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汞   80Hg
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外觀
銀色


汞的原子光譜
概況
名稱·符號·序數 汞(Mercury)·Hg·80
元素類別 過渡金屬
·週期· 12·6·d
標準原子質量 200.59(2)
電子排布

[ Xe ] 4f14 5d10 6s2
2, 8, 18, 32, 18, 2

汞的电子層(2, 8, 18, 32, 18, 2)
歷史
發現 古代中國人及印度人(西元前2000年)
物理性質
物態 液體
密度 (接近室温
13.534 g·cm−3
熔點 234.32 K,-38.83 °C,-37.89 °F
沸點 629.88 K,356.73 °C,674.11 °F
臨界點 1750 K,172.00 MPa
熔化熱 2.29 kJ·mol−1
汽化熱 59.11 kJ·mol−1
比熱容 27.983 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 315 350 393 449 523 629
原子性質
氧化態 4, 2(昇汞), 1(亞汞)
(弱鹼性
電負性 2.00(鲍林标度)
電離能

第一:1007.1 kJ·mol−1
第二:1810 kJ·mol−1

第三:3300 kJ·mol−1
原子半徑 151 pm
共價半徑 132±5 pm
范德華半徑 155 pm
雜項
晶體結構

三方

汞具有三方晶體結構
磁序 抗磁性[1]
電阻率 (25 °C)961n Ω·m
熱導率 8.30 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)60.4 µm·m−1·K−1
聲速 (液體,20 °C)1451.4 m·s−1
CAS號 7439-97-6
最穩定同位素

主条目:汞的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
194Hg 人造 444 電子捕獲 0.040 194Au
195Hg 人造 9.9小時 電子捕獲 1.510 195Au
196Hg 0.15% >2.5×1018 α 2.0273 192Pt
β+β+ 0.8197 196Pt
197Hg 人造 64.14小時 電子捕獲 0.600 197Au
198Hg 9.97% 穩定,带118个中子
199Hg 16.87% 穩定,带119个中子
200Hg 23.1% 穩定,带120个中子
201Hg 13.18% 穩定,带121个中子
202Hg 29.86% 穩定,带122个中子
203Hg 人造 46.612 β 0.492 203Tl
204Hg 6.87% 穩定,带124个中子
用於量測氣壓的水銀柱氣壓計中的水銀儲存槽。

是化学元素,俗稱水銀,亦可寫作化学符号Hg原子序数80,是種密度大、銀白色、室温下為液態過渡金属,為d区元素。常用來製作溫度計。在相同條件下,除了汞之外是液體的元素只有會在比室溫稍高的溫度下熔化。汞的凝固點是−38.83 °C,沸點是356.73 °C,汞是所有金屬元素中液態溫度範圍最小的。

汞在全世界的矿产中都有产出,主要来自朱砂硫化汞)。摄入或吸入的朱砂粉尘都是剧毒的。汞中毒还能由接触可溶解于水的汞(例如氯化汞甲基汞),吸入汞蒸气或者食用被汞污染的海产品或吸食入汞化合物引起中毒。

汞可用于溫度計氣壓計壓力計血壓計、浮閥、水銀開關和其他裝置,但是汞的毒性導致汞溫度計和血壓計在醫療上正被逐步淘汰,取而代之的是酒精填充,鎵、銦、錫合金填充,數碼的或者基於電熱調節器的溫度計和血壓計。汞仍被用于科學研究和補牙的汞合金材料。汞也被用于發光。螢光燈中的電流通过汞蒸氣產生波長很短的紫外線,紫外線使螢光體发出螢光,從而產生可見光

歷史[编辑]

在公元前1500年的埃及墓中人们就找到了汞。

在古代中国,汞被认为可以延长生命,治疗骨折和保持健康,尽管人们现在已经知道汞会导致严重的健康损害。据史记记载,秦始皇的陵墓中以汞为水,流动在他统治的土地的模型中。秦始皇死于服用炼金术士配制的汞和玉石粉末的混合物,汞和玉粉导致了肝衰竭,汞中毒和脑损害,而它们本来是为了让秦始皇获得永生的。中国古代妇女还曾经采用口服少量汞的方式进行避孕

