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METAIS PESADOS E SUAS TOXIDADES

Metais pesados e suas toxidades, artigo de Roberto Naime

• Artigo

 by Redação - 13/12/2018

 

 

Mercúrio

Os metais pesados diferem de outros agentes tóxicos porque não são sintetizados nem destruídos pelo homem

[EcoDebate] A primeira lembrança que se materializa quando se fala em metais é a visão da tabela periódica dos elementos químicos, inicialmente desenvolvida pelo russo Gregor Mendeleiev.

Metais integram a tabela periódica dos elementos químicos e talvez sejam os agentes tóxicos mais conhecidos pelo homem. Já em antigas eras, grandes quantidades de chumbo eram obtidas de minérios, como subproduto da fusão da prata e este provavelmente tenha sido o início da utilização desse metal pelo homem.

Os metais pesados diferem de outros agentes tóxicos porque não são sintetizados nem destruídos pelo homem. Constituem elementos naturais. No entanto, a atividade industrial diminui significativamente a permanência desses metais nos minérios, bem como a produção de novos compostos, além de alterar a distribuição desses elementos no planeta.

A presença de metais muitas vezes está associada a fatores geológicos como tectônica de placas e evolução de plataformas estáveis e zonas de subducção continental.

Todas as formas de vida são afetadas pela presença de metais dependendo da dose e da forma química. Muitos metais são essenciais para o crescimento de todos os tipos de organismos, desde as bactérias até mesmo o ser humano, mas são requeridos em baixas concentrações e podem danificar sistemas biológicos se ocorrer demasiada exposição.

Os efeitos tóxicos dos metais sempre foram considerados como eventos de curto prazo, agudos e evidentes, como ocorre com a anúria, que é a supressão de urina, e a diarreia sanguinolenta, decorrentes da ingestão de mercúrio.

Atualmente, ocorrências a médio e longo prazo são observadas, e as relações causa-efeito são pouco evidentes e quase sempre subclínicas. Geralmente esses efeitos são difíceis de serem distinguidos e perdem em especificidade, pois podem ser provocados por outras substâncias tóxicas ou por interações entre esses agentes químicos.

A manifestação dos efeitos tóxicos está associada à dose, e pode se distribuir por todo o organismo, afetando vários órgãos, alterando os processos bioquímicos, as organelas e membranas celulares.

Pessoas idosas e crianças são mais susceptíveis às substâncias tóxicas. As principais fontes de exposição aos metais tóxicos são os alimentos, com elevados índices de absorção gastrointestinal.

Em adição aos critérios de prevenção usados em saúde ocupacional e de monitoramento ambiental, o bio-monitoramento tem sido utilizada como indicador biológico de exposição, e toda substância ou seu produto de bio-transformação, ou qualquer alteração bioquímica observada nos fluídos biológicos, tecidos ou ar exalado, que mostre a intensidade da exposição ou a intensidade dos seus efeitos.

Tem ocorrido a contaminação de adultos e crianças em lotes e vivendas residenciais, com metais pesados, principalmente por chumbo e mercúrio. Contudo, a maioria da população não tem informações precisas sobre os riscos e as consequências da contaminação por esses metais para a saúde humana.

O arsênico é um metal de ocorrência natural, sólido, cristalino, de cor cinza-prateada. Exposto ao ar perde o brilho e resulta em sólido amorfo de cor preta. Este metal é utilizado como agente de fusão para metais pesados, em processos de soldagens e na produção de cristais de silício e germânio.

O arsênico é usado na fabricação de munição, ligas e placas de chumbo de baterias elétricas. Na forma de arsenito é usado como herbicida e como arsenato, é usado nos inseticidas.

No homem produz efeitos nos sistemas respiratório, cardiovascular, nervoso e hematopoiético. No sistema respiratório ocorre irritação com danos nas mucosas nasais, laringe e brônquios.

Exposições prolongadas podem provocar perfuração do septo nasal e rouquidão característica e, a longo prazo, insuficiência pulmonar, traqueobronquite e tosse crônica.

