砷哭了,不是重金属的“重金属”.pdf

砷哭了，不是重金属的“重金属重金属”ArsenicCried,WhichisnotHeavyMetal,ButwasMistakenfor供稿|张玮玮，柳荫，常璐璐/ZHANGWeiwei,LIUYin,CHANGLulu导读内容重金属在生活中是非常常见的金属，与人类密切相关，重金属也因其生物积累、不可降解，有毒等特性，导致环境污染或中毒事件时有发生，而被社会各界广泛关注，尤以铅、汞、镉、铬、砷五类元素为主，因此会有很多人误以为砷属于重金属，本文对重金属的定义、危害，砷、砷的化合物及其与重金属的关系进行了介绍，希望帮助人们对砷元素有一个更加全面的认识，不再对其产生误解。很多时候，涉及到水体污染、环境污染甚至是化妆品污染1，只要我们提到重金属，人们就会想到汞、铅、砷、镉等，那么其中的砷属于重金属么？重金属的定义是什么？为什么重金属污染里面会提到砷？重金属的定义在化学里面，我们给重金属的定义为：密度在4.5 g/cm3以 上 的 金 属。原 子 序 数 从 23（钒）92（铀）中，除去砷、硒、溴、氪、碲、碘、氙、砹、氡 9 种非金属元素，以及锝这一人造元素，共有 60 种天然金属元素，如图 1。在这 60 种元素中，除去铷、锶、钇、铯、钡、钫这 6 种元素，其余54 种金属密度均大于 4.5g/cm3（见表 1）。因此，从密度的角度来看，这 54 种金属均属于重金属。但作者单位：北京科技大学自然科学基础实验中心，北京100083图12392 号天然金属元素在元素周期表中排布（如图方框中所示）182023 年第 4 期是在元素分类时，其中有的划归了稀土金属，有的划归了贵金属等，见表 2。余下的 13 种金属中，与重污染事件密切相关的主要是铅、汞、镉、铬这4 种金属。表254 种重金属元素分类分类元素数量高熔点稀有金属钨、钼、锆、铪、钽、铌、钒、铼8种稀土金属镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥15种放射性金属钋、镭、锕、钍、镤、铀6种贵金属金、银、铂、钌、铑、钯、铱、锇8种稀散金属镓、铟、铊、锗4种其它铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉、锡、锑、汞、铅、铋13种重金属的危害及毒性由于缺乏环保意识，在矿石开采、金属冶炼、机械制造和农业灌溉等工农业生产中，人们会无意中将大量的重金属元素排放到环境中2，进而引发水体或土壤的污染，从而影响人类的健康和安全。重金属污染具有可富集、难降解，毒性大、治理难的特征，大多重金属污染事件是经由口摄入引起3，过量摄取重金属，会出现急性中毒症状，主要表现为呕吐、腹痛、下泄，呼吸困难，溃疡等，被吸收进体内后，可损害各种组织的生理机能，甚至导致死亡。此外，重金属对胎儿的发育损害更大，尤其是汞元素，这在日本的“水俣病”事件中得到证实4。下面对几种常见的重金属毒性进行简要的介绍，见表 3。表160 种天然金属元素的密度金属密度/（g/cm3）金属密度/（g/cm3）金属密度/（g/cm3）金属密度/（g/cm3）钒6.11锶2.54锡7.28铂21.45铬7.19钇4.47锑6.70金19.32锰7.44锆6.49铯1.87汞13.53铁7.86铌8.57钡3.51铊11.85钴8.92钼10.23镧系6.169.84铅11.34镍8.90钌12.45铪11.31铋9.78铜8.96铑12.41钽16.68钋9.32锌7.14钯12.02钨19.35钫1.87镓5.90银10.49铼21.04镭5.50锗5.35镉8.65锇22.59锕铀10.0719.05铷1.53铟7.30铱22.56表3常见重金属的毒性金属种类慢性中毒症状汞失眠、多梦；意向性震颤（手指最为明显）；口腔炎症、牙齿松动；无症状性蛋白尿、肾病综合征。铅（无机铅）贫血、肾功能减退；（四乙铅）中枢神经系统受损，震颤。镉肾脏损害、慢阻肺、骨质疏松、病理性骨折、全身骨痛铬过敏、咳嗽、呼吸道感染、皮肤溃烂锡（无机锡）吸入式肺炎、骨形成异常；（三烷锡）中枢神经损害铜肺损伤锰肌肉僵硬、精神异常、中枢神经损伤镍肺纹理增多、肺癌、心肌受损生活与科学知识园地Science Corner19砷元素砷，俗称砒，在化学元素周期表中位于第 4 周期、第 VA 族，属于非金属元素，在自然界中分布广泛，动物、植物、海产品中都可能含有微凉的砷元素。在自然界中，砷主要以硫化物如雄黄5的形式存在。