مقدمه
جیوه (به انگلیسی: Mercury) یکی از جذابترین و در عین حال خطرناکترین عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است. این فلز نقرهایرنگ در دمای اتاق به حالت مایع قرار دارد و همین ویژگی آن را از بیشتر فلزات متمایز میسازد. عدد اتمی جیوه ۸۰ است، که به این معناست که هر اتم جیوه دارای ۸۰ پروتون در هسته خود میباشد. در این مقاله بهطور کامل به مفهوم عدد اتمی جیوه، ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی آن، کاربردها، تاریخچه کشف، و اثرات زیستمحیطی و سلامتی آن خواهیم پرداخت.
عدد اتمی جیوه چیست؟
عدد اتمی هر عنصر، نشاندهنده تعداد پروتونهای موجود در هستهی اتم آن عنصر است. در مورد جیوه، عدد اتمی ۸۰ بیانگر وجود ۸۰ پروتون در هستهی آن است.
این عدد نقش مهمی در تعیین جایگاه جیوه در جدول تناوبی دارد. بر اساس عدد اتمی، جیوه در دورهی ششم (Period 6) و گروه دوازدهم (Group 12) جدول تناوبی قرار گرفته و نماد شیمیایی آن Hg است که از واژهی لاتین Hydrargyrum به معنی «نقرهی روان» گرفته شده است.
ساختار اتمی و عدد جرمی جیوه
اتم جیوه دارای ۸۰ الکترون است که در اطراف هسته در ترازهای انرژی مختلف توزیع شدهاند. پیکربندی الکترونی جیوه به صورت زیر است:
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s²
این پیکربندی نشان میدهد که زیرلایههای d و f در جیوه کاملاً پر شدهاند و این عامل سبب پایداری نسبی اتم جیوه و بیمیلی آن به انجام واکنشهای شیمیایی میشود. عدد جرمی جیوه در ایزوتوپهای طبیعی آن معمولاً حدود 200.59 است، که میانگین وزنی ایزوتوپهای مختلف جیوه مانند Hg-196 تا Hg-204 به شمار میآید.
ویژگیهای فیزیکی جیوه
جیوه یکی از معدود فلزاتی است که در دمای اتاق به حالت مایع وجود دارد. ویژگیهای فیزیکی آن عبارتاند از:
-
عدد اتمی: 80
-
جرم اتمی نسبی: 200.59 u
-
نقطه ذوب: °C -38.83
-
نقطه جوش: °C 356.73
-
چگالی: 13.534 گرم بر سانتیمتر مکعب در دمای اتاق
-
رنگ و ظاهر: نقرهای، براق و مایع
-
رسانایی الکتریکی: بالا
-
تبخیرپذیری: نسبتاً زیاد در دمای معمولی
این خواص باعث شدهاند که جیوه در گذشته برای ساخت دماسنجها، فشارسنجها (بارومترها) و سوئیچهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.
ویژگیهای شیمیایی جیوه
جیوه از نظر شیمیایی نسبتاً بیاثر است. در دمای معمولی با بسیاری از اسیدها واکنش نمیدهد، اما در برابر اکسیدکنندههای قوی مانند اسید نیتریک (HNO₃) و اسید سولفوریک غلیظ (H₂SO₄) واکنش نشان میدهد.
محصول این واکنشها معمولاً اکسید جیوه (HgO) یا نمکهای جیوه مانند نیترات جیوه (Hg(NO₃)₂) است.
جیوه میتواند دو حالت اکسیداسیون اصلی داشته باشد:
-
Hg⁺ (جیوه یکظرفیتی)
-
Hg²⁺ (جیوه دوظرفیتی)
ترکیبات جیوه دوظرفیتی پایدارتر هستند و در طبیعت بیشتر مشاهده میشوند.
ایزوتوپهای جیوه
جیوه دارای چندین ایزوتوپ پایدار است که از جمله مهمترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
| ایزوتوپ | درصد فراوانی طبیعی | عدد جرمی |
|---|---|---|
| Hg-196 | 0.15٪ | 196 |
| Hg-198 | 10.04٪ | 198 |
| Hg-199 | 16.94٪ | 199 |
| Hg-200 | 23.14٪ | 200 |
| Hg-201 | 13.17٪ | 201 |
| Hg-202 | 29.74٪ | 202 |
| Hg-204 | 6.82٪ | 204 |
این ایزوتوپها در هستهی خود تعداد متفاوتی از نوترونها دارند اما تعداد پروتونها (۸۰ عدد) در همه آنها ثابت است. همین عدد ثابت است که هویت شیمیایی جیوه را تعیین میکند.
