El mercurio es un metal pesado, de color blanco plateado, líquido a temperatura ambiente. Comparado con otros metales, es un mal conductor del calor, pero un buen conductor de la electricidad. [11]
Tiene un punto de fusión de -38,83 °C [b] y un punto de ebullición de 356,73 °C [c] , [12] [13] [14] ambos el más bajo de cualquier metal estable, aunque se han realizado experimentos preliminares con copernicio y flerovium . indicó que tienen puntos de ebullición aún más bajos. [15] Este efecto se debe a la contracción de los lantánidos y la contracción relativista que reducen el radio de la órbita de los electrones más externos y, por lo tanto, debilitan el enlace metálico del mercurio. [12] Al congelarse, el volumen del mercurio disminuye un 3,59% y su densidad cambia de 13,69 g/cm 3 cuando está líquido a 14,184 g/cm 3 cuando está sólido. El coeficiente de expansión de volumen es 181,59 × 10 −6 a 0 °C, 181,71 × 10 −6 a 20 °C y 182,50 × 10 −6 a 100 °C (por °C). El mercurio sólido es maleable y dúctil y puede cortarse con un cuchillo. [16]
Tabla de propiedades térmicas y físicas del mercurio líquido: [17] [18]
Propiedades químicas
El mercurio no reacciona con la mayoría de los ácidos, como el ácido sulfúrico diluido , aunque ácidos oxidantes como el ácido sulfúrico concentrado y el ácido nítrico o el agua regia lo disuelven para dar sulfato , nitrato y cloruro . Al igual que la plata, el mercurio reacciona con el sulfuro de hidrógeno atmosférico . El mercurio reacciona con escamas de azufre sólido, que se utilizan en los kits para derrames de mercurio para absorber el mercurio (los kits para derrames también utilizan carbón activado y zinc en polvo). [19]
amalgamas
Lámpara de calibración espectral de descarga de mercurio
El mercurio disuelve muchos metales como el oro y la plata para formar amalgamas . El hierro es una excepción y tradicionalmente se han utilizado matraces de hierro para transportar el material. [20] Varios otros metales de transición de primera fila, con excepción del manganeso , el cobre y el zinc, también son resistentes en la formación de amalgamas. Otros elementos que no forman fácilmente amalgamas con mercurio incluyen el platino . [21] [22] La amalgama de sodio es un agente reductor común en la síntesis orgánica y también se usa en lámparas de sodio de alta presión .
El mercurio se combina fácilmente con el aluminio para formar una amalgama de mercurio y aluminio cuando los dos metales puros entran en contacto. Dado que la amalgama destruye la capa de óxido de aluminio que protege el aluminio metálico de una oxidación profunda (como en la oxidación del hierro ), incluso pequeñas cantidades de mercurio pueden corroer gravemente el aluminio. Por esta razón, en la mayoría de las circunstancias no se permite el mercurio a bordo de un avión debido al riesgo de que forme una amalgama con las piezas de aluminio expuestas del avión. [23]
La fragilización por mercurio es el tipo más común de fragilización de metales líquidos, ya que el mercurio es un componente natural de algunos yacimientos de hidrocarburos y entrará en contacto con los equipos de procesamiento de petróleo en condiciones normales. [24]
Isótopos
Hay siete isótopos estables de mercurio, con202 siendo el Hg el más abundante (29,86%). Los radioisótopos de vida más larga son194 Hg con una vida media de 444 años, y203 Hg con una vida media de 46.612 días. La mayoría de los radioisótopos restantes tienen vidas medias inferiores a un día.206 El Hg se encuentra naturalmente en pequeñas trazas como producto de desintegración intermedia del238 Ud .199 Hg y201 Los Hg son los núcleos activos en RMN más estudiados y tienen espines de 1 ⁄ 2 y 3 ⁄ 2 respectivamente. [11]
Etimología
El símbolo del planeta Mercurio (☿) se ha utilizado desde la antigüedad para representar el elemento.
