Stofeigenschappen (HC2)

Stofeigenschappen kunnen benoemen die de lotgevallen van stoffen in het milieu en de blootstelling van de mens bepalen

Risico

= Toxiciteit (Hazard) + Blootstelling
Een stof kan nog zo giftig zijn, als je er nooit mee in aanraking komt is het risico 0 → risico wordt dus bepaald door combinatie van hoe gevaarlijk een stof is en hoeveel je ervan binnenkrijgt

Lotgevallen in het milieu

= de "reis" die een stof aflegt zodra deze in de buitenwereld terechtkomt.

• Zodra een stof wordt uitgestoten blijft hij zelden op 1 plek -> kan verdampen in de lucht, oplossen in water of hechten aan de bodem
  -> deze verplaatsing noemen we de “lotgevallen”

• De stof die uit een schoorsteen komt is niet altijd dezelfde stof die je binnenkrijgt -> door zonlicht, bacteriën of chemische reacties kan een stof veranderen in een andere (soms veel giftigere) vorm.

Lotgevallen - Biomagnificatie

= sommige stoffen breken niet af -> ze worden opgegeten door kleine diertjes, die weer door grotere vissen worden gegeten -> waardoor concentratie steeds hoger wordt naarmate je hoger in de voedselketen komt (accumulatie in de voedselketen)

Partitie- of verdelingscoëfficiënten

= geven verhouding van concentraties in 2 media, bv. lucht-water of water-bodem

Verdelingscoëfficiënten - Henry-constante (H)

→ water - lucht (H)

maat voor vluchtigheid
= bepaalt de verdeling tussen water en lucht, vluchtigheid van een stof
Hoe hoger de Henry-constante, hoe makkelijker een stof vanuit het water de lucht in gaat

→ dampdruk = hoe graag wil een stof verdampen. Hoe hoger de dampdruk, hoe vluchtiger een stof is
→ wateroplosbaarheid = hoe goed blijft de stof in water “plakken”. Hoe hoger de de oplosbaarheid, hoe liever de stof in het water blijft

Verdelingscoëfficiënten - Octanol-water (Kow)

→ water - vet, maat voor lipofiliteit
Stoffen met een hoge Kow hopen zich op in vetweefsel

Omgekeerd evenredig met wateroplosbaarheid

Zuren & basen

• Zuur (citroen)
  = alles wat een proton doneert

• Base (zeep)
  = alles wat een proton accepteert

Opname van zuur (PKa) en basen (PKb)

Compartiment	pH-waarde	Wat gebeurt er?
Maag	1,0 – 3,0	Ideaal voor opname van zuren (zoals aspirine).
Dunne darm (Ileum)	7,6	De pH stijgt; hier worden de meeste basen neutraal en opgenomen.
Dikke darm (Colon)	7,8 – 8,0	Licht basisch; laatste kans voor de opname van basen.

→ lichaamsbarrières (zoals de maag of darm) zijn vetachtige membranen
Dit betekent dat alleen stoffen zonder elektrische lading (neutrale moleculen) hier gemakkelijk doorheen kunnen glippen

Stoffen kunnen voorkomen in 2 vormen:

• Gedissocieerd (geïoniseerd)
  = de stof heeft een lading (+ of -), hij is nu wateroplosbaar en kan niet door het membraan

• Ongedissocieerd (neutraal)
  = de stof heeft geen lading, is nu vetoplosbaar en kan wel door het membraan

Er zijn ook 2 vormen van zuur en basen:

• Zuren

  • Sterk zuur
    = blijft geladen en dus destructief voor bijvoorbeeld de maagwand

  • Zwak zuur
    = de pH van de omgeving bepaalt hoeveel procent van het zuur “heel” blijft en hoeveel er wordt gesplitst → hoe lager de pH, hoe meer een zwak zuur gedwongen wordt om in de neutrale HA-vorm te blijven en hoe beter de opname dus is

• Basen

  • Sterke base
    = splitst zich in water volledig op → trekt protonen zo hard aan dat elk molecuul in de vloeistof direct geladen wordt en heeft ook een corrosieve werking op weefsel

  • Zwakke base
    = splitst zich gedeeltelijk op, er ontstaat een evenwicht tussen de ongeladen vorm en de geladen vorm
    → dit zijn stoffen waarbij de opname afhangt van de locatie in het lichaam

De pH schaal (0 tot 14)

Logaritmische schaal
= een stap van pH 7 naar pH 8 betekent dat er 10 keer minder H+ ionen zijn

• pH < 7
  = zuur → veel H+ ionen

• pH = 7
  = neutraal → zoals zuiver water

• pH > 7
  = basisch / hoog → weinig H+ ionen

Waarom belangrijk?

