قلع و آب: مکانیسم واکنشی، اثرات زیست محیطی و عوارض بهداشتی
آب دریا به طور متوسط حاوی 1-10 ppt ، و آب رودخانه حاوی 6-40 ppt قلع است. جلبک دریایی لاکوتا به طور کلی حاوی 12 ppb و صدف های دریایی حاوی بیش از 160 ppb قلع هستند (جرم خشک). قلع محلول در آب، به طور کلی به صورت SnO(OH)3- یافت می شود و ترکیبات مونو، دی و تری اتیلین آن را هم در آب دریا و هم در آب شیرین می توان یافت. این ترکیبات تا حدودی به ترکیبات فرار تجزیه می شوند.
قلع به چه طریق و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟
تحت شرایط عادی قلع در آب پایدار است. هنگامی که با بخار آب داغ تماس پیدا کند، یک واکنش صورت می گیرد که به تشکیل تینوکسید و هیدروژن می انجامد:
Sn + 2 H2O -> SnO2 + 2 H2
بعضی از ترکیبات قلع در آب هیدرولیز می شوند. برای مثال می توان به قلع (IV) کلرید اشاره کرد، که هنگامی که حرارت داده شود تینوکسید را تشکیل میدهد.
انحلال پذیری قلع و ترکیبات آن
قلع ابتدایی در شرایط عادی (دمای 20 درجه سانتی گراد و فشار 1 بار) در آب انحلال ناپذیر است. بیشتر ترکیبات قلع نیز در آب حل نمی شوند، برای مثال می توان قلع (IV) اکسید قلع (II) هیدروکسید، قلع (IV) سولفید و تری بوتیلین (TBT) را نام برد. دیگر ترکیبات قلع مانند قلع (II) کلرید محلول در آب هستند. حلالیت ترکیبات آلی آن در آب نسبتا بد است، اما ممکن است توسط رسوبات جذب شوند.
علت وجود قلع در آب چیست؟
تعدادی از مواد معدنی قلع به صورت طبیعی به وجود می آیند، که تنها کاسیتریت نقشی در فرآیندهای تجاری ایفا می کند. جزء اصلی تشکیل دهنده آن، قلع (IV) اکسید، محلول در آب است و در نتیجه از هوازدگی ممانعت می کند. مقدار طبیعی قلع موجود در خاک و آب نسبتا کم است. انتشار قلع از طریق فرآیندهای انسانی 110 بار بیشتر از انتشار آن از طریق پردازش های زمین شناسی است.
قلع به صورت یک لایه محافظ بر روی قوطی های آهنی کشیده می شود تا از خوردگی آن جلوگیری کند. از این ویژگی عمدتا در تولید قوطی کنسرو استفاده می شود و مقدار نسبتا زیادی از قلع ممکن است از طریق هوازدگی قوطی های جلا نخورده وارد زنجیره غذایی شود. قوطی های کنسرو تا حدی بازیافت می شوند. قلع در آلیاژهای مختلفی، مانند قلع لحیم کاری، برنز و آمالگام مخصوص دندانپزشکی موجود است. با این حال، بیشترین مقدار قلع در قوطی ها استفاده می شود.
ترکیبات قلع مانند TBT به صورت مواد افزودنی پلیمری در رنگ انتیفولینگ به عنوان ماده نگهدارنده بدنه کشتی استفاده می شوند. همچنین ممکن است لایه نازکی از آن ها به صورت پوشش محافظی بر روی شیشه و سرامیک عمل کند. قلع (II) کلرید یک عامل کاهنده است و قلع (IV) سولفید به عنوان قلع برنز در نقاشی عمل می کند. قلع (II) فلوراید را به خمیر دندان می افزایند.
ترکیبات آلی آن به صورت قارچ کش، حشره کش، آفت کش و باکتری کش استفاده می شوند. علاوه بر این، به صورت تثبیت کننده های حرارتی PVC و PCB نیز استعمال می شوند.
آهن ربای ابررسانا، بلوک های سیلندر موجود در موتور و ترمزهای درام حاوی این فلز هستند. اکسید TBT برای خیساندن کاغذ دیواری، به عنوان یک ماده نگهدارنده ی چوب، و برای زدودن لجن از پساب صنعتی استفاده می شود. این ماده جزئی از کپسول آتش نشانی و فاضلاب الکترو صنعتی است. هنگامی که اقدامات امنیتی ناکافی باشند، قلع و ترکیبات آن ممکن است وارد محیط زیست شوند.
ایزوتوپهای رادیواکتیو قلع در فیزیک هسته ای کاربرد دارند.
اثرات زیست محیطی قلع بر آب کدام اند؟
قلع احتمالا یک ماده ی غذایی لازم برای تعدادی از موجودات زنده است. این ممکن است به علت حضورش در گاسترین باشد که یک هورمون معدوی و رودوی است.
در خاک نرمالی که توسط هوا خشک شده باشد، حدود 1-20 گرم در تن قلع وجود دارد، و گیاهان حاوی 0.8-7 ppm قلع هستند (جرم خشک). گیاهان به آسانی قلع را جذب می کنند، اما آن را مصرف نمی کنند، بلکه معمولا در ریشه های گیاه باقی می ماند. غلظت های شدید قلع موجود در خاک بالاتر از 30 ppm می باشند. در برخی از خاک های آلوده غلظت قلع تا 2000 ppm یافت شده است. حدود 1-4 ppm از قلع (IV) اکسید به طور طبیعی در بسیاری از خاکها وجود دارد، اما در برخی از خاک ها این غلظت کمتر از 0.1 ppm است. ذغال سنگ نارس یک استثنا است که ممکن است حاوی 300 ppm قلع (IV) اکسید باشد.
