Chương 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về thủy ngân (Hg) 1. Các tính chất hóa lý chủ yếu của thủy ngân Thủy ngân là kim loại màu trắng bạc trong không khí ẩm nó dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Thuỷ ngân có 7 đồng vị bền, trong đó 200Hg chiếm 23,3% và 202Hg chiếm 29,6%.
Thuỷ ngân đông đặc ở -40oC; sôi ở 357oC; tỷ trọng 13,6; trọng lượng phân tử 200,61. Là kim loại duy nhất tồn tại ở dạng lỏng trong điều kiện thường nên thủy ngân được dùng trong nhiệt kế, áp kế, phù kế và bơm chân không…. 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. Thủy ngân là nguyên tố tương đối trơ về mặt hoá học so với các nguyên tố trong nhóm IIB, có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại.
Sự tạo thành hỗn hống có thể đơn giản là quá trình hoà tan kim loại vào trong thủy ngân lỏng hoặc là sự tương tác mãnh liệt giữa kim loại và thủy ngân. Tuỳ thuộc vào tỷ lệ của kim loại tan 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong thủy ngân mà hỗn hống ở dạng lỏng hoặc rắn. Một công dụng rất lớn của thủy ngân được con người sử dụng từ xa xưa đó là tạo hỗn hống với vàng, bạc để tách nguyên tố này khỏi đất, đá, quặng. Ở nhiệt độ thường, thủy ngân không phản ứng với oxi, nhưng phản ứng mãnh liệt ở 300oC tạo thành HgO và ở 400oC oxit này lại phân huỷ thành nguyên tố.
Ngoài ra, thủy ngân còn tác dụng với halogen, lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như phốt pho, selen v. Đặc biệt tương tác của thủy ngân với lưu huỳnh và iot xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ thường do ái lực liên kết của nó với lưu huỳnh và iot rất cao. Các hợp chất của thuỷ ngân có mức oxi hoá là +2 hoặc +1. Xác suất tạo thành hai trạng thái oxi hoá đó gần tương đương với nhau về mặt nhiệt động học, trong đó trạng thái oxi hoá +2 thường gặp hơn và cũng bền hơn +1 [3].
Sơ đồ thế oxi hóa – khử của thủy ngân: 0,920 0,789 Hg2+ Hg22+ Hgo 0,854 Sơ đồ trên cho thấy muối Hg2+ có khả năng oxi hóa. Khi tác dụng với những chất khử, muối Hg2+ biến đổi thành muối Hg22+, sau đó trở thành Hgo. Còn khi tác dụng với thủy ngân kim loại, muối Hg2+ lại tạo thành muối Hg22+: Hg(NO3)2 + Hg Hg2(NO3)2 Bởi vậy, khi tác dụng với axit nitric hay axit sunfuric đặc, nếu có dư thủy ngân thì sản phẩm thu được không phải là muối Hg2+ mà là muối của Hg22+. Ion Hg2+ có khả năng tạo nên nhiều phức chất, trong đó thủy ngân có những số phối trí đặc trưng là 2 và 4.
Các muối thuỷ ngân (II) halogenua (HgX2) là chất dạng tinh thể không màu, trừ HgI2 có màu đỏ. HgF2 là hợp chất ion, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nhất trong các halogenua HgX2, nó bị thuỷ phân gần như hoàn toàn ngay trong nước 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ba halogenua còn lại thể hiện rõ đặc tính cộng hoá trị. Chúng tan trong một số dung môi hữu cơ nhiều hơn trong nước.
Trong nước, ba halogenua này phân ly rất kém (~ 1%) nên bị thuỷ phân không đáng kể. Ở trạng thái hơi và trong dung dịch, chúng đều tồn tại ở dạng phân tử. Thủy ngân sunfua (HgS) là chất dạng tinh thể có màu đỏ hoặc màu đen, tan rất ít trong nước với tích số tan 10-53. HgS tan rất chậm trong dung dịch axit đặc kể cả HNO3 và chỉ tan dễ khi đun nóng với nước cường thuỷ: 3HgS + 8HNO3 + 6HCl 3HgCl2 + 3H2SO4 + 8NO + 4H2O HgS tan trong dung dịch đặc của sunfua kim loại kiềm tạo nên phức chất tan M2[HgS2].
Phức chất của thuỷ ngân thường là rất bền, liên kết Hg – phối tử trong tất cả các phức chất là liên kết cộng hoá trị. Trong đó, phức chất được tạo nên với phối tử chứa halogen, cacbon, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh là các phức chất bền nhất.1 là các giá trị hằng số bền đối của phức chất Hg2+ Bảng 1. Hằng số bền của phức chất [MX4]n [3] Phức Hằng số bền, Kb chất Cl- Br- I- CN- SCN- NH3 [HgX4]n 1,66.102 - Những phức chất của Hg (II) được dùng trong hóa học phân tích là K2[HgI4] và (NH4)2[Hg(SCN)4]. Hợp chất cơ thủy ngân: Hg2+ tạo nên một số lớn chất cơ kim, trong đó nhiều chất có hoạt tính sinh học.
