Fakty na temat miedzi
Co to jest miedź?
Miedź to jasnoczerwony, brązowy metaliczny pierwiastek o symbolu „Cu” i liczbie atomowej 29 w układzie okresowym pierwiastków. Nazwa miedź pochodzi od słowa Cypr, wyspy, na której Rzymianie zaopatrywali się w miedź. Był to pierwszy metal szeroko stosowany przez ludzi.
Naturalnie występująca czysta miedź jest nazywana „rdzenną miedzią”. Miedź występuje również w naturze w połączeniu z innymi pierwiastkami w wielu związkach, z których wiele wyróżnia się niebiesko-zielonym kolorem. Turkus, malachit i azuryt to trzy jaskrawo kolorowe związki miedzi używane jako kamienie szlachetne. Siarczan miedzi i tlenek miedzi to dwa ważne związki miedzi używane w przemyśle i rolnictwie. Miedź można mieszać z innymi metalami, tworząc stopy, takie jak brąz (miedź i cyna) i mosiądz (miedź i cynk).
Utleniona miedź lub miedź wystawiona na działanie powietrza tworzy zieloną powłokę lub „patynę”, którą można zobaczyć na starych miedzianych monetach, Statui Wolności i miedzianych dachach.
Gdzie występuje miedź?
Miedź występuje naturalnie w skałach, zarówno w czystej postaci, jak i w związkach. Procesy geologiczne, meteorologiczne i biologiczne powodują rozproszenie miedzi do powietrza, gleby i wody, a także do organizmów.
Największe znane złoża rudy miedzi na świecie znajdują się w Chuquicamata w chilijskich Andach, a największe złoże rodzimej miedzi znajduje się na Górnym Półwyspie Michigan. Głównymi producentami miedzi są Chile, które dostarcza 35 procent światowej miedzi, oraz Stany Zjednoczone, które produkują około 11 procent. Kanada, kraje byłego Związku Radzieckiego, Zambia, Chiny, Polska i Demokratyczna Republika Konga to również kraje produkujące miedź.
Działalność człowieka odpowiada za znaczną część miedzi występującej obecnie w powietrzu, glebie i wodzie. Zakłady przemysłowe, takie jak huty, odlewnie, elektrownie, spalarnie i inne źródła spalania, emitują miedź do atmosfery, gdzie może ona powrócić do ziemi w postaci opadów. Huty i inne zakłady produkujące miedź emitują wysokie stężenia miedzi do otaczającego powietrza i gleby. Kopalnie miedzi mogą być znaczącym źródłem zanieczyszczeń. Miedź i inne minerały obecne w odpadach poflotacyjnych – odpady pozostałe po wydobyciu rudy ze skał – przedostają się do gleby i dróg wodnych. Woda może być również zanieczyszczona przez wiele innych źródeł miedzi, w tym ścieki rolnicze z gospodarstw stosujących pestycydy na bazie miedzi.
Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem dla wszystkich organizmów żywych, dlatego jest obecna w spożywanej przez nas żywności – zarówno roślinnej, jak i zwierzęcej – oraz w tkankach ludzkich.
Do czego służy miedź?
Ludzie używają miedzi od prawie dziesięciu tysięcy lat. Od czasów starożytnych miedź była używana samodzielnie i w połączeniu z innymi metalami do produkcji broni, narzędzi, artykułów gospodarstwa domowego i dzieł sztuki.
Wysoka przewodność miedzi uczyniła ją metalem wybieranym w rozwoju elektrotechniki w XVIII i XIX wieku. Miedź jest trzecim najczęściej spożywanym metalem na świecie – po stali i aluminium. Obecnie największe zużycie miedzi przypada na budownictwo. Miedź jest wykorzystywana do budowy domów i innych budynków, produkcji samochodów i samolotów oraz do produkcji rur instalacyjnych. Kolejnym co do wielkości konsumentem miedzi jest przemysł elektryczny i wyrobów elektrycznych. Miedź wykorzystywana jest także w telekomunikacji. Znaczna ilość miedzi wykorzystywanej w Stanach Zjednoczonych pochodzi ze złomu pochodzącego z recyklingu i złomu pozostałego po produkcji miedzi.
