English
Tiếng Việt
Thủy ngân là gì? Ứng dụng của Mercury trong sản xuất
Thủy ngân là gì?
Thủy ngân (Mercury) là một nguyên tố hóa học; nó có ký hiệu Hg và số nguyên tử 80. Nó thường được gọi là thủy ngân. Là một nguyên tố khối d nặng, màu bạc, thủy ngân là nguyên tố kim loại duy nhất được biết là ở dạng lỏng ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn; nguyên tố duy nhất khác ở dạng lỏng trong những điều kiện này là brom, một trong các halogen, mặc dù các kim loại như xêzi, gali và rubidi nóng chảy ngay trên nhiệt độ phòng.
Thủy ngân tồn tại trong các mỏ trên khắp thế giới chủ yếu dưới dạng chu sa (thủy ngân sunfua). Sắc tố đỏ son được tạo ra bằng cách nghiền chu sa tự nhiên hoặc thủy ngân sunfua tổng hợp.
Tiếp xúc với thủy ngân và các hợp chất hữu cơ chứa thủy ngân gây độc cho hệ thần kinh, hệ miễn dịch và thận của người và các động vật khác; ngộ độc thủy ngân có thể xảy ra do tiếp xúc với các dạng thủy ngân hòa tan trong nước (như thủy ngân clorua hoặc metyl thủy ngân) trực tiếp hoặc thông qua cơ chế phóng đại sinh học.
| Tính chất chung | |
| Tên, ký hiệu | Thủy ngân, Hg |
| Phiên âm | /ˈmɜːrkjəri/ hoặc /ˈmɜːrkəri/ MER-k(y)ə-ree cách khác /ˈkwɪksɪlvər/ hoặc /haɪˈdrɑːrdʒrəm/ hye-DRAR-ji-rəm |
| Hình dạng | Ánh bạc, phát sáng với ánh sáng xanh khi ở thể plasma |
| Thủy ngân trong bảng tuần hoàn | |
| Cd ↑ Hg ↓ Cn Vàng ← Thủy ngân → Tali |
|
| Số nguyên tử (Z) | 80 |
| Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar) | 200,59(2) |
| Phân loại | kim loại chuyển tiếp |
| Nhóm, phân lớp | 12, d |
| Chu kỳ | Chu kỳ 6 |
| Cấu hình electron | [Xe] 4f14 5d10 6s2 |
| mỗi lớp | 2, 8, 18, 32, 18, 2 |
| Tính chất vật lý | |
| Màu sắc | Ánh bạc |
| Trạng thái vật chất | Chất lỏng |
| Nhiệt độ nóng chảy | 234,32 K (-38,83 °C, -37,89 °F) |
| Nhiệt độ sôi | 629,88 K (356,73 °C, 674,11 °F) |
| Mật độ | 13,534 g·cm−3 |
| Điểm tới hạn | 1750 K, 172,00 MPa |
| Nhiệt lượng nóng chảy | 2,29 kJ·mol−1 |
| Nhiệt bay hơi | 59,11 kJ·mol−1 |
| Nhiệt dung | 27,983 J·mol−1·K−1 |
| Áp suất hơi | ||||||
| P (Pa) | 1 | 10 | 100 | 1k | 10k | 100k |
| at T (K) | 315 | 350 | 393 | 449 | 523 | 629 |
| Tính chất nguyên tử | |
| Trạng thái oxy hóa | 4, 2 (mercuric), 1 (mercurous) base nhẹ |
| Độ âm điện | 2,00 (Thang Pauling) |
| Năng lượng ion hóa | Thứ nhất: 1007,1 kJ·mol−1 Thứ hai: 1810 kJ·mol−1 Thứ ba: 3300 kJ·mol−1 |
| Bán kính cộng hoá trị | thực nghiệm: 151 pm |
| Bán kính liên kết cộng hóa trị | 132±5 pm |
| Bán kính van der Waals | 155 pm |
| Thông tin khác | |
| Cấu trúc tinh thể | Ba phương |
| Vận tốc âm thanh | (Lỏng, 20 °C) 1451,4 m·s−1 |
| Độ giãn nở nhiệt | 60,4 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C) |
| Độ dẫn nhiệt | 8.30 W·m−1·K−1 |
| Điện trở suất | (25 °C) 961n Ω·m |
| Tính chất từ | Nghịch từ |
| Số đăng ký CAS | 7439-97-6 |
| Đồng vị của Thủy ngân | |||||
| Iso | NA | Chu kỳ bán rã | DM | DE (MeV) | DP |
| 194Hg | Tổng hợp | 444 năm | ε | 40 | 194Au |
| 195Hg | Tổng hợp | 9,9 giờ | ε | 1.510 | 195Au |
| 196Hg | 0.15% | 196Hg ổn định với 116 neutron[1] | |||
| 197Hg | Tổng hợp | 64,14 giờ | ε | 600 | 197Au |
| 198Hg | 9.97% | 198Hg ổn định với 118 neutron[2] | |||
| 199Hg | 16.87% | 199Hg ổn định với 119 neutron[3] | |||
| 200Hg | 23.1% | 200Hg ổn định với 120 neutron[4] | |||
| 201Hg | 13.18% | 201Hg ổn định với 121 neutron[5] | |||
| 202Hg | 29.86% | 202Hg ổn định với 122 neutron[6] | |||
| 203Hg | Tổng hợp | 46,612 ngày | β– | 492 | 203Tl |
| 204Hg | 6.87% | 204Hg ổn định với 124 | |||
Tính chất
Tính chất vật lý của thủy ngân
Thủy ngân là một kim loại nặng, màu trắng bạc, ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng. So với các kim loại khác, thủy ngân dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện khá.