No sistema cardiovascular são observadas lesões vasculares periféricas e alterações no eletrocardiograma. No sistema nervoso, as alterações observadas são sensoriais e polineuropatias, e no sistema hematopoiético observa-se leucopenia, que é a redução do número de leucócitos no sangue para níveis inferiores aos considerados normais e efeitos cutâneos e hepáticos.

Tem sido observada também a relação carcinogênica do arsênico com o câncer de pele e brônquios.

O chumbo é utilizado há mais de 4 mil anos sob várias formas, principalmente por ser uma fonte de prata. Antigamente, as minas de prata eram de galena que é minério de chumbo, um metal dúctil, maleável, de cor prateada ou cinza-azulada, resistente à corrosão.

Os principais usos estão relacionados às indústrias extrativa, petrolífera, de baterias, tintas e corantes, cerâmica, cabos, tubulações e munições.

O chumbo pode ser incorporado ao cristal na fabricação de copos, jarras e outros utensílios, favorecendo o seu brilho e durabilidade.

Compostos de chumbo são absorvidos por via respiratória e cutânea. Os chumbos tetraetila e tetrametila também são absorvidos através da pele intacta, por serem lipossolúveis, que quer dizer solubilidade nas moléculas de gordura.

O sistema nervoso, a medula óssea e os rins são considerados órgãos críticos para o chumbo, que interfere nos processos genéticos ou cromossômicos e produz alterações na estabilidade da cromatina em cobaias, inibindo reparos de óxido desoxirribonucléico (DNA) e agindo como promotor do câncer.

A relação chumbo e das síndromes associadas ao sistema nervoso central depende do tempo e da especificidade das manifestações. Ocorrem várias síndromes relevantes.

O cádmio é encontrado na natureza quase sempre junto com o zinco na maioria dos minérios e solos. É um metal que pode ser dissolvido por soluções ácidas e pelo nitrato de amônio.
Quando queimado ou aquecido, produz o óxido de cádmio, pó branco e amorfo ou na forma de cristais de cor vermelha ou marrom.

É obtido como subproduto da refinação do zinco e de outros minérios. A galvanoplastia que é o processo eletrolítico que consiste em recobrir um metal com outro, é um dos processos industriais que mais utiliza o cádmio.

O homem se expõe na fabricação de ligas, varetas para soldagens, baterias de Níquel e Cádmio, varetas de reatores, fabricação de tubos para TV, pigmentos, esmaltes e tinturas têxteis, fotografia, litografia e pirotecnia, estabilizador plástico, fabricação de semicondutores, células solares, contadores de cintilação, retificadores e lasers.

O cádmio existente na atmosfera é precipitado e depositado no solo agrícola. Rejeitos não-ferrosos e artigos que contêm cádmio contribuem para a poluição ambiental.

Outras formas de contaminação do solo são através dos resíduos da fabricação de cimento, da queima de combustíveis fósseis e lixo urbano e de sedimentos de esgotos.

Na agricultura, uma fonte direta de contaminação pelo cádmio é a utilização de fertilizantes fosfatados. Sabe-se que a captação de cádmio pelas plantas é maior quanto menor for o pH do solo. Nesse aspecto, as chuvas ácidas representam um fator determinante no aumento da concentração do metal nos produtos agrícolas.

A água é outra fonte de contaminação e deve ser considerada não somente pelo seu consumo como água potável, mas também pelo seu uso na fabricação de bebidas e no preparo de alimentos. Sabe-se que a água potável possui baixos teores de cádmio (cerca de 1 mg/l).

O cádmio é um elemento de vida biológica longa e de lenta excreção pelo organismo humano. O órgão alvo primário nas exposições ao cádmio, no longo prazo é o rim. Os efeitos tóxicos provocados compreendem principalmente distúrbios gastrointestinais, após a ingestão do agente químico. A inalação de doses elevadas produz intoxicação aguda, caracterizada por pneumonite e edema pulmonar.

A progressiva utilização do mercúrio para fins industriais e o emprego de compostos mercuriais durante décadas na agricultura resultaram no aumento significativo da contaminação ambiental, especialmente da água e dos alimentos.