砷的各种化合物应用也很广泛，常用于除草剂、杀菌剂，以及木材防腐、制药、颜料等行业。名称演变砷的化合物有很多，曾被作为“遗产药”使用，从古至今，各个国家均有使用，但同一种矿物在不同国家不同时期名称也会有所不同。砷的矿物以雄黄和雌黄居多，早在公元前 4 世纪，亚里士多德的著作中将其命名为 Arsenikon（最初指雌黄），意为“强有力的”，而雄黄 Orpiment，来自罗马博物学家Plony 的 Auripigmentum（金黄色的颜料）衍变而来。英语中的雄黄 Realgar 更接近“鸡冠石”，例如称雄黄酒为“Realgarwine”，在介绍中国节日习俗时经常用到。在中国，对砷矿物的命名更为复杂，古代炼丹家和医师为了保持神秘6，给它起了很多名字，如表 4、图 2 所示。表4中国古代对砷矿物的别称砷矿物主要成分别称雄黄As2S3，橘红色为主鸡冠石、黄金石、黄奴、熏黄、天柔石、石黄等雌黄As4S4，黄色为主帝女血炼者、黄龙血等礜石FeAsS，黄铁矿太白石、鼠毒、白虎、青分石、固羊石等砒石As2O3，矿物类磁石、砒黄、信石、人言等单质砷雄黄雌黄砒石图2砷及其化合物外观（图片来自网络）砒霜是三氧化二砷 As2O3最经典的名称，它是由砒石加工提炼而成，纯度更高，性状也发生了改变，砒石常用于杀灭细菌，用于治疗寒痰哮喘、疟疾、痔疮或癣疮，而砒霜则具有蚀疮和去腐以及杀虫的功效，同时毒性也更强。砷及其化合物的毒性一提到砷，大家第一反应就是有毒，这都是拜最经典的含砷毒剂三氧化二砷（As2O3），也就是砒霜所赐，其实单质砷基本无毒，大部分砷的硫化物毒性也没有这么强烈。按照化合物的性质来区分，可分为有机砷和无机砷，无机砷的毒性要强于有机砷，在无机砷中，三价砷和五价砷较为常见，以三价砷的毒性更大，约为五价砷的 60 倍。砷在进入人体后，会蓄积在骨骼、肝脏、肾生活与科学Metal World202023 年第 4 期脏、脾等部位，对神经、心血管、呼吸、生殖、血液等系统产生危害。中等程度的砷中毒在早期主要对感觉神经产生影响，例如疼痛、反应迟钝等；严重的砷中毒会影响运动神经，例如四肢无力、瘫痪或者脑组织病变等。慢性砷中毒会引起神经病变，主要表现为神经衰弱综合征、皮肤损害、口腔炎症或者肝肾损害等，其恢复时间特别长，需要长达数年，且完全恢复的几率很小；砷暴露最常见的症状是角质层增厚、皮肤颜色加深，严重者患皮肤癌；砷还会通过胎盘影响胎儿的发育；急性或慢性砷暴露都会影响到血液系统，使白血球、红血球、血小板下降，嗜酸性白血球数上升7。砷与重金属的关系砷在元素周期表中处于金属元素和非金属元素分界线上，因此称之为类金属，也叫做准金属，其物理、化学性质也介于金属和非金属之间，具有银灰色金属光泽，密度为 5.72g/cm3，在环境中同样具有生物累积、不可降解等特性，其毒性与治疗方法也与重金属类似，所以在环境污染及医学领域将砷视为重金属类别8。因此，在我国优先控制化学品名录（第一批）9有毒有害水污染物名录（第一批）10和有毒有害大气污染物名录（2018 年）11中，砷与铅、汞、镉、铬 4 类重金属一起被作为重点管控的污染物进行管理。结束语我们通常见到的重金属污染中俗称的“五毒”汞、镉、铅、镉、砷中虽然包括砷，但砷并不属于重金属，它是非金属，因其位于金属与非金属边界线上，又称其为类金属。它在环境污染和毒性上与重金属高度类似，所以在环境领域和医学范畴内视为重金属。参考文献张涵，宋红杰，吕弋.化妆品世界的“重金属污染案”.大学化学，2022，37（9）：2641窦红宾，郭唯.重金属污染及其对水土的危害.生态经济，2022，38（11）：52井村伸正，永沼章，周耀群.重金属环境污染的毒性机理.农业环境科学学报，1982（4）：243万双秀，王俊东.汞对人体神经的毒性及其危害.微量元素与健康研究，2005（2）：674陈杨，王楚茵，姚妮，等.雄黄的形态砷与价态砷在体内的转化和蓄积.中南药学，2022，20（6）：13595王奎克，朱晟，郑同，等.砷的历史在中国.自然科学史研究，1982（2）：216王凤娟.防晒类化妆品中紫外线吸收剂和重金属铅及砷的质量控制检测方法研究学位论文.华东理工大学，20147徐克，叶旌，田祎，等.“十四五”时期我国重金属污染防治研究.中国资源综合利用，2022，40（9）：1278环境保护部.优先控制化学品名录（第一批）.（2017-12-28）2023-03-01.https:/ 要 从 事 分 析 化 学、无 机 化 学 研 究。E-mail：。生活与科学知识园地Science Corner21