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第3章 汞

汞,一种化学元素,又称水银。位于元素周期表的第八副族,第六周期。有7种稳定同位素:汞196、汞198、汞299、汞200、汞201、汞202、汞204。

汞是银白色易流动的金属,是常温下惟一呈液态的普通金属,最大特点是在室温下是很重的液体,凝固点-38.87℃,沸点为358.58℃,相对密度13.5939(20.4℃)。汞有良好的导电性,热膨胀率相当大,在0℃~300℃,膨胀系数与温度之间呈很好的线性关系,这一性质被利用来制造温度计。

汞在地壳中的含量为5×10-5%,它是一种很不活泼的金属,因此自然界中存在着游离状态的汞,它们常与汞矿伴生。汞的矿物有辰砂(三方晶系的HgS),黑辰砂(等轴晶系的HgS)、硫汞锑矿(HgS·2Sb2S3)、亚黝铜矿(2Cu2S·HgS·Sb2S3)。

一、汞的化学性质

汞的化学性质很不活泼,在空气中不被氧化。如果金属汞中含有少量铅或锌,长期暴露在空气中,表面上形成含氧化铅和氧化锌的灰色浮渣。汞在加热至沸腾时与氧作用,生成红色的氧化汞。汞能直接与硫、氯、溴、碘作用,生成硫化物和卤化物。汞不与稀盐酸和稀硫酸作用,但溶于热的浓硫酸和硝酸中,汞也不溶于碱。但汞能溶解许多金属(如钾、钠、金、银、锌、镉、锡、铅)形成汞齐,它可以看成是一种合金。汞的氧化态为+1、+2,+1价者常被称为亚汞盐或亚汞化合物。+1价汞的化合物不稳定,容易发生歧化反应:Hg2Cl2——Hg+HgCl2。

在二价汞盐溶液中加入氢氧化钠溶液,如果两种溶液都是冷的,生成的氧化汞是黄色的;如果溶液都是热的,则生成橘色的氧化汞;如果汞在空气中加热或将硝酸汞热分解,则生成鲜红色的氧化汞,三种氧化汞的晶体结构并无区别。氧化汞溶于酸,不溶于碱。并且都有毒,特别是氯化汞(HgCl2)是一种剧毒物质,致死量为0.3克。汞慢性中毒会出现牙床红肿出血、手发抖、耳聋、消化系统失调等症状,而汞中毒最典型的实例是日本熊本县水俣湾的受汞污染的鱼被食用后,引起水俣病。由于汞的挥发性大,操作时要注意通风,不使汞洒落到地面上。

二、汞的制备方法

汞矿冶炼工艺很简单,先将辰砂在空气中灼烧,转变为氧化汞,它会立即分解成汞,冷凝后在水下收集,可用滤布过滤除去一些杂质。提纯的方法是用5%硝酸将杂质铅、铜、镉等溶解,再用蒸馏法提纯以除去金、银等杂质。金属汞的用途不多,少量用于制造温度计、气压计、压力计和用于真空泵。汞齐用于从矿石中提取金和银以及补牙。比如说,利用钠汞齐与水作用缓慢,在有机合成中用作还原剂,比金属钠要好。它还用于电解食盐制氢氧化钠。汞化合物还是作颜料、催化剂等的好材料。

三、汞的应用与毒性

汞广泛用于制作温度计、压力计、电学仪器和各种控制器。汞和汞的化合物还用于制作红色颜料、整流器、镜子等。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。汞和汞盐都有毒,因此,在使用的时候要多加注意。

四、汞污染来源

1.来自化妆品。化妆品中的汞对皮肤有一定的漂白作用;因此,具有漂白、祛斑作用的化妆品多含有汞。国家规定在化妆品中的汞含量不得超过1mg/kg,但2002年,广西壮族自治区对祛斑类化妆品的汞含量进行专项抽查的结果表明,在50种祛斑类化妆品中,有16种汞含量严重超标,其中最低超标480倍,最高超标达6.7万倍。2003年春节前,福建省工商局在商品质量监督抽查中发现,在5种汞超标的化妆品中,超标最高者达2.6万倍。

2.来自照明用灯。目前普遍使用的照明用灯有室内荧光灯、室外高压汞灯、五彩缤纷的霓虹灯等,都需要汞作放电气体。这些灯报废后,一旦破碎,所含的汞将全部进入环境。我国现在每年生产荧光灯约10亿支,按每支灯管含汞量为30毫克计,每年用于荧光灯的汞约30吨。一支在常温下打碎的40W荧光灯,可在瞬间使周围空气中的汞蒸气浓度高达10~20mg/m3,超过国家大气质量标准中对汞最大允许浓度0.01mg/m3的1000~2000倍。

3.来自齿科材料。齿科材料目前充填龋齿的主要材料是银汞合金。苏格兰的研究人员对180名牙医进行调查研究后发现,在这些牙医的尿液和指甲中,汞的含量是正常人的4倍。与一般人群相比,牙医出现肾脏疾病和记忆力损伤的可能性更大。补牙时,银汞充填物产生的汞蒸气,对患者同样有害。

4.来自燃煤。燃煤研究还表明,燃煤是全球最大的汞的人为排放源。

5.来自水生生物。持久性、易迁移性和高度的生物富集性,使得汞成为目前全球最引人关注的环境污染物之一。汞在36℃就开始蒸发,温度越高,蒸发越快。汞蒸气可以随着大气环流迁移到很远的地方,甚至人迹罕见的北极。汞及其化合物很容易溶解在脂肪类物质中,沿着食物链(更多的是沿着水生生物的食物链)逐级浓缩,最终造成水生生物体内汞的含量远远高于环境水体中的汞浓度,可高达20万倍!在20世纪80年代,我国对黄河宁夏段五种经济鱼类的监测结果表明,鱼体汞超标率达100%。美国食品药品管理局公布的资料显示,多种海鱼上了“水银鱼”的黑名单,如金枪鱼、鲈鱼、鳕鱼、比目鱼、旗鱼、鲨鱼、黑斑鳕、鳟鱼、剑鱼、鲭鱼、马林鱼、梭子鱼、白口、狭鳕、方头鱼等。

五、汞污染对人体健康的危害

金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起。由于汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性,通过呼吸道进入肺泡,经血液循环运至全身。血液中的金属汞进入脑组织后,被氧化成汞离子,逐渐在脑组织中积累,达到一定的量时,就会对脑组织造成损害。另外一部分汞离子转移到肾脏。因此,慢性汞中毒临床表现主要是神经系统症状,如头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤、运动失调等。易兴奋是慢性汞中毒的一种特殊的精神状态,表现为易激动、口吃、胆怯、焦虑、不安、思想不集中、记忆力减退、精神压抑等。此外胃肠道、泌尿系统、皮肤、眼睛均可出现一系列症状。急性汞中毒其症候为肝炎、肾炎、蛋白尿、血尿和尿毒症。金属汞被消化道吸收甚微,一般不会引起中毒。

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