Mercurio (elemento chimico)

Ilmercurioè unelemento chimicocon simboloHgenumero atomico80.
Si tratta di unmetallo di transizionepesante, avente colore argenteo. È uno dei pochi elementi dellatavola periodicaa essereliquidoatemperatura ambiente, insieme albromo.Nomi utilizzati anticamente per indicare il mercurio sonoargento vivo, per la sua mobilità, eidrargirio, dallatinohydrargyrum(Hydrargyrum è il nome da cui derivano le lettere Hg) che a sua volta deriva dalgrecoὑδράργυροςhydrárgyros, composto daὕδωρ, "hýdor" (acqua, nel senso di "liquido") eἄργυρος, "árgyros" (argento), cioè "argento liquido".
Viene principalmente ottenuto perriduzionedelcinabro.
Il mercurio è un metallo di transizione dalla tipica colorazione bianco-argentea. Rispetto ad altri metalli, è un conduttore scarso di calore, ma un buon conduttore di elettricità. Allo stato solido, il mercurio è molto duttile e tenero (si può tagliare con un coltello). Il punto di solidificazione di questo elemento è intorno ai −38,83 °C, mentre il punto di ebollizione si aggira al di sopra dei 356 °C, valori che sono insolitamente bassi per un metallo. Difatti il mercurio è l'unico metallo liquido anche a temperatura ambiente (recentemente si suggerisce l'esistenza allo stato liquido anche dell'elemento successivo del gruppo 12: ilcopernicio).
Sebbene queste caratteristiche siano in parte dovute aeffetti relativisticie di dominio dellafisica quantistica, possiamo riassumere la spiegazione come segue: il mercurio ha una forza di coesione maggiore della forza di adesione, ovvero unaconfigurazione elettronicaunica nella quale gli elettroni riempiono tutti gli orbitali disponibili fino al 6s. Poiché questa configurazione resiste fortemente alla rimozione di un elettrone, il mercurio ha la tendenza a comportarsi quasi come ungas nobileformando legami deboli e fondendo a temperature basse (significa, per l'appunto, che basta una minore agitazione termica per spezzare i legami). Un'ulteriore conferma di questa attitudine insolita deriva dal fatto che il mercurioevaporaformando ungasmonoatomico, proprio come i gas nobili. Si rende dunque necessaria la sua conservazione sottotolueneo altre sostanze che ne impediscano la dispersione nell'ambiente.
La stabilità dell'orbitale 6sè dovuta alla presenza di un orbitale riempito 4f. Infatti sappiamo che gli orbitalifsono abbastanza interni e dunque la loro azione schermante contro la carica nucleare è piuttosto scarsa, dunque il raggio atomico diminuisce (come avviene nellacontrazione lantanoidea). Per gli altri elementi del gruppo (lozincoe ilcadmio) gli alti punti di fusione ed ebollizione sono dovuti alla presenza di un gusciofincompleto.
L'oro, che si trova a sinistra del mercurio nellatavola periodica, è costituito da atomi con un elettrone in meno nell'orbitale 6s. Questi elettroni vengono più facilmente rimossi e sono condivisi tra i vari atomi di oro i quali, in questo caso, possono formare saldi legami metallici.
Il motivo per cui, invece, il mercurio risulta tenero e duttile è da ricercare negli elettroni del gusciodche, essendo completo, difficilmente tende a formare dei legami e quindi i suoi elettroni non vengono messi in gioco.
Il mercurio reagisce con acidi ossidanti come l'acido nitricoe l'acido solforicoconcentrati. Siossidadifficilmente all'aria.
Il mercurio, così come lozincoe ilcadmio, ha due elettronisoltre a un gusciodcompleto, per cui la rimozione degliesè facilitata e permette all'atomo di mercurio di diventare uncationebivalente. Ilnumero di ossidazionetipico e più stabile risulta, perciò, il +2.
Sono noti anche composti cosiddettimercurosi(con stato di ossidazione +1). Tuttavia è bene precisare che loioneHgnon esiste dal momento che i composti mercurosi sono tuttidimeri. Se così non fosse, Hgavrebbe un elettrone spaiato e i suoi composti risulterebberoparamagnetici. Gli esperimenti hanno dimostrato che non accade questo.