Amerykański grosz ze stopu miedzi z 1936 r., grosz ze stali ocynkowanej z 1943 r. i współczesny grosz z cynku pokrytego miedzią z 2004 r. Źródło zdjęcia: Dartmouth Toxic Metals Research Program
Amerykańskie monety jednocentowe były wykonane z czystej miedzi od 1793 do 1837 roku. W kolejnych latach były wykonane z różnych stopów miedzi, w tym brązu i mosiądzu. W 1943 roku, gdy dostawy miedzi skierowano na potrzeby II wojny światowej, większość wybijanych monet jednocentowych była z ocynkowanej stali. Od 1982 roku monety jednocentowe zawierają tylko 2,5 procent miedzi - są to cynki z cienką miedzianą powłoką.
Siarczan miedzi, naturalnie występująca i produkowana sól miedzi, jest stosowany jako środek grzybobójczy w uprawach, jako pestycyd zabijający ślimaki i ślimaki nagie oraz jako środek do uzdatniania wody w celu zniszczenia roślinności wodnej. Ta substancja chemiczna ma poważną toksyczność przewlekłą, co ma konsekwencje dla pracowników rolnych i środowiska.
Nowoczesne bransolety z miedzi lub stopu miedzi z Zimbabwe. Źródło zdjęcia: Dartmouth Toxic Metals Research Program
Związki miedzi stosuje się również do konserwacji drewna i jako środki chemiczne do garbowania skóry oraz zaprawę (utrwalacz) przy barwieniu tekstyliów. Miedź jest nadal używana w dziełach sztuki i biżuterii na całym świecie. W niektórych częściach Afryki miedziane bransoletki i dzieła sztuki są wykonane z wyrzuconego drutu miedzianego i skrawków. W wielu częściach Azji Południowej i Południowo-Wschodniej miedź, mosiądz i brąz są szeroko stosowane w naczyniach kuchennych, naczyniach, posągach religijnych i dziełach sztuki. Navajo i inne plemiona południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych czasami używają miedzi w biżuterii.
Czy potrzebujemy miedzi dla zdrowia?
Pokarmy zawierające miedź. Źródło zdjęcia: Program badań nad metalami toksycznymi w Dartmouth
Miedź jest niezbędnym składnikiem odżywczym wszystkich żywych istot. Miedź jest składnikiem ponad 30 enzymów w organizmie człowieka, w tym niektórych biorących udział w syntezie kolagenu. U ludzi miedź jest niezbędna do zdrowego rozwoju tkanki łącznej, osłon nerwów i kości. Bierze także udział w metabolizmie żelaza i energii. Niedobór miedzi, choć rzadki, może powodować anemię oraz zaburzenia tkanki łącznej, kości i układu nerwowego.
Wytyczne dotyczące referencyjnego spożycia (DRI), ustalone w 2001 przez US Food and Nutrition Board of the National Academies Institute of Medicine, określają zarówno zalecane dzienne spożycie (RDA), jak i górne poziomy spożycia miedzi. Zalecenia grupy dotyczące spożycia wynoszą 0.9 miligrama miedzi dziennie dla dorosłych, więcej dla kobiet karmiących piersią (1,3 miligrama) i mniej dla dzieci (0,34 miligrama dla dzieci do trzeciego roku życia i 0,44 miligrama dla dzieci w wieku od czterech do ośmiu lat). Górny limit wynosi 10 miligramów dziennie dla zdrowych dorosłych. Ponieważ organizm nie syntetyzuje miedzi, ten niezbędny poziom miedzi musi pochodzić z pożywienia.
Dobrymi źródłami miedzi w diecie są wątroba i inne podroby, ostrygi, orzechy, nasiona, gorzka czekolada i produkty pełnoziarniste. Pewne ilości miedzi znajdują się także w ziemniakach, rodzynkach, grzybach, ciecierzycy i innych roślinach strączkowych. Woda pitna dostarczana rurami miedzianymi może przyczyniać się do spożycia miedzi.
Nadmiar cynku w diecie może powodować niedobór miedzi.
Czy miedź może stanowić zagrożenie dla zdrowia?
Tak jak pewna ilość miedzi jest niezbędna dla dobrego zdrowia, tak jej nadmiar może być szkodliwy. Zdrowy człowiek może wydalać nadmiar miedzi. Jednak wysokie dawki, długotrwałe narażenie i pewne drogi narażenia mogą przytłoczyć procesy biologiczne, które wydalają nadmiar miedzi z organizmu.
Wdychanie pyłu i oparów miedzi (z zakładów produkujących i przetwarzających miedź) może wpływać na drogi oddechowe, powodując kaszel, kichanie i ból w klatce piersiowej. Może również niekorzystnie wpływać na przewód pokarmowy, powodując nudności i biegunkę. Może to również mieć wpływ na czynność wątroby i układu hormonalnego. Niektóre badania wykazały zmiany we krwi, w tym zmniejszenie liczby hemoglobiny i erytrocytów po narażeniu na miedź przez wdychanie. Pył i opary miedzi mogą powodować podrażnienie oczu, bóle głowy i bóle mięśni.