Uma das razões que contribuem para o agravamento dessa contaminação é a característica singular do ciclo do Mercúrio no meio ambiente. A bio-transformação por bactérias do mercúrio inorgânico em metil-mercúrio é o processo responsável pelos elevados níveis do metal no ambiente.

O mercúrio é um líquido inodoro e de coloração prateada. Os compostos mercúricos apresentam uma ampla variedade de cores. Mercúrio é teratogênico, ou seja, é responsável pela má formação de fetos e grande parte de nascituros com cegueira.

Nos processos de extração, o mercúrio é liberado no ambiente principalmente a partir do sulfeto de mercúrio. O mercúrio e seus compostos são encontrados na produção de cloro e soda cáustica, e em equipamentos elétricos e eletrônicos, aparelhos de controle, tintas, amálgamas dentárias, fungicidas, lâmpadas de mercúrio, laboratórios químicos, preparações farmacêuticas, detonadores, óleos lubrificantes, catalisadores e na extração de ouro, particularmente em garimpos.

O trato respiratório é a via mais importante de introdução do mercúrio. Esse metal demonstra afinidade por tecidos como células da pele, cabelo, glândulas sudoríparas, glândulas salivares, tireoide, trato gastrointestinal, fígado, pulmões, pâncreas, rins, testículos, próstata e cérebro.

A exposição a elevadas concentrações desse metal pode provocar febre, calafrios, dispneia e cefaleia, durante algumas horas. Sintomas adicionais envolvem diarreia, cãibras abdominais e diminuição da visão. Casos severos progridem para edema pulmonar, dispneia e cianose. As complicações incluem enfisema e morte, raramente ocorrendo falência renal aguda.

Podem ser destacados também o envolvimento da cavidade oral com gengivite, salivação e estomatite, tremor e alterações psicológicas. A síndrome é caracterizada pelo eretismo que é insônia, perda de apetite, perda da memória, timidez excessiva e instabilidade emocional. Além desses sintomas, pode ocorrer disfunção renal.

O cromo é obtido do minério cromita, metal de cor cinza que reage com os ácidos clorídrico e sulfúrico. Além dos compostos bivalentes, trivalentes e hexavalentes, o cromo metálico e ligas também são encontrados no ambiente de trabalho. Entre as inúmeras atividades industriais, destacam-se: galvanoplastia, soldagens, produção de ligas ferrocromo, curtumes, produção de cromatos, di-cromatos, pigmentos e vernizes.

A absorção de cromo por via cutânea depende do tipo de composto, de sua concentração e do tempo de contato. O cromo absorvido permanece por longo tempo retido na junção dermo epidérmica e no estrato superior da mesoderme.

A maior parte do cromo é eliminada através da urina, sendo excretada após as primeiras horas de exposição. Os compostos de cromo produzem efeitos cutâneos, nasais, bronco pulmonares, renais, gastrointestinais e carcinogênicos. Consta que o cromo mais deletério é a modalidade hexa-valente.

Os cutâneos são caracterizados por irritação no dorso das mãos e dos dedos, podendo transformar-se em úlceras. As lesões nasais iniciam-se com um quadro irritativo inflamatório, supuração e formação crostosa. Em níveis bronco pulmonares e gastrointestinais produzem irritação bronquial, alteração da função respiratória e úlceras gastroduodenais.

O manganês é um metal cinza semelhante ao ferro, porém mais duro e quebradiço. Os óxidos, carbonatos e silicatos de manganês são os mais abundantes na natureza e caracterizam-se por serem insolúveis na água.

O composto ciclopentadienila-tricarbonila de manganês é bem solúvel na gasolina, óleo e álcool etílico, sendo geralmente utilizado como agente antidetonante em substituição ao chumbo tetraetila.

Entre as principais aplicações industriais do manganês, estão pilhas secas, ligas não-ferrosas com cobre e níquel, esmalte porcelanizado, fertilizantes, fungicidas, rações, eletrodos para solda, magnetos, catalisadores, vidros, tintas, cerâmicas, materiais elétricos e produtos farmacêuticos. As exposições mais significativas ocorrem através dos fumos e poeiras de manganês.

