thủy ngân - hợp chất của thủy ngân

Các nhà giả kim thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này qua đó họ đã phát triển nhiều dụng cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.Nhưng không một n



KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC : HÓA VÔ CƠ

Mục lục

+ Nha khoa 20

+ Y tế 20

5)Các hiệu ứng sức khỏe & môi trường 23

6)Cảnh báo & Quy định 24

A.Mở đầu

Hóa học là khoa học về các đặc tính, sự cấu tạo, và cách thay đổi của các chất

Hóa học nói về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử, phân tử, và các phản ứng xảy ra

giữa những thành phần đó Hóa vô cơ là một ngành hóa học nghiên cứu các thuộc

tính của các nguyên tố và hợp chất của chúng cũng như các phản ứng hóa học của các chất nằm ngoài các chu trình chuyển hoá cửa các hợp chất sinh học

Hóa học phát triển từ giả kim thuật, đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước ởTrung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ

Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm thực tế và công thức bắt nguồn từ thực hành chứ không dựa vào những nghiên cứu khoa học Mục đích của họ là một chất gọi là

"Hòn đá thông minh" dùng để biến đổi những chất như thủy ngân thành vàng Các nhà giả kim thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này qua đó họ đã phát triển nhiều dụng cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.Nhưng không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá thông minh đó và trong thế kỷ thứ 17, các phương pháp làm việc của khoa giả kim thuật được thay đổibằng những phương pháp khoa học Một phần kiến thức của các nhà giả kim thuật đang được sử dụng bởi các nhà hóa học, những người làm việc dựa vào kết luận hợp lý của những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa thủy ngân thành vàng

Thủy ngân tuy độc nhưng rất ích lợi Với tiến độ kĩ thuật tinh chế, thủy ngân đang tìm thấy những ứng dụng vô cùng hiện đại của thế kĩ như chất siêu dẫn, bơm chân không…

Việc nghiên cứu để hiểu rõ tính chất vật lý, tính chất hóa học, những ứng dụng của thủy ngân và hợp chất của thủy ngân sẽ giúp chúng ta phát hiện những mặt lợi

và những mặt nguy hiểm của chúng Do đó em xin trình bày về đề tài này ở phần nội dung sau đây

B.Nội dung

1.Thủy ngân

Thủy ngân, là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Hg (từ tiếng Hy Lạp hydrargyrum, tức là thủy ngân (hay nước bạc)) và số nguyên tử 80 Làmột kim loại chuyển tiếp nặng có ánh bạc, thủy ngân là một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở nhiệt độ thường Thủy ngân được sử dụng trong các nhiệt

kế, áp kế và các thiết bị khoa học khác Thủy ngân thu được chủ yếu bằng phương pháp khử khoáng chất thần sa

Thông tin chung

Tên, Ký hiệu, Số Thủy ngân, Hg, 80Dãy hóa học Kim loại chuyển tiếpNhóm, Chu kỳ, Khối 12 (IIB), 6, d

Tỷ trọng, Độ cứng

lỏng 13.579 kg/m3rắn ở −39 °C15.600 kg/m31,5 Mohs

Các thuộc tính

Khối lượng nguyên tử 200,59 u

Bán kính nguyên tử (calc.) 150 (171) pmBán kính cộng hóa trị 149 pm

Bán kính van der Waals 155 pm

Cấu hình electron [Xe]4f14 5d10 6s2

e - trên mức năng lượng 2, 8, 18, 32, 18, 2Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 2, 1 (bazơ nhẹ)Cấu trúc tinh thể Lăng trụ xiên

Các thuộc tính vật lý

Trạng thái Lỏng (nghịch từ)Nhiệt độ nóng chảy 234,32 K (−37,89 °F)Nhiệt độ sôi 629,88 K (674,11 °F)Thể tích phân tử 14,09 cm3 /mol

Nhiệt bay hơi 59,229 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy 2,295 kJ/mol

Điểm ba trạng thái 234,32 K, 0,2 mPaVận tốc âm thanh 1407 m/s ở 20 °C

1.1)Thuộc tính

Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt

Thủy ngân tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, bao gồm vàng, nhôm và bạc, đồng nhưng không tạo với sắt Do đó, người ta có thể chứa thủy ngân trong bình bằng sắt Telua cũng tạo ra hợp kim, nhưng nó phản ứng rất chậm để tạo ra telurua thủy ngân Hợp kim của thủy ngân được gọi là hỗn hống

