Os metais pesados ​​são frequentemente considerados altamente tóxicos ou prejudiciais ao meio ambiente. Alguns são, enquanto outros são tóxicos somente se tomados em excesso ou encontrados em certas formas.
O cromo, o arsênico, o cádmio, o mercúrio e o chumbo têm o maior potencial de causar danos devido ao seu uso extensivo, à toxicidade de algumas de suas formas combinadas ou elementares e à sua ampla distribuição no meio ambiente. O cromo hexavalente , por exemplo, é altamente tóxico, assim como o vapor de mercúrio e muitos compostos de mercúrio. Estes cinco elementos têm uma forte afinidade pelo enxofre; no corpo humano eles geralmente se ligam, via grupos tiol (–SH), às enzimas responsáveis ​​pelo controle da velocidade das reações metabólicas. As ligações de enxofre-metal resultantes inibem o funcionamento adequado das enzimas envolvidas; a saúde humana se deteriora, às vezes fatalmente.O cromo (em sua forma hexavalente) e o arsênico são cancerígenos ; o cádmio causa uma doença óssea degenerativa ; e mercúrio e chumbo danificam o sistema nervoso central .
O chumbo é o contaminante de metais pesados ​​mais prevalente. Os níveis nos ambientes aquáticos das sociedades industrializadas foram estimados em duas a três vezes superiores aos dos níveis pré-industriais. Como componente do chumbo tetraetil , (CH
4 Pb, foi usado extensivamente nagasolinadurante os anos 1930-1970. Embora o uso de gasolina com chumbo tenha sido largamente eliminado na América do Norte em 1996, os solos próximos a estradas construídas antes dessa época retêm altas concentrações de chumbo. Pesquisas posteriores demonstraram uma correlação estatisticamente significativa entre a taxa de uso de gasolina com chumbo e crimes violentos nos Estados Unidos; Levando em conta um intervalo de tempo de 22 anos (para a idade média dos criminosos violentos), a curva do crime violento virtualmente rastreou a curva de exposição ao chumbo.
Outros metais pesados ​​notados por sua natureza potencialmente perigosa, geralmente como poluentes ambientais tóxicos, incluem manganês (danos no sistema nervoso central); cobalto e níquel (carcinogênicos); cobre, zinco, selênio e prata ( desregulação endócrina, distúrbios congênitos ou efeitos tóxicos gerais em peixes, plantas, pássaros ou outros organismos aquáticos); estanho, como organoestanho (lesão do sistema nervoso central); antimônio (suspeito de carcinogênico); e tálio(dano ao sistema nervoso central).
Metais pesados ​​essenciais para a vida podem ser tóxicos se tomados em excesso; alguns têm formas notavelmente tóxicas. O pentóxido de vanádio (V 2 O 5 ) é carcinogênico em animais e, quando inalado, causa danos no DNA . O íon permanganato roxo MnO -
4 é um veneno de fígado e rim .A ingestão de mais de 0,5 gramas de ferro pode induzir o colapso cardíaco; tais overdoses ocorrem mais comumente em crianças e podem resultar em morte dentro de 24 horas. Níquel carbonila (Ni 2 (CO) 4), em 30 partes por milhão, pode causar insuficiência respiratória, dano cerebral e morte. Embeber um grama ou mais de sulfato de cobre (CuSO 4 ) pode ser fatal; os sobreviventes podem ficar com grandes danos nos órgãos. Mais de cinco miligramas de selênio são altamente tóxicos; isto é aproximadamente dez vezes a ingestão diária máxima recomendada de 0,45 miligrama; envenenamento a longo prazo pode ter efeitos paralisantes.
Alguns outros metais pesados ​​não essenciais possuem uma ou mais formas tóxicas. Insuficiência renal e mortes foram registradas decorrentes da ingestão de suplementos alimentares germânio (~ 15 a 300 g no total consumido durante um período de dois meses a três anos). A exposição ao tetróxido de ósmio (OsO 4 ) pode causar dano permanente aos olhos e levar a insuficiência respiratória e morte. Os sais de índio são tóxicos se mais de alguns miligramas forem ingeridos e afetarão os rins, o fígado e o coração. Cisplatina (PtCl 2 (NH 3 ) 2 ), que é uma droga importante usada para matar células cancerígenas, também é um veneno de rim e nervo.Compostos de bismuto podem causar danos ao fígado se tomados em excesso; compostos de urânio insolúvel, bem como a radiação perigosa que emitem, podem causar danos permanentes nos rins.
Metais pesados ​​podem degradar a qualidade do ar, da água e do solo e, subsequentemente, causar problemas de saúde em plantas, animais e pessoas, quando se tornam concentrados como resultado de atividades industriais. As fontes comuns de metais pesados ​​neste contexto incluem a mineração e os resíduos industriais; emissões veiculares; Baterias de chumbo-ácido ; fertilizantes; tintas ; e madeira tratada ;envelhecimento da infraestrutura de abastecimento de água ; e microplásticos flutuando nos oceanos do mundo. Exemplos recentes de contaminação por metais pesados ​​e riscos à saúde incluem a ocorrência da doença de Minamata.no Japão (1932-1968; processos em andamento a partir de 2016); o desastre da barragem de Bento Rodrigues no Brasil, e altos níveis de chumbo na água potável fornecidos aos moradores de Flint , Michigan, no nordeste dos Estados Unidos.
Metais pesados ​​até a vizinhança do ferro (na tabela periódica) são em grande parte feitos via nucleossíntese estelar . Neste processo, elementos mais leves, do hidrogênio ao silício, sofrem sucessivas reações de fusão dentro das estrelas, liberando luz e calor e formando elementos mais pesados ​​com números atômicos mais altos.
Metais pesados ​​mais pesados ​​geralmente não são formados dessa maneira, já que as reações de fusão envolvendo esses núcleos consumiriam em vez de liberar energia. Em vez disso, eles são em grande parte sintetizados (a partir de elementos com um número atômico menor) por captura de nêutrons , com os dois principais modos desta captura repetitiva sendo o processo-s e o processo-r . No processo s ("s" significa "lento"), as capturas singulares são separadas por anos ou décadas, permitindo que os núcleos menos estáveis ​​sejam decaídos beta , enquanto no processo-r ("rápido"), as capturas acontecem mais rapidamente do que os núcleos podem decair. Portanto, o processo s toma um caminho mais ou menos claro: por exemplo, núcleos de cádmio-110 estáveis ​​são sucessivamente bombardeados por nêutrons livres dentro de uma estrela até formarem núcleos de cádmio-115 que são instáveis ​​e decaídos para formar índio-115 (que é quase estável, com uma meia-vida de 30 000 vezes a idade do universo). Esses núcleos capturam nêutrons e formam o índio-116, que é instável, e decai para formar o estanho-116, e assim por diante. Em contraste, não existe tal caminho no processo-r. O processo s pára em bismuto devido às meias-vidas curtas dos próximos dois elementos, polônio e astato, que se decompõem em bismuto ou chumbo. O processo-r é tão rápido que pode pular essa zona de instabilidade e criar elementos mais pesados, como o tório e o urânio.
Os metais pesados ​​se condensam nos planetas como resultado dos processos de evolução estelar e destruição. Estrelas perdem muito de sua massa quando é ejetado no final de suas vidas, e às vezes posterior, em resultado de uma estrela de nêutrons fusão, aumentando assim a abundância de elementos mais pesados que o hélio no meio interestelar . Quando a atração gravitacional faz com que essa matéria se aglutine e colapse, novas estrelas e planetas são formados .