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Lo sviluppo della tavola periodica degli elementi chimici è uno dei risultati più significativi della scienza e un concetto scientifico che unisce, con ampie implicazioni per la pratica moderna della chimica, della fisica, della biologia e di molte altre scienze naturali. L’Anno Internazionale della Tavola Periodica degli Elementi Chimici nel 2019 coincide con il 150° anniversario della scoperta del Sistema Periodico da parte di Mendeleev nel 1869 – un momento per considerare la sua applicazione e il suo progresso per consentire ulteriori esplorazioni del nostro ambiente naturale e dell’impatto umano. È uno strumento unico, che permette agli scienziati di prevedere l’aspetto e le proprietà della materia sulla Terra e nell’Universo. Tuttavia, anche se la tavola periodica degli elementi chimici è relativamente ben definita, alcuni termini controversi sono ancora in uso. Infatti, il termine “metallo pesante” è un termine comune usato da decenni nelle scienze, e ancora di più nelle scienze ambientali (Figura 1), in particolare negli studi sull’impatto dell’inquinamento. Poiché l’uso del termine sembra essere aumentato (annualmente dall’8% al 10% negli ultimi dieci anni, Figura 2), sottolineiamo la rilevanza dell’uso del termine “Potentially Toxic Element(s)” (PTEs), che necessita di un’approvazione più esplicita, e illustriamo gli elementi chimici che devono essere considerati.

Nel 1980, Nieboer e Richardson avevano già proposto la sostituzione di questo termine non descritto con una classificazione biologicamente e chimicamente significativa. Inoltre, secondo l’Unione internazionale di chimica pura e applicata, il termine “metallo pesante” è considerato impreciso nel migliore dei casi e privo di significato e fuorviante nel peggiore. L’uso di questo termine è fortemente sconsigliato, soprattutto perché non esiste una definizione standardizzata. Nel 2004, Hodson li ha considerati come “spauracchi” geochimici. Nel 2007, Chapman ha proposto per la prima volta di mantenere questo termine per la musica e non per la scienza. Nel 2010, Hübner et al. hanno proposto di passare dalla semantica alla pragmatica, mentre Madrid ricorda l’annosa e talvolta dimenticata controversia. Nikimnaa e Schlenk insistono ulteriormente sul termine mal definito. Nel 2012, Chapman ha continuato a scrivere sulla cacofonia non la sinfonia intorno ai “metalli pesanti” e Batley et al. hanno ulteriormente presentato una discussione dettagliata sulla sua utilità. Tuttavia, alcuni autori ancora proposto una qualche forma di definizione. Nel 2010, Appenroth li ha definiti nelle scienze vegetali, e nel 2018, Ali e Kahn hanno proposto la loro definizione “completa”. Più recentemente, Pourret e Bollinger hanno messo in discussione l’uso del termine “metalli pesanti” – usare o non usare? – e Pourret ha chiaramente proposto di bandire questo termine dalla letteratura scientifica, ma perché?

In generale, il termine “metallo pesante” è basato sulla categorizzazione per densità o massa molare (lo zinco o il rame hanno densità e massa molare relativamente basse rispetto ai lantanidi e agli attinidi). È spesso usato come un nome di gruppo per i metalli (cioè i metalli di transizione dal vanadio allo zinco) che sono associati alla contaminazione e alla potenziale tossicità. La lista dei “metalli pesanti” non è chiaramente definita e spesso mescola metalli, metalloidi e non-metalli senza una chiara definizione. Alla fine, la connotazione peggiorativa di “pesante” associata alla tossicità del metallo induce una sorta di paura nella società. Tutti i cosiddetti “metalli pesanti” e i loro composti possono avere una tossicità relativamente alta (per esempio, piombo o cadmio). Tuttavia, i metalli non sono sempre tossici e alcuni sono di fatto essenziali – a seconda della dose e dei livelli di esposizione e l’organismo/popolazione ricevente, l’equilibrio tra essenziale o tossico può oscillare (ad esempio, nichel o zinco).

In questo parere presentato al International Journal of Environmental Research and Public Health, guardiamo ai progressi nelle scienze ambientali e nella medicina all’interno di una popolazione campione ristretta. Tra i 167 articoli con il termine “metallo pesante” nel titolo e i 996 con esso nel soggetto, che abbiamo identificato da un totale di 12.700 articoli pubblicati su International Journal of Environmental Research and Public Health nei database ampiamente utilizzati di Scopus e Web of Science utilizzando il termine di ricerca “heavy metal” (dati consultati 10 ottobre 2019), abbiamo trovato piombo (Pb), cadmio (Cd) e zinco (Zn) per essere i tre elementi più comunemente studiati (69%, 67% e 62%, rispettivamente, quando si considera il termine “metallo pesante” nel titolo (n = 167), e 32%, 30% e 23%, rispettivamente, quando si considera il termine nel soggetto (n = 996); Tabella 1 e Figura 4). Inoltre, questi elementi sono più spesso associati al monitoraggio basato su concentrazioni totali o estraibili nei suoli, nei sedimenti o nell’acqua, al fine di caratterizzare l’inquinamento, eseguire la valutazione del rischio e identificare l’esposizione ambientale e i pericoli per la salute (Figura 3). Oltre a questi elementi chimici, la parola chiave “Cina” è apparsa allora nel 44% degli articoli (73/167) e il 58% degli articoli erano coautori di ricercatori di istituzioni cinesi (97/167), riflettendo in parte l’emergere di un’intensa attività di ricerca su questioni ambientali diffuse nella regione. Anche le relazioni emergenti nelle riviste di lingua inglese, forse ha rafforzato la crescita del termine, un risultato di perpetuare l’approccio a una pratica consolidata e di lunga data.

In scienze ambientali, la speciazione chimica (forma molecolare) degli elementi è spesso trascurata. Il fatto che la speciazione chimica sia raramente considerata può essere perché è relativamente costosa (tempo e risorse) e intrinsecamente difficile da misurare direttamente. A volte, l’analisi di frazionamento viene eseguita, come l’estrazione chimica sequenziale, per identificare l’accessibilità di porzioni del contenuto totale del campione. Tuttavia, gli elementi sono per lo più giudicati come tossici a causa di prove relative alla tossicità di solo alcune delle specie chimiche in cui si trovano, spesso dall’esposizione acuta in laboratorio. Poiché le loro caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche dipendono dalla struttura molecolare e non dai suoi costituenti elementari, lo stesso vale per la loro tossicità. Infatti, la tossicità di questi PTE, come il piombo e il cadmio, dipende dalla loro speciazione e concentrazione non solo in modo quantitativo ma anche qualitativo. La bioaccessibilità e/o la biodisponibilità dovrebbero essere considerate. In generale, l’esposizione umana al piombo tramite l’aggiunta di tetraetil-piombo alla benzina come agente antidetonante, o alla vernice al piombo, è ben documentata. Tuttavia, la batteria al piombo non rappresenta una minaccia diretta per gli esseri umani attraverso l’uso, ma può generare rifiuti pericolosi per l’ambiente.

Pertanto, è essenziale che gli studi ambientali considerino ulteriormente le specie presenti piuttosto che il costituente elementare al fine di creare dati significativi. Diventa così più chiaro che la mancata considerazione della speciazione chimica degli elementi può portare a una cattiva valutazione del rischio e a un cattivo uso della legislazione. Le leggi e i regolamenti basati sulla semplice analisi elementare possono erroneamente considerare i media o i prodotti ambientali come tossici e raggrupparli nel termine “metalli pesanti”.