CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về thủy ngân 1. Thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân Thủy ngân là kim loại chuyển tiếp đứng thứ 80 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, kim loại duy nhất ở thể lỏng ở nhiệt độ thường, màu trắng bạc, lóng lánh, đông đặc ở -400C; sôi ở 3570C; tỷ trọng 13,6; trọng lượng phân tử 200,61. 1 Thủy ngân kim loại Hình 1.
2 Khoáng Cinnabar ở nhiệt độ phòng chứa thủy ngân Trong tự nhiên, thủy ngân có mặt ở dạng vết của nhiều loại khoáng, đá. Các loại khoáng này trung bình chứa khoảng 80 phần tỷ thủy ngân. Quặng chứa thủy ngân chủ yếu là Cinnabarit (HgS). Các loại nguyên liệu, than đá và than nâu chứa vào khoảng 100 phần tỷ thủy ngân.
Hàm lượng trung bình tự nhiên trong đất trồng là 0,1 phần triệu. Để trong không khí, bề mặt thủy ngân bị xạm đi do thủy ngân bị oxi hóa tạo thành oxit thủy ngân Hg2O rất độc, ở dạng bột mịn, rất dễ xâm nhập vào cơ thể. Nếu đun nóng tạo thành HgO. Thủy ngân có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại, nên hơi của nó có tác dụng ăn mòn kim loại mạnh.
Thủy ngân rất dễ bay hơi do nhiệt độ bay hơi của nó rất thấp. Ở 200C nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 20mg/m3, và nó có thể bay hơi cả trong môi trường lạnh. [2] Thủy ngân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ba lĩnh vực được sử dụng nhiều nhất là: Công nghiệp sản xuất Cl2 và NaOH bằng phương pháp điện 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh phân sử dụng điện cực thủy ngân (điện cực calomen), nhà máy sản xuất các thiết bị điện, như đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ, nông nghiệp: sử dụng một lượng lớn thủy ngân trong sản xuất chất chống nấm trong việc làm sạch hạt giống.
Nhưng do các hóa chất này gây nhiễm độc cho người dùng và tồn tại lâu dài trong môi trường tự nhiên nên từ năm 1996 ở Việt Nam đã cấm sử dụng các chất này. Thủy ngân còn được sử dụng trong các lĩnh vực như y tế; chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế…); chế tạo các hỗn hống được sử dụng trong các công việc sau: trong nha khoa để hàn trám răng, trong ắc quy sắt–niken, các hỗn hống với vàng và bạc trước kia dùng để mạ vàng, mạ bạc theo phương pháp hóa học ngày nay được thay thế bằng phương pháp điện phân, tách vàng và bạc ra khỏi quặng của chúng; chế tạo ra các hợp chất hóa học có chứa thủy ngân. Ngoài ra, còn có các hợp chất vô cơ khác như: Oxit thủy ngân đỏ (HgO) làm chất xúc tác trong công nghiệp, pha sơn chống hà bám ngoài tàu, thuyền đi biển; Thủy ngân I clorua Hg2Cl2(còn gọi là calomel hay thủy ngân đục, là bột trắng, không mùi vị, làm thuốc tẩy giun dưới dạng santonin–calomen, có thể gây ngộ độc cho người dùng; Thủy ngân II clorua (HgCl2) còn gọi là sublime ăn mòn, kết tinh trắng, là chất độc. Nó có tác động ăn mòn kích ứng.
HgCl2 tác dụng với kim loại, có vị cay, làm săn da rất dễ chịu; Thủy ngân I Iotdua (Hg2I2) là bột màu xanh lục; Thủy ngân II Iotdua (HgI2) là bột màu đỏ rực rỡ; Thủy ngân II Nitrat (Hg(NO3)2.8H2O, là chất lỏng, ăn da mạnh nên rất nguy hiểm khi thao tác, được dùng trong y khoa để trị các mụn nhọt, sử dụng trong công nghệ chế biến lông; Thủy ngân xianua Hg(CN)2 là tinh thể, khan, không màu, mùi vị gây buồn nôn, rất độc; Sunfua thủy ngân (HgS) dùng làm bột màu; Thủy ngân fulmiat Hg(CNO)2 được dùng trong công nghiệp chế tạo thuốc nổ, dùng làm hạt nổ, kíp nổ, hơi khói từ ngòi nổ fulmiat thủy ngân có thể gây nhiễm độc. Độc tính và nguồn tiếp xúc của thủy ngân 1. Độc tính của thủy ngân Thủy ngân(Hg) là một trong ba kim loại (Hg, Pb, Cd) được coi là nguy hiểm nhất đối với con người. Thủy ngân được tìm ra và đưa vào sử dụng từ rất 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh lâu.
Chính vì vậy,thủy ngân có mặt khắp nơi và mức độ gây hại đang ngày càng một nghiêm trọng hơn. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học dễ dàng hấp thụ qua da, qua các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào dạng hóa học và con đường tiếp xúc của nó. Ở dạng nguyên chất, thủy ngân ở trạng thái lỏng, mức độc của Hg chỉ ở dạng trung bình vì nó lưu chuyển nhanh khắp cơ thể làm cho các bộ phận ít có khả năng hấp thu nó.