Cơ thủy ngân có công thức tổng quát là RHgX và R2Hg (R là gốc hidrocacbon và X là anion axit). Đa số cơ thủy ngân là những chất lỏng dễ bay hơi, độc và có khả năng phản ứng cao. Người ta thường dùng chúng để điều chế những cơ kim khác: 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com R2Hg + Zn R2Zn + Hg Khác với những nguyên tố cùng nhóm trong Bảng hệ thống tuần hoàn là Zn và Cd, thủy ngân còn tạo nên những hợp chất trong đó có ion Hg22+ với liên kết Hg – Hg. Sự tồn tại của ion này được xác minh bằng phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp nghiên cứu cấu trúc bằng tia Rơn – ghen, phương pháp đo độ dẫn điện… Đối với Hg22+: do có số oxi hóa trung gian nên ion Hg22+ dễ bị khử thành Hgo và cũng dễ bị oxi hóa thành ion Hg2+: Hg2Cl2 + SnCl2 Hg + SnCl4 Hg2Cl2 + SO2 + H2O 2Hg + H2SO4 + 2HCl Hg2Cl2 + Cl2 2HgCl2 3Hg2Cl2 + 8HNO3 3HgCl2 + 3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O Ion Hg22+ không có khả năng tạo phức như ion Hg2+, có lẽ vì liên kết giữa ion Hg22+ và những phối tử khá mạnh đã làm yếu liên kết Hg–Hg trong ion đó gây nên sự phân bố mật độ electron giữa hai nguyên tử thủy ngân nên một biến thành Hg và một biến thành Hg2+.
Ứng dụng, độc tính và nguồn phát thải của thủy ngân 1. Ứng dụng Thủy ngân được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và nhiều ngành sản xuất khác nhau. Trong công nghiệp, thuỷ ngân được sử dụng nhiều nhất để sản xuất Cl2 và NaOH bằng phương pháp điện phân, sản xuất thiết bị điện như bóng đèn huỳnh quang, đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, máy nắn dòng và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ…. Oxit thủy ngân đỏ (HgO) làm chất xúc tác trong công nghiệp pha sơn chống hà bám ngoài tàu, thuyền đi biển.
Thủy ngân fulmiat Hg(CNO)2 được dùng trong công nghệ chế tạo thuốc nổ, dùng làm hạt nổ, kíp nổ. Hơi khói từ ngòi nổ fulmiat thủy ngân có thể gây nhiễm độc…. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong nông nghiệp: thuỷ ngân được sử dụng một lượng lớn để sản xuất chất chống nấm trong việc làm sạch hạt giống. Tuy nhiên, do tính độc hại của nó nên trên thế giới cũng như ở Việt Nam người ta đã không sử dụng chất này.
Trong y tế, thuỷ ngân được dùng để 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 trong nha khoa để hàn trám răng. Thủy ngân (I) clorua Hg2Cl2 (còn gọi là calomen 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.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… Ngoài ra, thuỷ ngân và hợp chất của nó còn được dùng trong nhiều lĩnh vực khác. Thủy ngân (II) clorua (HgCl2) còn gọi là sublime ăn mòn, kết tinh trắng, là chất độc. Chất này 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) Iodua (Hg2I2) là bột màu xanh lục. Thủy ngân (II) iodua (HgI2) là bột màu đỏ rực rỡ. Thủy ngân (II) 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… 1. Độc tính và nguồn phát thải của thủy ngân Thủy ngân tồn tại dưới bất kỳ dạng nào cũng đều độc hại, độc tính phổ biến nhất vẫn là ảnh hưởng tới hệ thần kinh, tiêu hóa và hệ thống các cơ quan của thận. Nguyên nhân gây ngộ độc thủy ngân có thể do hít phải hơi thủy ngân, ăn phải thủy ngân và hấp thụ thủy ngân qua da. 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 axit bazơ của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh [9]. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ảnh X-Quang chụp một bệnh nhân đã uống 8 ounces thủy ngân nguyên tố Thủy ngân có 3 dạng tồn tại: thủy ngân nguyên tố, các muối vô cơ và các hợp chất hữu cơ. Trong đó, chất có độc tính cao nhất là metyl thủy ngân.
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 [2]. Các hợp chất thủy ngân hữu cơ, đặc biệt là metyl thủy ngân, tập trung trong chuỗi thức ăn. Cá từ những vùng nước bị ô nhiễm là nguồn gây độc phổ biến nhất.
Ô nhiễm thủy ngân trong công nghiệp thường ở dạng vô cơ, nhưng những sinh vật dưới nước và thảm thực vật trong sông, hồ, biển sẽ chuyển đổi thành metyl thủy ngân có độc tính chết người. Cá ăn thực vật bị ô nhiễm, các protein trong cá liên kết với hơn 90% metyl thủy ngân được hấp thụ một cách chặt chẽ mà ngay cả những phương pháp nấu ăn như: chiên, luộc, nướng,. cũng không thể loại bỏ nó. Nhiễm độc cấp tính: khi tiếp xúc với Hg ở nhiệt độ cao, không gian kín dẫn đến ho, khó thở, tim đập nhanh, nếu liều lượng Hg tăng dần làm cho nhiệt độ cơ thể tăng, choáng váng, nôn mửa, hôn mê, tức ngực, một số người da tím tái, rét.
Quá trình khó thở có thể kéo dài đến vài tuần. Ngộ độc cấp tính do ăn uống phải một lượng lớn Hg.