O trato respiratório é a principal via de introdução e absorção desse metal nas exposições ocupacionais. Os sintomas dos danos provocados pelo manganês no sistema nervoso central são subclínico como astenia, distúrbios do sono, dores musculares, excitabilidade mental e movimentos desajeitados.

Pré-clínicos como transtorno da marcha, dificuldade na fala, reflexos exagerados e tremor, e estágios clínicos como psicose maníaco-depressiva e a clássica síndrome que lembra o parkinsonismo. Além dos efeitos neurotóxicos, há maior incidência de bronquite aguda, asma brônquica e pneumonia.

Não ocorre produzir sensacionalismos baratos ou gerar comoções e exasperações. Ou perturbar a opinião pública. Mas quando se pede responsabilidade com as questões socioambientais, existem motivações técnicas ou científicas relevantes. E desta vez nem é o suprassumo da criatividade humana. Nem se falou em glifosato.

Dr. Roberto Naime, Colunista do Portal EcoDebate, é Doutor em Geologia Ambiental. Integrante do corpo Docente do Mestrado e Doutorado em Qualidade Ambiental da Universidade Feevale.

Sugestão de leitura: Civilização Instantânea ou Felicidade Efervescente numa Gôndola ou na Tela de um Tablet [EBook Kindle], por Roberto Naime, na Amazon.

Referências:
http://www.mundodoquimico.hpg.com.br/
http://praticasescrita.blogspot.com.br/p/meio-ambiente.html

in EcoDebate, ISSN 2446-9394, 13/12/2018

GEOQUÍMICA AMBIENTAL

O conteúdo desta postagem aborda o tema proposto na Atividade de Pesquisa (Atividade 12). Para acessá-lo clique em Geoquímica Ambiental.

ALGUNS PRINCÍPIOS DE EXPLORAÇÃO GEOQUÍMICA

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PROSPECÇÃO GEOQUÍMICA

O grau de sucesso de uma pesquisa geoquímica em um programa de exploração mineral é muitas vezes um reflexo do cuidado com o planejamento inicial e com o projeto de pesquisa. Esta fase da atividade é geralmente referida como pesquisa orientativa; sua importância prática deve ser enfatizada.

Pesquisa Orientativa

Em uma pesquisa de prospecção geoquímica, quatro considerações básicas devem ser abordadas: a natureza dos depósitos minerais procurados; as propriedades geoquímicas dos elementos que podem estar presentes no depósito mineral alvo; fatores geológicos que possam causar variações geoquímicas do teor de fundo e o ambiente (paisagem) que possa influenciar a expressão geoquímica do depósito mineral procurado.

Uma pesquisa orientativa deve incluir um estudo de um depósito mineral conhecido semelhante ao que é alvo do programa de prospecção proposto, e que ocorra em uma configuração geológica e ambiental semelhante. Normalmente isto irá incluir amostragem de solos, sedimentos de corrente, vegetação e água sobre e ao redor do depósito, seguido por análises de amostras de múltiplos elementos. O resultado será uma imagem completa da natureza, intensidade e extensão do trem dispersão geoquímico secundário, que indica a presença do depósito.

Outros elementos importantes são: a determinação do teor de fundo, com o qual as anomalias geoquímicas podem ser comparadas; a avaliação das variações nas condições de paisagem, ou ambiente geoquímico, dentro da área de pesquisa, seu provável efeito sobre os mecanismos de dispersão geoquímica e a provável expressão geoquímica do depósito mineral. Em alguns casos, a paisagem pode variar muito, desde o terreno áspero da montanha, com pouco solo ou obstáculos de cobertura e preponderante dispersão mecânica, até ao terreno pantanoso de baixa altitude coberto por espesso manto, local onde a dispersão geoquímica é principalmente química. Neste caso, os métodos de prospecção geoquímica adequados para um ambiente podem ser impróprios para o outro, uma vez que as expressões geoquímicas de um depósito mineral podem ser bem diferentes. Somente a experiência e o trabalho orientativo cuidadoso permitirão que estas diferenças sejam identificadas e avaliadas.

