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常溫下汞為液态金屬的原因

生活 更新时间:2024-07-26 04:10:20
美麗而緻命的元素

汞在自然界中分布量極小,被認為是稀有金屬,但是人們很早就發現了水銀。天然的硫化汞又稱為朱砂,由于具有鮮紅的色澤,因而很早就被人們用作紅色顔料。根據殷虛出土的甲骨文上塗有丹砂,可以證明中國在有史以前就使用了天然的硫化汞。

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根據中國古文獻記載:在秦始皇死以前,一些王侯在墓葬中也早已使用了灌輸水銀,例如齊桓公葬在今山東臨淄縣,其墓中傾水銀為池。這就是說,中國在公元前7世紀或更早已經取得大量汞。

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中國古代還把汞作為外科用藥。1973年長沙馬王堆漢墓出土的帛書中的《五十二藥方》,抄寫年代在秦漢之際,是現已發掘的中國最古醫方,可能處于戰國時代。其中有四個藥方就應用了水銀。例如用水銀、雄黃混合,治療疥瘡等。

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東西方的煉金術士們都對水銀發生了興趣。西方的煉金術士們認為水銀是一切金屬的共同性——金屬性的化身。他們所認為的金屬性是一種組成一切金屬的“元素”。

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中國古代勞動人民把丹砂(也就是硫化汞),在空氣中煅燒得到汞。但是生成的汞容易揮發,不易收集,而且操作人員會發生汞中毒。中國勞動人民在實踐中積累經驗,改用密閉方式制汞,有的是密閉在竹筒中,有的是密閉的石榴罐中。

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根據西方化學史的資料,曾在埃及古墓中發現一小管水銀,據曆史考證是公元前16—前15世紀的産物。但中國古代勞動人民首先制得了大量水銀。

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汞的毒性

微量的液體汞吞食一般不會造成嚴重的中毒反應(有資料稱它在生物體内會形成有機化合物),但汞蒸氣和汞鹽(除了一些溶解度極小的如硫化汞)都是劇毒的,口服、吸入或接觸後可以導緻腦和肝損傷。

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目前的溫度計一般用酒精取代汞,然而中華人民共和國境内民用的溫度計中仍然在使用汞。中國計劃在2015年前逐步禁止汞溫度計的使用,但收效甚微。

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最危險的汞有機化合物是二甲基汞[(CH3)2Hg],僅幾微升二甲基汞接觸在皮膚上就可以緻死。

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汞可以在生物體内積累,很容易被皮膚以及呼吸道和消化道吸收。水俣病是汞中毒的一種。汞破壞中樞神經系統,對口、粘膜和牙齒有不良影響。長時間暴露在高汞環境中可以導緻腦損傷和死亡。盡管汞沸點很高,但在室内溫度下飽和的汞蒸氣已經達到了中毒劑量的數倍。

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汞的特殊性質

作為金屬的汞,在常溫下卻離奇地以液态存在。相對論收縮效應理論能為這一不尋常的現象提供解釋。

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與金相仿,汞的6s 軌道在收縮的同時并趨于穩定化導緻了一種稱之為“惰性電子對”效應:汞的6s2殼層在成鍵過程中呈現惰性。可以看到汞的6s26p激發能遠遠超過镉和鋅的相應激發能。按照一般周期規律能量間隔應随主量子數增加而減小。所以,由鋅到镉能量間隔變小在預料之中,然而由镉到汞該能量間隔反而陡然增加。這裡可以再次看到正是相對論收縮效應緻使全滿的6s2殼層安然穩定,于是汞的6s26p能量間隔驟增。隻要得不到所需的激發能,具有惰性6s2殼層的汞原子之間就無法形成強鍵。基态Hg2僅靠範德華力相互維系,所以金屬汞在常溫下呈液态。

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