Tài liệu Nguyên tố Thủy ngân

Nguyên tố Thủy ngân vàng – thủy ngân – tali Cd Hg Cn Thông tin chung Tên, Ký hiệu, Số Thủy ngân, Hg, 80 Dãy hóa học Kim loại chuyển tiếp Nhóm, Chu kỳ, Khối 12 (IIB), 6, d Tỷ trọng, Độ cứng lỏng 13.579 kg/m3 rắn ở −39 °C 15.600 kg/m3 1,5 Mohs Màu Trắng bạc Tập tin:Hg,80b.jpg Các thuộc tính Khối lượng nguyên tử 200,59 u Bán kính nguyên tử (calc.) 150 (171) pm Bán kính cộng hóa trị 149 pm Bán kính van der Waals 155 pm Cấu hình electron [Xe]4f14 5d10 6s2 e- trên mức năng lượng 2, 8, 18, 32, 18, 2 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 2, 1 (bazơ nhẹ) Cấu trúc tinh thể Lăng trụ xiên Các thuộc tính vật lý Trạng thái Lỏng (nghịch từ) Nhiệt độ nóng chảy 234,32 K (−37,89 °F) Nhiệt độ sôi 629,88 K (674,11 °F) Thể tích phân tử 14,09 cm3/mol Nhiệt bay hơi 59,229 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 2,295 kJ/mol Điểm ba trạng thái 234,32 K, 0,2 mPa Vận tốc âm thanh 1407 m/s ở 20 °C Linh tinh Độ điện âm 2,00 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng 140 J/(kg·K) Độ dẫn điện 1,041x106/Ω.m Độ dẫn nhiệt 8,34 W/(m•K) Năng lượng ion hóa thứ nhất 1007.1 kJ/mol Năng lượng ion hóa thứ hai 1810 kJ/mol Năng lượng ion hóa thứ ba 3300 kJ/mol Các đồng vị ổn định nhất iso NA Bán rã DM DE MeV DP Hg194 {TH} 444 y ε 0,040 Au194 Hg195 {TH} 9,9 h ε 1,510 Au195 Hg196 0,15% Ổn định với 116 nơtron Thủy ngân, là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Hg (từ tiếng Hy Lạp hydrargyrum, tức là thủy ngân (hay nước bạc)) và số nguyên tử 80. Là một kim loại chuyển tiếp nặng có ánh bạc, thủy ngân là một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở nhiệt độ thường. Thủy ngân được sử dụng trong các nhiệt kế, áp kế và các thiết bị khoa học khác. Thủy ngân thu được chủ yếu bằng phương pháp khử khoáng chất thần sa. Hg197 {TH} 64,14 h ε 0.600 Au197 Hg198 9,97% Bền với 118 nơtron Hg199 16,87% Bền với 119 nơtron Hg200 23,1% Bền với 120 nơtron Hg201 13,18% Bền với 121 nơtron Hg202 29,86% Bền với 122 nơtron Hg203 {TH} 46,612 ngày β- 0,492 Tl203 Hg204 6,87% Bền với 124 nơtron Các đơn vị SI & STP được dùng nếu không nói rõ. Thuộc tính Thủy ngân. Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt. Thủy ngân tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, bao gồm vàng, nhôm và bạc, đồng nhưng không tạo với sắt. Do đó, người ta có thể chứa thủy ngân trong bình bằng sắt. Telua cũng tạo ra hợp kim, nhưng nó phản ứng rất chậm để tạo ra telurua thủy ngân. Hợp kim của thủy ngân được gọi là hỗn hống. Kim loại này có hệ số nở nhiệt là hằng số khi ở trạng thái lỏng, hoạt động hóa học kém kẽm và cadmium. Trạng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +1 và +2. Rất ít hợp chất trong đó thủy ngân có hóa trị +3 tồn tại. Thủy ngân rất độc, có thể gây chết người khi bị nhiễm độc qua đường hô hấp. Ứng dụng Thủy ngân được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các hóa chất,trong kỹ thuật điện và điện tử. Nó cũng được sử dụng trong một số nhiệt kế. Các ứng dụng khác là:  Máy đo huyết áp chứa thủy ngân (đã bị cấm ở một số nơi).  Thimerosal, một hợp chất hữu cơ được sử dụng như là chất khử trùng trong vaccin và mực xăm (Thimerosal in vaccines).  