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(mercury),又称水银。为一种化学元素,化学符号Hg,原子序数80,原子量200.59,属周期系ⅡB族,为在常温下呈液态的唯一普通金属。化学符号Hg来自拉丁文hydrargyrum,原意是液态银。在中国和埃及,汞自古以来就为人们所知,在公元前1500年的埃及古墓中发现有汞。

目录

历史

《史记》记载:“巴寡妇清,其先得丹穴,而擅其利数世。”“丹穴”即汞矿,可知战国时已有采汞的矿业。又记载秦始皇陵墓中有大量水银。出土文物的检测表明,春秋末战国初期已有用汞齐鎏金的技术。炼汞的原料是硫化汞(HgS),古称丹砂、硃砂或辰砂。硫化汞在空气中加热即能分解成汞,其关键在于如何使生成的汞蒸气不被氧化并有效地冷凝收集。宋周去非《岭外代答》记载:“邕人炼丹砂为水银,以铁为上下釜。上釜盛砂,隔以细眼铁板;下釜盛水,埋诸地。合二釜之口于地面,而封固之。灼以炽火。丹砂得火,化为霏雾,得水配合,转而下坠,遂成水银。”清康熙年间田雯所撰《黔书》记贵州提炼水银的方法:“灶有大小,釜亦如之。大者容砂二十升,离而为十层,次八之间,以稃粃布陈汞灰于其上。治以杓,中凹而围凸。覆以釜,差杀之,揉盐泥而涂其唇筑之。乃煅之。凡一昼夜而汞成;滴滴悬珠,滉漾熣灿,皆升于覆釜之腹。”这种炼汞设备很多地区一直采用。操作过程为:先将矿石敲碎,经过手选以提高品位,然后放入下面生铁锅中(俗称“地锅”),下面烧火,上面覆以另一锅(俗称“天锅”),两锅之间须密封,以防止汞蒸气逸出。天锅顶上筑一泥胆,向上通至“银钵”(即冷凝器)。银钵系陶质小缸,为提高冷凝效率,可在其上淋洒冷水。汞蒸气在钵内冷凝成小珠,附着于内壁。为防止汞珠坠落,可先在钵内用水和桐油的混合物涂抹,以增加吸附能力。“银钵”须不断更换,否则小汞珠将逐渐汇集成大珠,重新落入地锅。取下的“银钵”待冷却后,用毛帚仔细刷下汞珠。

明代宋应星著《天工开物》中关于炼汞的记载颇详并有附图。在天锅上引出导管,将水银蒸气导入冷凝容器中,凝聚成水银。

存在

汞在地壳中的含量约为 5×10-5%,自然界存在的汞矿是辰砂(HgS)。在火山或温泉附近,有成滴汞,有时成较大的流体与辰砂伴生。汞有七种稳定同位素:汞 196、汞198、汞199、汞200、汞201、汞202、汞204。

物理性质

汞为银白色易流动的金属(见彩图);凝固点 -38.87℃, 沸点356.58℃,相对密度 13.5939(20/4℃)。汞的热膨胀率相当大,在 0℃到300℃范围内,其膨胀系数α可由下式表示:

α=1.8006×10-4+2×10-8t

式中t为温度,αt之间呈很好的线性关系。汞的蒸气压低,-30℃时为4.78×10-6毫米汞柱,0℃时1.85×10-4毫米汞柱,25℃时1.84×10-3毫米汞柱,100℃时2.73×10-1毫米汞柱。汞有良好的导电性。

化学性质

汞的电子构型为(Xe)4f145d106s2,氧化态有+1、+2。汞可形成氧化态为+2的高价汞化合物,也可形成+1价的亚汞化合物,这时6s电子为两个分子所共有,因此亚汞盐都是以双原子存在,例如氯化亚汞Hg2Cl2。汞在室温的空气中不易氧化,加热至沸腾才缓慢与氧反应生成氧化汞 HgO。汞与稀盐酸或稀硫酸不起作用,与热的浓硫酸或硝酸反应:

Hg+2H2SO4─→HgSO4+SO2+2H2O

3Hg+8HNO3─→3Hg(NO3)2+2NO+4H2O

二价汞的含氧酸盐。如硫酸盐、硝酸盐和过氧酸盐都是离子化合物,在溶液中完全电离,但其硫化物卤化物等都是共价化合物,与水、空气、稀酸稀碱都不起作用。

汞204是优良的载热剂,汞198发射的波长为5.461埃的绿线,被定为波长的标准。汞的放射性同位素在化学研究中用作示踪原子。

制法

汞可从辰砂矿提取。将硫化汞在空气中灼烧至850℃,汞被还原,因反应温度在汞的沸点以上,故可将汞蒸馏出来:

HgS+O2─→Hg+SO2

也可将硫化汞与石灰一起煅烧制汞:

4HgS+4CaO─→4Hg+3CaS+CaSO4

应用

汞广泛用于制作温度计、气压计、压力计、电学仪器和各种控制器。在农业中汞用于杀灭真菌,在氯碱工业中用作流动汞电极。汞和汞的化合物还可用于制作红色颜料、整流器、强紫外线灯泡、高压汞灯、镜子和汞盐。汞的化合物,如氧化物、硫酸盐、乙酸盐磷酸盐都是催化剂,例如硫酸汞是制造甲基苯乙烯的催化剂。汞齐是汞与其他金属形成的合金,钠汞齐是很好的还原剂

毒性

汞和汞盐都有毒。氯化汞HgCl2致死量为0.3克;空气中的汞含量不得超过10-5ppm;成年人每周的汞摄取量不得高于0.3毫克,甲基汞的量不得超过0.2毫克。

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