MEMM3020
metalurjik atıklar ve çevre
2016-2017 güz yy.
Prof. Dr. Gökhan Orhan
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Ders İçeriği ve Konular
Hafta DERSİN TEORİK KONU BAŞLIKLARI Süre
(saat)
1 Dersin İçeriği ve Amacı, Genel Kavramlar 2
2 Metal Türü, Ağır Metal Kavramı, Ağır Metallerin Ekolojik ve Biyolojik
Etkileri, Metal Toksikolojisi 2
3 Katı Atıkların Sınıflandırılması, Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 2
4 Katı Atık Yönetmeliği 2
5 Sıvı Atıkların Sınıflandırılması, Doğada Su Döngüsü, Su Kalite
Parametreleri, Atıksu Yönetmeliği 2
6 Atık Su Değerlendirme ve Geri Kazanım Teknolojileri 2
7 Ara Sınav 2
8 Metalurjik İşlemlere Bağlı Oluşan Gaz Atıklar ve Atmosferik Kirleticiler 2 9 Gaz Emisyonların Kontrolü ve Minimizasyon Yöntemleri, Atmosfer
Kontrol Yönetmeliği 2
10 Birincil Bakır ve Alüminyum Üretiminde Ortaya Çıkan Atıklar, Ara
Ürünler ve Değerlendirilmeleri 2
11 Döküm Sektöründe Atık Minimizasyonu 2
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Canlı organizma, insan, besin, enerji, atık, dışkı, ölüm, çürüme, bozunma, doğaya geri dönme ...
dendiğinde
Kimyasal reaksiyon, kimyasal madde, kimyasal dönüşüm
akla gelmeli
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Canlıların yaşamsal faaliyetleri sona erdiğinde, tüm kimyasallar tekrar doğaya geri döner.
Her canlının sürekli dinamizm taşıyan bir nokta (özel bir kimyasal reaktör) olduğu ve bu sayısız noktaların
bütünsel bir denge oluşturduğu
görülür.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Doğal sürecin bu dengeli yapısının aksine, insanoğlu yaşamsal olarak ihtiyaç duymadığı halde sadece yaşam koşullarını kolaylaştırmak için doğada bulunan kimyasalları yapısal olarak değiştirmekte ve inanılmaz sayıda kimyasal bileşiği sentetik olarak hazırlamaktadır
Şu anda bilinen ve kullanılan tüm kimyasal bileşiklerin yanı sıra, insan organizmasında ve özellikle doğal çevrimde neden olacağı tahribatı yeterince test etmeden veya
edemeden her yıl piyasaya 500-1000 sentezlenmiş yeni kimyasal bileşik sürülüyor.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metalleri, metalurji jargonundaki ağır, hafif, renkli vb. sınıflandırmalar dışında, doğada
bulunabildikleri formlar, koordinasyon kimyaları ve çevreye taşınım mekanizmaları açısından ele almak mümkün.
Metallerin farklı tasnifinden önce, insan
organizmasında neden oldukları zararlar
açısından tüm kimyasal bileşiklerin -metal içersin veya içermesin- sınıflandırılmasına göz atmak, metallerin doğal dengeye zararlarının hangi
mertebede olduğunu görmek açısından yararlı
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
1. Asitler ve Bazlar
2. Oksitleyici ve Redükleyici Bileşikler 3. Reaktif Bileşikler
4. Reaktif Olmayan Bileşikler
Kimyasal bileşikler, insan bünyesine etkilerine göre
4 ana gruba ayrılırlar.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Asit ve Bazlar : Vücudun pH-değerini ve dolayısı ile
biyokimyasal reaksiyonları değiştirirler. Zararları temas ettikleri bölgede derinin çözünmesi ve parçalamaları ile olur. Kuvvetli bazların etkisi kuvvetli asitlerden daha
fazladır.
Oksitleyici ve Redükleyici Bileşikler : Temas ettikleri biyolojik yapıyı oksitleyerek veya redükleyerek tahrip ederler ve genellikle etkileri kalıcıdır.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Reaktif Bileşikler : Vücudun kendi yapısında bulunan kimyasal bileşiklerle reaksiyona girerek zararlı olurlar.
