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El desarrollo de la Tabla Periódica de Elementos Químicos es uno de los logros más significativos de la ciencia y un concepto científico unificador, con amplias implicaciones para la práctica moderna de la química, la física, la biología y muchas otras ciencias naturales. El Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos en 2019 coincide con el 150 aniversario del descubrimiento del Sistema Periódico por Mendeléyev en 1869, un momento para considerar su aplicación y progreso para permitir una mayor exploración de nuestro entorno natural y del impacto humano. Se trata de una herramienta única que permite a los científicos predecir el aspecto y las propiedades de la materia en la Tierra y en el Universo. Sin embargo, aunque la Tabla Periódica de Elementos Químicos está relativamente bien definida, algunos términos controvertidos siguen utilizándose. De hecho, el término «metal pesado» es un término común utilizado durante décadas en las ciencias, y aún más en las ciencias ambientales (Figura 1), en particular en los estudios de los impactos de la contaminación. Dado que el uso del término parece haber aumentado (anualmente entre el 8% y el 10% estos últimos diez años, Figura 2), destacamos la relevancia del uso del término «Elemento(s) Potencialmente Tóxico(s)» (ETP) , que necesita un respaldo más explícito, e ilustramos los elementos químicos que deben ser considerados.
Proporción de publicaciones por áreas de investigación en 2018 que utilizan el término «heavy metal*» en el título (extraído de Scopus utilizando el término «heavy metal*», datos consultados el 10 de octubre de 2019).
Evolución del número de publicaciones que utilizan el término «heavy metal*» en el título (obtenido de Scopus y de la Web of Science utilizando el término «heavy metal*», datos consultados el 10 de octubre de 2019). Cabe señalar que el número total de publicaciones también ha aumentado drásticamente. Por lo tanto, la proporción de publicaciones que utilizan este término puede haber disminuido.
En 1980, Nieboer y Richardson ya propusieron la sustitución de este término anodino por una clasificación biológica y químicamente significativa. Además, según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, el término «metal pesado» se considera impreciso en el mejor de los casos y carente de sentido y engañoso en el peor. Se desaconseja encarecidamente el uso de este término, sobre todo porque no existe una definición normalizada. En 2004, Hodson los consideraba «hombres del saco» geoquímicos. En 2007, Chapman propuso por primera vez mantener este término para la música y no para la ciencia. En 2010, Hübner et al. propusieron pasar de la semántica a la pragmática, mientras que Madrid recuerda la antigua y a veces olvidada polémica. Nikimnaa y Schlenk siguieron insistiendo en el término mal definido. En 2012, Chapman siguió escribiendo sobre la cacofonía, no la sinfonía, en torno a los «metales pesados», y Batley et al. presentaron además un debate detallado sobre su utilidad. Sin embargo, algunos autores siguieron proponiendo algún tipo de definición. En 2010, Appenroth los definió en las ciencias vegetales , y en 2018, Ali y Kahn propusieron su propia definición «integral». Más recientemente, Pourret y Bollinger cuestionaron el uso del término «metales pesados» -¿usar o no usar?- y Pourret propuso claramente prohibir este término en la literatura científica, pero ¿por qué?
En general, el término «metal pesado» se basa en la categorización por densidad o masa molar (el zinc o el cobre tienen una densidad y una masa molar relativamente bajas en comparación con los lantánidos y los actínidos). A menudo se utiliza como nombre de grupo para los metales (es decir, los metales de transición desde el vanadio hasta el zinc) que se asocian con la contaminación y la toxicidad potencial. La lista de «metales pesados» no está claramente definida y a menudo mezcla metales, metaloides y no metales sin una definición clara. Al final, la connotación peyorativa de «pesado» asociada a la toxicidad del metal induce una especie de miedo en la sociedad. Todos los llamados «metales pesados» y sus compuestos pueden tener una toxicidad relativamente alta (por ejemplo, el plomo o el cadmio). No obstante, los metales no siempre son tóxicos y algunos son, de hecho, esenciales; dependiendo de la dosis y los niveles de exposición y del organismo/población receptora, el equilibrio entre esencial o tóxico puede inclinarse (por ejemplo, el níquel o el zinc).