Spożycie dużych ilości związków miedzi (takich jak siarczan miedzi) może spowodować śmierć z powodu niewydolności układu nerwowego, wątroby i nerek. Niektóre badania wykazały, że spożywanie miedzi może być również powiązane z chorobą niedokrwienną serca i wysokim ciśnieniem krwi, chociaż inne badania wykazały, że niedobór miedzi może odgrywać rolę w chorobie niedokrwiennej serca. Wysokie poziomy miedzi w wodzie pitnej mogą powodować wymioty, bóle brzucha, nudności, biegunkę i zgłaszano je u osób pijących wodę z rur miedzianych.
Aby usunąć nadmiar miedzi z organizmu, można zastosować cynk i środki chelatujące.
Nie stwierdzono, aby miedź odgrywała rolę w powstawaniu nowotworów lub wad wrodzonych.
Kto jest narażony na ryzyko szkód spowodowanych zatruciem miedzią?
Duże dawki związków zawierających miedź, takich jak siarczan miedzi, są trujące nawet dla osób ze zdrową wątrobą. Jednak niektórzy ludzie są bardziej narażeni na toksyczność miedzi. Osoby z pewnymi chorobami wątroby i osoby z dziedziczną niezdolnością do metabolizowania miedzi są szczególnie wrażliwe na toksyczność miedzi, takie jak osoby z chorobą Menkesa, dziedziczną aceruloplazminemią i chorobą Wilsona.
Penicylamina, której struktura chemiczna jest tutaj pokazana, jest stosowana jako środek chelatujący w leczeniu choroby Wilsona. Źródło zdjęcia: Dartmouth Toxic Metals Research Program
Osoby cierpiące na chorobę Wilsona, czyli recesywną, dziedziczną niezdolność do usuwania miedzi z organizmu, są szczególnie narażone na ryzyko wystąpienia toksycznego poziomu miedzi w tkankach, szczególnie w wątrobie i mózgu. Nieleczony stan ten może prowadzić do niewydolności wątroby, poważnych problemów neurologicznych lub psychiatrycznych i śmierci.
Choroba Wilsona może być skutecznie leczona octanem cynku, który blokuje wchłanianie miedzi. Środki chelatujące są również skuteczne, wiążąc się z miedzią w organizmie i umożliwiając jej wydalanie z moczem. Oba rodzaje leczenia muszą być stosowane przez całe życie pacjenta. Zmniejszenie spożycia miedzi może również zmniejszyć objawy, chociaż samo w sobie nie jest to skuteczne leczenie. Nosiciele choroby — osoby z jedną kopią wadliwego genu — nie zachorują, ale mogą mieć lekko nieprawidłowy metabolizm miedzi. Chociaż choroba Wilsona występuje tylko u jednej na 30,000 osób na świecie, nawet jedna na 100 osób może być nosicielem genu choroby. Istnieje kilka metod diagnozowania choroby, takich jak analiza moczu i biopsja wątroby. Nie ma jeszcze dostępnego badania genetycznego, które pozwoliłoby zidentyfikować osoby zagrożone, ponieważ choroba jest spowodowana przez jedną z 200 mutacji.
Istnieją inne stany chorobowe związane z toksycznością miedzi, które wydają się mieć związek genetyczny. Indyjska marskość wątroby u dzieci, która dotyka dzieci w krajach Azji Południowej, wydaje się być wynikiem genetycznej predyspozycji do wrażliwości na miedź w połączeniu z wysokim narażeniem na miedź (często z mleka gotowanego w miedzianych lub mosiężnych garnkach). Podobne stany chorobowe u dzieci pojawiły się w innych częściach świata, gdzie woda zawierała wysokie poziomy miedzi. Ponownie, te dzieci wydają się mieć genetyczną predyspozycję do słabego metabolizmu miedzi.
Osoby mieszkające w pobliżu zakładów produkujących miedź, takich jak kopalnie, huty lub zakłady rafineryjne lub pracujące w ich pobliżu, lub osoby pracujące w zakładach produkujących miedź, obarczone podwyższonym ryzykiem narażenia na nadmierne ilości miedzi. Narażenie może nastąpić poprzez wdychanie pyłu miedzi i oparów miedzi.
Czy miedź w środowisku stanowi zagrożenie dla zdrowia?