"Hg" es el símbolo químico moderno del mercurio. Es una abreviatura de hidrargyrum , una forma romanizada del antiguo nombre griego del mercurio, ὑδράργυρος ( hidrargyros ). Hydrargyros es una palabra griega compuesta que significa "agua-plata", de ὑδρ - ( hidr -), la raíz de ὕδωρ ( hydor ) "agua", y ἄργυρος ( argyros ) "plata". [8] Al igual que el nombre inglés Quicksilver ("plata viva"), este nombre se debía a las propiedades líquidas y brillantes del mercurio. [25]
El nombre inglés moderno "mercurio" proviene del planeta Mercurio . En la alquimia medieval , los siete metales conocidos (azogue, oro , plata , cobre , hierro , plomo y estaño ) estaban asociados con los siete planetas. Quicksilver estaba asociado con el planeta más rápido, que llevaba el nombre del dios romano Mercurio , a quien se asociaba con la velocidad y la movilidad. El símbolo astrológico del planeta se convirtió en uno de los símbolos alquímicos del metal, y "Mercurio" se convirtió en un nombre alternativo para el metal. Mercurio es el único metal cuyo nombre planetario alquímico sobrevive, ya que se decidió que era preferible al "azogue" como nombre químico. [26] [27]
Historia
Se encontró mercurio en tumbas egipcias que datan del año 1500 a.C.; [28] El cinabrio , la fuente natural más común de mercurio, se ha utilizado desde el Neolítico . [29]
En China y el Tíbet , se pensaba que el uso de mercurio prolongaba la vida, curaba fracturas y mantenía una buena salud en general, aunque ahora se sabe que la exposición al vapor de mercurio provoca graves efectos adversos para la salud. [30] El primer emperador de una China unificada, Qín Shǐ Huáng Dì, supuestamente enterrado en una tumba que contenía ríos de mercurio en un modelo de la tierra que gobernaba, representativo de los ríos de China, supuestamente fue asesinado bebiendo mercurio. y una mezcla de jade en polvo formulada por los alquimistas de Qin destinada a ser un elixir de inmortalidad. [31] [32] Khumarawayh ibn Ahmad ibn Tulun , el segundo gobernante tuluní de Egipto (r. 884–896), conocido por su extravagancia y despilfarro, supuestamente construyó una palangana llena de mercurio, sobre la cual se acostaba sobre el aire. -Cojines rellenos y mecido para dormir. [33]
En noviembre de 2014 se descubrieron "grandes cantidades" de mercurio en una cámara a 60 pies debajo de la pirámide de 1800 años conocida como el " Templo de la Serpiente Emplumada ", "la tercera pirámide más grande de Teotihuacán ", México, junto con "estatuas de jade". , restos de jaguar, una caja llena de conchas talladas y pelotas de goma". [34]
Aristóteles cuenta que Dédalo hizo moverse una estatua de madera de Venus vertiendo mercurio en su interior. [35] En la mitología griega, Dédalo dio la apariencia de voz en sus estatuas usando mercurio. Los antiguos griegos utilizaban cinabrio (sulfuro de mercurio) en ungüentos; los antiguos egipcios y los romanos lo utilizaban en cosmética . En Lamanai , una vez una ciudad importante de la civilización maya , se encontró un charco de mercurio debajo de una lápida en un juego de pelota mesoamericano . [36] [37] Hacia el año 500 a.C., el mercurio se utilizaba para fabricar amalgamas (en latín medieval amalgama , "aleación de mercurio") con otros metales. [38]
Los alquimistas pensaban que el mercurio era la primera materia a partir de la cual se formaban todos los metales. Creían que se podían producir diferentes metales variando la calidad y cantidad de azufre contenido en el mercurio. El más puro de ellos era el oro, y el mercurio era necesario en los intentos de transmutar metales básicos (o impuros) en oro, que era el objetivo de muchos alquimistas. [26]
Las minas de Almadén (España), Monte Amiata (Italia) e Idrija (ahora Eslovenia) dominaron la producción de mercurio desde la apertura de la mina de Almadén hace 2500 años, hasta que se encontraron nuevos depósitos a finales del siglo XIX. [39]
Aparición