En este dictamen presentado a la Revista Internacional de Investigación Medioambiental y Salud Pública, examinamos los avances en las ciencias medioambientales y la medicina dentro de una población de muestra restringida. Entre los 167 artículos con el término «heavy metal» en el título y los 996 con él en el asunto, que identificamos de un total de 12.700 artículos publicados en International Journal of Environmental Research and Public Health en las bases de datos ampliamente utilizadas de Scopus y Web of Science utilizando el término de búsqueda «heavy metal» (datos consultados el 10 de octubre de 2019), encontramos que el plomo (Pb), el cadmio (Cd) y el zinc (Zn) son los tres elementos más estudiados (69%, 67% y 62%, respectivamente, al considerar el término «heavy metal» en el título (n = 167), y 32%, 30% y 23%, respectivamente, al considerar el término en el tema (n = 996); Tabla 1 y Figura 4). Además, estos elementos se asocian con mayor frecuencia a la vigilancia basada en las concentraciones totales o extraíbles en suelos, sedimentos o aguas, con el fin de caracterizar la contaminación, realizar la evaluación de riesgos e identificar la exposición ambiental y los peligros para la salud (Figura 3). Aparte de estos elementos químicos, la palabra clave «China» aparecía entonces en el 44% de los artículos (73/167) y el 58% de los artículos tenían como coautores a investigadores de instituciones chinas (97/167), lo que refleja en parte la aparición de una intensa actividad de investigación sobre cuestiones medioambientales muy extendidas en la región. También los informes emergentes en las revistas de lengua inglesa, tal vez ha potenciado el crecimiento del término, resultado de perpetuar el enfoque de una práctica establecida y de larga data.
Ocurrencia de los 10 primeros elementos en las palabras clave de los artículos con el término «heavy metal» o «elemento potencialmente tóxico» en el título de los artículos publicados en International Journal of Environmental Research and Public Health (obtenido de Scopus, datos consultados el 10 de octubre de 2019).
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Rango
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«Heavy Metal» (n = 996) | Rank | «Potentially Elemento tóxico» (n = 131) | |||||
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| Elemento | n | % | Elemento | n | % | |||
| 1 | Pb | 321 | 32 | 1 | Pb | 72 | 55 | |
| 2 | Cd | 298 | 30 | 2 | Cd | 70 | 54 | |
| 3 | Zn | 228 | 23 | 3 | Zn | 58 | 44 | 4 | Cu | 225 | 23 | 4 | Cu | 57 | 44 | 5 | As | 208 | 21 | 5 | As | 47 | 36 | 6 | Cr | 193 | 19 | 6 | Cr | 44 | 34 | 7 | Ni | 158 | 16 | 7 | Ni | 38 | 29 | 8 | Hg | 141 | 14 | 8 | Hg | 29 | 22 |
| 9 | Mn | 107 | 11 | 9 | Mn | 23 | 18 | |
| 10 | Fe | 85 | 9 | 10 | Co | 20 | 15 | |
En la ciencia medioambiental, la especiación química (forma molecular) de los elementos se suele pasar por alto . El hecho de que la especiación química se considere raramente puede deberse a que es relativamente cara (tiempo y recursos) e inherentemente difícil de medir directamente. A veces, se realizan análisis de fraccionamiento, como la extracción química secuencial, para identificar la accesibilidad de partes del contenido total de la muestra. Sin embargo, la mayoría de los elementos se juzgan como tóxicos debido a las pruebas relacionadas con la toxicidad de sólo algunas de las especies químicas en las que se encuentran, a menudo a partir de una exposición aguda basada en el laboratorio. Dado que sus características físicas, químicas y biológicas dependen de la estructura molecular y no de sus componentes elementales, también lo hace su toxicidad. De hecho, la toxicidad de estos TEP, como el plomo y el cadmio, depende de su especiación y concentración no sólo de forma cuantitativa sino también cualitativa. Hay que tener en cuenta la bioaccesibilidad y/o la biodisponibilidad. En general, la exposición humana al plomo por la adición de tetraetilo de plomo a la gasolina como agente antidetonante, o a la pintura con plomo, está bien documentada. Sin embargo, la batería de plomo-ácido no supone una amenaza directa para los seres humanos a través de su uso, pero puede generar residuos peligrosos para el medio ambiente.
Por lo tanto, es esencial que los estudios medioambientales consideren más las especies presentes que el constituyente elemental para crear datos significativos. De este modo, queda claro que no tener en cuenta adecuadamente la especiación química de los elementos puede conducir a una mala evaluación de riesgos y a un mal uso de la legislación. Las leyes y normativas basadas en un simple análisis elemental pueden considerar erróneamente que los medios o productos ambientales son tóxicos y agruparlos en el término «metales pesados».