عنصر جیوه و کاربردهای آن | به زبان ساده

عنصر جیوه که آن‌را با نماد «Hg» نشان می‌دهند، عنصری با عدد اتمی ۸۰ و قرار گرفته در گروه ۱۲ جدول تناوبی عناصر است. این عنصر، تنها فلزی به شمار می‌آید که در شرایط دما و فشار استاندارد، به حالت مایع قرار دارد. تنها عنصر دیگری که در شرایط STP به صورت مایع قرار دارد، برم است که از جمله هالوژن‌ها به شمار می‌آید. این فلز به طور معمول در رسوبات سولفید جیوه (سیناباریت) یافت می‌شود.

از جیوه در دماسنج‌ها، فشارسنج (بارومتر) جیوه‌ای برای اندازه‌گیری فشار اتمسفریک، شناورها (شیرهای شناور)، رله و سوییچ‌های جیوه‌ای و همچنین در لامپ‌های فلورسنت استفاده می‌شود. به علت خاصیت سمی این ماده، بهره‌گیری از آن در فشارسنج‌های خون و دماسنج‌ها منسوخ شد و جای خود را به مواد جایگزین دیگری مانند الکل یا دستگاه‌های بر پایه فروسرخ داد. البته همچنان از این فلز برای ساخت آمالگام در دندانپزشکی و همچنین تحقیقات آزمایشگاهی استفاده می‌شود.

جریان الکتریکی گذرنده از بخار جیوه در یک لامپ فلورسنت، طول موج‌های کوتاه ماورا بنفش تولید می‌کند. این طول موج‌ها سبب تابش نور مرئی توسط فسفر موجود در لامپ‌های فلورسنت می‌شود. از جمله مشکلات این فلز، ایجاد مسمومیت است. مسمومیت با جیوه، نتیجه قرار گرفتن در معرض قطرات انحلال‌پذیر در آب، همچون جیوه (II) کلرید و تنفس بخار این فلز یا خوردن هر شکلی از این فلز است.

خواص جیوه

در ادامه، خواص فیزیکی و شیمیایی این ماده را بررسی می‌کنیم.

فیلم آموزش شیمی عمومی – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

خواص فیزیکی

این عنصر، فلزی چگال با رنگ نقره‌ای است که در دسته d عناصر جدول تناوبی قرار می‌گیرد. همانطور که گفته شد، تنها فلزی است که در دما و فشار استاندارد به صورت مایع دیده می‌شود. دمای انجماد و جوش این فلز به ترتیب برابر با $$-38.83$$ و $$356.73$$ درجه سانتی‌گراد است.

در مقایسه با سایر فلزات، این فلز هادی خوبی برای جریان الکتریکی به شمار نمی‌آید. آرایش الکترونی این فلز به گونه‌ای است که جدا کردن الکترون از آن را دشوار می‌سازد و به همین دلیل، رفتاری مشابه با گازهای نجیب خواهد داشت. پایداری اوربیتال $$6s$$ به دلیل حضور اوربیتال پرشده $$4f$$ است و این لایه نمی‌تواند به خوبی، اثر پوششی برای بار هسته ایجاد کند و در نتیجه، بار هسته، الکترون‌های لایه $$6s$$ را نیز به خوبی جذب می‌کند.

خواص شیمیایی

این عنصر با بسیاری از اسیدها همچون سولفوریک اسید رقیق وارد واکنش نمی‌شود. با این وجود، اسیدهای اکسیدکننده همچون سولفوریک اسید غلیظ، نیتریک اسید یا آکوا رجیا (تیزاب سلطانی)، این فلز را حل می‌کنند تا سولفات، نیترات و کلرید بدست آیند. همانند نقره، جیوه نیز با هیدروژن سولفید وارد واکنش می‌شود.

آمالگام

بسیاری از فلزات (به غیر از آهن) در جیوه حل می‌شوند تا آمالگام تشکیل دهند. همچنین، این فلز به راحتی با آلومینیوم ترکیب و تشکیل آمالگام می‌دهد. به طور معمول، برای جلوگیری از ایجاد خوردگی در آلومینیوم، لایه‌ای محافظ از آلومینیوم اکسید روی آن تشکیل می‌شود که در تماس این لایه با جیوه، در نهایت این لایه محافظ از بین خواهد رفت و سبب خوردگی شدید آلومینیوم می‌شود. به همین دلیل، استفاده از این فلز در هواپیماها به دلیل تشکیل آمالگام با آلومینیوم ممنوع است.