Mercurio es un elemento extremadamente raro en la corteza terrestre , con una abundancia promedio en masa de solo 0,08 partes por millón (ppm). [40] Debido a que no se mezcla geoquímicamente con aquellos elementos que constituyen la mayor parte de la masa de la corteza terrestre, los minerales de mercurio pueden estar extraordinariamente concentrados considerando la abundancia del elemento en las rocas ordinarias. Los minerales de mercurio más ricos contienen hasta un 2,5% de mercurio en masa, e incluso los depósitos concentrados más magros tienen al menos un 0,1% de mercurio (12.000 veces la abundancia promedio de la corteza terrestre). Se encuentra como metal nativo (raro) o en cinabrio , metacinabrio , esfalerita , corderoita , livingstonita y otros minerales , siendo el cinabrio (HgS) el mineral más común. [41] [42] Los minerales de mercurio a menudo se encuentran en aguas termales u otras regiones volcánicas . [43]
A partir de 1558, con la invención del proceso de patio para extraer plata del mineral utilizando mercurio, el mercurio se convirtió en un recurso esencial en la economía de España y sus colonias americanas. El mercurio se utilizaba para extraer plata de las lucrativas minas de Nueva España y Perú . Inicialmente, las minas de la Corona española en Almadén, en el sur de España, suministraban todo el mercurio para las colonias. [44] Se descubrieron depósitos de mercurio en el Nuevo Mundo, y se extrajeron más de 100.000 toneladas de mercurio de la región de Huancavelica , Perú, en el transcurso de los tres siglos posteriores al descubrimiento de los depósitos allí en 1563. El proceso del patio y posterior pan El proceso de amalgamación continuó creando una gran demanda de mercurio para tratar minerales de plata hasta finales del siglo XIX. [45]
Mercurio nativo con cinabrio , mina Sócrates, condado de Sonoma, California . El cinabrio a veces se transforma en mercurio nativo en la zona oxidada de los depósitos de mercurio.
El mercurio se extrae calentando cinabrio en una corriente de aire y condensando el vapor. La ecuación para esta extracción es:
HgS + O 2 → Hg + SO 2
Evolución del precio del mercurio (EE.UU.) y de la producción (mundial)
En 2020, China fue el principal productor de mercurio, proporcionando el 88% de la producción mundial (2200 de 2500 toneladas), seguida de Tayikistán (178 t), Rusia (50 t) y México (32 t). [47]
Debido a la alta toxicidad del mercurio, tanto la extracción de cinabrio como el refinado del mercurio son causas históricas y peligrosas de envenenamiento por mercurio. [48] En China, una empresa minera privada utilizó el trabajo penitenciario en fecha tan reciente como la década de 1950 para desarrollar nuevas minas de cinabrio. La empresa minera Luo Xi utilizó a miles de prisioneros para construir nuevos túneles. [49] La salud de los trabajadores en las minas en funcionamiento está en alto riesgo.
Un periódico afirmó que una directiva no identificada de la Unión Europea que pedía que las bombillas de bajo consumo fueran obligatorias para 2012 alentó a China a reabrir las minas de cinabrio para obtener el mercurio necesario para la fabricación de bombillas CFL . Los peligros ambientales han sido motivo de preocupación, particularmente en las ciudades sureñas de Foshan y Guangzhou , y en la provincia de Guizhou en el suroeste. [49]
Los sitios de procesamiento de minas de mercurio abandonadas a menudo contienen montones de desechos muy peligrosos de calcinas de cinabrio tostadas . La escorrentía de agua de esos sitios es una fuente reconocida de daño ecológico. Las antiguas minas de mercurio pueden ser adecuadas para su reutilización constructiva; por ejemplo, en 1976 el condado de Santa Clara, California, compró la histórica mina Almaden Quicksilver y creó un parque del condado en el sitio, después de realizar un extenso análisis ambiental y de seguridad de la propiedad. [50]
Química
Todos los compuestos de mercurio conocidos exhiben uno de dos estados de oxidación positivos: I y II. Los experimentos no han logrado demostrar inequívocamente ningún estado de oxidación superior: tanto la electrosíntesis de una especie inestable de Hg(III) en 1976 como el aislamiento criogénico de HgF 4 en 2007 tienen interpretaciones controvertidas y siguen siendo difíciles (si no imposibles) de reproducir. [51]
Compuestos de mercurio(I)