古希腊人曾将汞用于油膏中,古埃及人古罗马人把它加入化妆品中,但有时这样的化妆品会导致脸部变形。在玛雅文明的大城市拉玛奈中,人们在一个中美洲球场里的记号下面发现了一池子的水银。在公元前500年左右的,汞已经用于制造与其他金属的合金了。

中國宋朝曾将汞用于酷刑

18世纪和19世纪中汞用来将做毡帽的动物皮上的毛去掉,这在许多制帽工人中导致了脑损伤。

盘尼西林出现以前,水银也曾一度用于治疗梅毒

炼金术士认为汞是形成其他所有金属的第一物质。他们认为不同的金属可由汞中包含的不同质量和含量的硫来生成。最纯的金属是,而人们需要汞来实现不纯的金属(基础金属)到金的转变,这种转变也是很多炼金术士的目标。现代化学中,Hg是汞的符号,它来自人造的拉丁词hydrargyrum,其词根来自希腊语Ύδραργυρος(hydrargyros),这个词的两个词根分别表示“水”(Hydro)和“银”(argyros),由于汞与水一样是液体,又像银一样闪亮。在西方,人们用罗马神墨丘利来命名汞,墨丘利以他的速度和流动性著名。汞也与水星有关,天文学中水星的符号就是炼金术士给汞的符号“☿”;而英语中水星和汞的名称也相同。炼金术在梵文中叫Rasavātam,意思是“汞的方式”。汞是唯一一种炼金术士给的名字变成现在常用的名称的金属。

自从两千五百年前从西班牙阿尔马登开始采汞矿以来,它和意大利阿米塔山和现在的斯洛文尼亚伊德里亚一直是主要的汞矿来源,直到19世纪末发现了新的汞矿。

来源[编辑]

汞是地壳中相当稀少的一种元素,含量只有0.08ppm。因为汞的化学性质,它不易与地壳主量元素成矿,所以考虑到汞在普通岩石中的含量,汞矿中的汞是极为富集的。品位最高的汞矿有2.5%的质量是汞,即使品位最低的也有0.1%,是地壳中含量的12000倍。汞罕见于金属单质,常见于朱砂氯硫汞矿硫汞锑矿和其他矿物,其中以朱砂最为常见。汞矿一般形成于非常新的造山带,这里高密度的岩石被推至地壳。汞矿常见于温泉和其他火山地区。

大约世界上50%的汞来自西班牙意大利,其他主要产地是斯洛维尼亚俄罗斯和北美。朱砂在流动的空气中加热后其中的汞可以还原,温度降低后汞凝结,这是生产汞的最主要的方式。

1554年,人们发明了用汞从银矿中提取银的混汞法(Patio Process)。从1558年开始,汞成为了西班牙和它的美洲殖民地的重要资源。混汞法被广泛用于新西班牙和秘鲁的银矿。起初,西班牙王室在阿尔马登的矿负责提供所有殖民地所需的汞。后来人们在美洲发现了汞矿。在1953年秘鲁的万卡韦利卡地区发现汞矿之后的三个世纪中,该地区开采了超过十万吨汞。混汞法和之后发明的盘内汞化法(Pan-amalgamation)对汞有巨大需求,以便提取银矿中的银,这种情况一直持续到19世纪晚期。

意大利美国墨西哥的汞矿曾经供给了全世界大部分的汞,现在这些矿已被完全开采。在斯洛文尼亚伊德里亚西班牙阿尔马登,汞矿因为汞的价格下跌而被关闭。内华达的麦克德米特是美国最后一个汞矿,于1992年关闭。汞的价格波动十分剧烈,在2006年一个76磅(34.46千克)烧瓶的汞价格是650美元。

朱砂在空气流中被加热,发生如下反应:HgS + O2 → Hg + SO2 然后凝结蒸汽以提取汞。

2005年,中国是出产汞最多的国家,占全球市场的三分之二,吉尔吉斯斯坦次之。其他国家被认为从一些未被记录的来源产出了汞,比如电解炼铜的过程和对废水的提炼。

欧盟的指令要求到2012年紧凑型荧光灯变成强制性要求。这一点促使中国重新开采朱砂矿以满足制造紧凑型荧光灯对汞的需求。于是汞对环境的影响又成为了关注的焦点,尤其是南方的佛山广州等城市和西南的贵州省。