La dimostrazione di questa ipotesi parte dal calcolo delle costanti di equilibrio, le quali si possono misurare e ci permettono di riconoscere le specie presenti in soluzione. I composti mercurosi si possono ottenere spesso dai corrispondenti composti mercurici, trattati direttamente con altro mercurio. Prendiamo, ad esempio, lareazione:
ovvero
Secondo lalegge dell'azione di massa di Guldberg e Waage,
Ad ogni modo, i dati sperimentali hanno altresì confermato che ciò non è vero. Proviamo a "ritoccare" la reazione riscrivendola come:
allora, sempre in base alla stessa legge, dovrebbe risultare che:
Questa volta gli esperimenti hanno confermato la teoria e abbiamo ottenuto la prova che gli ioni mercurosi, ovvero quelli a stato di ossidazione +1, sono di tipo (Hg2)o, più elegantemente, (Hg-Hg).
In composti comeHg2Cl2si ritrova quanto appena affermato. In questi ioni, le due specie Hg, con configurazione 6sa causa della rimozione di un e, sono legate insieme usando i loro elettronis,si ottiene uno spaiamento di elettroni che porta alla formazione di composti mercurosi tutti diamagnetici.
Non esistono numeri di ossidazione superiori a +2 per il mercurio poiché la rimozione di un terzo elettrone comporterebbe la distruzione della simmetria del guscio d completo dell'atomo di Hg.Per concludere è bene sottolineare che neglianni settantasi era sparsa la voce della sintesi di un composto di mercurio +3, oggi ritenuta falsa.Nel 2007, invece, è stato pubblicato un articolo nel quale si afferma l'esistenza di un probabile composto di mercurio con numero d'ossidazione +4.
Il mercurio interagisce con altri metalli, tipooroeargento, per formare i cosiddettiamalgami. Ilferroè un'eccezione e fiaschi di ferro sono stati tradizionalmente impiegati, specie durante l'attività estrattiva, per contenere e commerciare il mercurio. Diversi altri metalli della prima serie di transizione, esclusi ilmanganese, ilrame, lozinco, ilplatinoe pochi altri elementi formano sì degli amalgami, ma molto lentamente.
Il mercurio si lega prontamente con l'alluminioper formare un amalgama di Hg-Al se i due metalli puri vengono a contatto. Poiché l'amalgama distrugge lo strato diossido di alluminio(Al2O3) chepassival'alluminio metallico, anche piccole quantità di mercurio sono in grado di danneggiare il metallo in profondità. Per questo motivo è sconsigliato il trasporto di mercurio a bordo diaeromobilia causa del rischio di formazioni di amalgami con parti del velivolo.
Ci sono setteisotopi stabilidel mercurio, di cui il mercurio-202 è il più abbondante (29,86% del totale). L'isotopo più longevo è ilHg con un'emivitadi 444 anni, seguito daHg, con un'emivita di 46-47 giorni. La maggior parte degli altriradioisotopidecadono entro un giorno.Hg eHg sono i nuclei più studiati con la tecnologia NMR.
Il mercurio viene utilizzato principalmente nella preparazione di prodotti chimici industriali e in campo elettrico ed elettronico. Viene usato neibarometri,sfigmomanometri,coulombometri,pompe a diffusionee molti altri strumenti da laboratorio, scelto perché liquido, opaco e di alta densità. Veniva usato anche neitermometriprima di essere eliminato a causa della sua tossicità.
Tra i suoi impieghi in campo elettrico ed elettronico rientrano la realizzazione diinterruttori,elettrodi,pile. In campo medico, l'amalgamadi mercurio con altri metalli è usato per realizzare leotturazionidentali.
Nelle "celle a mercurio" viene utilizzato un elettrodo di mercurio liquido per condurre l'elettrolisidelcloruro di sodioinacqua, per produrreclorogassoso eidrossido di sodio.
Il mercurio è stato usato anche come liquido di raffreddamento in alcuni tipi dicentrale nuclearee per realizzaretelescopiaspecchioliquido.
Il mercurio ha trovato impiego anche nella purificazione dei minerali dioroeargento, attraverso la formazione diamalgami. Questo utilizzo, altamente inquinante e nocivo per l'ambiente e i minatori, è ancora diffuso nelleminiere d'orodel bacino delRio delle Amazzoni, inBrasile.
I vapori di mercurio sono usati in alcuni tipi dilampade a fluorescenza.
Grazie alla elevata tensione superficiale è un liquido che non penetra nelle porosità aperte dei comuni materiali da costruzione. Questo permette di misurare la distribuzione della porosità aperta dei materiali medianteporosimetria a intrusione di mercurio.
Ancora più vasti sono gli utilizzi dei composti chimici del mercurio:catalizzatori,coloranti,insetticidi. Molti degli usi comuni in passato, compresierbicidiefarmaci, sono stati abbandonati per la tossicità del mercurio.
