Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu kim loại nặng trên thế giới Rất nhiều nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành những công trình nghiên cứu về ảnh hưởng độc chất của kim loại nặng đối với môi trường, động vật và con người. Trong đó tập trung nghiên cứu các kim loại như Hg, Pb, Cd và nguyên tố As.Kaferstein (1972) đã tiến hành nghiên cứu về sự luân chuyển của kim loại nặng hấp thu vào cơ thể, chúng được đào thải rất chậm, đặc biệt chúng có tích luỹ và tàng trữ trong nhiều cơ quan bộ phận của cơ thể gây ra rối loạn chuyển hoá các chất, làm suy giảm khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể, thậm chí chúng còn là các chất gây ung thư như Hg, Pb, Cd và As. Theo Thomas (1986), các nguyên tố như: Cu, Zn, Cd, Hg, Cr, As,… thường chứa trong phế thải của các nhà máy luyện kim màu, sản suất ô tô.
Cũng theo Thomas khi nước thải chứa 13 mg Cu/l, 10 mg Pb/l, 1 mg Zn/l sẽ gây ô nhiễm đất nghiêm trọng. Ở một số nước như Đan Mạch, Nhật Bản, Anh, Ailen hàm lượng Pb cao hơn 100 mg/kg đã phản ánh tình trạng ô nhiễm Pb nghiêm trọng [3] Đến những năm của thập kỷ 90 nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng ngày càng gia tăng do độc tính, tính chất phức tạp của hỗn hợp từng kim loại. Nhiều công trình nghiên cứu về sự ô nhiễm Hg, Pb, Cd và As rất chi tiết và toàn diện. Trong đó phải kể đến công trình nghiên cứu quốc tế về an toàn khoa học IPCS.
Chương trình hợp tác giữa: Chương trình môi trường liên hợp quốc -UNDP, Tổ chức y tế thế giới- WHO và liên đoàn lao động quốc tế - ILO). Một trong những thành công của những chương trình IPCS như sau: - Đã khảo sát nguồn Pb, Hg và Cd trong tự nhiên ở nhiều vùng, nhiều đối 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn tượng khác nhau. - Khảo sát được hàm lượng Pb, Hg và Cd trong bầu không khí, trong nước, trong động vật thuỷ sinh, trong cá, động vật có xương sống, thực vật làm thức ăn cho động vật và người. Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam Trong khoảng 10 năm gần đây do sự phát triển nền kinh tế xã hội đặc biệt là ngành công nghiệp hoá chất, việc sử dụng phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp, các phế thải sinh hoạt, phế thải chăn nuôi không được quản lý và sử dụng đúng làm cho nguồn nước bề mặt, đất nông nghiệp, đặc biệt là chất thải của các nhà máy xí nghiệp làm môi trường bị ô nhiễm.
Trước sự tấn công ồ ạt của các nguồn thải này đã đe doạ trực tiếp đến sức khoẻ của con người, bởi chính nguồn rác thải này đã làm ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường sống. Và vấn đề này đã được công luận cảnh cáo nhiều lần trên phương tiện đại chúng. Tình trạng đó gây nên nhiều nỗi lo lắng cho các cấp lãnh đạo, các ngành cho mọi người dân và làm xôn xao dư luận xã hội. Nhiều công trình đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát về tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước, không khí và một số loại thực phẩm.
Cụ thể là những công trình sau: - Công trình nghiên cứu luận án thạc sỹ: Đỗ Thị Thu Cúc và cộng sự (1995) cho thấy đất bề mặt khu vực Gia Lâm, Đức Giang đã bị ô nhiễm Pb, Cd. - Bộ môn hóa trường đại học Nông nghiệp I - Hà Nội (1996-1998) đã tiến hành nghiên cứu xác định hàm lượng Pb, Cd, Hg trong nước tưới vùng Đông Anh, Thanh Trì, Từ Liêm - Hà Nội. - Nguyễn Đức Trang, Đậu Ngọc Hào, Phạm Văn Tự và cộng sự (1999) nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu xác định, định lượng một vài độc chất hoá sinh học tồn dư ở thịt và các sản phẩm thịt, xác định nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa. - Nguyễn Tài Lương và cộng sự (2000) với đề tài: Nghiên cứu hàm lượng 3 kim loại nặng Pb, Hg, Cd trong thịt lợn ở một số vùng thuộc đồng bằng Bắc Bộ.