废弃的汞矿往往有成堆的有害的朱砂的煅烧灰。从这些地方流过的水是很大的生态破坏的来源。旧的汞矿可能可以重建以再利用。1976年,加州圣塔克拉拉郡购买了历史上的阿尔马登汞矿,在进行了深入的安全和环保分析之后,郡政府在原来的汞矿上面建立了一座公园。

特性[编辑]

物理性质[编辑]

导热性能差,而导电性能较佳。对于d区金属而言,汞的沸点非常低。对于这个性质的完整解释需要非常深入量子物理的领域,但是可以简述如下:汞的核外电子排布很特别,电子填满了所有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s、5p、5d和6s亚层。由于这样的电子排布强烈地阻止汞原子失去电子,所以汞的性质与稀有气体类似,会形成弱的分子间作用力,以至于固体非常容易熔化。6s亚层的稳定性是源于全满的4f亚层。f亚层会微弱地屏蔽原子核的电荷,这些电荷会增加原子核对6s亚层的库仑引力(参考镧系收缩)。缺少填满的内层f亚层是沸点相对高的原因,尽管这两种金属还是很容易熔化的,而且它们的沸点也是非常低的。另一方面,在元素周期表中紧邻汞的左边的,原子中比汞原子少一个6s电子。金原子中的电子就容易失去和在各个金原子中共用并形成比较强的金属键。

汞通常作为电学测量标准(国际上1欧姆的定义为:273.15K和100kPa时,横截面积为1mm,长度为100.630cm质量为14.4521g的水银柱的电阻是1欧姆)[來源請求]

商業上有關汞的交易,通常以一燒瓶的容量為單位,約重34.5公斤

化学性质[编辑]

汞不与大多数的酸反应,例如稀硫酸;但是氧化性酸,例如浓硫酸、浓硝酸和王水可以溶解汞并形成硫酸盐、硝酸盐和氯化物。与银类似,汞也可以与空气中的硫化氢反应。汞还可以与粉末状的硫反应,这一点被用于处理汞泄露以后吸收汞蒸气的工具里(也有用活性炭和锌粉的)。汞具有恒定的体积膨胀系数,其金属活跃性低于,且不能从溶液中置换出。一般汞化合物的化合价是+1或+2,+4价的汞化合物只有四氟化汞[2][3]而+3价的汞化合物不存在[4]

合金[编辑]

汞容易与大部分普通金属形成合金,这些汞合金统称汞齊。能与汞形成合金的金属包括,但不包括,所以铁粉一直以来被用于置换汞。其他一些第一行的过渡金属难于形成合金,但不包括。其他不易与汞形成合金的元素有和其他一些金属。钠汞齐是有机合成中常用的还原剂,也被用于高压钠灯中。当汞和铝的纯金属接触时,它们易于形成铝汞齐,因为铝汞齐可以破坏防止继续氧化金属铝的氧化层(类似铁锈),所以即使很少量的汞也能严重腐蚀金属铝。出于这个原因,绝大多数情况下,汞不能被带上飞机,因为它很容易与飞机上暴露的铝质部件形成合金而造成危险。

同位素[编辑]

汞有七种稳定的同位素,其中最丰富的是Hg-202(29.86%),寿命最长的放射性同位素是Hg-194(半衰期444年)和Hg-203(半衰期46.612天)。Hg-199和Hg-201是最常用的核磁共振原子核,它们的自旋分别是1⁄2和3⁄2。

化合物[编辑]

汞的常見化合物有:

汞的有机化合物也很重要。甲基汞是一种经常在河流或湖泊中被發現的很危险的污染物。

实验发现在电弧惰性气体可以与汞蒸气发生相互作用(并未真正发生化学反应)。这些包合物(HgNe、HgAr、HgKr和HgXe)以范德华力相连。

汞主要有两种氧化态,+1价和+2价。更高的氧化态不常见,在极不寻常的条件下也能产生,比如氟化汞HgF4.