Il mercurio era già noto in tempi antichi inCinaeIndia; fu anche rinvenuto in tombe dell'Antico Egittorisalenti al1500 a.C.In Cina, India eTibetsi riteneva che il mercurio prolungasse la vita, curasse le fratture e aiutasse a conservare la buona salute. Si narra che il primo imperatore della Cina,Qin Shi Huang Di, sia impazzito e quindi morto per l'ingestione di pillole di mercurio che nelle intenzioni avrebbero dovuto garantirgli vita eterna. Gliantichi grecieromanilo usavano negli unguenti e come cosmetico.
Per gli alchimisti, il mercurio era spesso visto come uno deglielementi primordialiche costituiscono la materia; la parola sanscrita per "alchimia" èrasavātamche significa letteralmente "la via del mercurio"; si riteneva che cambiando il tipo e tenore dizolfo, il mercurio poteva essere trasformato in qualsiasi altro metallo, in special modo l'oro.
Il simbolo chimico attuale del mercurio èHge deriva dalla parolahydrargyrum,latinizzazionedel terminegreco`Υδραργυρος(hydrargyros), parola composta dai termini corrispondenti ad "acqua" e "argento", per via del suo aspetto liquido e metallico. L'elemento prese quindi il nome deldio romanoMercurioper via della sua scorrevolezza e mobilità. Dal terminehydrargyrumderivanoidrargirismo, intossicazione cronica da mercurio e idrargirite, minerale più noto col nome dicalomelano.
Tra la seconda metà delXVIII secoloe i primi anni delXIX secolola produzione di cappelli difeltropassava attraverso un processo chiamato "carotatura" che consisteva nell'immergere le pelli di animali in una soluzione color arancione dinitrato mercurico, Hg(NO3)2. Questo processo separava il pelo dalla pelle, compattandolo. La tossicità della soluzione e dei suoi vapori causarono moltissimi casi di avvelenamento tra i fabbricanti di cappelli che si manifestarono con sintomi come tremori, instabilità emotiva, insonnia, demenza e allucinazioni. A tali casi si ispiròLewis Carrollper il personaggio delCappellaio MattoinAlice nel Paese delle Meraviglie.
Il mercurio metallico è l'ingrediente principale dell'amalgama d'argento, materiale composito a matrice metallica peruso odontoiatrico. La tossicità dell'amalgama è oggetto di controversia sin dall'introduzione; in tempi recenti è sempre più spesso sostituito da materiali alternativi, principalmente resine composite ecementi vetroionomerici.
Molti dei composti del mercurio sono stati usati nei secoli scorsi a scopo terapeutico e profilattico. Oggi sono molto meno diffusi, data la maggiore consapevolezza dei loro effetti tossici.
Ilcloruro mercuroso(noto anche come "calomelano") e ilmersalilesono stati usati tradizionalmente comediuretico,disinfettantelocale elassativo. Ilcloruro mercurico(o "sublimato corrosivo") era usato anch'esso come disinfettante, nonché nel trattamento dellasifilide, anche se gli effetti collaterali erano tali da andare a confondersi con i sintomi della malattia stessa.
Disinfettanti locali per uso esterno a base di sali di mercurio (ad esempio il "Mercurocromo") trovano ancora impiego in numerose nazioni, benché in altre siano stati messi al bando.
Il mercurio è un elemento raro nellacrosta terrestre, presente in ragione di solo 0,08ppm. Tuttavia, a causa di una sua relativa inerzia nel combinarsi con gli altri elementi chimici della crosta terrestre, i suoi minerali sono particolarmente ricchi, arrivando a contenere mercurio fino al 2,5% (persino i giacimenti più poveri hanno una concentrazione di mercurio dello 0,1%, 12 000 volte maggiore della concentrazione media). Ciò fa del mercurio uno dei metalli meno onerosi da purificare. È abbastanza certo che le ultime miniere di mercurio sfruttabili siano state scoperte inAlgeriaa metà deglianni settanta; da allora la produzione mondiale annua di mercurio è scesa da 9 000 tonnellate all'anno alle attuali 1 600 tonnellate all'anno.
