природной воды
Термин «тяжелые металлы» связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность. В современной цветной металлургии различают тяжелые цветные металлы — плотность 7,14–21,4 г/см3 (цинк, олово, медь, свинец, хром и др.) и легкие цветные металлы – плотность 0,53–3,5 г/см3 (литий, бериллий и др.).
Согласно одной классификации, к группе тяжелых металлов принадлежит более 40 элементов с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью больше 6. По другой классификации, в эту группу включают цветные металлы с плотностью большей, чем у железа (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, олово, сурьма, висмут, ртуть).
Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин «тяжелые элементы», но в данной общепринятым в литературе является термин «тяжелые металлы». Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.
Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк, их основные биогеохимические свойства представлены в табл. 7.7.
Таблица 7.7
Биогеохимические свойства тяжелых металлов
| Свойство | Cd | Co | Cu | Hg | Ni | Pb | Zn |
| Биохимическая активность | В | В | В | В | В | В | В |
| Токсичность | В | У | У | В | У | В | У |
| Канцерогенность | — | B | — | — | B | — | — |
| Обогащение аэрозолей | B | H | B | B | H | B | B |
| Минеральная форма распространения | B | B | H | B | H | B | H |
| Органическая форма распространения | B | B | B | B | B | B | B |
| Подвижность | B | H | У | В | Н | В | У |
| Тенденция к биоконцентрированию | В | В | У | В | В | В | У |
| Эффективность накопления | В | У | В | В | У | В | В |
| Комплексообразующая способность | У | Н | В | У | Н | Н | В |
| Склонность к гидролизу | У | Н | В | У | У | У | В |
| Растворимость соединений | В | Н | В | В | Н | В | В |
| Время жизни | В | В | В | Н | В | Н | В |
Примечание. В– высокая, У — умеренная, Н — низкая
В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.
Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте.
Для оценки степени загрязненности донных отложений соединениями тяжелых металлов используют суммарный показатель, который рассчитывают по формуле
где n – число определяемых металлов; К с i – коэффициент концентрации металла, который определяется отношением содержания металла в донных отложениях к фоновому содержанию металла.