Thủy ngân có nhiệt độ nóng chảy là -38,83 °C và nhiệt độ sôi là 356,73 °C, cả hai đều là nhiệt độ thấp nhất trong số các kim loại bền. Khi đông đặc, thể tích thủy ngân giảm 3,59% và khối lượng riêng thay đổi từ 13,69 g/cm3 ở dạng lỏng thành 14,184 g/cm3 ở dạng rắn. Hệ số giãn nở thể tích là 181,59 × 10−6 ở 0 °C, 181,71 × 10−6 ở 20 °C và 182,50 × 10−6 ở 100 °C (trên °C). Thủy ngân rắn dễ uốn và dễ kéo sợi, có thể cắt bằng dao.
Tính chất hóa học của thủy ngân
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 thành 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 xử lý tràn thủy ngân cũng sử dụng than hoạt tính và bột kẽm).
Hợp kim Amalgam
Thủy ngân hòa tan nhiều kim loại như vàng và bạc để tạo thành amalgam. Sắt là một ngoại lệ, và bình sắt thường được sử dụng để vận chuyển vật liệu. Một số kim loại chuyển tiếp hàng đầu khác (ngoại trừ mangan, đồng và kẽm) cũng không dễ tạo thành amalgam.
Các nguyên tố khác không dễ tạo thành amalgam với thủy ngân bao gồm bạch kim. Amalgam natri là một chất khử phổ biến trong tổng hợp hữu cơ và cũng được sử dụng trong đèn natri cao áp.
Đồng vị
Có bảy đồng vị bền của thủy ngân, trong đó 202
Hg là đồng vị phổ biến nhất (29,86%). Các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu nhất là 194Hg với chu kỳ bán rã 444 năm, và 203Hg với chu kỳ bán rã 46,612 ngày.
Hầu hết các đồng vị phóng xạ còn lại đều có chu kỳ bán rã dưới một ngày. 206Hg tồn tại trong tự nhiên ở dạng vết nhỏ như một sản phẩm phân rã trung gian của 238U. 199Hg và 201Hg là các hạt nhân hoạt động NMR được nghiên cứu phổ biến nhất, với spin lần lượt là 1⁄2 và 3⁄2.
| Bảng tính chất nhiệt và vật lý của thủy ngân lỏng | |||||||
| Nhiệt độ (°C) |
Khối lượng riêng (kg/m3) |
Nhiệt dung riêng (kJ/(kg·K)) |
Độ nhớt động học (m2/s) |
Độ dẫn điện (W/(m·K)) |
Độ khuếch tán nhiệt (m2/s) |
Số Prandtl | Mô đun khối (K−1) |
| 0 | 13628.22 | 1.403 | 1.24 × 10−7 | 8.20 | 4.30 × 10−6 | 0.0288 | 0.000181 |
| 20 | 13579.04 | 1.394 | 1.14 × 10−7 | 8.69 | 4.61 × 10−6 | 0.0249 | 0.000181 |
| 50 | 13505.84 | 1.386 | 1.04 × 10−7 | 9.40 | 5.02 × 10−6 | 0.0207 | 0.000181 |
| 100 | 13384.58 | 1.373 | 9.28 × 10−8 | 10.51 | 5.72 × 10−6 | 0.0162 | 0.000181 |
| 150 | 13264.28 | 1.365 | 8.53 × 10−8 | 11.49 | 6.35 × 10−6 | 0.0134 | 0.000181 |
| 200 | 13144.94 | 1.570 | 8.02 × 10−8 | 12.34 | 6.91 × 10−6 | 0.0116 | 0.000181 |
| 250 | 13025.60 | 1.357 | 7.65 × 10−8 | 13.07 | 7.41 × 10−6 | 0.0103 | 0.000183 |
| 315.5 | 12847.00 | 1.340 | 6.73 × 10−8 | 14.02 | 8.15 × 10−6 | 0.0083 | 0.000186 |
Từ nguyên
Hg là ký hiệu hóa học hiện đại của thủy ngân. Nó là viết tắt của hydrargyrum, một dạng La Mã hóa của tên gọi thủy ngân trong tiếng Hy Lạp cổ đại, ὑδράργυρος (hydrargyros).