• zwakke basen → voelen zich thuis bij hoge pH (weinig H+ ionen), ze blijven daar ongedissocieerd (neutraal) en worden dus makkelijk opgenomen in het bloed (bijvoorbeeld in de darmen)

• zwakke zuren → worden bij hoge pH (weinig H+ ionen) juist gedwongen om hun proton af te staan, hierdoor worden ze negatief geladen en kunnen ze niet meer door de membraan (hierdoor alleen opgenomen in de maag)

Verdelingscoëfficiënten - Sorptiecoëfficiënt (Kd)

→ water - vaste stof (zoals bodem of sediment), geeft aan hoe sterk een stof aan de bodem of aan voedseldeeltjes “plakt”

Zuurdissociatieconstante (pKa)

→ bepaalt verhouding tussen geladen en ongeladen vorm van een stof, belangrijk omdat vaak alleen de ongeladen vorm makkelijk door de membranen gaat

• pKa (Zuur-dissociatieconstante) = dit is de evenwichtsconstante voor een zuur. Het vertelt je hoe makkelijk een zuur een proton afstaat

• pKb (Base-dissociatieconstante) = dit is de evenwichtsconstante voor een base. Het vertelt je hoe makkelijk een base een proton opneemt

Persistentie

= verblijftijd in het milieu (hoe lang blootgesteld)

De belangrijkste maatstaf voor persistentie is de halfwaardetijd. Dit is de tijd die nodig is om de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid van een stof af te breken.

• Niet-persistent: Breekt binnen enkele uren of dagen af (bijv. veel moderne bestrijdingsmiddelen).

• Persistent: Kan maanden, jaren of zelfs decennia blijven bestaan (bijv. PFAS, pcb's of DDT).

Verschillende vormen van kwik

• Metallisch kwik (Hg0): niet giftig

• Onoplosbare kwikzouten, bijv. HgS: niet giftig

• Vrije kwik-ion (Hg2+): giftig, maar wordt slecht opgenomen

• Gealkyleerde kwikverbindingen (CH3HG+): zeer giftig, goed opneembaar, kan accumuleren in de hersenen

Voorbeelden:

1. Metallisch kwik

Voorbeeld: Het vloeibare zilveren metaal in oude koortsthermometers of barometers.

• Waarom "niet giftig"? Als je dit vloeibare kwik zou inslikken, wordt minder dan 0,01% opgenomen door je darmen. Het glijdt er letterlijk gewoon doorheen en je poept het weer uit.

• De nuance (belangrijk voor je tentamen!): Het is alleen niet giftig bij inslikken. De damp van metallisch kwik is echter levensgevaarlijk omdat die via de longen (inhalatieroute) wél heel efficiënt wordt opgenomen en direct naar de hersenen gaat.

2. Onoplosbare kwikzouten

Voorbeeld: Vermiljoen (een felrood pigment gebruikt in klassieke schilderkunst) of het mineraal Cinnaber.

• Waarom niet giftig? Toxicologie draait om oplosbaarheid. Omdat deze zouten niet oplossen in water of maagsap, kunnen de kwik-ionen niet vrijkomen om schade aan te richten. Ze passeren het lichaam zonder geabsorbeerd te worden.

3. Vrije kwik-ionen

Voorbeeld: Kwik(II)chloride. Dit werd vroeger gebruikt als ontsmettingsmiddel of in batterijen.

• Waarom giftig maar slecht opgenomen? Deze zouten lossen wél op in water. Als ze eenmaal in je bloed zitten, zijn ze zeer giftig (vooral voor de nieren, waar ze necrose veroorzaken). Echter, omdat ze een lading hebben, gaan ze heel moeilijk door vetachtige celmembranen heen. De opname via de darmen is dus beperkt (ongeveer 7-10%).

4. Gealkyleerde kwikverbindingen (Organisch kwik)

Voorbeeld: Methylkwik in roofvissen zoals tonijn of zwaardvis, en het extreem gevaarlijke Dimethylkwik in laboratoria.

• Waarom zeer giftig en goed opneembaar? Door de koolstofgroep (methyl/ethyl) wordt het molecuul "vermomd" als een vetachtige stof.

• Lipofiliciteit: Het glipt moeiteloos door de darmwand (bijna 100% opname!) en, nog belangrijker, door de bloed-hersenbarrière.

• Accumulatie: In de hersenen bindt het zich aan eiwitten en richt het onherstelbare neurologische schade aan (denk aan de beroemde Minamata-ziekte).

Bloed-hersen-barrière

→ verdediging door “Tight junctions”, Multidrug resistant proteins, astrocyten (gliacellen)