Phong vũ kế thủy ngân, bơm khuyếch tán, tích điện kế thủy ngân và nhiều thiết bị phòng thí nghiệm khác. Là một chất lỏng với tỷ trọng rất cao, Hg được sử dụng để làm kín các chi tiết chuyển động của máy khuấy dùng trong kỹ thuật hóa học.  Điểm ba trạng thái của thủy ngân, -38,8344 °C, là điểm cố định được sử dụng như nhiệt độ tiêu chuẩn cho thang đo nhiệt độ quốc tế (ITS-90).  Trong một số đèn điện tử.  Hơi thủy ngân được sử dụng trong đèn hơi thủy ngân và một số đèn kiểu "đèn huỳnh quang" cho các mục đích quảng cáo. Màu sắc của các loại đèn này phụ thuộc vào khí nạp vào bóng.  Thủy ngân được sử dụng tách vàng và bạc trong các quặng sa khoáng.  Thủy ngân vẫn còn được sử dụng trong một số nền văn hóa cho các mục đích y học dân tộc và nghi lễ. Ngày xưa, để chữa bệnh tắc ruột, người ta cho bệnh nhân uống thủy ngân lỏng (100-200 g). Ở trạng thái kim loại không phân tán, thủy ngân không độc và có tỷ trọng lớn nên sẽ chảy trong hệ thống tiêu hóa và giúp thông ruột cho bệnh nhân. Các sử dụng linh tinh khác: chuyển mach điện bằng thủy ngân, điện phân với cathode thủy ngân để sản xuất NaOH và clo, các điện cực trong một số dạng thiết bị điện tử, pin và chất xúc tác, thuốc diệt cỏ (ngừng sử dụng năm 1995), thuốc trừ sâu, hỗn hống nha khoa, pha chế thuốc và kính thiên văn gương lỏng. Lịch sử Người Trung Quốc và Hindu cổ đại đã biết tới thủy ngân và nó được tìm thấy trong các ngôi mộ cổ Ai Cập có niên đại vào khoảng năm 1500 TCN. Tại Trung Quốc, Ấn Độ và Tây Tạng, việc sử dụng thủy ngân được cho là kéo dài tuổi thọ, chữa lành chỗ gãy và duy trì một sức khỏe tốt. Người Hy Lạp cổ đại sử dụng thủy ngân trong thuốc mỡ và người La Mã sử dụng nó trong mỹ phẩm. Vào khoảng năm 500 TCN thủy ngân đã được sử dụng để tạo các hỗn hống với các kim loại khác. Từ Rassayana trong tiếng Ấn Độ có nghĩa là giả kim thuật còn có nghĩa là ‘con đường của thủy ngân’ Các nhà giả kim thuật thông thường nghĩ rằng thủy ngân là vật chất khởi đầu để các kim loại khác được tạo ra. Các kim loại khác nhau có thể được sản xuất bởi các lượng và chất khác nhau của lưu huỳnh chứa trong thủy ngân. Khả năng chuyển thủy ngân thành kim loại khác phụ thuộc vào "chất lượng thủy ngân thiết yếu" của các kim loại. Tinh khiết nhất trong số đó là vàng, và thủy ngân là thiết yếu để biến đổi của các kim loại gốc (hay không tinh khiết) thành vàng. Đây là nguyên lý và mục đích cơ bản của giả kim thuật, xét cả về phương diện tinh thần hay vật chất. Hg là ký hiệu hóa học ngày nay cho thủy ngân. Nó là viết tắt của Hydrargyrum, từ Latinh hóa của từ Hy Lạp Hydrargyros, là tổ hợp của 2 từ 'nước' và 'bạc' — vì nó lỏng giống như nước, và có ánh kim giống như bạc. Trong ngôn ngữ châu Âu, nguyên tố này được đặt tên là Mercury, lấy theo tên của thần Mercury của người La Mã, được biết đến với tính linh động và tốc độ. Biểu tượng giả kim thuật của nguyên tố này cũng là biểu tượng chiêm tinh học cho Thủy Tinh. Từ giữa thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 19, một công nghệ gọi là "carroting" được sử dụng trong sản xuất mũ phớt. Da động vật được ngâm vào trong dung dịch màu da cam của hợp chất nitrat thủy ngân, Hg(NO3)2•2H2O. Công nghệ này tách lông ra khỏi con da và cuộn chúng lại với nhau. Dung dịch này và hơi của nó rất độc. Việc sử dụng chất này đã làm cho một loạt các nhà sản xuất mũ ngộ độc thủy ngân. Triệu