【试剂课堂】元素周期表-汞

汞的介绍

简介

　　英文：[Chemistry] mercury (Hg)

　　汞(mercury，Hg)，又称水银，在各种金属中，汞的熔点是最低的，只有-38.87℃，也是唯一在常温下呈液态并易流动的金属。比重13.595，蒸气比重6.9。它的化学符号来源于拉丁文，原意是“液态银”。

制造

有关金属汞的生产很多，例如汞矿的开采与汞的冶炼，尤其是土法火式炼汞，对空气、土壤、水质都有污染；用热汞法生产危害更大。


用途

　　汞的无机化合物如硝酸汞(Hg(NO3)2)、升汞(HgCl2)、甘汞(Hg2Cl2)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、氧化汞(HgO)、氰化汞(Hg(CN)2)等，用于汞化合物的合成，或作为催化剂、颜料、涂料等；有的还作为药物，口服、过量吸入其粉尘及皮肤涂布时均可引起中毒。此外，雷汞(Hg(ONC)2.1/2H2O)用于制造雷管等。

元素序号：80

　　元素符号：Hg

　　元素名称：汞

　　元素原子量：200.6

　　原子体积：(立方厘米/摩尔) 14.82

　　元素在太阳中的含量:(ppm) 0.02

　　元素在海水中的含量:(ppm) 0.00000033 （ 太平洋表面 ）

　　地壳中含量：（ppm） 0.05

　　电子层排布：2、8、18、32、18、2

　　氧化态：

　　Main Hg+2

　　Other Hg+1

　　声音在其中的传播速率：（m/S） 1451.4

晶胞参数：

　　a = 300.5 pm

　　b = 300.5 pm

　　c = 300.5 pm

　　α = 70.520°

　　β = 70.520°

　　γ = 70.520°

　　电离能 (kJ /mol)

　　M - M+ 1007

　　M+ - M2+ 1809

　　M2+ - M3+ 3300

　　M3+ - M4+ 4400

　　M4+ - M5+ 5900

　　M5+ - M6+ 7400

　　M6+ - M7+ 9100

　　M7+ - M8+ 11600

　　M8+ - M9+ 13400

　　M9+ - M10+ 15300

元素描述

　　是在正常大气压力的常温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。银白色液体金属。内聚力很强，在空气中稳定。蒸气有剧毒。溶于硝酸和热浓硫酸，但与稀硫酸、盐酸、碱都不起作用。能溶解许多金属。化合价为+1和+2。汞的七种同位素的混合物。具有强烈的亲硫性和亲铜性，即在常态下，很容易与硫和铜的单质化合并生成稳定化合物，因此在实验室通常会用硫单质去处理撒漏的水银。

元素来源

　　界中主要有辰砂矿（HgS），也有少量的自然汞。常用辰沙矿加少许碳在空气中加热而制得。

元素用途

　　于制造科学测量仪器（如气压计、温度计等）、药物、催化剂、汞蒸气灯、电极、雷汞等。

　　汞的用途较广，在总的用量中，金属汞^[1]的占30％，化合物状态的汞约占70％。冶金工业常用汞齐法（汞能溶解其它金属形成汞齐）提取金、银和铊等金属。化学工业用汞作阴极以电解食盐溶液制取烧碱和氯气。汞是制造汞弧整流器、水银真空泵、新型与酒精、浓硝酸溶液混合加热制成的。汞的一些化合物在医药上有消毒、利尿和镇痛作用，汞银合金是良好的牙科材料。在中医学上，汞用作治疗恶疮、疥癣药物的原料。汞可用作精密铸造的铸模和原子反应堆的冷却剂以及镉基轴承合金的组元等。

　　元素辅助资料：汞在自然界中分布量最小，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，可以证明我国在有史以前就使用了天然的硫化汞。

同位素

　　汞有七种稳定的同位素，其中最丰富的是Hg-202（26.86%），寿命比较长的放射性同位素有Hg-194（半衰期444年）和Hg-203（半衰期46.612天），其他放射性同位素的半衰均小于一天。

　　根据我国古文献记载：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，我国在公元前6世纪或更早已经取得大量汞。

　　我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有《五十二药方》。抄写年代在秦汉之际，是现已发掘的我国最古医方，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”。 我国古代劳动人民把丹砂，也就是硫化汞，在空气中烧得到汞：HgS + O2 ——→ Hg + SO2；但是生成的汞容易挥发，不易搜集，而且操作人员会发生汞中毒。我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。但我国古代劳动人民首先制得了大量水银。

　　水俣病其实就是汞中毒，也就是重金属中毒，最早的记载是在日本，当然了很早以前也是有记载的，日本记载是在1953-1956年间，有一个叫水吴湾的地方的日本人都是耳聋眼瞎外加精神失常，那地方的猫也一个个的向河里跳。