Si trova raramente comemetallo nativoe più spesso nelcinabro, nellacorderoite, nellalivingstonitee in altri minerali. Il cinabro (chimicamentesolfuro mercurico, HgS) è il più comune di essi. Il metallo è estratto perarrostimentodel cinabro in aria e successiva condensazione dei vapori
I maggiori produttori odierni sono laSpagna, ilKirghizistan, laCinae ilTagikistan. Dalle miniere diHuancavelica, inPerù, sono state estratte nel corso di tre secoli oltre 100 000 tonnellate di metallo, sin dall'apertura delle miniere nel 1563. Il mercurio peruviano fu essenziale per la produzione dell'argento nelle colonie spagnole d'America. Vi sono indizi che miniere di cinabro erano attivamente sfruttate inCina, inAsia Minore, inPerùgià due o tre millenni fa.
Molte delle miniere che inItalia,Slovenia,Stati UnitieMessicocontribuivano alla maggior parte della produzione mondiale sono oggi esaurite o comunque non più coltivate in quanto antieconomiche. L'Italia, per esempio, con le miniere delMonte Amiatae alcuni giacimenti in Alta Versilia nella zona diLeviglianieRetignano(Toscana) (e fino al 1943 diPostumia) ha avuto fino aglianni cinquantadelsecolo scorsoun ruolo predominante nella produzione del mercurio. Oggi esiste un museo minerario adAbbadia San Salvatore, paese dove avveniva in prevalenza l'estrazione del mercurio dal suo minerale (cinabro) mentre un altro museo minerario si trova a Santa Fiora. IlMuseo delle Miniere di Mercurio del Monte AmiataaSanta Fiora, situato al piano terreno delPalazzo Sforza Cesarini, ripropone le vicende legate all'attività mineraria traOttocentoeNovecentoe fornisce ampia documentazione sulle tecniche di estrazione sin dai tempi più antichi, sugli strumenti usati e sui siti minerari dell'intera zona.
Nel 2012 l'UNESCOha iscritto nella lista delpatrimonio mondiale dell'umanitài siti delpatrimonio del mercurio di Almadén ed Idria.
NOTA: dati degli Stati Uniti non pubblicati.
Il mercurio è fortemente tossico; l'introduzione nell'organismo può avvenire sia per ingestione, sia per inalazione dei vapori, sia per semplice contatto (è in grado di attraversare la pelle). Per quanto riguarda il mercurio elementare (il metallo liquido), il rischio maggiore di intossicazione acuta è legato ai vapori, in quanto l'assorbimento cutaneo è trascurabile, così come anche quello intestinale. Discorso diverso invece per i sali di mercurio, più facilmente assumibili attraverso la catena alimentare. La forma più pericolosa per la salute umana è comunque quella organica (principalmentemetilmercurio) presente nel pesce ed altri alimenti, che vengono assorbiti ed accumulati con maggiore efficienza dai tessuti
La tossicità del mercurio è nota sin dall'antichità: iRomanierano infatti a conoscenza dei sintomi nervosi dell'esposizione all'elemento. Le fonti storiche di allora citano cheMitridate, re del Ponto, era uso prevenire i potenziali tentativi di avvelenamento attraverso un filtro composto da una cinquantina di sostanze naturali. E tra queste sostanze vi erano sia il mercurio sia l'arsenico. NelMedioevo, gli alchimisti furono attratti dalle proprietà dell'elemento e la sua tossicità era già nota da essere utilizzato per avvelenamenti; alcuni indizi spingono a ritenere cheNapoleone,Ivan il TerribileeCarlo II d'Inghilterrasiano morti per avvelenamento da mercurio.
Nell'età moderna, la tossicità del mercurio e i suoi effetti nocivi sulla salute della mente si fecero palesi in particolare nell'Inghilterradell'Ottocento, quando disordini mentali si diffusero tra i produttori di cappelli, che utilizzavano grandi quantità dell'elemento per lavorare ilfeltro. La diffusione di tali sintomi ispirò con tutta probabilità lo scrittore e matematicoLewis Carrollnell'ideazione della figura delCappellaio Matto, resa celebre dal romanzoAlice nel Paese delle Meraviglie.
Nella storia recente si ricorda il disastro ambientale nella baia diMinamataprovocato da metilmercuriali. Tracce di mercurio sono state trovate nei fondali adiacenti ai grossi impianti petrolchimici. La contaminazione è dovuta alle acque di scarico derivanti dalle vecchie celle a mercurio delprocesso cloro-soda.
La fonte principale di assunzione di mercurio è formata dal cibo, oltre agli impieghi negli antisettici, nelle vernici, nelle cere per pavimenti, nei lucidanti per mobili, negli ammorbidenti e nei filtri per i condizionatori di aria.
