno-produkcyjnych;
? ograniczać przejmowanie gruntów pod zabudowę techniczną i eksploatację kopalin.
? przeciwdziałać erozji i spływowi powierzchniowemu z gruntów użytkowanych rolniczo
? nie pozostawiać gleby bez pokrycia roślinnością
? umiejętnie stosować chemiczne środki ochrony roślin oraz nawozy mineralne i organiczne

Do sposobów chroniących glebę przed chemiczną degradacją ze strony przemysłu należą:
? ograniczenie emisji pyłowo-gazowych
? budowa osłon biologicznych w postaci pasów zieleni
? właściwe składowanie odpadów przemysłowych i komunalnych
? wykorzystywanie gleb najsłabszych na cele budownictwa, przemysłu i komunikacji
? dostosowanie użytkowania terenów i produkcji roślinnej do panujących warunków w strefie degradującego działania zanieczyszczeń.

Ograniczenie zanieczyszczeń atmosfery powodowanych przez niedoskonałe procesy technologiczne i procesy spalania polegają przede wszystkim na:

a) odpylaniu, unieszkodliwianiu gazów odlotowych i eliminowaniu wyziewów przemysłowych przez:
? wprowadzenie urządzeń odpylających i oczyszczających o wysokiej skuteczności, np. cyklonów, elektrofiltrów
? hermetyzację procesów produkcji i transportu
? zmiany w technologii spalania (kotły fluidalne, palniki niskoemisyjne)

b) zmniejszeniu uciążliwości pojazdów przez wprowadzenie:
? benzyny bezołowiowej
? paliwa gazowego, silników elektrycznych
? standardów europejskich w zakresie jakości wykonania i parametrów eksploatacyjnych w odniesieniu do 40-50% pojazdów krajowych.

W ograniczaniu przepływu zanieczyszczeń powietrza niebagatelną rolę odgrywają pasy zieleni, będące naturalną barierą ochronną. Rozwiązanie złożonych i niełatwych problemów, jakie wiążą się z zanieczyszczeniem atmosfery, wymaga określonych metod i środków. Osiągnięcie tego celu jest możliwe tylko w ramach skoordynowanych działań systemowych, opartych na rzetelnej bazie informacyjnej i kompetencji w rozwiązywaniu zagadnień techniczno-technologicznych, organizacyjnych i prawnych.

Obecnie głównym celem polityki ekologicznej państwa w zakresie ochrony atmosfery jest:

? przeprowadzenie restrukturyzacji i modernizacji przemysłu;
? zlikwidowanie lub udoskonalenie uciążliwych technologii oraz instalacji produkcyjnych o znacznej emisji pyłów i gazów;
? wyposażenie krajowych pojazdów mechanicznych w katalizatory przy równoczesnym wprowadzeniu na rynek benzyny bezołowiowej;
? wykorzystanie alternatywnych źródeł energii.
? poprawa jakości paliw energetycznych przez odpirytowanie najbardziej zasiarczonych gatunków węgla kamiennego;
? zaopatrzenie wszystkich emiterów energetycznych, przemysłowych, komunalnych w odpowiedniego rodzaju urządzenia odpylające;
? zweryfikowanie kryteriów oceny zanieczyszczeń i wprowadzenie surowych kar dla trucicieli.


8. Podsumowanie.

Ołów i jego związki są szeroko dostępne w dzisiejszym świecie. Wykorzystywane są w produkcji przemysłowej i nie tylko. Jednak jak wszystko co istnieje posiada zalety i wady. Mimo tak licznych zastosowań wyrządzają niebagatelne i trudno odwracalne szkody. Oddziałuje zarówno na hydrosferę, pedosferę jak i atmosferę ziemską. Związki ołowiu są w większości całkowicie nierozpuszczalne w wodzie, co stawia je na jednym z czołowych miejsc pierwiastków najbardziej szkodliwych, z którymi przyroda samoistnie nie potrafi walczyć lub do prowadzenia walki potrzebuje dłuższego okresu czasu.
Każdy człowiek pragnie żyć w środowisku czystym, wolnym od zanieczyszczeń. Jednak przez gwałtowny postęp technologii ludzkość za główną wartość ustanowiła dążenie do celu, odkrywania czegoś nowego dotąd jeszcze nieznanego. W dobie popularnego ?wyścigu szczurów?, zatracenia się w codzienności ludzie zapominają o bogactwie naturalnym. Bezmyślnie zanieczyszczają Ziemię nie myśląc o konsekwencjach swojego czynu. Dopóki mieszkańcy ziemi sami nie zaczną dbać o swoją planetę, problemy związane z ochroną środowiska naturalnego będą się mnożyć. Winnym zanieczyszczeń powietrz nie są tylko metale ciężkie, czy związki ołowiu.
Tak naprawdę prawdziwym zabójcą jesteśmy My sami?