Özellikle hücre yapısını oluşturan bileşiklerle reaksiyonları sonucu gen deformasyonlarına,
mütasyonlara, hatalı (teratojenik) doğumlara ve kanser oluşumuna neden olurlar.
Reaktif Olmayan Bileşikler : Bunlar insan bünyesinde bulunan kimyasallarla reaksiyona girmezler, ancak
biyolojik reaksiyonların yavaşlamasına neden olarak etki gösterirler. Özellikle zehirli metaller bu grupta yer alırlar ve kimyasal olarak doku ile doğrudan reaksiyona girmemelerine rağmen genellikle enzimlere bağlanıp, enzimin fonksiyonunu engelleyerek veya durdurarak özellikle sinir sistemi üzerinde etkili olurlar ve etkileri bazen geri döndürülebilir.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metallerin insan ve canlı bünyelerinde reaksiyona girmeleri durumunda, bu reaksiyonların denge konumundan bahsedilemez. Çünkü biyolojik
ürünler kinetik açıdan dayanıklıdırlar; yarılanma ömürleri uzundur, yani bozunmaları uzun süre gerektirir.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Bu gruplandırmada, kimyasal maddeler insan vücuduna etkilerine göre sınıflandırılırken,
metallerin organik, kompleks ve şelat yapıdaki bileşikleri göz önüne alınmamıştır.
Oysa metallerin bu tür bileşikleri vücutta birikme (bio-akumulation) özelliğine sahiptir ve etkilerinin ortaya çıkması uzun zaman alır.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Yıl 1956 Minamata/Japonya
Görme ve duyma bozuklukları Anormal hareket sendromları Yıl 1959
O güne kadar blinmeyen hastalığın nedeni metil civa klorür olarak tahmin ediliyor.
Yıl 1968
Bir fabrikanın denize ulaşan atık suları
Plankton – Yosun – Balık besin zincirinde akümülasyon Bilanço : 1100 ölü
Metil civa klorür (CH3HgCl) örneğini hatırlayalım:
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metaller yerüstü, yeraltı sularında ve atmosferde
çok farklı formlarda
bulunabilmektedirler.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metallerin doğal sularda (sedimente yatak porları ve taban suları dahil) bulunabildikleri formlar
Serbest metal iyonları
Anorganik
kompleksler Organik kompleksler ve şelatlar
Büyük moleküllü organiklere bağlı metaller
Aşırı disperse
kolloidaller Kolloidall ere
adsorbe metal bileşikleri
Çökeltiler- tanesel organik malz.
Cu2+
Fe2+
Pb3+
Cu2(OH)22+
Pb(CO3)22- CH3Hg+ (CH3)4Pb Zn(OH)3-
Me-OOCR Me-SR
Metal lipitler, metalpoli- sakkarinler, laklar,
FeOOH, Fe(OH)3 MnO2 Ag2S
Men+, MeCO3 kile adsorbe olmuş FeOOH, MnO2 , vb.
bileşikler
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Kimyasal maddelerin çevreye yayınmaları basit fiziksel özellikleri
• Ergime/buharlaşma sıcaklığı
• Buhar basıncı
• Suda çözünürlük
• Molar kütle
• Çözünürlük
• Buharlaşma
• Aktivite
ile orantılıdır
.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metallerin Hava-Su-Kara ve Biyosfer
arasındaki dağılımını ve bunlar arasındaki çevrimi de aynı özellikler belirler.
Diğer taraftan metallerin psikolojik (psişik), ekolojik ve toksikolojik etkisi kural olarak kimyasal yapısına daha doğrusu
“METALİN TÜRÜ”ne bağlıdır .
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metallerin türü denilince hayvan ve bitkilerde
olduğu gibi tür yani ortak özelliklere veya etkilere sahip kimyasal yapılar anlaşılır.
