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水银的历史与功过

时间:10月24日来源:大科技杂志

水银又叫汞,是一种银色液态金属。水银是好是坏是一个非常矛盾的问题,很难用一句话来对它下定论。水银应用很广,对人类的经济社会做出过许多贡献。它可以帮助开采金矿,从矿石中提炼金子、可以治病,汞合金可用作补牙的填充物、可以参与观察天气;现代化学和物理学的实验中也少不了水银;我们的日常生活中也有不少水银的应用,从温度计、体温表到荧光灯管等都有着水银的参与。

水银的历史与功过

水银研究和实验的历史

水银曾被形容为流动的银子,它在拉丁文中被称为“液体之银”和“流动之银”,这两个词非常形象地描绘出了水银的形象。水银的比重为13.6,与相同体积的水相比,它要重好几倍。它是唯一一种在室温下呈液态的金属。

水银原子与其他金属的结合比水银本身原子之间的结合更为紧密,铁和铂是水银喜欢结合的金属。水银与其他金属在一起形成的合金叫做汞合金,根据合金中水银含量的多少,可分别呈液态或固态。水银易于与其他金属结合的特性,使得它在化工产品制造业、牙科行业以及冶金行业中都有着重要的地位。

水银存在于少数几种矿石中,最为普遍的是一种红砖色的辰砂,也叫朱砂、银朱。它多分布在火山地区,特别是在靠近温泉处。

水银的流动特性、较大的比重,以及它银亮的外表,曾使埃及、罗马、中世纪的阿拉伯以及欧洲的一些古代炼金术士们为之着迷。他们中许多人相信水银是其他许多金属的基础,其他的金属和矿物都是由它产生的。他们想从水银中提炼金子等珍贵的金属来,虽然最后都宣告失败,但这些古代炼金术士们却是最早炼出汞合金的人,也是最早通过加热辰砂获取水银的人。

其后,水银在一些早期科学实验工作中也成为不可缺少的工具,科学萌芽时期的一些实验导致了许多重大的科学发现,为现代化学和物理学奠定了基础。18世纪英国化学家普利斯特利用水银化合物进行实验,并提出了燃素说,这一理论错误地假定,燃烧着的物质会产生一种叫做燃素的物质。

水银的历史与功过

1780年时,法国化学家拉瓦锡也做了与普利斯特利类似的实验,不过他的实验过程正好颠倒过来,他在氧中燃烧汞产生化合物,发现比原先的水银还要重。他证明了燃烧实际上是物质与氧结合的过程,拉瓦锡批驳了不正确的燃素理论,建立起了物质守恒理论,开启了现代化学的大门。

1911年时,荷兰物理学家欧耐斯用过度冷却的水银做实验,从而发现了超导现象,他在实验中发现,当温度接近绝对零度时,导体实际上就失去了所有的电阻。他之所以用水银来做这个实验,是因为水银是唯一可以用实验室里的蒸馏器提纯、并达到实验所需要纯度的导体。

水银的广泛应用

水银在人类生活中也起到了很大的作用,在历史上推动了人类经济生活的发展。从古代起,辰砂就被作为红色的颜料用于胭脂口红等化妆品中,印度女子多用朱砂在额上点上红点。

16世纪中期的冶金学家们采用了炼金术士们的汞合技术,利用水银从矿石中提取出珍贵的金属。在汞合工艺中,先将含有金或银的碾碎的矿石与水银放在一起搅拌,水银与极细小的金银碎屑都能很好的结合在一起。当汞合金含有足够的金银成分后,再将其放在铁制的曲颈瓶里用蒸馏法将水银以蒸气的形式分离出去,于是金或银(或者是金与银的合金)便留了下来,这种方法所获取的贵金属相当纯,而作为蒸气被分离出去的水银冷凝成液态再重新使用。在欧洲,行之有效的汞合提取方法产生之时,美洲大陆贵金属矿藏也不断被发现和开采。水银的需求剧增,西班牙巨大的辰砂矿使水银的生产量得到了很大的提高。在其后的250年里,意大利、秘鲁等地也发现了一些较大的辰砂矿。得益于汞合金提炼方法的问世,横跨大西洋的金属贸易又繁荣起来。可以说,当时世界贸易的迅速发展,水银在其中起到了很大的作用。

1849年美国加利福尼亚淘金热开始后,金矿如雨后春笋般出现,辰砂采矿业也应运而起,为各地的大小金矿提供水银。汞矿业后来成为美国内华达州和德克萨斯州的重要产业。当时在世界范围内,汞合法一直是提取金子的主要方法,直到1900年氰化法代替了汞合法,用氰化法从矿石中提取金子的成本远比汞合法低。

与此同时,水银又有了许多新的应用。19世纪60年代,汞合金已经成为补牙的首选材料:一种叫做雷汞的水银化合物成为安全引爆雷管的重要组成成份,给当时的建筑业和采矿业带来了巨大的变革。

