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水银

水银一般指汞,是化学元素,元素符号Hg,在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族,是常温常压下唯一以液态存在的金属。

经验文章 概述

汞是化学元素,元素周期表第80位。俗称水银。还有“白澒、姹女、澒、神胶、元水、铅精、流珠、元珠、赤汞、砂汞、灵液、活宝、子明”等别称。元素符号Hg,在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族,是常温常压下唯一以液态存在的金属(从严格的意义上说,镓(符号Ga,31号元素)和铯(符号Cs,55号元素)在室温下(29.76℃和28.44℃)也呈液态)。汞是银白色闪亮的重质液体,化学性质稳定,不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发,汞蒸气和汞的化合物多有剧毒(慢性)。汞使用的历史很悠久,用途很广泛。在中世纪炼金术中与硫磺、盐共称炼金术神圣三元素。

发现简史

汞在自然界中分布量极小,被认为是稀有金属,但是人们很早就发现了水银。天然的硫化汞又称为朱砂,由于具有鲜红的色泽,因而很早就被人们用作红色颜料。根据殷虚出土的甲骨文上涂有丹砂,可以证明中国在有史以前就使用了天然的硫化汞。

根据中国古文献记载:在秦始皇死以前,一些王侯在墓葬中也早已使用了灌输水银,例如齐桓公葬在今山东临淄县,其墓中倾水银为池。这就是说,中国在公元前7世纪或更早已经取得大量汞。

中国古代还把汞作为外科用药。1973年长沙马王堆汉墓出土的帛书中的《五十二药方》,抄写年代在秦汉之际,是现已发掘的中国最古医方,可能处于战国时代。其中有四个药方就应用了水银。例如用水银、雄黄混合,治疗疥疮等。

东西方的炼金术士们都对水银发生了兴趣。西方的炼金术士们认为水银是一切金属的共同性——金属性的化身。他们所认为的金属性是一种组成一切金属的“元素”。

中国古代汉族劳动人民把丹砂(也就是硫化汞),在空气中煅烧得到汞。但是生成的汞容易挥发,不易收集,而且操作人员会发生汞中毒。中国劳动人民在实践中积累经验,改用密闭方式制汞,有的是密闭在竹筒中,有的是密闭的石榴罐中。

根据西方化学史的资料,曾在埃及古墓中发现一小管水银,据历史考证是公元前16—前15世纪的产物。但中国古代汉族劳动人民首先制得了大量水银。

矿产分布

矿藏

汞是自然生成的元素,见于空气、水和土壤中。

汞是一种剧毒非必需元素,广泛存在于各类环境介质和食物链(尤其是鱼类)中,其踪迹遍布全球各个角落。 

世界汞矿资源量约70万吨,基础储量30万吨。拥有汞储量的主要国家及其基础储量有西班牙9万吨,意大利6.9万吨,中国8.14万吨,吉尔吉斯斯坦4.5万吨。世界汞矿床主要分布在特提斯—喜马拉雅构造带上。汞矿床主要类型为碳酸盐型,其次是碎屑岩型和岩浆岩型。其中碳酸盐型为最主要,占汞矿床的储量的90%。

汞矿产于下寒武统地层中,产出与富集严格受构造、岩石组合及围岩蚀变等综合控制。主矿体呈层状、似层状,亦有顺层透镜状的矿体产出,具明显的层控特征,属层控型矿床,被公认为中国最典型的"层状汞矿床",对国内外汞的勘查与研究具有重要意义。矿石单一,以辰砂为主。产出以星点状、浸染状为主,次为脉状、条带状。矿石选冶性能良好。 

迁移与转化

(一)汞循环是重金属在生态系统中循环的典型,汞以元素状态在水体、土壤、大气和生物圈中迁移和转化。

(二)汞迁移、转化的主要特点:

(1)汞是在生态系统中能完善循环的惟一重金属。汞排入水中后,通过食物链,受汞污染的水中的鱼体内甲基汞浓度可比水中高上万倍。

(2)汞循环显示复杂过程包括:颗粒物的迁移;干、湿物的沉降;火山挥发进入大气;入水沉积污泥中;在细菌作用下生成甲基汞;进入生物体;在生物体内累积。

(3)生物甲基化:在微生物的作用下,金属汞和二价离子汞等无机汞会转化成甲基汞和二甲基汞,这种转化称为汞的生物甲基化作用。

(4)甲基汞易被人体吸收,排出慢,而且毒性大。这是因为甲基汞易溶于脂类中;汞在体内不易分解,由于其分子结构中有碳-汞键不易切断;是高神经毒剂,多在脑部积累。

物理性质

是在常温、常压下唯一以液态存在的金属。熔点-38.87℃,沸点356.6℃,密度13.59克/立方厘米。内聚力很强,在空气中稳定,常温下蒸发出汞蒸气,蒸气有剧毒。天然的汞是汞的七种同位素的混合物。汞微溶于水,在有空气存在时溶解度增大。汞在自然界中普遍存在,一般动物植物中都含有微量的汞,因此我们的食物中,都有微量的汞存在,可以通过排泄、毛发等代谢。

合金:汞容易与大部分普通金属形成合金,这些合金统称汞合金(或汞齐)。能与汞形成合金的金属包括金和银,但不包括铁,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,但不包括锰、铜和锌。其他不易与汞形成合金的元素有铂和其他一些金属。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(毛刷实验),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。

液态:作为金属的汞,在常温下却离奇地以液态存在。相对论收缩效应理论能为这一不寻常的现象提供解释。与金相仿,汞的6s 轨道在收缩的同时并趋于稳定化导致了一种称之为“惰性电子对”效应:汞的6s2壳层在成键过程中呈现惰性。可以看到汞的6s26p激发能远远超过镉和锌的相应激发能。按照一般周期规律能量间隔应随主量子数增加而减小。所以,由锌到镉能量间隔变小在预料之中,然而由镉到汞该能量间隔反而陡然增加。这里可以再次看到正是相对论收缩效应致使全满的6s2壳层安然稳定,于是汞的6s26p能量间隔骤增。只要得不到所需的激发能,具有惰性6s2壳层的汞原子之间就无法形成强键。基态Hg2仅靠范德华力相互维系,所以金属汞在常温下呈液态。

化学性质

溶于硝酸和热浓硫酸,分别生成硝酸汞和硫酸汞,汞过量则出现亚汞盐。能溶解许多金属,形成合金,合金叫做汞齐。化合价为+1和+2。与银类似,汞也可以与空气中的硫化氢反应。汞具有恒定的体积膨胀系数,其金属活跃性低于锌和镉,且不能从酸溶液中置换出氢。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,而+3价的汞化合物不存在。

毒理简介

需要注意的是,微量的液体汞吞食一般是无毒的(有资料称它在生物体内会形成有机化合物),但汞蒸气和汞盐(除了一些溶解度极小的如硫化汞)都是剧毒的,口服、吸入或接触后可以导致脑和肝损伤。使用温度计一般用酒精取代汞,中华人民共和国境内(不包括港澳台地区)使用的温度计仍然在使用汞。中国计划在2015年前逐步禁止汞温度计的使用。

最危险的汞有机化合物是二甲基汞[(CH3)2Hg],仅几微升(10-9m3或10-6dm3或10-3cm3)二甲基汞接触在皮肤上就可以致死。

汞可以在生物体内积累,很容易被皮肤以及呼吸道和消化道吸收。水俣病是汞中毒的一种。汞破坏中枢神经系统,对口、粘膜和牙齿有不良影响。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。

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