Schwermetalle

Mit der Bezeichnung Schwermetalle wird willkürlich eine Gruppe von Metallen zusammengefasst. Durch das Fehlen einer eindeutigen wissenschaftlich akzeptierten Definition des Begriffes „Schwermetall“^[1][2], gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Definitionen in der Literatur^[3]. Eine Studie der IUPAC^[4] fand mindestens 38 Definitionen des Begriffes, der angefangen von der Dichte, dem „Atomgewicht“ oder der Ordnungszahl bis zu den chemischen Eigenschaften oder der Toxizität reicht. Folglich unterscheiden sich Listen von „Schwermetallen“ von einem Satz von Richtlinien zu einem anderen; dabei werden oft auch Halbmetalle wie z.B. Arsen mit eingeschlossen.^[1]. Der Begriff wird oft ohne Angabe der Metalle, auf die er sich bezieht, verwendet. In der Öffentlichkeit gelten oft alle mit dem Begriff „Schwermetall“ bezeichneten Stoffe als toxische Substanzen.^[1] Insbesondere die Verwendung des Begriffs in diesem Sinn ist äußerst problematisch, da viele der damit bezeichneten Elemente für den Menschen essentiell sind. Aus den oben aufgeführten Gründen ist Bezeichnung aller anderen Metalle als Leichtmetalle ebenso undefiniert.

In der Technik fallen unter den Begriff Schwermetall auch Legierungen mit hoher Dichte.

Zu den "Schwermetallen" werden üblicherweise unter anderem die Edelmetalle sowie Bismut, Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel, Cadmium, Chrom und Uran gerechnet.

Der Abbau von "Schwermetallen" geht häufig mit einer hohen Belastung der Böden einher. An Stellen im Harz, im Siegerland und der Aachener Umgebung haben sich auf den durch Erzbergbau belasteten Böden beispielsweise spezifische Pflanzengesellschaften ausgebildet (so genannte azonale Vegetation). Dort bilden die sogenannten Galmeipflanzen Schwermetallrasen aus.

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Verwendung

Schwermetalle werden in vielen Bereichen, zumeist aber für die Metallveredelung verwendet. Dadurch erhalten die ausgewählten Materialien spezielle Eigenschaften. Folgende Anwendungsgebiete sind heute aufgrund ihrer gesundheitsgefährdenden Wirkung verboten:

- Blei in PVC und Trinkwasserleitungen

- Blei in Lötzinn ist nach der RoHS-Richtlinie nicht mehr erlaubt (Mit wenigen Ausnahmen).

- Cadmium in der Kosmetik, Pflanzenschutz und PVC

- Quecksilber in Holzschutzmitteln, Imprägnierstoffen, Antifoulingfarben sowie zur Wasseraufbereitung

In diesen Bereichen werden Schwermetalle weiterhin verwendet:

- Chrom und Nickel für Stahl

- Blei für Akkumulatoren (=aufladbare Batterien), Kabelummantelungen, Pigmenten, Legierungen sowie beim Strahlenschutz

- Quecksilber in geringen Mengen in Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen,in Thermometern, in der Apparatetechnik und zur Amalgam-Plombenherstellung

- Cadmium für Akkumulatoren (Nickel-Cadmium und Silber-Cadmium), als Korrosionsschutz für Eisen und ähnliche Metalle (durch elektrolytische Abscheidung oder physikalische Gasphasenabscheidung erzeugte Cadmium-Überzüge schützen bereits in einer Dicke von 0,008 mm gegen Korrosion), Cadmium-Pigmente und Cadmiumseife als Stabilisatoren für PVC, Cadmium-Legierungen und in der Kerntechnik als Regelstäbe in Reaktoren (Cadmium 113 hat einen besonders großen Wirkungsquerschnitt für thermische Neutronen).

Lebensnotwendig

Manche Schwermetalle sind in kleinen Mengen lebenswichtig für den Mensch, sie werden dann als Spurenelemente bezeichnet. Dazu gehören: Chrom, Eisen, Cobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Zink und Zinn.

Gesundheitsschädlich

Viele Schwermetalle sind für den menschlichen Organismus gesundheitsschädlich oder giftig, da sie nicht abgebaut werden können. Sie werden meist über die Nahrungskette aufgenommen und gelangen so in den menschlichen Körper.

Blei

Blei besitzt eine kumulative Wirkung und wirkt bei der Aufnahme durch Nahrung und Atemluft schon in geringen Spuren als chronisches Gift. Es reichert sich in Knochen, Zähnen und im Gehirn an und beeinträchtigt die Funktionsfähigkeit des Nervensystems. Besonders Kinder sind gefährdet, sie zeigen oft Intelligenz-, Lern- und Konzentrationsstörungen. Auch die Immunabwehr kommt bei Bleivergiftungen zu Schaden, daraus folgt eine erhöhte Infektanfälligkeit.