chứng của nó là run tay chân, dễ xúc cảm, mất ngủ, hay quên và ảo giác. Tháng 12 năm 1941, Dịch vụ sức khỏe cộng đồng Mỹ đã cấm sử dụng thủy thủy ngân trong sản xuất mũ. Nha khoa Thủy ngân nguyên tố là thành phần chính trong hỗn hống nha khoa. Tranh luận xung quanh các ảnh hưởng sức khỏe từ việc sử dụng hỗn hống thủy ngân bắt đầu kể từ khi nó được đưa vào sử dụng ở phương Tây, khoảng 200 năm trước. Năm 1843, Hiệp hội các nha sĩ Mỹ, lo ngại về ngộ độc thủy ngân, đã yêu cầu các thành viên ký cam kết bảo đảm không sử dụng hỗn hống. Năm 1859, Hiệp hội nha khoa Mỹ (ADA) đã được các nha sĩ (tin rằng hỗn hống là an toàn và hiệu quả) thành lập. ADA, "tiếp tục tin rằng hỗn hống là lựa chọn có giá trị, an toàn đối với các bệnh nhân nha khoa" như đã viết ra trong tuyên bố về hỗn hống nha khoa của họ. Năm 1993, Dịch vụ sức khỏe cộng đồng Mỹ báo cáo rằng "việc bơm hỗn hống giải phóng một lượng nhỏ hơi thủy ngân", nhưng nhỏ tới mức nó "không chỉ ra to các hiệu ứng bất lợi cho sức khỏe nào". Năm 2002, California trở thành bang đầu tiên cấm sử dụng việc bơm hỗn hống trong tương lai(có hiệu lực từ năm 2006). Cho đến thời điểm năm 2005, tranh cãi xung quanh hỗn hống nha khoa vẫn còn tiếp diễn. Y tế Thủy ngân đã được sử dụng để chữa bệnh trong hàng thế kỷ. Clorua thủy ngân (I) và clorua thủy ngân (II) là những hợp chất phổ biến nhất. Thủy ngân được đưa vào điều trị giang mai sớm nhất vào thế kỷ 16, trước khi có các chất kháng sinh. "Blue mass", viên thuốc nhỏ chứa thủy ngân, đã được kê đơn trong suốt thế kỷ 19 đối với hàng loạt các triệu chứng bệnh như táo bón, trầm cảm, sinh đẻ và đau răng (National Geographic). Trong đầu thế kỷ 20, thủy ngân được cấp phát cho trẻ em hàng năm như là thuốc nhuận tràng và tẩy giun. Nó là bột ngậm cho trẻ em và một số vacxin có chứa chất bảo quản Thimerosal (một phần là etyl thủy ngân) kể từ những năm 1930 (Báo cáo của FDA). Clorua thủy ngân (II) là chất tẩy trùng đối với các bác sĩ, bệnh nhân và thiết bị. Thuốc và các thiết bị chứa thủy ngân tiềm ẩn nhiều nguy hiểm, mặc dù chúng đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ. Nhiệt kế và huyết áp kế chứa thủy ngân đã được phát minh trong thế kỷ 18 và 19, trong đầu thế kỷ 21, việc sử dụng chúng đã giảm và bị cấm ở một số quốc gia, khu vực và trường đại học. Năm 2002, Thượng viện Mỹ đã thông qua sắc luật cấm bán nhiệt kế thủy ngân không theo đơn thuốc. Năm 2003, Washington và Maine trở thành các bang đầu tiên cấm các thiết bị đo huyết áp có chứa thủy ngân (HCWH News release). Năm 2005, các hợp chất thủy ngân được tìm thấy ở một số dược phẩm quá mức cho phép, ví dụ các chất tẩy trùng cục bộ, thuốc nhuận tràng, thuốc mỡ trên tã chống hăm, các thuốc nhỏ mắt hay xịt mũi. Cục quản lý thuốc và thực phẩm (FDA) có "dữ liệu không đủ để thiết lập sự thừa nhận chung về tính an toàn và hiệu quả" của thành phần thủy ngân trong các sản phẩm này (Code of federal regulations). Phổ biến Quặng thủy ngân Là một nguyên tố hiếm trong vỏ Trái Đất, thủy ngân được tìm thấy hoặc như là kim loại tự nhiên (hiếm thấy) hay trong chu sa, corderoit, livingstonit và các khoáng chất khác với chu sa (HgS) là quặng phổ biến nhất. Khoảng 50% sự cung cấp toàn cầu đến từ Tây Ban Nha và Ý, và phần lớn số còn lại từ Slovenia, Nga và Bắc Mỹ. Kim loại thu được bằng cách đốt nóng chu sa trong luồng không khí và làm lạnh hơi thoát ra. Hợp chất Các muối quan trọng nhất là:  Clorua thủy ngân (I) (calomen và đôi khi vẫn được sử dụng trong y học).  