Nếu nuốt phải thủy ngân kim loại thì sau đó lại được thải ra ngoài gần như hoàn toàn (99%) qua đường tiêu hóa mà không gây hậu quả nghiêm trọng. Để chứng minh cho điều này, một nhà nghiên cứu của trung tâm phòng và điều trị nhiễm độc ở Vienne đã làm thí nghiệm với chính cơ thể của mình bằng cách nuốt 100 g thuỷ ngân kim loại, kết quả là thuỷ ngân vào trong dạ dày, ruột, sau đó được thải ra ngoài. Hàm lượng thuỷ ngân trong nước tiểu đã lên tới 80mg/L sau hai tháng sau đó giảm dần đến hết. Nhưng thủy ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường, nên hít phải hơi thủy ngân trong thời gian dài sẽ rất độc.
Khi hít phải hơi thủy ngân sẽ gây phá hủy nghiêm trọng hệ thần kinh trung ương. Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh. Khi thủy ngân ở dạng ion (Hg22+) xâm nhập vào dạ dày sẽ tác dụng với ion Cl- tạo thành hợp chất không tan Hg2Cl2 và được đào thải ra ngoài nên ion Hg22+ ít gây độc. Ion thủy ngân(II) thì lại rất độc, nó thường dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein.
Ion Hg2+ cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh. Ion thủy ngân có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường nước bọt và da. Chúng có thể tập trung chủ yếu trong gan và thận. [1] Nguy hiểm là thủy ngân nguyên chất làm nhiễm bẩn không khí, chuyển thành dạng metyl thủy ngân (CH3)Hg+ bền vững và có quá trình chuyển hóa một thời gian dài trong cơ thể.
Trong các hợp chất của thủy ngân, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, đến mức chỉ vài microlit rõi vào da có thể gây tử vong. Chất này hòa tan mỡ và thành phần chất béo của màng não tủy. Thủy ngân có khả năng phản ứng với các axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin. Thủy ngân có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh axit bazo của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh.
Metyl thủy ngân có khả năng hòa tan trong chất béo, qua màng tế bào, tới não, phá hủy hệ thần kinh trung ương. Metyl thủy ngân làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào. Metyl thủy ngân đặc biệt nguy hại tới các phôi đang phát triển, tác động gấp 5–6 lần so với người lớn. Như vậy, hai dạng tồn tại của thủy ngân gây độc mạnh: thủy ngân nguyên tố dạng hơi và ion thủy ngân (II) (ở dạng ion metyl thủy ngân).
Nồng độ tối đa cho phép của ion thủy ngân (II) theo WHO trong nước uống là 1µg/l, với nước nuôi thủy sản là 0,5µg/l. Nguồn tiếp xúc của thủy ngân Các hợp chất thủy ngân có thể gây nhiễm độc cho người tiếp xúc như đã nêu trên. Riêng thủy ngân kim loại có nhiều ứng dụng trong sản xuất, có thể gây nhiễm độc trong các quá trình như luyện thủy ngân từ quặng tại các phân xưởng của các nhà máy sản xuất thủy ngân hoặc trong các quá trình công nghiệp sử dụng thủy ngân. Ví dụ: Chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế); Trong kỹ nghệ điện thủy ngân là hóa chất rất quan trọng để chế tạo các đèn hơi thủy ngân, các máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ; Chế tạo các hỗnhỗng, các hỗn hống được sử dụng trong các lĩnh vực sau: trong nha khoa, chế tạo acquy sắt–niken, dùng mạ vàng, bạc theo phương pháp hóa học; tách vàng và bạc khỏi quặng của chúng… Thủy ngân được xâm nhập vào cơ thể qua các đường: đường hô hấp, qua da và tiêu hóa.Trong công nghiệp, thủy ngân thường xuyên xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp.
Thủy ngân kim loại bay hơi ở nhiệt độ thường, mỗi khi để trong không khí nó làm ô nhiễm không khí môi trường xung quanh, nồng độ thủy ngân bốc ra phụ thuộc nhiệt độ không khí, bề mặt tiếp xúc của thủy ngân và mức độ thông gió của môi trường. Trong không khí nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 15mg/m3 ở 250C, 68mg/m3 ở 400C. Khi thủy ngân bị rơi vãi, nó sẽ phân tán thành nhiều giọt, các giọt đó bám vào bụi lại phân tán nhỏ hơn nữa, làm cho diện tích tiếp xúc thủy ngân với không khí tăng lên vô tận, tạo điều kiện cho nó bốc hơi và xâm nhập vào cơ thể, rất nguy hiểm. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Cao Phương Anh Đường qua da cũng có khả năng hấp thụ thủy ngân và hợp chất thủy ngân, tuy không mạnh bằng đường hô hấp.
Mặt khác chất độc thủy ngân bám trên da có thể vào cơ thể qua miệng. Ví dụ dùng tay trần chụm lại để giữ thủy ngân, sau khi thủy ngân chảy đi nó còn để lại oxit thủy ngân rất nhỏ mịn, mắt thường không nhìn thấy, từ đó chất độc có thể vào cơ thể qua miệng. Đường tiêu hóa thủy ngân có thể qua miệng giống chì. Các nguồn phát thải của thủy ngân Thủy ngân là chất độc có trong môi trường từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt là do đốt than và khai thác mỏ và các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như núi lửa, đất, nước biển bay hơi.
Tuy nhiên, thủy ngân tồn tại trong khí quyển là phổ biến nhất. Một nghiên cứu gần đây được tiến hành bởi EPA trên 198 địa điểm ô nhiễm không khí nguy hiểm. Thủy ngân được công nhận là một trong những chất gây ô nhiễm độc hại nhất, và cho thấy, phát thải vào bầu khí quyển là một mối đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.