Kim loại này có hệ số nở nhiệt là hằng số khi ở trạng thái lỏng, hoạt động hóa học kém kẽm và cadmium Trạng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +1 và +2 Rất ít hợp chất trong đó thủy ngân có hóa trị +3 tồn tại

Thủy ngân rất độc, có thể gây chết người khi bị nhiễm độc qua đường hô hấp

1.2) Lịch sử

Đây là kim loại thứ bảy được ghi nhận đã tìm thấy từ thời Cổ đại Người Ấn Độ

và Trung Quốc thời cổ đã biết dùng thủy ngân để hòa tan vàng và bạc.Thủy ngân được tìm thấy trong các ngôi mộ cổ Ai Cập 3000 năm trước CN Thủy ngân có ở dạng tự sinh (đơn chất) và dạng hợp chất

Hg là ký hiệu hóa học ngày nay cho thủy ngân Nó là viết tắt của Hydrargyrum,

từ Latinh hóa của từ Hy Lạp Hydrargyros, là tổ hợp của 2 từ 'nước' và 'bạc' — vì nó

lỏng giống như nước, và có ánh kim giống như bạc Trong ngôn ngữ châu Âu,

nguyên tố này được đặt tên là Mercury, lấy theo tên của thần Mercury của người La

Mã, được biết đến với tính linh động và tốc độ Biểu tượng giả kim thuật của

nguyên tố này cũng là biểu tượng chiêm tinh học cho Thủy Tinh

Nước nổi tiếng thế giới về khai thác thủy ngân từ quặng là Tây Ban Nha Tại nước này, trên vùng núi cao, dưới đáy các hố sâu cũng đã tìm thấy thủy ngân tự sinh

Thủy ngân kém hoạt động hóa học, cho nên hợp chất tự nhiên của thủy ngân không bền Chỉ cần những thao tác đơn giản đã có thể lấy thủy ngân ra khỏi quặng.Bác sĩ Hi Lạp Điôxcôrit (Dioskorides), thế kỉ đầu CN đã điều chế được thủy ngân bằng cách đun nóng thần sa (HgS) trong chảo sắt đặt trong nồi đất sét đậy kín Hơi thủy ngân ngưng tụ trên nắp nồi

Có thể diễn tả bằng phương trình hóa học sau:

HgS + Fe → Hg + FeS

Thật ra, chỉ cần đun nóng quặng ở nhiệt độ 700 - 800°C trong không khí là đã

có thể thu được hơi thủy ngân:

Nhờ hiện tượng hỗn hống ( sự hòa tan của kim loại khác vào thủy ngân) một số nguyên tố hóa học Ba, Sr, Mg đã được tìm ra Cũng nhò hiện tượng hỗn hống mà nhiều mái vòm nhà thờ thế kỉ trước được phủ bằng vàng thật Người ta hòa tan vàngtrong thủy ngân, quét lớp “dung dịch” này lên những tấm đồng mỏng dùng làm mái vòm Đun nóng cho thủy ngân bay hơi, còn lại vàng

Chưa có kim loại nào được nhắc đến nhiều trong suốt quá trình lịch sử như thủyngân Trong tác phẩm của nhà triết học cổ Hi Lạp Arixtot ( thế kỉ 4 trước CN) đã nói đến thủy ngân Bác sĩ Điôxcôrit gọi thủy ngân là “bạc nước” Thời kì Giả kim thuật, người ta kiên trì thực hiện ước mơ viển vông – biến thủy ngân thành vàng.Lịch sử còn ghi nhận câu chuyện uống thủy ngân để chữa bệnh xoắn ruột sau đây: cho bệnh nhân uống một lúc khoảng 200 – 250 g thủy ngân, thầy thuốc lí luận do sức nặng và nhờ tính linh động, thủy ngân sẽ nhanh chóng “chu du” khắp đoạn trường và nhờ đó được thong chỗ ruột bị tắc!