Odpowiedź na to pytanie jest złożona. Miedź jest niezbędnym składnikiem odżywczym i występuje naturalnie w środowisku w skałach, glebie, powietrzu i wodzie. Mamy kontakt z miedzią z tych źródeł każdego dnia, ale jej ilość jest zwykle niewielka. Część tej miedzi, szczególnie w wodzie, może zostać wchłonięta i wykorzystana przez organizm. Jednak większość miedzi, z którą mamy kontakt, jest ściśle związana z innymi związkami, co czyni ją ani użyteczną, ani toksyczną. Ważne jest, aby pamiętać, że toksyczność substancji zależy od tego, jak bardzo organizm jest narażony na działanie oraz od czasu trwania i drogi narażenia.
W środowisku występują źródła miedzi, które stanowią zagrożenie dla zdrowia. Wiadomo, że mniej więcej połowa składowisk odpadów niebezpiecznych znajdujących się na Krajowej Liście Priorytetów EPA zawiera miedź. Powietrze i gleba w pobliżu zakładów przetwórstwa miedzi, takich jak huty, zazwyczaj charakteryzują się znacznie wyższą zawartością miedzi niż w innych obszarach. Odpływy rolnicze mogą zawierać pestycydy na bazie miedzi. Mogą one stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzi. Jednakże miedź bardzo łatwo wiąże się ze związkami w glebie i wodzie, zmniejszając jej biodostępność dla człowieka.
Potencjalnym źródłem nadmiernego narażenia na miedź u ludzi jest woda pitna przenoszona przez rury miedziane i mosiężne armatury zlewozmywakowe. Niewielkie ilości miedzi z instalacji wodociągowej przedostają się do wody, szczególnie do wody gorącej i wody, która stała w rurach przez kilka godzin lub całą noc. Kwaśna (niskie pH) woda wypłukuje więcej miedzi niż woda bardziej zasadowa (wysokie pH). Miękka woda prawdopodobnie zawiera więcej miedzi niż twarda, ponieważ nie zawiera minerałów, które tworzą warstwę ochronną wewnątrz rur, zapobiegając wypłukiwaniu miedzi. Niebieskozielone plamy wody pod kranami są wskaźnikiem miedzi w wodzie. Niektóre osoby pijące wodę z wysokim poziomem miedzi mogą odczuwać nudności, wymioty, bóle brzucha i biegunkę. Ilość miedzi, która zwykle znajduje się w wodzie z miedzianych instalacji wodociągowych, zwykle nie stanowi zagrożenia dla zdrowia.
Używanie wyłącznie zimnej wody z kranu do picia i przygotowywania jedzenia może zmniejszyć ilość miedzi, która wycieka z instalacji wodociągowej. Puszczanie wody, aż stanie się bardzo zimna po tym, jak stała w rurach przez noc lub przez ponad sześć godzin, również zmniejszy poziom miedzi. Upewnienie się, że żadne urządzenia elektryczne nie są uziemione do instalacji wodociągowej, może zmniejszyć korozję rur. Filtry wody mogą również usuwać miedź z wody. Sprawdź etykietę producenta filtra, aby dowiedzieć się, czy miedź jest jedną z odfiltrowanych substancji chemicznych.
Czy istnieją federalne wytyczne lub normy dotyczące miedzi?
Zgodnie z federalną ustawą o bezpieczeństwie wody pitnej, amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) ogranicza ilość miedzi w publicznych dostawach wody pitnej do 1,3 mg na litr. Zgodnie z ustawą Superfund, EPA uważa 5,000 funtów miedzi lub 10 funtów siarczanu miedzi na danym obszarze za „substancję niebezpieczną”.
Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) zezwala na nie więcej niż 1 mg miedzi na litr wody butelkowanej. Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH) oraz Agencja Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) mają własne standardy dotyczące ilości miedzi i oparów miedzi dozwolonych w miejscu pracy.
Gdzie mogę dowiedzieć się więcej na temat miedzi?
Agencja ds. Rejestru Substancji Toksycznych i Chorób (ATSDR) należąca do amerykańskich Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom dysponuje doskonałym internetowym oświadczeniem dotyczącym zdrowia publicznego dotyczącym miedzi, dostępnym w Agencji ds. Rejestru Substancji i Chorób Toksycznych.
Agencja ds. Rejestru Substancji Toksycznych i Chorób (ATSDR) działająca w ramach Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom w Stanach Zjednoczonych udostępniła szczegółowy profil toksykologiczny miedzi w Agencji ds. Rejestru Substancji Toksycznych i Chorób.