کاربردهای جیوه
در گذشته، جیوه به دلیل ویژگیهای منحصربهفردش در صنایع مختلف کاربرد فراوانی داشت، اما امروزه بهدلیل سمیت بالا، استفاده از آن در بسیاری از کشورها محدود یا ممنوع شده است. برخی از کاربردهای سنتی و صنعتی جیوه عبارتاند از:
-
دماسنجها و فشارسنجها: به دلیل انبساط یکنواخت با دما.
-
لامپهای بخار جیوه: تولید نور سفید با شدت بالا.
-
سوئیچها و رلههای جیوهای: در مدارهای الکتریکی حساس.
-
استخراج طلا: برای تشکیل آمالگام با طلا.
-
تولید کلر و سود سوزآور (NaOH): در سلولهای الکترولیتی قدیمی.
در حال حاضر، جایگزینهای ایمنتری برای بیشتر این کاربردها معرفی شدهاند.
اثرات زیستمحیطی و سلامتی جیوه
اگرچه جیوه از نظر علمی و صنعتی ارزشمند است، اما از دیدگاه زیستمحیطی و سلامتی بسیار خطرناک به شمار میآید. بخارات جیوه و ترکیبات آن، بهویژه متیلجیوه (CH₃Hg⁺)، میتوانند به راحتی از راه تنفس یا تغذیه وارد بدن شوند.
تجمع جیوه در بدن باعث بروز بیماریهایی مانند:
-
آسیب به سیستم عصبی مرکزی
-
اختلالات کلیوی
-
ناهنجاریهای رشدی در جنین
-
مشکلات بینایی و شنوایی
میشود. به همین دلیل، سازمانهای بینالمللی مانند WHO و UNEP محدودیتهای شدیدی برای استفاده و دفع جیوه وضع کردهاند.
تاریخچه کشف جیوه
جیوه از دوران باستان برای بشر شناخته شده بود. در تمدنهای مصر و چین باستان، از جیوه در پزشکی سنتی و حتی در آیینهای مذهبی استفاده میشد.
واژهی «Mercury» از نام خدای رومی تجارت و سفر الهام گرفته شده است، زیرا جیوه بهدلیل تحرک بالا و ظاهر درخشانش، به این ایزد نسبت داده شد.
در دوران قرون وسطی، کیمیاگران تصور میکردند جیوه مادهای پایهای برای تبدیل فلزات به طلا است.
جایگاه جیوه در جدول تناوبی
| ویژگی | مقدار |
|---|---|
| نماد شیمیایی | Hg |
| عدد اتمی | 80 |
| گروه | 12 |
| دوره | 6 |
| بلوک | d |
| دسته | فلز انتقالی |
| وضعیت در دمای اتاق | مایع |
جیوه در کنار فلزات روی (Zn) و کادمیوم (Cd) در گروه ۱۲ قرار دارد و از نظر ساختار اتمی و رفتار شیمیایی با آنها شباهتهایی دارد.
حقایق جالب درباره جیوه
-
جیوه تنها فلز مایع در دمای اتاق است.
-
در دماهای پایینتر از °C −38.83 منجمد میشود.
-
آمالگامهای جیوه با طلا و نقره در دندانپزشکی قدیم استفاده میشدند.
-
جیوه در حالت مایع سطحی بسیار صاف و براق دارد.
-
عدد اتمی آن (۸۰) یکی از بالاترین اعداد در میان عناصر پایدار است.
جمعبندی
عدد اتمی جیوه (۸۰) کلید درک رفتار و خواص این عنصر منحصربهفرد است. جیوه با ساختار الکترونی خاص خود، فلزی سنگین، براق و مایع است که در گذشته کاربردهای فراوانی داشته اما امروزه به دلیل خطرات زیستمحیطی و سلامتی، استفاده از آن بسیار محدود شده است. با وجود این، مطالعهی دقیق عدد اتمی و ساختار اتمی جیوه هنوز برای دانشمندان در زمینههای فیزیک هستهای، شیمی معدنی و محیط زیست اهمیت بالایی دارد.