Dĩ nhiên, không nên áp dụng phương pháp này bởi vì ngày nay thủy ngân đã bị liệt vào bảng các chất độc, nhất là hơi của nó

Vào thế kỉ 16, vua Thụy Điển là Erich XIV bị người em cướp ngôi Lịch sử ghi lại rằng có thể nhà vua bị đầu độc, Nhưng làm thế vào chứng minh được

Mãi đến 4 thế kỉ sau, bằng phương pháp phân tích tinh vi, các bác sĩ đã xác địchđược rằng nhà vua đã bị đầu độc bằng thủy ngân, bởi vì hàm lượng của thủy ngân trong tóc lấy ở hài cốt ra tăng gấp nhiều lần so với mức bình thường

Còn câu chuyện của vua nước Anh Caclô II, thế kỉ 17 thì sao? Hồi ấy nhà vua cũng có phòng thí nghiệm riêng ở cung đình, ngoài giờ cai trị nước và đi săn bắn, nhà vua còn có thú vui nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nung nóng và chưng cấtthủy ngân, một kim loại rất phổ biến của thời Giả kim thuật Kết quả, sau một thời gian, nhà vua trở nên cáu kỉnh, bị co giật và viêm thận mãn tính Đó là những triệu chứng của nhiễm độc hơi thủy ngân

Năm 1801, khi chiếc tàu thủy nước Anh :Trimph” chở thủy ngân, trong dó có thùng bị vỡ, thủy ngân chảy lai láng ra ngoài, hơn 200 người bị ngộ độc

2)Hợp chất của thủy ngân

2.1)Hợp chất của Hg(II)

Khác với Zn và Cd, thủy ngân tạo nên hai loại hợp chất, trong đó nó có số oxi hóa +1 và +2 Xác xuất tạo thành hai trạng thái oxi hóa đó gần như tương đương vớinhau về mặt nhiệt động học, trong đó trạng thái oxi hóa +2 thường gặp hơn và bền hơn

+ Thủy ngân(II) oxit

Thủy ngân(II) oxit (HgO) là chất ở dạng tinh thể tà phương, hạt rất nhỏ có màu vàng, hạt to hơn có màu đỏ Nó được cấu tạo từ những mạch dài, gãy và phẳng liên kết yếu với nhau.

Trong khi ZnO và CdO có thể thăng hoa không phân hủy ở nhiệt độ cao, HgO phân hủy ở trên 400°C Điều này phù hợp với sự biến đổi nhiệt tạo thành của các oxit đó:

2HgO + NH3 + H2O → Hg2NOH.2H2O

Bazơ Milon Hg2NOH.2H2O là một trong những hợp chất mới của Hg với N, trong đó ion Hg2N+ có mạng lưới tinh thể kiểu cristobalit còn ion OH¯ và phân tử H2O được giữ ở trong lỗ trống của mạng lưới đó bằng lien kết ion, lien kết hidro và lực phân tán

Mạng lưới Hg2N+ trpng bazơ Milon

Bazơ Milon phản ứng với axit tạo nên muối có công thức chung là Hg2NX.H2O,trong đó X = NO3¯ , ClO4¯ , Cl¯ , Br¯ , I¯ v.v… Sự tạo thành kết tủa nâu Hg2-NI.H2O là phản ứng rất nhạy để phát hiện NH3 hoặc NH4 bằng thuốc thử Nesle là

dung dịch K2[HgI4] trong kềm:

2K2[HgI4] + 3KOH + NH3 → Hg2NI.H2O + 7KI + 2H2O

Trong thiên nhiên, HgO tồn tại ở dạng khoáng vật hiếm montroiđit HgO dùng

để điều chế hợp chất khác của thủy ngân, chế sơn vỏ tàu biển, thuốc mỡ và pin thủy ngân Pin thủy ngân gồm có cực âm làm bằng hỗn hống kẽm, cưc dương là bột nhãocủa HgO trộn với than và chất điện li là bột nhão của ZnO trộn với KOH Trong pinxãy ra phản ứng:

Zn + HgO → ZnO + HgPin thủy ngân được làm ở dạng cúc dùng cho máy nghe, đồng hồ đeo tay Pin cóthế hiệu 1,34V

Dạng vàng của HgO được điều chế khi cho thêm kiềm vào dung dịch muối Hg(II), dạng đỏ được điều chế bằng cách đun nóng Hg trong không khí ở 350°C hoặc nhiệt phân cẩn thận muối nitrat

Ví dụ:

Hg(NO3) + 2KOH → HgO + 2KNO3 + H2O

2Hg(NO3)2 → 2HgO + 4NO2 + O2

+ Thủy ngân(II) hiđroxit

Khi thêm kiềm vào dung dịch muối Hg(II), chỉ thu được HgO chứ không tách rađược Hg(OH)2 Tuy nhiên dựa vào độ tan rất bé của HgO ( 10-3 – 10-4 mol/l) trong nước và tính thủy phân mạnh của muối Hg(II) người ta thường coi Hg(OH)2 là một bazơ yếu

+ Muối của Hg(II)

Các muối nitrat, peclorat, sunfat và axetat của Hg(II) dễ tan trong nước còn các muối sunfua, orthophotphat và muối bazơ ít tan Khi tan trong nước, một số muối Hg(II) phân li rất kém, nhất là Hg(CN)2 được coi là chất không điện li, các muối còn lại phân li bình thường và bị phân hủy mạnh

Đa số muối đơn của Hg(II) không có màu trừ HgS có màu đen hoặc đỏ, HgI2 cómàu vàng hoặc đỏ

Thủy ngân là một kim loại tạo nên nhiều hợp chất rất kém bền và dễ phân hủy

nổ như HgC2, Hg3N2, Hg(N3)2 vàHg(OCN)2 Ví dụ như HgC2 được tạo nên khi C2H2tác dụng với dung dịch HgCl2 Nó có kiến trúc tinh thể giống như CaC2 nhưng khi tác dụng với axit không tạo nên C2H2 mà CH3CHO:

HgC2 + 2HCl + H2O → HgCl2 + CH3CHO

Sơ đồ thế oxi hóa – khử:

Hg2+ 0,920 Hg22+ 0,789 Hg°

0,854Cho thấy muối Hg(II) có khả năng oxi hóa, khi tác dụng với những chất khử muối Hg(II) mới đầu biến thành muối Hg(I) rồi sau đó biến thành Hg(0) Ngay khi tác dụng với thủy ngân kim loại, muối Hg(II) tạo thành muối Hg(I)

+ Thủy ngân(II) halogenua

Thủy ngân(II) halogenua (HgX2) là chất dạng tinh thể không màu, trừ HgI2 có màu đỏ Dưới đây là một số tính chất vật lý quan trọng của chúng

Thủy ngân(II) florua là hợp chất ion, có kiến trúc mạng lưới kiểu florit (CaF2)

Nó có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nhất trong có halogenua Nó bị thủy phân gần như hoàn toàn ngay trong nước lạnh Điều này cho thấy nó là một muối ion được tạo nên bởi một axit yếu và bazơ rất yếu

Ba halogenua còn thể hiện rõ đặc tính cộng hóa trị, ting thể HgCl2 có mạng lướiphân tử, các tinh thể HgBr2 và HgI2 có mạng lưới lớp Chúng có nhiệt độ nóng chảy

và nhiệt độ sôi thấp so với HgF2, tan trong một số dung môi hữu cơ nhiều hơn trongnước Ở trong nước, ba halogenua này phân ly rất kém (~1%) nên bị thủy phân không đáng kể Ở trạng thái hơi và trong dung dịch, chúng đều tồn tại ở dạng phân tử

Tất cả các halogenua HgX2 có thể điều chế bằng tác dụng trực tiếp của các đơn chất, trong đó HgCl2 là hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất

Thủy ngân(II) clorua (HgCl2) là hợp chất thuần túy cộng hóa trị, kết tinh ở dạngtinh thể nhỏ hệ tà phương, dễ nóng chảy, dễ bay hơi và có thể thăng hoa Nó rất bềntrong không khí, rất độc, tan trong nước, rượu, ete, axeton, benzene và clorofom

Độ tan của nó ở trong nước biến đổi nhiều theo nhiệt độ, 100g nước hòa tan 6,6g ở 20°C và 54g ở 100oC

Dung dịch nước của HgCl2 có phản ứng axit rất yếu vì bị thủy phân:

HgCl2 + H2O HgOHCl + HCl

Là chất rất kém điện ly, HgCl2 được tạo nên khi đun nóng HgO trong dung dịchNaCl:

HgO + 2NaCl + H2O HgCl2 + 2NaOH

Nhưng lại có thể tác dụng với dung dịch axit xianhiđric giải phóng axit

clohiđric nhờ tạo thành chất không điện ly Hg(CN)2:

2HCN + HgCl2 → Hg(CN)2 + 2HCl

Phản ứng này được dùng để định lượng axit xianhiđric

Khi tác dụng với những chất khử, HgCl2 có thể tạo nên Hg2Cl2 hay thủy ngân kim loại.