فیلم آموزش شیمی معدنی ۱ – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

ایزوتوپ های جیوه

این عنصر دارای ۷ ایزوتوپ پایدار است که جیوه-۲۰۲ بیشترین فراوانی (۲۹/۸۶ درصد) را به خود اختصاص داده است. در این میان، رادیوایزوتوپ جیوه-۱۹۴، نیمه‌عمری در حدود ۴۴۴ سال و جیوه-۲۰۳، نیمه‌عمری برابر با ۴۶/۶۱۲ روز دارد.

ترکیبات جیوه

این فلز دارای دو عدد اکسایش مختلف به نام‌های جیوه (I) و جیوه (II) است که در ادامه، ترکیبات حاصل از این فلز را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

ترکیبات جیوه (I)

این فلز بر خلاف همسایه‌های سبک‌تر خود یعنی کادمیوم و روی، به طور معمول ترکیبات ساده پایداری با پیوند فلز-فلز تشکیل می‌دهد و بیشتر ترکیبات حاصل از جیوه (I)، به صورت ترکیبات دیامغناطیس هستند. مشتقات حاصل از این ترکیبات نیز نیترات‌ها و کلرید پایدار خواهند بود.

• جیوه (I) کلرید: این ترکیب که آن‌را با نام «کالومل» (Calomel) نیز می‌شناسند، جامدی بی‌رنگ با فرمول شیمیایی $$Hg_2Cl_2$$ است. این ماده در واکنش با کلر، مرکوریک کلرید تشکیل می‌دهد که در برابر اکسایش مقاوم است.
• جیوه (I) هیدرید: گازی بی‌رنگ با فرمول $$HgH$$ است و هیچ پیوند $$Hg-Hg$$ در آن دیده نمی‌شود.

ترکیبات جیوه (II)

این عدد اکسایش،‌ معمول‌ترین حالت این فلز را شامل می‌شود و همچنین، در طبیعت نیز بیشتر به همین شکل وجود دارد. تمامی هالیدهای جیوه، شناخته شده‌اند و کمپلکس‌هایی چهاروجهی با سایر لیگاندها ایجاد می‌کنند.

زمانی که این فلز را در دماهای بالا به مدت طولانی در تماس با هوا قرار دهیم، جیوه (II) اکسید تشکیل خواهد شد. این فلز با عناصر گروه ۱۶ (کالکوژن‌ها) ترکیبات پایداری را بوجود می‌آورد. از معمول‌ترین این ترکیبات، جیوه (II) سولفید است که در طبیعت به صورت «شنگرف» (Cinnabar) وجود دارد.  نمک‌های جیوه (II)، کمپلکس‌های مختلفی را با آمونیاک تشکیل می‌دهند که شامل $$H_2N^+$$ هستند.

ترکیبات آلی فلزی

به لحاظ تاریخی، ترکیباتی آلی این فلز اهمیت بسیاری دارند اما امروزه، ارزش صنعتی بالایی برای این ترکیبات ذکر نمی‌شود. نمک‌های جیوه (II)، نمونه‌هایی از کمپلکس‌های ساده فلزی هستند که به طور مستقیم با حلقه‌های آروماتیکی وارد واکنش می‌شوند. ترکیبات آلی‌فلزی حاصل از این جیوه به طور معمول دوظرفیتی هستند و شکلی خطی دارند و با آب وارد واکنش نمی‌شوند. فرمول عمومی این ترکیبات به صورت $$HgR_2$$ (در بیشتر موارد، فرار) یا $$HgRX$$ (به صورت جامد) ذکر می‌شود.

کاربردهای جیوه

از این فلز به طور عمده برای ساخت تجهیزات شیمیایی صنعتی برای دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. برای سنجش دماهای بالا، از دماسنج‌های جیوه‌ای بهره می‌گیرند. همچنین از لامپ‌های فلورسنت نیز از این ماده استفاده می‌کنند. البته آلیاژهای دیگری به مرور جای این فلزی سمی را گرفته‌اند و استفاده از آن در این موارد، کاهش پیدا کرده است.

از ترکیبات این فلز به طور گسترده در پزشکی استفاده می‌شد و همانطور که می‌دانید، بخش جدایی‌ناپذیر از دندان‌پزشکی را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، به عنوان ماده نگهدارنده واکسن‌ها نیز از این فلز بهره می‌برند. در برخی کشورها نیز از ترکیبی حاوی این فلز به نام «مربرومین» (Merbromin) به عنوان ضدعفونی کننده استفاده می‌کنند.

البته امروزه، بهره‌گیری از این فلز در پزشکی به دلیل سمی بودن آن بسیار کاهش پیدا کرده است و همانطور که در ابتدای متن ذکر شد، از مواد جایگزین برای فشارسنج‌ها و دماسنج‌ها کمک می‌گیرند. در سال ۲۰۰۳ بود که در دو ایالت آمریکا، استفاده از جیوه را در فشارسنج‌های پزشکی ممنوع کردند.

در اواخر قرن بیستم، بیشترین کاربرد این فلز در فرآیند «سلول جیوه» (Mercury Cell) بود که در این فرآیند، سدیم به صورت آمالگام در کاتدی از جنس جیوه، تشکیل می‌شد. همچنین این فلز به عنوان الکترود مرجع در الکتروشیمی به عنوان جایگزین الکترود استاندارد هیدروژن بکار می‌رود. بعلاوه، نقطه سه‌گانه این فلز دمای ثابتی برابر با $$-38.8344$$ درجه سانتی‌گراد دارد که به عنوان یک استاندارد دمایی در مقیاس بین‌المللی دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حالت گازی این فلز در لامپ‌های بخار جیوه و لامپ‌های تبلیغاتی و فلورسنت کاربرد دارد. این نوع از لامپ‌های فشار پایین، طیف خاصی را گسیل می‌کنند که در طیف‌سنجی و کالیبره کردن طیف‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله کاربردهایی که این فلز در گذشته داشته، ساخت لوازم آرایشی ذکر شده است که در سال ۲۰۰۸، بکارگیری این ماده برای ساخت لوازم آرایشی در آمریکا ممنوع شد.

موارد ایمنی در خصوص جیوه

جیوه و بیشتر ترکیبات آن بسیار سمی هستند و حمل و نقل آن باید با احتیاط صورت بگیرد. زمانیکه در محلی، قطره‌های این فلز وجود داشته باشد، شیوه‌های بخصوصی برای پاکسازی محل باید صورت بگیرد. به طور مثال، قطره‌های مختلف جیوه باید به یکدیگر متصل شوند و قطره حاصل به کمک یک قطره‌چکان، از سطح، پاکسازی شود یا این‌که قطرات به آرامی به یک محفظه یکبار مصرف منتقل شوند. برای پاکسازی قطرات جیوه نباید از جاروبرقی و مواردی از این دست استفاده کرد چراکه بیشتر موجب پخش شدن قطرات می‌شوند.

بعد از انجام عملیات پاکسازی قطرات باید از پودرهایی استفاده شود که به راحتی با این فلز، تشکیل آمالگام می‌دهند که از جمله این مواد می‌توان به گوگرد و روی اشاره کرد. پاکسازی سطوح متخلخل و همچنین لباس‌ها، به طور کامل صورت نمی‌گیرد و بهتر است مواد آغشته به جیوه، به شکل مناسبی دور انداخته شوند.

بخار این فلز به راحتی از طریق پوست و غشا مخاطی جذب می‌شود و بنابراین، ظروف حاوی این ماده باید به خوبی در محفظه‌های عایق قرار بگیرند تا از تبخیر یا پاشیده شدن آن‌ها بر روی مواد دیگر، جلوگیری شود. به هنگام گرم کردن جیوه یا ترکیبات آن باید از تهویه مناسب استفاده کرد تا امکان تماس با بخار آن به حداقل برسد.

جیوه در ماهی

ماهی‌ها و صدف‌های دریایی به طور طبیعی تمایل به جذب این فلز در بدن خود دارند. ترکیب ذخیره شده در بدن این جانداران به طور معمول به صورت «متیل‌جیوه» (Methylmercury) است که ترکیب آلی بسیار سمی به شمار می‌آید. کوسه‌، شاه‌ماهی، ماهی تون و ماهی‌هایی که در بخش بالایی زنجیره غذایی به سر می‌برند، مقادیر بیشتری از جیوه را شامل می‌شوند.

از آن‌جایی که این ماده در چربی انحلال‌پذیر است، به طور ویژه در بافت‌ها ذخیره می‌شود و در طول زمان، غلظت این ماده در بافت‌ها و ماهیچه‌های ماهی‌ها زیاد می‌شود و ماهی‌هایی که در بالای زنجیره غذایی قراردارند، شامل غلظت‌هایی از این فلز تا ده برابر بیشتر از ماهی‌های دیگر هستند.

علائم و اثرات مسمومیت با جیوه

اثرات مسمومیت شامل آسیب به مغز، کلیه‌ها و شش‌ها است. علائم مسمومیت نیز شامل اختلالات حسی در بینایی، تکلم و شنوایی ذکر می‌شود که بسته به نوع و مقدار مصرف، ممکن است متفاوت باشد. سرفه، تنگی نفس و درد قفسه سینه نیز از جمله دیگر علائم مسمومیت با این فلز ذکر می‌شود.