Çevreye yayınmaları, ilke olarak basit fiziksel
özelliklerine bağlı olmakla beraber, ait oldukları koordinasyon gruplarından hareketle, metallerin yayınmadaki tercihleri bir “tür” özelliği olarak ele alınabilir.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
A-Türü Metal Katyonları
Ara Tür Metal İyonları
B-Türü Metal Katyonları Elektro
n
dağılımı
Soy gaz
konfigürasyonu son yörüngede 1 - 9 elektrona sahip olanlar
Nio, Pdo veya Pto yapısında (son
yörüngede 10 - 12 elektrona sahip olanlar
Koordi nasyon Yapısı
küresel kompakt simetrik olmayan
küresel düşük elektronegativite, yüksek polarizasyon yatkınlığı, esnek küresel (H+), Li+, Na+, K+, Be2+,
Mg2+, Ca2+, Sr2+, Al3+, Sc3+, La3+, Si4+, Ti4+, Zr4+, Th4+
V2+, Cr2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Ti3+, V3+, Cr3+, Mn3+, Fe3+, Co3+
Cu+, Ag+, Au+, Te+, Ga+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+, Sn2+, Tl3+, Au3+, In3+, Bi3+
Koordinasyonlarına bağlı olarak metal türleri
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Al, Ti, Mn, Co, Cr, V, Ni, …
“A-Türü Metaller” ve “Ara Tür Metaller” sınıfına girer.
Metalik halde buhar basınçları düşükken suda çözünme eğilimleri yüksektir.
Doğal çevrimde daha çok iyon halinde yer üstü ve yer altı sularına geçerler ve kayaçlar içine
çökerler.
Çevresel açıdan bu metaller “Lithofil”
(kaya sever) metal türünü oluştururlar
.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Sn, Cu, Cd, Zn, As, Se, Sb, Mo, Ag, Hg ve Pb “B- Türü Metaller” veya “Ara Tür Metaller” grubuna dahildirler ve doğal çevrimde denizlere
taşınımları, akarsulardan daha çok atmosferik yolla olmaktadır.
Çevresel açıdan bu metaller “Atmofil” (hava sever) metal türünü oluştururlar.
Atmofil metallerin kendileri (Hg, Se,), oksit veya bileşikleri (PbO, As2O3, BaCl2, (CH3)4Sn,
(CH ) Hg, …) düşük buharlaşma entalpisine
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metallerin atmofil veya lithofil olmalarına bağlı olarak ekosisteme yayınım miktarları da farklılık
göstermektedir
Yapılan model araştırmalarda, örneğin kurşunun atmosfere doğal olmayan (endüstriyel) yayınımının doğal yayınımından (tozlaşma, volkanik patlama vb.) 345 kat fazla olmasına karşılık,
bu oran alüminyum için 1/7 civarlarında kalmaktadır.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi
Metal iyonlarının çevreye yayınmalarını
böyle genel gruplara ayırmak mümkünse
de, iyonik etkilerinin koordinasyonla, yani
bileşik yapısına bağlı olduğu asla göz ardı
edilmemelidir.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi Genelde bitki ve hayvanlar için zehirli, insana etki açısından
zehirsiz metal sınıfına dahil edilen bakırı koordinasyon türüne göre ele alırsak:
– Bakır(I)siyanür, – Bakırfosforit,
– Bakırfluroasetat, – Bakırarsenat
– Bakırarsenit
yapılarında bulunan aniyonlarından dolayı KUVVETLİ ZEHİR,
– Bakır-8-hikroksişinolat – Bakırçinkokromat
HAFİF ZEHİR,
– Bakırsülfat (BORDO KARIŞIMI) ZEHİRSİZ sayılır.
Buna karşılık doğal ve inorganik Malahit (CuCO3.Cu(OH)2 ) ve Azurit (2CuCO3.Cu(OH)2) bileşikleri “Bakır Çalığı” adıyla ZEHİR sınıfındadır.
metal türü, metallerin ekolojik ve biyolojik etkileri, metal toksikolojisi Bakırın bitkiler üzerindeki etkisini, bulunduğu kimyasal formuna
göre incelersek, bakırın
Cu2+, Cu2O, Cu2(OH)22+, CuCO3 Cu(OOCCH2NH2)2
formlarında bulunmasına bağlı olarak yaptığı etkinin büyük değişiklik gösterdiği görülür.
% 1 -20 CuSO4 içeren kireç sütü karışımı
“BORDO KARIŞIMI” olarak bilinir ve özellikle Akdeniz ülkelerinde (İtalya, İspanya, Yunanistan, Portekiz,
Türkiye vd.) üzüm çiftçileri tarafından ortaçağdan bu yana tarım ilacı olarak kullanılır ve asma ağaçlarının gelişimine herhangi bir zararı söz konusu değildir.