水银的历史与功过

水银温度计是德国物理学家华伦海特在1714年发明的,他利用水银几乎恒定的膨胀系数做成了精确的线性刻度温度计,这种温度计很快就得以大量生产,广泛应用于医学领域、工业生产、科学研究,同时也成为寻常百姓家中的必备物品。

到了20世纪,水银给许多电气控制设备提供了空前的安全和方便。水银是唯一的液态导体,用它做成的水银倾卸开关可自动控制安装在墙上的调温装置,用它做成浮控开关可以控制洗衣机、井底水窝水泵、船底排水泵的水平面,以及在汽车引擎罩、行李箱盖打开时控制灯亮等。

水银使得我们的照明有了更多的节能选择,荧光灯管、水银灯与白炽灯相比能节省许多电。我们日常所用的荧光灯管内含有少量的水银,而明亮的水银灯则是体育馆和其他一些室外场所照明的极佳选择。

水银污染引起重视和关注

但是与此同时,水银却也给地球环境和人类健康投下了阴影。在过去,开采金矿的工人以及从事其他与水银打交道工作的人往往会得病,这点人们早已知道。直到最近,研究人员才真正了解,水银对于人类健康的危害远比我们所想象的要严重得多。

20世纪60年代期间,研究人员对于因食用了汞污染的鱼和俄罗斯小麦造成可怕的外貌损伤以及身体变得虚弱不堪的受害者进行了深入调查,开始明白水银对人体的毒害作用远比先前所想象的要严重得多。汞成为全球性的污染物,汞污染令世界震惊,联合国环境规划署进行的“全球汞的评估调查”使得人们对水银污染的忧患意识达到最高点。

水银的历史与功过

相对来说,元素汞和辰砂是毒性较小的水银形态,如果不慎服下,金属的水银吸收起来很慢,也许还有可能安全通过肠道系统而不对人造成伤害。而水银蒸气的毒性则要大得多,液态水银在空气中很容易蒸发,溶于水中的水银毒性最大,如化合物甲基水银(CH3Hg)和二乙汞(C2H5Hg)等,不仅剧毒,且会被人体迅速吸收。

具有讽刺意味的是,水银在医学上的应用却更为广泛,人们用它来治疗肺结核、便秘等疾病。医生用汞来治疗梅毒已有500年的历史,这种治疗方法同时带来严重的副作用,如无法控制的流涎过多、颤抖、麻痹以及肾衰竭等。20世纪初期,用水银治疗梅毒的做法已被中止,但俗称“红药水”的红汞仍然广泛用作消毒杀菌的外用药,此外含汞的牙粉也很普遍。

水银在大自然中广泛存在,从含量集中的辰砂矿藏到多数岩石、土壤、树木、水体以及大气中所含的微量水银。大气中所含的水银主要来源于火山喷发、森林火灾,以及海洋表面的蒸发。大气中的水银最终会氧化,重新降到地面,细菌活动将无机水银化合物转变成甲基水银,然后甲基水银进入食物链,最后集中在食物链的最上层——掠食性鱼类,而这些大鱼常常为人类捕获食用。上个世纪大气水银含量急剧增加,多数为人类因素造成,包括发电站大量燃烧煤炭,金属冶炼,以及焚烧医院和工厂里含水银的废物等。

自20世纪80年代以来,世界各地为了减少水银危害做了巨大的努力。在水银的许多实际应用中,人们开始尽力用其他东西来代替水银,存在于食物和药物中的水银污染给公众健康带来的危害得到了关注,并向公众发出了各种警告。红汞不再生产,水银温度计、体温表和含有水银的电气开关也正在逐渐淘汰,各国政府和各有关当局对含有水银的各种装置的安全性和重复利用也采取了许多措施,世界每年水银用量大为减少。

现在水银污染给人类带来的威胁和后果已经广为人知,许多工业化国家正在减少水银的使用量和向大气中排放的水银量,但一些国家仍然在继续开采这种有毒金属。生产出来的水银中,三分之一在氯和苛性钠的生产中用作液态阴极,这种生产工艺正在被逐步淘汰,另外三分之一用于生产各种照明设备和用具、科学研究仪器、电池、开关和牙用汞合金,剩下的三分之一多数用于一些小型金矿中。

许多有识之士呼吁,要尽可能减少人与水银接触的机会,并减少大气和环境中水银的排放量,在一些需要用到水银的行业,尽可能地用其他物质代替。

[ 编辑:jixuyixue ]

关键词:新型冠状病毒感染的肺炎防治知识培训

现在水银污染给人类带来的威胁和后果已经广为人知,许多工业化国家正在减少水银的使用量和向大气中排放的水银量,但一些国家仍然在继续开采这种有毒金属。
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