Hydrargyrum (/haɪˈdrɑːrdʒərəm/ hy-DRAR-jər-əm) cũng đã được sử dụng trong tiếng Anh, mặc dù thuật ngữ này hiện đã lỗi thời.
Hydrargyros là một từ ghép tiếng Hy Lạp có nghĩa là ‘nước-bạc’, bắt nguồn từ ὑδρ- (hydr-), gốc của ὕδωρ (hydor) ‘nước’, và ἄργυρος (argyros) ‘bạc’. Giống như tên gọi tiếng Anh là thủy ngân (‘bạc sống’), tên gọi này xuất phát từ đặc tính lỏng và sáng bóng của thủy ngân.
Sự phân bố của thủy ngân trong lớp vỏ trái đất
Thủy ngân là một nguyên tố cực kỳ hiếm trong lớp vỏ Trái Đất; hàm lượng trung bình trong lớp vỏ chỉ 0,08 phần triệu (ppm) và là nguyên tố phổ biến thứ 66 trong lớp vỏ Trái Đất.
Do thủy ngân không hòa trộn về mặt địa hóa với các nguyên tố chiếm phần lớn khối lượng lớp vỏ, nên quặng thủy ngân có thể có hàm lượng cực kỳ cô đặc nếu xét đến hàm lượng của nguyên tố này trong đá thông thường.
Các quặng thủy ngân giàu nhất chứa tới 2,5% khối lượng thủy ngân, và ngay cả những mỏ cô đặc ít nhất cũng chứa ít nhất 0,1% thủy ngân (gấp 12.000 lần hàm lượng trung bình trong lớp vỏ).
Thủy ngân được tìm thấy dưới dạng kim loại tự nhiên (hiếm) hoặc trong chu sa, metacinnabar, sphalerit, corderoit, livingstonit và các khoáng chất khác, trong đó chu sa (HgS) là quặng phổ biến nhất. Quặng thủy ngân thường xuất hiện ở các suối nước nóng hoặc các vùng núi lửa khác.
Ứng dụng của thủy ngân trong sản xuất
Y học
Lịch sử và dân gian
Thủy ngân và các hợp chất của nó đã được sử dụng trong y học, mặc dù ngày nay chúng ít phổ biến hơn nhiều so với trước đây, do tác động độc hại của thủy ngân và các hợp chất của nó đã được hiểu biết rộng rãi hơn. Một ví dụ về ứng dụng điều trị ban đầu của thủy ngân đã được James Lind công bố vào năm 1787.
Hiện đại
Thủy ngân là một thành phần trong hỗn hợp amalgam nha khoa.
Thiomersal (được gọi là Thimerosal ở Hoa Kỳ) là một hợp chất hữu cơ được sử dụng làm chất bảo quản trong vắc-xin.
Ứng dụng trong phòng thí nghiệm
Nhiệt kế
Nhiệt kế chứa thủy ngân được Daniel Gabriel Fahrenheit phát minh vào đầu thế kỷ 18, mặc dù những nỗ lực trước đó trong việc chế tạo các dụng cụ đo nhiệt độ chứa thủy ngân đã được mô tả vào những năm 1650.
Nhiệt kế thủy ngân của Fahrenheit dựa trên một thiết kế trước đó sử dụng cồn thay vì thủy ngân; nhiệt kế thủy ngân này chính xác hơn đáng kể so với nhiệt kế sử dụng cồn.
Gương
Một số kính thiên văn chuyển tiếp sử dụng một bể thủy ngân để tạo thành một gương phẳng và nằm ngang tuyệt đối, hữu ích trong việc xác định tham chiếu tuyệt đối theo chiều dọc hoặc chiều vuông góc.
Điện hóa học
Thủy ngân lỏng là một phần của điện cực tham chiếu thứ cấp phổ biến (gọi là điện cực calomel) trong điện hóa học, thay thế cho điện cực hydro tiêu chuẩn. Điểm ba của thủy ngân, −38,8344 °C, là một điểm cố định được sử dụng làm nhiệt độ chuẩn cho Thang nhiệt độ quốc tế (ITS-90).
Phân cực và tinh thể học
Trong phân cực học, cả điện cực thủy ngân rơi và điện cực thủy ngân treo đều sử dụng thủy ngân nguyên tố.
Ứng dụng chuyên biệt
Thủy ngân dạng khí được sử dụng trong đèn hơi thủy ngân, đèn huỳnh quang và một số biển hiệu neon.
Súng
Thủy ngân(II) fulminat là một chất nổ chính, chủ yếu được sử dụng làm mồi cho hộp đạn trong súng trong suốt thế kỷ 19 và 20.
Khai thác
Thủy ngân được sử dụng trong khai thác vàng bất hợp pháp để giúp tách các hạt vàng khỏi hỗn hợp cát hoặc sỏi và nước. Các hạt vàng nhỏ có thể tạo thành hỗn hợp thủy ngân-vàng và do đó làm tăng tỷ lệ thu hồi vàng.