- Năm 2006, nhóm của tác giả Phạm Ngọc Thụy đã nghiên cứu hiện trạng kim loại Hg, As, Pb, Cd trong đất, nước và một số rau trồng trên khu vực 14 xã thuộc huyện Đông Anh-Hà Nội với 39 mẫu đất mặt, 39 mẫu nước mặt và 136 mẫu 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn rau các loại. Kết quả cho thấy chưa có biểu hiện nhiễm As trên các đối tượng khảo sát. Ô nhiễm Hg chủ yếu trong nước nông nghiệp, trong đất và rau trồng ít trường hợp bị nhiễm nguyên tố này. Nhiều mẫu đất, nước bị ô nhiễm Pb và các mẫu rau sử dụng đất trồng hay nguồn nước này đều ô nhiễm Pb.
Hàm lượng Cd trong các mẫu đất ở mức an toàn, một số mẫu nước và rau bị ô nhiễm nguyên tố này. [4] - Theo nghiên cứu năm 2007 của các tác giả Hoàng Thị Thanh Thủy, Từ Thị Cẩm Loan, Nguyễn Như Hà Vy xác định hàm lượng các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb, Zn trong trầm tích sông tại Tp. Hồ Chí Minh cho thấy đã có sự tích lũy kim loại trong trầm tích sông rạch. Đặc biệt, tại nhiều vị trí như kênh Tân Hóa Lò Gốm và Tàu Hủ-Bến Nghé, hàm lượng một số kim loại vượt qua giới hạn cho phép [5] - Năm 2008, luận án tiến sĩ của tác giả Vũ Đức Lợi “Nghiên cứu xác định các dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường"[6] Nhìn chung, các công trình nghiên cứu đã bước đầu gợi cho chúng ta một cách nhìn tổng quan về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước và thực phẩm.
Hơn thế chúng ta còn thấy mức độ tác hại của kim loại nặng đối với cơ thể con người để chúng ta có những biện pháp thích hợp phòng ngừa. Giới thiệu chung về nguyên tố Pb, As, Hg 1. Tính chất lý hóa học của nguyên tố chì Chì (Pb) thuộc nhóm IVA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị là 204 Pb, 206Pb, 207Pb và 208Pb.
Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+ trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ [7] Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của chì Cấu hình electron [Xe] 4f145d106s26p2 Năng lượng ion hoá, eV: I1 7,41 Nhiệt độ nóng chảy, 0C 327,4 Nhiệt độ sôi, 0C 1740 Nhiệt bay hơi, kJ mol -1 Thế điện cực chuẩn, V -0,126 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn Bán kính nguyên tử, Ao 1,74 Bán kính ion hoá trị hai, Ao 0,93 Chì (Pb) thuộc nhóm IVA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị là 204 Pb, 206Pb, 207Pb và 208Pb. Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+ trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Chì có trong tự nhiên dưới dạng khoáng Sunfua Galen, khoáng Cacbonate Cerussite và Sunfat Anglessite.
Trong đất có một lượng nhỏ chì, sự hoà tan của chì trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong (đất chua). Chì có khả năng được tích tụ trong cây trồng trong quá trình sinh trưởng và do đó đối với cây lương thực bị nhiễm chì có thể dẫn đến sự ngộ độc do chì. Ở điều kiện thường, chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không tiếp tục bị oxi hóa nữa.Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo phức tan. PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4] PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2 Chì tác dụng với HNO3 ở bất kì nồng độ nào 3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O 1.
Hợp chất của chì a. Chì oxit - Chì có hai oxit là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (2PbO. - Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO -α màu đỏ và PbO -β màu vàng, PbO tan chút ít trong nước nên chì có thể tương tác với nước khi có mặt oxi. PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí bị oxi hoá thành Pb3O4.
6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong axit. Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit trong đó chì có số oxi hoá thấp hơn: 290 - 320oC 390 - 420oC 530 - 550oC PbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbO (nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng) Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium, là hợp chất của Pb có các số oxi hoá +2, +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ). b, Chì hidroxit Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng không tan trong nước.
Khi đun nóng dễ mất nước biến thành oxit. Pb(OH)2 là chất lưỡng tính. Tác dụng với axit, tan trong dung dịch kiềm mạnh tạo thành muối hiđroxoplombit Pb(OH)2 + 2HCl → PbCl2 + 2H2O Pb(OH)2 + 2KOH → K2[Pb(OH)4] Muối hiđroxoplombit dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịch kiềm dư. c, Các muối của chì Các muối Pb(II) thường là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong nước trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2.
Ion Pb(II) có thể tạo nhiều phức với hợp chất hữu cơ, điển hình là với đithizon ở pH = 8,5 ÷ 9,5, tạo phức màu đỏ gạch. Các đihalogenua chì đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màu vàng, tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong nước nóng. Tất cả các đihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành hợp chất phức kiểu M2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hoà tan của chì đihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit halogenhiđric và muối của chúng.
PbI2 + 2KI → K2[PbI4] PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4] 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Độc tính của chì Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Nó xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hóa, hô hấp,… Tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương. Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian.
Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu.