Técnicas de amostragem

A representatividade é de suma importância na amostragem geoquímica. É essencial que sejam coletadas amostras adequadas, que sejam representativas do material amostrado em qualquer localidade. Estes materiais podem ser rochas, águas, gases, solos, sedimentos de corrente ou vegetação. Sempre que possível, a amostragem deve ser confinada a um tipo de material para qualquer pesquisa específica, como um tipo de rocha em pesquisas litogeoquímicas, um horizonte em levantamentos de solos, ou órgãos de plantas e espécies vegetais em pesquisas biogeoquímicas. Se for necessário amostrar as variações de ambientes e materiais diversificados, devem ser aplicados fatores de correlação aos resultados antes que os  padrões geoquímicos possam ser interpretados de forma eficaz.

As amostras coletadas durante a pesquisa orientativa são geralmente submetidas à análise multielementar,  que irá mostrar as técnicas mais prováveis para produzir o máximo contraste entre anomalia e teor de fundo, e, provavelmente, detectar à maior distância o depósito mineral alvo. Em muitos casos, o processo de decomposição de amostra que tende a produzir as anomalias mais proeminentes e extensas é aquele que liberta apenas uma porção do metal presente nela. Da mesma forma, o reconhecimento da anomalia é geralmente facilitado pela análise de vários elementos, em vez de apenas um ou dois de significado econômico mais imediato. No entanto, como no espaçamento de amostragem, o custo deve ser uma consideração importante na escolha dos procedimentos analíticos de rotina. A maioria dos procedimentos analíticos geoquímicos é concebida para detectar elementos em baixas concentrações, tais como partes por milhão ou partes por bilhão.

Análise de campo

As técnicas analíticas de água, solo, sedimento de corrente e sedimentos de lago no local de amostragem são geralmente baseadas em colorimetria. Em geral, técnicas analíticas de campo determinam íons metálicos livres ligados ou permutáveis, que são extraídos por citrato, acetato, ou ácido diluído.

Análise laboratorial

Quando é desejável determinar o teor total de um determinado metal numa amostra, a análise é geralmente realizada em laboratório. Pode ser utilizada uma ampla gama de técnicas, mas as mais comuns são espectrografia de emissão e espectrofotometria de absorção atômica. Esta última técnica é particularmente adequada para  análise geoquímica de rotina, uma vez que permite que um grande número de amostras sejam analisadas de forma relativamente rápida e barata com um padrão adequado de precisão.

Pesquisas por prospecção geoquímica

As pesquisas por prospecção geoquímica se dividem em duas grandes categorias, estratégicas ou táticas, que podem ser subdivididas de acordo com as amostras de material. As pesquisas estratégicas implicam a cobertura de uma grande área (geralmente vários milhares de quilômetros quadrados), onde o objetivo principal é o de identificar as zonas de potencial mineral anômalo; as pesquisas táticas compreendem o detalhamento do reconhecimento estratégico. Normalmente, a área coberta por uma pesquisa tática é dividida em áreas distintas de alto potencial mineral no distrito anômalo geral. O meio de amostra mais comumente usado para prospecção geoquímica estratégica é sedimento corrente. A amostragem de sedimento de corrente oferece um método relativamente rápido e confiável de avaliar o potencial mineral de uma grande área. Os diferentes meios de amostragem podem ser utilizados, no nível tático de prospecção, na necessidade de amostragem mais detalhada; o solo é o meio mais comum, mas rocha e vegetação também são usados com freqüência.

As pesquisas de prospecção geoquímica incluem levantamentos onde os meios de amostragem são córrego ou sedimentos de lago, águas de nascente ou de lago, e minerais pesados detríticos, a partir de sedimento de corrente.

Águas naturais

Os teores de fundo metálicos da maioria das águas naturais são de apenas algumas partes por bilhão, subindo até umas poucas partes por milhão de certos elementos nas imediações de depósitos minerais.