Studi rigorosi sulla tossicità dell'elemento, in ogni caso, presero il via solo all'inizio delNovecento. Da ricordare il testoI pericoli dei vapori di mercurio e dell'amalgama(titolo originaleDie Gefährlichkeit des Quecksilberdampfes,1926) delchimicotedescoAlfred Stock, che poté studiare gli effetti acuti dell'esposizione al mercurio in seguito a un accidentale rovesciamento nel suo studio di un flacone colmo dell'elemento.
È stato più volte ipotizzato che alcuni sali di mercurio in particolare ilThimerosal, utilizzati nella preparazione dei vaccini, possano avere un ruolo, mai tuttavia dimostrato, nell'insorgenza dei disturbiautistici. Sebbene ilThimerosalfaccia uso dicomposti organo-mercuriali(e non dimetilmercurio) che l'organismo umano riesce a metabolizzare, negliStati Uniti, nell'Unione europeae in alcuni altri paesi viene progressivamente eliminato dai vaccini a uso pediatrico, per ridurre la potenziale sovra-esposizione al mercurio nei bambini.
Il metilmercurio in particolare renderebbe l'organismo incapace di provvedere alla disintossicazione deimetalli pesanti, che si accumulerebbero così nell'organismo con grave effettoneurotossico, inoltre anche l'attività di alcuni enzimi verrebbe seriamente compromessa e si originerebbero così gravi scompensi metabolici, inoltre induceatassia,insonnia,parestesie, restringimento del campo visivo,disartria,ipoacusia.
Il mercurio presente nelle otturazioni dentali inamalgama(di coloreargenteo) è stato accusato di una serie di interazioni con l'organismo capaci di indurre patologie di varia natura. La quantità di studi sempre più ampi effettuati sulla popolazione sembra però confermare l'assenza di pericoli significativi, evidenza ribadita da tutte le maggiori istituzioni mediche. Organismi internazionali che si occupano di salute pubblica come l'OMS e l'Unione europea, nel quadro di una progressiva limitazione all'uso del mercurio per rischi ambientali consigliano comunque un suo utilizzo limitato, privilegiando materiali alternativi quando possibile, in particolare su soggetti potenzialmente vulnerabili come bambini e donne in gravidanza.
Il consumo di pesce è la più importante causa di esposizione all'ingestione di mercurio negli animali e negli esseri umani.Alcuni grandi pesci, come iltonno azzurroe ilpesce spada, possono contenere alti livelli del metallo per il fenomeno delbioaccumulo, in conseguenza del fatto che si tratta di pesci in cima allacatena alimentare marina; un grande consumo di questi prodotti ittici può comportare l'instaurarsi diavvelenamento da mercurio. LaFDAraccomanda per determinate categorie di persone, ovvero bambini più piccoli, madriallattantie donne che potrebbero cominciare unagravidanza,di non consumare alla settimana più di 340 grammi di prodotti ittici con basso contenuto di mercurio (comegamberetti,tonnoin scatola,salmone,merluzzoepesce gatto); nel caso di pesci a maggior contenuto di mercurio, come iltonno alalunga, e nel caso di pesce pescato amatorialmente in acque non considerate sicure, il consumo massimo settimanale è dimezzato (170 grammi); sono da evitare, inoltre, i grandi pesci, comesqualoepesce spada.
Il grave problema della tossicità ambientale del mercurio ha portato ad una serie di iniziative da parte di organismi nazionali ed internazionali che si occupano di tutela dell'ambiente e salute pubblica, impegnati per una sua progressiva eliminazione dai cicli produttivi in ogni sua forma. Nel 2013 questi sforzi si sono concretizzati nellaConvenzione di Minamata sul mercurio, un accordo internazionale firmato da più di cento Paesi che prevede l'introduzione progressiva di una serie di misure di contenimento, per arrivare nel 2020 alla messa al bando totale di alcuni dispositivi, tra cui batterie, lampade a fluorescenza e cosmetici.
L'Unione europeaè a sua volta impegnata sullo stesso obiettivo, avendo nel 2005 fissato un programma in più punti (EU mercury strategy) in cui si indicavano una serie di misure volte alla diminuzione progressiva dell'uso del mercurio in ogni sua forma.
A partire dal 3 aprile2009iltermometroa mercurio, a causa della sua tossicità, è stato bandito dal mercato italiano, secondo quanto previsto da una direttiva dell'Unione europea,attuata con l'emanazione deldecreto ministerialedel 30 luglio2008.
Come alternativa si sono quindi diffusi i termometri digitali, o termometri a liquido contenentigalinstano.
Si ottengono generalmente per ossidazione dei composti mercurosi; il potenziale Hg2/2Hgè pari a0,911V.