Thủy ngân

Tính chất vật lý

Thủy ngân là một kim loại lỏng nặng, màu trắng bạc. So với các kim loại khác, nó là một chất dẫn nhiệt kém, nhưng là một chất dẫn điện khá tốt.
Nó có điểm đóng băng −38,83 °C và điểm sôi là 356,73 °C,  thấp nhất so với bất kỳ kim loại ổn định nào, mặc dù các thí nghiệm sơ bộ về copernixi và flerovi đã chỉ ra rằng chúng có điểm sôi thấp hơn (copernixi là nguyên tố dưới thủy ngân trong bảng tuần hoàn, đi theo xu hướng giảm điểm sôi xuống ở nhóm 12). Khi đóng băng, khối lượng thủy ngân giảm 3,59% và mật độ của nó thay đổi từ 13,69 g/cm³ khi ở trạng thái lỏng đến 14.184 g/cm³ khi ở trạng thái rắn. Hệ số giãn nở thể tích là 181,59 × 10 ⁶ tại 0 °C, 181,71 × 10 ⁶ ở 20 °C và 182,50 × 10 ⁶ ở 100 °C (tính trên mỗi °C). Thủy ngân rắn dễ uốn và và có thể cắt được bằng dao.
Một lời giải thích đầy đủ về tính biến động cực đoan của thủy ngân đi sâu vào lĩnh vực vật lý lượng tử, nhưng có thể tóm tắt như sau: thủy ngân có cấu hình electron duy nhất trong đó các electron lấp đầy tất cả các 1, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, và 6 subshells. Do cấu hình này chống lại việc loại bỏ electron mạnh mẽ, thủy ngân hoạt động tương tự như các khí hiếm, tạo thành liên kết yếu và do đó tan chảy ở nhiệt độ thấp.
Sự ổn định của vỏ electron 6s là do sự hiện diện của vỏ 4f đã đầy. Một lớp vỏ f sàng lọc kém điện tích hạt nhân làm tăng tương tác Coulomb hấp dẫn của vỏ 6s và hạt nhân (xem sự co lại của lantan). Sự vắng mặt của lớp vỏ f bên trong là lý do khiến nhiệt độ nóng chảy của cadimi và kẽm cao hơn một chút, mặc dù cả hai kim loại này vẫn dễ dàng tan chảy và còn có điểm sôi thấp bất thường.

Tính chất hóa học

Thủy ngân không phản ứng với hầu hết các axit, chẳng hạn như axit sunfuric loãng, mặc dù các axit oxy hóa như axit sunfuric đậm đặc và axit nitric hoặc nước cường toan hòa tan nó để tạo ra các muối thủy ngân sunfat, nitrat và clorua. Giống như bạc, thủy ngân phản ứng với hydro sunfua trong khí quyển. Thủy ngân phản ứng với các mảnh lưu huỳnh rắn, được sử dụng trong bộ dụng cụ xử lý tràn thủy ngân để hấp thụ thủy ngân (bộ dụng cụ tràn cũng sử dụng than hoạt tính và kẽm bột).

Hỗn hống

Thủy ngân hòa tan nhiều kim loại như vàng và bạc để tạo thành hỗn hống. Sắt là một ngoại lệ, và bình sắt thường được sử dụng để lưu trữ và buôn bán thủy ngân. Một số kim loại chuyển tiếp hàng đầu tiên khác ngoại trừ mangan, đồng và kẽm cũng có khả năng chống lại sự hình thành hỗn hống. Các nguyên tố khác không dễ dàng tạo thành hỗn hống với thủy ngân bao gồm bạch kim. Hỗn hống natri là một chất khử phổ biến trong tổng hợp hữu cơ, và cũng được sử dụng trong đèn natri cao áp.
Thủy ngân dễ dàng kết hợp với nhôm để tạo thành hỗn hống nhôm thủy ngân khi hai kim loại nguyên chất tiếp xúc với nhau. Vì hỗn hống phá hủy lớp oxit nhôm bảo vệ nhôm kim loại khỏi bị oxy hóa sâu (như trong rỉ sắt), ngay cả một lượng nhỏ thủy ngân cũng có thể ăn mòn nhôm nghiêm trọng. Vì lý do này, thủy ngân không được phép mang lên máy bay trong hầu hết các trường hợp vì nguy cơ nó hình thành một hỗn hống với các bộ phận nhôm tiếp xúc trong máy bay.
Ô nhiễm thủy ngân là loại ô nhiễm kim loại lỏng phổ biến nhất.