Die größte Quelle für Bleivergiftung war in Westeuropa bis in die achtziger Jahre Benzin, dem Tetraethylblei zugesetzt wurde, um die Klopffestigkeit zu erhöhen. Seit der Wende wird auch in Ostdeutschland ausschließlich bleifreies Benzin verwendet, so dass seitdem auch dort die Blutwerte für Blei bei der Bevölkerung zurückgehen. Weltweit wird allerdings noch in Afrika und weiten Teilen Asiens verbleites Benzin verwendet, mit den entsprechenden gesundheitlichen Folgen.

Cadmium

Cadmium und seine Verbindungen sind bereits in geringen Konzentrationen giftig. Es hat sich im Tierversuch als krebserzeugend erwiesen und ist erbgut- und fruchtschädigend. Der Körper eines Erwachsenen enthält ca. 30 mg Cadmium, ohne dass es für den Aufbau von Körpersubstanzen benötigt wird. Es gehört zu den nichtessentiellen Elementen. Die orale Aufnahme von löslichen Cadmium-Salzen kann Erbrechen und Störungen im Verdauungstrakt, Leberschädigungen und Krämpfe verursachen. Die Inhalation von Cadmium-Dämpfen ruft Reizungen der Atemwege und Kopfschmerzen hervor. Chronische Vergiftungen äußern sich durch den Ausfall des Geruchsvermögens, Gelbfärbung der Zahnhälse, Blutarmut und Wirbelschmerzen, in fortgeschrittenem Stadium durch Knochenmarkschädigungen und Osteoporose. Cadmium ist vermehrt in Verruf gekommen seit dem Auftreten der oft tödlich endenden Itai-Itai-Krankheit in Japan, die mit schweren Skelettveränderungen einhergeht. Die Anreicherung von Cadmium in der Leber und vor allem in der Niere ist besonders bedenklich. Bei Rauchern wurden etwa doppelt so hohe Gehalte von Cadmium wie bei Nichtrauchern festgestellt. Die Durchschnittliche Belastung mit Cadmium durch Rauchen beträgt 0,002 mg bis 0,004 mg pro Tag. Mit der Nahrung nimmt der Mensch täglich etwa 0,01 mg bis 0,035 mg Cadmium auf. Laut WHO liegt der kritische Grenzwert bei 0,01 mg pro kg Körpermasse. Die biologische Halbwertszeit beim Menschen beträgt etwa 10 bis 35 Jahre.

Quecksilber

Quecksilber wird als Quecksilberdampf über die Lunge in den Körper aufgenommen. Es reizt die Atem- und Verdauungswege, kann zu Erbrechen mit Bauchschmerzen führen und auch Schäden an Nieren und am Zentralnervensystem hervorrufen.

Kupfer

Kupfer verursacht beim Verschlucken Schwäche, Erbrechen und Entzündungen im Verdauungstrakt. Akute Vergiftungen sind beim Menschen selten, da zwangsläufig Erbrechen ausgelöst wird. Für Säuglinge stellen erhöhte Konzentrationen im Trinkwasser eine Gefahr dar. Kupfer im Abfall von Verbrennungsanlagen begünstigt als Katalysator die Entstehung stark giftiger polychlorierter Dioxine und Furane.

Plutonium

Die für einen Menschen tödliche Dosis liegt wahrscheinlich im zweistelligen Milligrammbereich. Viel gefährlicher als die chemische Wirkung ist aber seine Radioaktivität, die Krebs verursachen kann. Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm. Aus dieser Abschätzung wurde das weit verbreitete Missverständnis über die besondere Gefährlichkeit von Plutonium abgeleitet. Da die ausgesendete α-Strahlung durch die auf der Haut befindlichen, abgestorben Hornhaut abgeschirmt wird, ist Plutonium nur bei Inkorporation (beispielsweise Inhalation von Plutoniumhaltigem Staub) gesundheitsschädlich.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} Nickel Magazine, Juli 2006
2. ↑ Hodson ME, Heavy metals—geochemical bogey men?, in Environmental Pollution, 129/2004, S.341-343
3. ↑ Duffus JH, Definitions of heavy metal: Survey of current usage (April 2001).
4. ↑ Duffus JH, ‘Heavy metals’ – a meaningless term?, in International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Pure and Applied Chemistry, 74/2002, S.793-807

Literatur

• Jerome Nriagu: A History of Global Metal Pollution., in Science, 272/1966, S.223–4.