Clorua thủy ngân (II) (là một chất có tính ăn mòn mạnh, thăng hoa và là chất độc cực mạnh)  Fulminat thủy ngân, (ngòi nổ sử dụng rộng rãi trong thuốc nổ),  Sulfua thủy ngân (II) (màu đỏ thần sa là chất màu chất lượng cao),  Selenua thủy ngân (II) chất bán dẫn,  Telurua thủy ngân (II) chất bán dẫn và  Telurua cadmi thủy ngân là những vật liệu dùng làm đầu dò tia hồng ngoại. Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân cũng là quan trọng. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy sự phóng điện làm cho các khí trơ kết hợp với hơi thủy ngân. Các hợp chất này được tạo ra bởi các lực van der Waals và kết quả là các hợp chất như HgNe, HgAr, HgKr và HgXe. Methyl thủy ngân là hợp chất rất độc, là chất gây ô nhiễm thủy sinh vật. Đồng vị Có 7 đồng vị ổn định của thủy ngân với 202Hg là phổ biến nhất (29,86%). Các đồng vị phóng xạ bền nhất là 194Hg với chu kỳ bán rã 444 năm, và 203Hg với chu kỳ bán rã 46,612 ngày. Phần lớn các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày. Vấn đề môi trường Lượng thủy ngân trong khí quyển ở sông băng Fremont trong 270 năm qua. Tỷ lệ lắng đọng của thủy ngân trước thời kỳ công nghiệp từ khí quyển có thể nằm trong khoảng 4 ng/L ở miền tây nước Mỹ. Mặc dù có thể coi nó như là mức phơi nhiễm tự nhiên, nhưng nó có ảnh hưởng đáng kể. Sự phun trào núi lửa có thể tăng nồng độ trong khí quyển từ 4–6 lần. [1] Thủy ngân đi vào môi trường như một chất gây ô nhiễm từ các ngành công nghiệp khác nhau:  Các xí nghiệp sử dụng than làm nhiên liệu là nguồn lớn nhất (40% trong khí thải của Mỹ năm 1999, tuy nhiên đã giảm khoảng 85%). [2]  Các công nghệ trong công nghiệp: o Sản xuất clo, thép, phốtphat & vàng o Luyện kim o Sản xuất & sửa chữa các thiết bị điện tử o Việc đốt hay vùi lấp các chất thải đô thị  Các ứng dụng y học, kể cả trong quá trình sản xuất và bảo quản vacxin. o Nha khoa o Công nghiệp mỹ phẩm  Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm liên quan đến các hợp chất của thủy ngân và lưu huỳnh. Thủy ngân cũng đi vào môi trường theo đường xử lý một số sản phẩm nào đó. Các sản phẩm có chứa thủy ngân bao gồm: các bộ phận của ô tô, pin, đèn huỳnh quang, các sản phẩm y tế, nhiệt kế và máy điều nhiệt.[3]. Vì các vấn đề liên quan tới sức khỏe (xem dưới đây), các cố gắng giảm sử dụng các chất độc là cắt giảm hoặc loại bỏ thủy ngân trong các sản phẩm đó. Ví dụ, phần lớn các nhiệt kế sử dụng rượu nhuộm màu thay cho thủy ngân. Các nhiệt kế thủy ngân thỉnh thoảng vẫn được sử dụng trong y khoa hay các ứng dụng khoa học do chúng có độ chính xác cao hơn của nhiệt kế rượu và có khoảng đo cao hơn, mặc dù cả hai đang được thay thế dần bằng các nhiệt kế điện tử. Một trong những thảm họa công nghiệp tồi tệ nhất trong lịch sử là thải các hợp chất thủy ngân vào vịnh Minamata, Nhật Bản. Tập đoàn Chisso, một nhà sản xuất phân hóa học và sau này là công ty hóa dầu, đã bị phát hiện là chịu trách nhiệm cho việc gây ô nhiễm vịnh này từ năm 1932 đến 1968. Người ta ước tính rằng trên 3.000 người đã có những khuyết tật nào đó hay có triệu chứng ngộ độc thủy ngân nặng nề hoặc đã chết vì ngộ độc nó, từ đó nó trở thành nổi tiếng với tên gọi thảm họa Minamata. Các hiệu ứng sức khỏe & môi trường Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó là rất độc và là nguyên nhân gây ra các tổn thương não và gan khi con người tiếp xúc, hít thở hay ăn phải. Nguy hiểm chính liên quan đến thủy ngân nguyên tố là ở STP, thủy ngân có xu hướng bị ôxi hóa tạo ra Ôxít thủy ngân - khi bị rớt xuống hay bị làm nhiễu loạn, thủy ngân sẽ tạo thành các hạt rất nhỏ, làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt một cách khủng khiếp. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ qua da, các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Các hợp chất vô cơ ít độc hơn so với hợp chất hữu cơ của thủy ngân. Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ trong các cơ thể sinh vật. Một trong những hợp chất độc nhất của nó là đimêtyl thủy ngân, là độc đến đến mức chỉ vài micrôlít rơi vào da có thể gây tử vong. Một trong những mục tiêu chính của các chất độc này là enzym pyruvat dehiđrôgenat (PDH). Enzym bị ức chế hoàn toàn bởi một vài hợp chất của thủy ngân, thành phần gốc axít lipoic của phức hợp đa enzym liên kết với các hợp chất đó rất bền và vì thế PDH bị ức chế. Chứng bệnh Minamata là một dạng ngộ độc thủy ngân. Thủy ngân tấn công hệ thần kinh trung ương và hệ nội tiết và ảnh hưởng tới miệng, các cơ quai hàm và răng. Sự phơi nhiễm kéo dài gây ra các tổn thương não và gây tử vong. Nó có thể gây ra các rủi ro hay khuyết tật đối với các thai nhi. Không khí ở nhiệt độ phòng có thể bão hòa hơi thủy ngân cao hơn nhiều lần so với mức cho phép, cho dù nhiệt độ sôi của thủy ngân là không thấp. Thông qua quá trình tích lũy sinh học mêtyl thủy ngân nằm trong chuỗi thức ăn, đạt đến mức tích lũy cao trong một số loài như cá ngừ. Sự ngộ độc thủy ngân đối với con người là kết quả của việc tiêu thụ lâu dài một số loại lương thực, thực phẩm nào đó. Các loài cá lớn như cá ngừ hay cá kiếm thông thường chứa nhiều thủy ngân hơn các loài cá nhỏ, do thủy ngân tích lũy tăng dần theo chuỗi thức ăn. Các nguồn nước tích lũy thủy ngân thông qua quá trình xói mòn của các khoáng chất hay trầm tích từ khí quyển. Thực vật hấp thụ thủy ngân khi ẩm ướt nhưng có thể thải ra trong không khí khô [4]. Thực vật và các trầm tích trong than có các nồng độ thủy ngân dao động mạnh. Êtyl thủy ngân là sản phẩm phân rã từ chất chống khuẩn thimerosal và có hiệu ứng tương tự nhưng không đồng nhất với mêtyl thủy ngân. Cảnh báo & Quy định Thủy ngân cần được tiếp xúc một cách cực kỳ cẩn thận. Các đồ chứa thủy ngân phải đậy nắp chặt chẽ để tránh rò rỉ và bay hơi. Việc đốt nóng thủy ngân hay các hợp chất của nó phải tiến hành trong điều kiện thông gió tốt và người thực hiện phải đội mũ có bộ lọc khí. Ngoài ra, một số ôxít có thể bị phân tích thành thủy ngân, nó có thể bay hơi ngay lập tức mà không để lại dấu vết. Vì các ảnh hưởng tới sức khỏe trong phơi nhiễm thủy ngân, các ứng dụng thương mại và công nghiệp nói chung được điều tiết ở các nước công nghiệp. Tổ chức y tế thế giới (WHO), OSHA và NIOSH đều thống nhất rằng thủy ngân là nguy hiểm nghề nghiệp và đã thiết lập các giới hạn cụ thể cho các phơi nhiễm nghề nghiệp. Ở Mỹ, giới hạn thải ra môi trường được EPA quy định.