ترکیبات قلع در صورت مصرف خوراکی ممکن است سمی باشند. هنوز معلوم نیست که دقیقا چه مقدار قلع منجر به سمیت می شود. ترکیبات قلع آلی به طور کلی غیر سمی هستند. سمیت سایر ترکیبات قلع به شدت متفاوت است. ترکیبات قلع آلی برای باکتری ها و قارچ ها سمی بوده، اما برای حیوانات و انسان سمی نیستند. غلظت قابل تحمل این ترکیب در خاک 50 ppm است. ترکیبات سه گانه ی قلع با میتوکندری ها ترکیب شده و ممکن است فسفر زدایی اکسیداتیو را مختل نمایند. خوشبختانه، این مواد ممکن است توسط میکروب ها در خاک تجزیه شوند. و LD50 مشتقات سه گانه برای موش های صحرایی، بسته به ترکیب واقعی، بین 4 و 50000 میلی گرم بر کیلوگرم است.
TBT ممکن است مشکلات عمده زیست محیطی را به دنبال داشته باشد. این ترکیب بسیار سمی است، اما با این حال از سال 1960، در رنگ های حفاظتی برای بدنه ی کشتی ها به کار می رفت. در سال 1980 یک نفر به این نتیجه رسید که TBT باعث تغییرات جنسیتی در حلزون آبی می شود، که ممکن است به شکست باروری منجر گردد. این اتفاق در غلظت های بالاتر از 1 ppb در آب رخ می دهد و اغلب تا 90٪ جمعیت را تحت تاثیر قرار می دهد. گونه های مورد بحث در معرض انقراض بودند. هنگامی که TBT در آب موجود است، مرگ و میر موجودات دریایی افزایش می یابد. افراطی ترین غلظت های TBT در مناطق ساحلی و مناطق شکار پیدا شد.
نمونه هایی از سمیت قلع عبارتند از LD50 700 میلی گرم بر کیلوگرم برای قلع (II) کلرید، LD50 2300 میلی گرم بر کیلوگرم برای قلع (IV) کلرید برای موش های صحرایی در صورت مصرف خوراکی.
10 ایزوتوپ پایدار و 19 ایزوتوپ ناپایدار قلع وجود دارد. 113Sn به شدت سمی و رادیو اکتیو است.
عوارض بهداشتی قلع موجود در آب کدام اند؟
بدن انسان حاوی حدود 0.2 ppm قلع است. هیچ مدرک عینی وجود ندارد که نشان دهد قلع یک ماده ی غذایی لازم است، جز این واقعیت که آن را تشکیل دهنده هورمون گاسترین می دانند (نگاهی به سطور پیشین بیندازید). تعدادی از منابع تحقیقات پیشین ذکر کرده اند که کمبود قلع ممکن است به ریزش مو، بی اشتهایی و آکنه منجر شود.
مصرف روزانه ما از قلع حدود 0.3 میلی گرم است، که 0.2 میلی گرم از آن در مواد غذایی وجود دارد و باقی مانده آن را از طریق خوردگی کنسرو می توانید جذب کنید. در مواد غذایی غلظت قلع از 200-300 گرم در تن قابل تحمل است و در گذشته غلظت های تا 700 ppm وجود داشته است. استفراغ و اسهال از عواقب مقادیر سمی قلع هستند. از 3٪ قلع (II) و 1٪ قلع (IV) است که توسط بدن جذب می شود، بیشترش دفع می شود. مقادیر کمی به کبد و استخوان راه پیدا می کند. قلع فلزی عموما برای انسان غیر سمی است، حتی به هنگام مصرف غلظت های کمی برای یک دوره زمانی طولانی. ترکیبات طبیعی قلع به ندرت بر سلامت انسان اثر میگذارد. برخی از ترکیبات قلع عوارض نامطلوب بهداشتی بر جای می گذارند. این ها عمدتا ترکیبات آلی قلع هستند.
برای مثال، اکسید TBT باعث تحریک پوست، مشکلات تنفسی، استفراغ، سردرد و اختلالات صورت می شود. در آزمایشات حیوانی معلوم شد تترا اتیل قلع که به سرعت توسط پوست و غشاهای مخاطی جذب می شود، یک گاز عصبی است و در نتیجه ممکن است برای انسان سمی باشد. قلع (IV) هیدرید یکی دیگر از گاز های عصبی سمی است. تری متیل قلع و تری اتیل قلع، سمیت خفیفی برای انسان دارند، در حالی که تری پنتیل قلع به طور کلی غیر سمی و بنابراین به صورت یک آفت کش استفاده می شود.
TBT های مذکور ممکن است اختلالات هورمونی در انسان ایجاد کنند که در نهایت می تواند به ناباروری منجر شود.
برای زدودن قلع از آب، کدام یک از تکنولوژی های تصفیه ی آب را می توان استفاده کرد؟
مانند هر فلز دیگری، قلع را می توان توسط تبادل یونی از آب خارج نمود.