+1价汞的化合物 与同组的锌和镉不同的是,汞一般通过金属键形成简单稳定的化合物。大多数+1价汞的化合物是反磁性的,并且形成二聚离子Hg22+。稳定化合物包括盐酸盐和硝酸盐。+1价汞的络合物可以与强络合剂反应,例如硫离子和氰根离子等,发生歧化,生成Hg2+和单质汞。氯化亚汞,又名甘汞,无色固体,化学式为Hg2Cl2,原子的连接方式为Cl-Hg-Hg-Cl.它是电化学中的一种标准物质。它可与氯气反应生成氯化汞。氢化亚汞,无色气体,化学式为HgH,其中没有汞-汞键。汞原子易于与自身结合,形成多原子分子。线性的汞原子链在中心,形成带正电的集团。例如Hg32+(AsF6-)2.

毒性[编辑]

纯汞有,其化合物和的毒性多数非常高,口服、吸入或接触后可以导致损伤,故今天的温度计大多数使用酒精取代汞,但因其精确度高,一些医用温度计仍然使用汞。

標準氣溫和氣壓下,纯汞最大的危险是它很容易氧化而产生氧化汞,氧化汞容易形成小颗粒从而加大它的表面积

虽然纯汞比其化合物的毒性低,但它依然是一种很危险的污染物,因为它在生物体内会形成有机化合物。

最危险的汞有机化合物是二甲基汞(C2H6Hg),仅数微升接触在皮肤上就可以致死。

硫化汞是毒性較低的化合物。

汞可以在生物体内积累,很容易被皮肤以及呼吸道消化道吸收。水俣病是汞中毒的一种。汞破坏中枢神经系統,对粘膜牙齿有不良影响。长时间暴露在高汞环境中可以导致脑损伤和死亡。尽管汞沸点很高,但在室内温度下饱和的汞蒸气已经达到了中毒剂量的数倍。

因此在操作汞时要特别小心。盛汞的容器要特别防止它溢出或蒸发,加热汞一定要在一个通风和过滤良好的罩子下进行。此外,有些汞的化合物会自动还原为纯汞,而纯汞则会蒸发,这往往会被忽视。

在污染嚴重的地區,汞可能會隨雨水落下。大氣中大部分的汞來自東亞。[1]

應用[编辑]

溫度計中的汞
各式各樣的日光燈

汞最常用的應用是造工業用化學藥物以及在電子或電器產品中獲得應用。汞還用於溫度計,尤其是在測量高溫的溫度計。越来越多的氣態汞仍用於製造日光燈,而很多的其他應用都因影響健康和安全的問題而被逐漸淘汰,取而代之的是毒性弱但贵很多的Galinstan合金。除此之外汞之用途還有:

牙醫學[编辑]

汞齊牙齒填補物

汞和它的化合物一直被用于药物,尽管现在不如以前那么常见了,因为现在汞和它的化合物的毒性已经被更广泛地知晓。汞是一種製成牙齒填補物的重要元素。硫柳汞是一种用于疫苗中的有机物防腐剂,尽管它的使用已被禁止。另一种汞化合物,汞溴红,是一种局部外用的消毒剂,用于微小切口和表面创伤;在某些国家它仍被使用。

化妝品[编辑]

硫柳汞(Thiomersal)廣泛用於製造染眉毛膏。在2008年,美國明尼蘇達州成為美國第一個禁止在化妝品中加入汞的州。

法規[编辑]

2013年10月10日,由联合国环境规划署主办的“汞条约外交会议”在日本熊本市表决通过了旨在控制和减少全球汞排放的《水俣公约》。该公约的名字是为了纪念在熊本市发现的水俣病。87个国家和地区的代表共同签署了公约。[5]

美國[编辑]

美国国家环境保护局负责汞污染的控制和管理。有几个法律赋予了EPA这项权利,其中包括空气清洁法Clean Air Act (United States)),水体清洁法Clean Water Act),资源保护和回收法Resource Conservation and Recovery Act)和饮水安全法Safe Drinking Water Act)。此外,1996年通过的含汞电池和可充电电池管理法Mercury-Containing and Rechargeable Battery Management Act)中要求逐步淘汰汞在电池的使用,并提供了多种类型的废旧电池的经济有效的处理方式。[6]1995年的统计数据中,北美地区的汞排放量约占全球的11%。[7]