Thủy ngân(II) clorua có thể được điều chế bằng cách đun nóng hỗn hợp HgSO4

và NaCl ở 300°C hoặc hòa tan HgO hay HgSO4 trong axit clohiđric hoặc hòa tan

Hg trong cường thủy:

HgSO4 + 2NaCl → HgCl2 + Na2SO4

HgO + 2HCl → HgCl2 + H2O

HgSO4 + 2HCl → HgCl2 + H2SO4

3Hg + 6HCl + 2HNO3 → 3HgCl2 + 2NO + 4H2O

+ Thủy ngân(II) sunfua

Thủy ngân(II) sunfua (HgS) là dạng tinh thể có màu đỏ hoặc màu đen Tinh thể dạng đỏ có kiến trúc kiểu vuazit, dạng đen có kiến trúc kiểu sphalerit và nóng chảy

ở 820°C Trong hai dạng tinh thể đó, dạng đỏ bền hơn Khi đun nóng ở 344°C dạng đen chuyển sang dạng đỏ Dạng đỏ có thể thăng hoa ở 559°C

Thủy ngân(II) sunfua tan rất ít trong nước và tan ít hơn nhiều so với ZnS và CdS cùng là những chất ít tan Tích số tan của ZnS, CdS và HgS là 10-24, 10-28 và 10-

53 tương ứng Bởi vậy, các sunfua này tan khác nhau trong axit: ZnS tan trong dung

dịch axit loãng, CdS tan trong dung dịch axit khá đặc, còn HgS tan rất chậm trong dung dịch axit đặc kể cả HNO3 và chỉ tan dễ khi đun nóng với cường thủy.

3HgS + 8HNO3 + 6HCl → 3HgCl2 + 3H2SO4 + 8NO + 4H2O

Sự tăng màu và giảm độ tan trong nhóm ZnS-CdS-HgS có nguyên nhân là cation M2+ với vỏ 18 electron có bán kính tăng lên nên càng dễ bị cực hóa bởi anion

S2- và nhờ đó hiệu ứng cực hóa thêm của M2+ đối với S2- tăng lên

Khác với ZnS và CdS, thủy ngân(II) sunfua tan trong dung dịch đặc của sunfua kim loại kiềm tạo nên phức chất tan M2[HgS2] có màu vàng (M = Na, K):

HgS + K2S → K2[HgS2]

(kali thiomecurat)Thủy ngân(II) sunfua dạng đỏ tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật xinaba có màu đỏ Dạng đen của HgS có thể điều chế khi nghiền lưu huỳnh với thủy ngân kim loại hoặc khi sục khí H2S qua dung dịch muối Hg(II)

Ví du:

HgCl2 + H2S → HgS + 2HClDạng đỏ của HgS được điều chế bằng cách đun nóng dạng đen hoặc cho thăng hoa hỗn hợp gồm lưu huỳnh và Hg (hay HgO) ở 600°C trong luồng khí nitơ

+ Phức chất của Hg(II)

Ion Hg2+ tạo nên nhiều phức chất bền Liên kết Hg-phối tử ở trong tất cả các phức chất, nhất là phức chất với số phối trí 2, là liên kết cộng hóa trị Bền nhất là những phức chất được tạo nên với phối tử chúa halogen, cacbon, nitơ, photpho, lưu huỳnh Những phức chất này của Hg(II) luôn luôn bền hơn những phức chất tương ứng của Zn(II) và Cd(II)

Hằng số bền của phức chất [EX4]n ( trong đó E =Zn, Cd và Hg; X=Cl¯, Br¯, I¯,CN¯, SCN¯ và NH3; n=2- và 2+

[CdX4]n 1,1.102 5.103 1,25.106 1,29.1017 2,5.102 3,36.106[HgX4]n 1,66.1015 1,0.1021 6,67.1029 9,33.1038 1,69.102 -Những phức chất của Hg(II) được dùng trong hóa học phân tích là K2[HgI4] và (NH4)2[Hg(SCN)4]

Muối phức kali tetraiođomecurat K2[HgI4] tan trong nước, có màu vàng nhạt, được tạo nên khi hòa tan hết kết tủa đỏ HgI2 trong dung dịch KI: