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(mercury),又稱水銀。為一種化學元素,化學符號Hg,原子序數80,原子量200.59,屬周期系ⅡB族,為在常溫下呈液態的唯一普通金屬?;瘜W符號Hg來自拉丁文hydrargyrum,原意是液態銀。在中國和埃及,汞自古以來就為人們所知,在公元前1500年的埃及古墓中發現有汞。

目錄

歷史

《史記》記載:“巴寡婦清,其先得丹穴,而擅其利數世?!薄暗ぱā奔垂V,可知戰國時已有采汞的礦業。又記載秦始皇陵墓中有大量水銀。出土文物的檢測表明,春秋末戰國初期已有用汞齊鎏金的技術。煉汞的原料是硫化汞(HgS),古稱丹砂、硃砂或辰砂。硫化汞在空氣中加熱即能分解成汞,其關鍵在于如何使生成的汞蒸氣不被氧化并有效地冷凝收集。宋周去非《嶺外代答》記載:“邕人煉丹砂為水銀,以鐵為上下釜。上釜盛砂,隔以細眼鐵板;下釜盛水,埋諸地。合二釜之口于地面,而封固之。灼以熾火。丹砂得火,化為霏霧,得水配合,轉而下墜,遂成水銀?!?a href="/w/%E6%B8%85%E5%BA%B7" title="清康" class="mw-redirect">清康熙年間田雯所撰《黔書》記貴州提煉水銀的方法:“灶有大小,釜亦如之。大者容砂二十升,離而為十層,次八之間,以稃粃布陳汞灰于其上。治以杓,中凹而圍凸。覆以釜,差殺之,揉鹽泥而涂其唇筑之。乃煅之。凡一晝夜而汞成;滴滴懸珠,滉漾熣燦,皆升于覆釜之腹?!边@種煉汞設備很多地區一直采用。操作過程為:先將礦石敲碎,經過手選以提高品位,然后放入下面生鐵鍋中(俗稱“地鍋”),下面燒火,上面覆以另一鍋(俗稱“天鍋”),兩鍋之間須密封,以防止汞蒸氣逸出。天鍋頂上筑一泥膽,向上通至“銀缽”(即冷凝器)。銀缽系陶質小缸,為提高冷凝效率,可在其上淋灑冷水。汞蒸氣在缽內冷凝成小珠,附著于內壁。為防止汞珠墜落,可先在缽內用水和桐油的混合物涂抹,以增加吸附能力?!般y缽”須不斷更換,否則小汞珠將逐漸匯集成大珠,重新落入地鍋。取下的“銀缽”待冷卻后,用毛帚仔細刷下汞珠。

明代宋應星著《天工開物》中關于煉汞的記載頗詳并有附圖。在天鍋上引出導管,將水銀蒸氣導入冷凝容器中,凝聚成水銀。

存在

汞在地殼中的含量約為 5×10-5%,自然界存在的汞礦是辰砂(HgS)。在火山或溫泉附近,有成滴汞,有時成較大的流體與辰砂伴生。汞有七種穩定同位素:汞 196、汞198、汞199、汞200、汞201、汞202、汞204。

物理性質

汞為銀白色易流動的金屬(見彩圖);凝固點 -38.87℃, 沸點356.58℃,相對密度 13.5939(20/4℃)。汞的熱膨脹率相當大,在 0℃到300℃范圍內,其膨脹系數α可由下式表示:

α=1.8006×10-4+2×10-8t

式中t為溫度,αt之間呈很好的線性關系。汞的蒸氣壓低,-30℃時為4.78×10-6毫米汞柱,0℃時1.85×10-4毫米汞柱,25℃時1.84×10-3毫米汞柱,100℃時2.73×10-1毫米汞柱。汞有良好的導電性。

化學性質

汞的電子構型為(Xe)4f145d106s2,氧化態有+1、+2。汞可形成氧化態為+2的高價汞化合物,也可形成+1價的亞汞化合物,這時6s電子為兩個分子所共有,因此亞汞鹽都是以雙原子存在,例如氯化亞汞Hg2Cl2。汞在室溫的空氣中不易氧化,加熱至沸騰才緩慢與氧反應生成氧化汞 HgO。汞與稀鹽酸或稀硫酸不起作用,與熱的濃硫酸或硝酸反應:

Hg+2H2SO4─→HgSO4+SO2+2H2O

3Hg+8HNO3─→3Hg(NO3)2+2NO+4H2O

二價汞的含氧酸鹽。如硫酸鹽、硝酸鹽和過氧酸鹽都是離子化合物,在溶液中完全電離,但其硫化物鹵化物等都是共價化合物,與水、空氣、稀酸稀堿都不起作用。

汞204是優良的載熱劑,汞198發射的波長為5.461埃的綠線,被定為波長的標準。汞的放射性同位素在化學研究中用作示蹤原子。

制法

汞可從辰砂礦提取。將硫化汞在空氣中灼燒至850℃,汞被還原,因反應溫度在汞的沸點以上,故可將汞蒸餾出來:

HgS+O2─→Hg+SO2

也可將硫化汞與石灰一起煅燒制汞:

4HgS+4CaO─→4Hg+3CaS+CaSO4

應用

汞廣泛用于制作溫度計、氣壓計、壓力計、電學儀器和各種控制器。在農業中汞用于殺滅真菌,在氯堿工業中用作流動汞電極。汞和汞的化合物還可用于制作紅色顏料、整流器、強紫外線燈泡、高壓汞燈、鏡子和汞鹽。汞的化合物,如氧化物、硫酸鹽、乙酸鹽磷酸鹽都是催化劑,例如硫酸汞是制造甲基苯乙烯的催化劑。汞齊是汞與其他金屬形成的合金,鈉汞齊是很好的還原劑。

毒性

汞和汞鹽都有毒。氯化汞HgCl2致死量為0.3克;空氣中的汞含量不得超過10-5ppm;成年人每周的汞攝取量不得高于0.3毫克,甲基汞的量不得超過0.2毫克。

參看

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