歐盟[编辑]

欧盟,限制在电气和电子设备中使用有害物质的指令(参见危害性物质限制指令)要求在某些电子电器和电子产品中禁止使用汞,而在其他产品中也有汞含量不得超过1000ppm的限制(其附表中亦針對照明光源,如螢光燈管、HID等,訂定分階段實施之更嚴格的汞含量限制)。[8] 包装中汞的含量有一定的限制(汞,六价铬的总和限制为100ppm),并且电池中这些物质的极限为5ppm(鈕扣型電池<2%)。[9]2007年7月起,欧盟也禁止汞在非电测量设备的使用,如温度计和气压计。这项禁令只适用于新设备,医疗机构将获得豁免,并包含了一个给气压计制造商的两年宽限期。[10]

挪威[编辑]

2008年1月1日,挪威頒布對於汞在製造業上的使用和汞產品的進出口行為完全禁止的法令。[11]在2002年,某些挪威的湖泊被發現受到汞污染。[12]

2008年,挪威環境部部長Erik Solheim表示汞是其中一種最具危險性的環境毒素,而目前已有更好汞代替物,因此汞的使用將被禁止。[13]

瑞典[编辑]

瑞典从2009年开始禁止汞的使用。[14] [15]

丹麥[编辑]

丹麦从2008年起在牙科中禁止使用汞齐。[13]

台灣[编辑]

在台灣有關食用油脂的食品衛生管理標準中,汞的最大容許量為0.05 ppm。[16]

參考資料[编辑]

  1. ^ "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds" in Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  2. ^ High Oxidation States: Mercury tetrafluoride synthesized. 
  3. ^ Elusive Hg (IV) species has been synthesized under cryogenic conditions. 2007-10-12. 
  4. ^ Riedel, S.; Kaupp, M. The highest oxidation states of the transition metal elements. Coordination Chemistry Reviews. 2009, 253 (5–6): 606. doi:10.1016/j.ccr.2008.07.014.  编辑
  5. ^ 联合国《水俣公约》在日本熊本签署. 人民网. 2013-10-10 [2013-10-11]. 
  6. ^ Mercury: Laws and regulations. 美国国家环境保护局. April 16, 2008 [2008-05-30]. 
  7. ^ Reductions in Mercury Emissons. en:International Joint Commission on the en:Great Lakes. 
  8. ^ Directive on the Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment. 2002/95/EC.  Article 4 Paragraph 1. e.g. "Member States shall ensure that, from July 1, 2006, new electrical and electronic equipment put on the market does not contain lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls (PBB) or polybrominated diphenyl ethers (PBDE)."
  9. ^ Mercury compounds in European Union:. EIA Track. 2007 [2008-05-30]. 
  10. ^ Jones H. EU bans mercury in barometers, thermometers. Reuters. July 10, 2007 [2008-05-30]. 
  11. ^ Norway to ban mercury. EU Business. December 21, 2007 [2008-05-30]. (原始内容存档于2008-01-21). 
  12. ^ Berg, T; Fjeld, E; Steinnes, E. Atmospheric mercury in Norway: contributions from different sources. The Science of the total environment. 2006, 368 (1): 3–9. doi:10.1016/j.scitotenv.2005.09.059. PMID 16310836. 
  13. ^ 13.0 13.1 Banning Mercury Amalgam in the United States (PDF). [2014-02-07]. 
  14. ^ Sweden to ban mercury - The Local. Thelocal.se. [2014-02-07]. 
  15. ^ Sweden may be forced to lift ban on mercury - The Local. Thelocal.se. [2014-02-07]. 
  16. ^ 食品藥物消費者知識服務網–食品法規條文查詢. Consumer.fda.gov.tw. 2013-08-20 [2014-02-07]. 

参考[编辑]

外部連結[编辑]

  • 水銀 Shui Yin 中藥標本數據庫 (香港浸會大學中醫藥學院) (繁体中文)(英文)