Đồng vị

Có bảy đồng vị thủy ngân ổn định, với ²⁰²Hg là phong phú nhất (29,86%). Các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu nhất là ¹⁹⁴Hg với chu kỳ bán rã là 444 năm và  ²⁰³Hg với chu kỳ bán rã 46,612 ngày. Hầu hết các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã ít hơn một ngày.  ¹⁹⁹Hg và ²⁰¹Hg là các đồng vị được nghiên cứu thường xuyên nhất được nghiên cứu, có spin là ¹⁄₂   và ³⁄₂ tương ứng.

Lịch sử

Thủy ngân được tìm thấy trong các ngôi mộ Ai Cập có từ năm 1500 TCN.  
Ở Trung Quốc và Tây Tạng, việc sử dụng thủy ngân được cho là kéo dài sự sống, chữa lành gãy xương và duy trì sức khỏe nói chung, mặc dù hiện nay người ta biết rằng việc tiếp xúc với hơi thủy ngân dẫn đến những ảnh hưởng xấu nghiêm trọng đến sức khỏe.  Hoàng đế đầu tiên của Trung Quốc, Tần Thủy Hoàng được chôn cất trong một ngôi mộ chứa một dòng sông thủy ngân chảy trên mô hình vùng đất mà ông cai trị, đại diện của các con sông của Trung Quốc. Ông đã bị giết bằng cách bị cho uống một loại thủy ngân và hỗn hợp ngọc bích được các nhà giả kim nước Tần tạo ra (gây suy gan, ngộ độc thủy ngân và chết não ), với ý định giúp cho Hoàng đế trường sinh bất lão.   Khumarawayh ibn Ahmad ibn Tulun, người cai trị Tulunid thứ hai của Ai Cập (cai trị từ năm 884 đến năm 896), được biết đến với sự ngông cuồng và hoang phí của mình, đã xây dựng một lưu vực chứa đầy thủy ngân, trên đó ông sẽ nằm trên những chiếc đệm đầy không khí và ngủ trên đó.  
Vào tháng 11 năm 2014, "lượng lớn" thủy ngân đã được phát hiện trong một buồng 60 feet bên dưới kim tự tháp 1800 năm tuổi được gọi là "Đền thờ con rắn lông vũ", "kim tự tháp lớn thứ ba của Teotihuacan ", Mexico cùng với "tượng ngọc", báo đốm còn lại, một hộp chứa đầy vỏ sò và quả bóng cao su. "

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 XVIII đến giữa thế kỷ XIX, 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 da động vật 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 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 gây ra các hiệu ứng bất lợi cho sức khỏe nào". Năm 2002, California trở thành bang đầu tiên cấm sử dụng việc bơm hỗn hống (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 XVI, trước khi có các chất kháng sinh. "Blue mass", viên thuốc nhỏ chứa thủy ngân, đã được kê đơn trong suốt thế kỷ XIX đối với hàng loạt các triệu chứng bệnh như táo bón, trầm cảm, sinh đẻ và đau răng. Trong đầu thế kỷ XX, 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. 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 XVIII và XIX, trong đầu thế kỷ XXI, 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. 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.

Phổ biến

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 thần 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.

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.

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.người tiếp xúc nên trang bị mặt nạ phòng độc,áo liền quần có mũ bằng nhựa(coverall suit),găng tay,kính bảo hộ,kính che mặt
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.