As águas de superfície são amostradas em intervalos regulares ao longo da rede de drenagem, e um mapa de valores é preparado. Um aumento do teor de metal da água a montante pode indicar a proximidade de uma zona mineralizada. As pesquisas com base em águas subterrâneas podem ser feitas apenas quando há uma boa distribuição de poços, nascentes ou furos de sondagem.

Sedimentos

As pesquisas de sedimentos e minerais pesados são realizadas para determinar o caminho de migração dos elementos e minerais dispersos ao longo dos canais de drenagem superficial em uma área. As amostras são coletadas a partir do sedimento recente no fundo dos córregos e também a partir de sedimentos antigos nos terraços e planícies aluviais. Para elementos quimicamente dispersos, geralmente é utilizada a fração fina (menos de 80 mesh) para análise; para minerais pesados mecanicamente dispersos, é separada uma fração mais grossa do sedimento. Os pontos de amostragem são localizados a intervalos ao longo do comprimento do sistema de drenagem (Fig. 3), e os resultados das análises químicas dos sedimentos de corrente são plotados em um mapa de drenagem. Um aumento no teor de metal do sedimento de corrente a montante pode indicar a proximidade de uma zona mineralizada (Fig. 4).  A fração mineral pesada pode ser examinada microscopicamente para minerais-minério ou minerais de ganga, ou a fração pode ser analisada para elementos de minerais-minério ou elementos indicadores. Ambos os resultados são plotados no mapa de drenagem e os dados são interpretados do mesmo modo que os sedimentos de corrente.

Levantamentos Geoquímicos de Solo

Geralmente, tais pesquisas são de natureza detalhada e são executadas sobre uma malha (Fig. 5). Um dos horizontes do solo é escolhido para a amostragem, e o conteúdo metálico é plotado em mapa e são traçados os contornos. Sob condições favoráveis, os valores mais elevados ocorrem sobre o depósito, mas frequentemente o padrão de dispersão é um trem ou um leque que requer interpretação cuidadosa para localizar sua origem.

Certas condições geológicas podem exigir que todos os horizontes do solo sejam amostrados. Freqüentemente, a amostragem do horizonte orgânico é eficaz em algumas áreas, enquanto em algumas regiões outros horizontes são mais compensadores. Em alguns lugares, a amostragem profunda de um horizonte através de perfuração é o único método satisfatório para pesquisas de solo e till glacial.

As pesquisas de minerais pesados e resistatos de solo, till, e clastos resistentes tornaram-se cada vez mais úteis. Nestes levantamentos os materiais geológicos são bateados, e separados os minerais pesados e resistatos. Em seguida, são examinados microscopicamente para minerais-minério ou analisados para minério e elementos indicadores; os resultados são plotados em mapas. Mapas de minerais pesados e resistatos, preparados na mesma malha, como aqueles para os levantamentos de solos, fornecem dados auxiliares valiosos e muitas vezes auxiliam na interpretação dos padrões de dispersão dos elementos.

Em análise de solo, a fração de finos (menos de 80 mesh) é geralmente analisada para elementos quimicamente dispersos, enquanto que para os minerais pesados e resistatos é usada a fração grosseira.

Texto extraído e modificado de: AUTOR: R. F. Horsnail, "Geochemical prospecting", in AccessScience@McGraw-Hill, http://www.accessscience.com, DOI 10.1036/1097-8542.285700, last modified: March 29, 2001.

ATIVIDADE:

1. Explique, sem copiar o texto, o que seja pesquisa orientativa.

2. Distinga pesquisa por prospecção geoquímica tática e estratégica, informando as diferenças de amostragem entre elas.

3. Faça um resumo da prospecção geoquímica por sedimento de corrente.

4. Faça um resumo da prospecção geoquímica de solo.

5. Quanto aos levantamentos de água, sedimentos de corrente e solo, quais seriam os métodos de análise química mais empregados em cada um? Em qual(quais) deles se poderia utilizar métodos de campo?

ANOMALIAS GEOQUÍMICAS

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