　　汞很易蒸发到空气中引起危害，因为:1、在0℃时已蒸发，气温愈高，蒸发愈快愈多;每增加10℃蒸发速度约增加1.2～1.5倍，空气流动时蒸发更多。2、汞不溶于水，可通过表面的水封层蒸发到空气中。3、粘度小而流动性大，很易碎成小汞珠，无孔不入地留存于工作台、地面等处的缝隙中，既难清除，又使表面面积增加而大量蒸发，形成二次污染源。4、地面、工作台、墙壁十天花板等的表面都吸附汞蒸气，有时，汞作业车间移作它用，仍残留有汞危害的问题。工人衣着及皮肤上的污染可带到家庭中引起危害。

为什么汞在常温下呈液态？　　



原子中，电子在核的一旁飞快地运动。在核电荷数很大的原子即重原子中，强大的核电荷役使内层电子运动速度快到堪与光速相比，相对论效应影响随即而生。不过，由于原子、分子的化学性质主要由价电子决定，以致直到1970 年之前人们还普遍认为相对论纯属于物理界的事，同化学没什么关系。


　　70 年代末，出现了超级计算机，含相对论效应的量子化学计算方法顿作劲疾发展。从此相对论同化学之间的直接联系得以洞识，人们的看法也为之一改。本文所介绍的一些研究结果旨在表明：相对论效应对重原子以及含重原子的分子、原子簇的化学、光谱性质具有实质影响。

　　相对论效应源自重原子内层电子的运动速度。当内层s 电子的运动速度达到堪与光速相比的程度时, 根据Einstein 相对论公式，电子的质量会相应增加并引起内层电子轨道收缩。

　　例如：金的1s 电子的运动速度达到了光速的65%。相对论效应造成1s 轨道的收缩同时致使外层的6s 轨道也发生收缩并趋于稳定。正是由于6s 轨道的收缩及稳定化使得金的5d 同6s 之间的能带间隙变狭到仅为214eV ，而银的4d 同5s 的能带间隙却高达315eV 。于是，金在可见光范围内吸收蓝光，闪烁出黄灿灿的金色。这迥异于一般金属的金黄色正是相对论效应造成6s 轨道收缩从而对金的颜色起了重要影响的反映。

表现出相对论效应影响的另一例子是汞的状态。作为金属的汞在常温下却离奇地以液态存在。

　　上述的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(n s2) 1S- (n s1np 1) 1P 应随主量子数增加而减小。

　　所以，由锌到镉能量间隔变小原在预料之中。然而由镉到汞该能量间隔一反而陡然增加。

　　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。

汞中毒　　

汞为银白色的液态金属，常温中即有蒸发。汞中毒（mercurypoisoning）以慢性为多见，主要发生在生产活动中，长期吸入汞蒸气和汞化合物粉尘所致。以精神-神经异常、齿龈炎、震颤为主要症状。大剂量汞蒸气吸入或汞化合物摄入即发生急性汞中毒。对汞过敏者，即使局部涂沫汞油基质制剂，亦可发生中毒。接触汞机会较多的有汞矿开采，汞合金冶炼，金和银提取，汞整流器，以及真空泵、照明灯、仪表、温度计、补牙汞合金、雷汞、颜料、制药、核反应堆冷却剂和防原子辐射材料等的生产工人。有机汞化合物以往主要用作农业杀菌剂，但毒性大，我国已不再生产和使用。


　　水银是常温下惟一呈液态的金属，含有它的用品一旦被打碎，水银就会蒸发。而且，它的吸附性特别好。水银蒸气易被墙壁和衣物等吸附，成为不断污染空气的源头。虽然少量吸入它不会对身体造成太大的危害，但长期大量吸入，则会造成汞中毒。汞中毒分急性和慢性两种：急性中毒有腹痛、腹泻、血尿等症状；慢性中毒主要表现为口腔发炎、肌肉震颤和精神失常等。　在我们的日常生活中，有不少用品与水银有关。比如，各类荧光灯中都含有水银；一些暖水瓶为了减少热辐射，外壁涂有水银；早期的镜子背面涂有水银；电脑显示器等电子产品中也含有一定量的水银；氧化汞还被用作电池的阳极，如果长时间不使用，电池里所含的酸、碱等腐蚀性物质就会破坏外壁，导致汞泄漏提醒大家，如果不小心弄破了以上物品，处理时一定要小心，不要和其他垃圾混在一起倾倒。否则，水银会进入水体、土壤中，通过食物链，最终会危害到人类健康。

　　郝凤桐说，含有水银的用品一旦被打破，水银会形成球体滚落。这时，要先关掉室内所有加热装置，打开窗户通风；然后带上手套，用小铲子把水银收集起来深埋，或在上面撒些硫磺粉末，硫和汞反应能生成不易溶于水的硫化汞，危害会大大降低。由于水银在常温下即可蒸发成气态，很容易被吸入呼吸道，引起中毒，所以，处理散落在地的水银时最好带上口罩。