Mangaan is geen bijzonder giftig mineraal. In feite, mensen hebben een beetje in hun voeding nodig om gezond te blijven.

Onderzoek aan de Washington University in St. Louis heeft echter aangetoond dat dat in combinatie met bepaalde andere chemicaliën, natuurlijk voorkomend mangaan kan leiden tot grote veranderingen in het water in loden leidingen. Afhankelijk van welke desinfectiemiddelen in het water worden gebruikt, die veranderingen kunnen aanzienlijke, zelfs gevaarlijke, gevolgen hebben.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie .

Het onderzoek richt zich op een unieke vorm van lood, PbO2 of looddioxide (lood in de plus-4 oxidatietoestand). Looddioxide heeft een zeer lage oplosbaarheid in water - het lost niet gemakkelijk op in water alleen. Ook in de natuur komt het niet vaak voor, in tegenstelling tot het meer bekende PbCO3, het loodcarbonaat dat de schubben vormt die zich op pijpen vormen.

"Je vindt PbO . niet ₂ in het milieu omdat er geen sterk oxidatiemiddel is, " zei Daniël Giammar, de Walter E. Browne hoogleraar milieutechniek aan de McKelvey School of Engineering. "Maar goede desinfectiemiddelen zijn vaak goede oxidatiemiddelen."

Chloor is een geweldig ontsmettingsmiddel, zozeer zelfs dat het veel wordt gebruikt in drinkwater in Amerika en over de hele wereld. Het is ook een goed oxidatiemiddel en bevordert de omzetting van loodcarbonaat in looddioxide.

Het blijkt, echter, dat het proces niet bijzonder snel is, een feit dat klopt met sommige real-world systemen, maar, schijnbaar, niet met anderen.

"Als je kijkt naar een systeem met loden leidingen en vrij chloor, dan doe je de berekeningen, je zou verwachten dat iedereen looddioxide op de leidingen zou hebben, ' zei Giammar. 'Maar dat zien we niet. Het zet ons aan het denken:iets anders is van invloed of een bepaald systeem al dan niet met looddioxide op het binnenoppervlak terechtkomt.

"Dat is waar mangaan binnenkomt."

In aanwezigheid van oxidanten, mangaan kan gemakkelijk oxidatietoestanden veranderen; als het mangaan in contact komt met chloor, het is geoxideerd, veranderen in mangaanoxide. Zowel in computermodellen als in experimenten die waterleidingen nabootsten - compleet met kunstmatig kraanwater - ontdekte Giammars laboratorium dat het mangaanoxide fungeerde als een katalysator, het verhogen van de omzettingssnelheid van loodcarbonaat in looddioxide met twee ordes van grootte.

"Het chloor is nog steeds de reactant die de loodconversie aanstuurt, maar het mangaanoxide werkt als een katalysator om het sneller te maken, ' zei Giammar.

Dit onderzoek kan heel goed helpen bij het informeren van de manier waarop andere chemische interacties de snelheid van loodtransformatie beïnvloeden. "Welke andere dingen die geen lood zijn, kunnen deze tarieven beïnvloeden?" vroeg Giammar. "Doen ijzeroxiden het? Aluminium is iets dat we zullen bestuderen, te."

Nader onderzoek naar het begrijpen welke reacties de transformatiesnelheid van lood beïnvloeden en anderszins de beschikbaarheid van lood in water beïnvloeden, zal leiden tot meer dan alleen doorbraken in het laboratorium. Ze zullen reële gevolgen hebben voor de gezondheid.

Neem Washington, DC in 2000, bijvoorbeeld.

De water- en rioleringsautoriteit van het district veranderde van een ontsmettingsmiddel met chloor in een minder sterk ontsmettingsmiddel, chlooramine genaamd, omdat het chloor enkele onaangename bijproducten veroorzaakte. Maar er was een onvoorzien gevolg.

"Toen het waterschap het ontsmettingsmiddel verwisselde, het looddioxide in de leiding was niet meer stabiel, " zei hij. "Het loste snel op en genereerde hoge concentraties lood in het leidingwater."

De gebeurtenissen in D.C. zorgden ervoor dat andere systemen die vrij chloor gebruiken, vragen begonnen te stellen over de vraag of ze zich al dan niet zorgen moesten maken over looddioxide als ze zouden overschakelen op chlooramine. Interessant is dat veel systemen looddioxide waarnemen in de schalen op loden servicelijnen, maar andere systemen niet. Variërende mangaanconcentraties in openbare watersystemen kunnen deze verschillen mogelijk verklaren.

"Hoe je je water gaat behandelen, hangt af van de bron en de samenstelling, ook uw infrastructuur, "Zei Giammar. "Er is geen maat voor iedereen."

Deze ontdekking was een ongeluk.

Het lab deed nog een experiment met kunstmatig kraanwater in loden leidingen en behandelde het met chloor om te zien of ze looddioxide konden creëren.

Ze omvatten stoffen die vaak in kraanwater worden aangetroffen:calcium, magnesium, natrium en chloride. "Er was een nieuwe student die aan het project werkte en, in plaats van magnesium toe te voegen, ze voegde mangaan toe, ' zei Giammar.

Toen werd het raar. "Het water was helder, ineens was het bewolkt en zwart."

Er viel een paar weken veel loodneerslag, maar toen stierf het weg.

"We openden de leidingen en keken, "Zei Giammar. "Oh, we hebben de looddioxide die we probeerden te maken." Het mangaan versnelde het proces alleen maar.