A diferencia de sus vecinos más ligeros, el cadmio y el zinc, el mercurio suele formar compuestos simples y estables con enlaces metal-metal. La mayoría de los compuestos de mercurio (I) son diamagnéticos y presentan el catión dimérico, Hg.2+ 2. Los derivados estables incluyen el cloruro y el nitrato. Tratamiento de la complejación de compuestos de Hg(I) con ligandos fuertes como sulfuro, cianuro, etc. e induce la desproporción con respecto al Hg2+ y mercurio elemental. [52] El cloruro de mercurio(I) , un sólido incoloro también conocido como calomelano , es en realidad el compuesto de fórmula Hg 2 Cl 2 , con la conectividad Cl-Hg-Hg-Cl. Reacciona con el cloro para dar cloruro de mercurio, que resiste una mayor oxidación. El hidruro de mercurio (I) , un gas incoloro, tiene la fórmula HgH y no contiene ningún enlace Hg-Hg; sin embargo, el gas sólo se ha observado como moléculas aisladas. [53]
Como indicativo de su tendencia a unirse a sí mismo, el mercurio forma policationes de mercurio , que consisten en cadenas lineales de centros de mercurio, rematados con una carga positiva. Un ejemplo es el Hg.2+ 3(PMA− 6) 2. [54]
Compuestos de mercurio(II)
El mercurio (II) es el estado de oxidación más común y también el principal en la naturaleza. Los cuatro haluros de mercurio son conocidos y se ha demostrado que forman una geometría de coordinación lineal , a pesar de la tendencia del mercurio a formar una geometría molecular tetraédrica con otros ligandos. Este comportamiento es similar al del ion Ag + . El haluro de mercurio más conocido es el cloruro de mercurio (II) , un sólido blanco que se sublima fácilmente. [55]
El óxido de mercurio (II) , el principal óxido de mercurio, surge cuando el metal se expone al aire durante largos períodos a temperaturas elevadas. Vuelve a los elementos al calentarse cerca de 400 °C, como lo demostró Joseph Priestley en una de las primeras síntesis de oxígeno puro . [19] Los hidróxidos de mercurio están mal caracterizados, ya que los intentos de estudios de aislamiento del hidróxido de mercurio (II) han arrojado en su lugar óxido de mercurio. [56]
Las sales de mercurio (II) forman una variedad de derivados complejos con el amoníaco . Estos incluyen la base de Millon (Hg 2 N + ), el polímero unidimensional (sales de HgNH+ 2) norte), y "precipitado blanco fusible" o [Hg(NH 3 ) 2 ]Cl 2 . Conocido como reactivo de Nessler , tetrayodomercurato(II) de potasio ( HgI2-4 ) todavía se utiliza ocasionalmente para detectar amoníaco debido a su tendencia a formar la sal de yoduro de color intenso de la base de Millon. [58]
Los compuestos orgánicos de mercurio son históricamente importantes pero tienen poco valor industrial en el mundo occidental. Las sales de mercurio (II) son un raro ejemplo de complejos metálicos simples que reaccionan directamente con anillos aromáticos. Los compuestos de organomercurio son siempre divalentes y suelen tener una geometría lineal y de dos coordenadas. A diferencia de los compuestos de organocadmio y organozinc , los compuestos de organomercurio no reaccionan con el agua. Generalmente tienen la fórmula HgR 2 , que suele ser volátil, o HgRX, que suele ser sólido, donde R es arilo o alquilo y X suele ser haluro o acetato. El metilmercurio , término genérico para compuestos con la fórmula CH 3 HgX, es una familia peligrosa de compuestos que se encuentran a menudo en agua contaminada . [59] Surgen mediante un proceso conocido como biometilación .
El mercurio se utiliza principalmente para la fabricación de productos químicos industriales o para aplicaciones eléctricas y electrónicas. Se utiliza en algunos termómetros de líquido en vidrio , especialmente los que se utilizan para medir altas temperaturas. Una cantidad cada vez mayor se utiliza como mercurio gaseoso en lámparas fluorescentes , mientras que la mayoría de las demás aplicaciones se están eliminando lentamente debido a las normas de salud y seguridad. En algunas aplicaciones, el mercurio se sustituye por una aleación Galinstan, menos tóxica pero considerablemente más cara . [60]
Medicamento
Relleno de amalgama
Histórico y folklórico
El mercurio y sus compuestos se han utilizado en medicina, aunque hoy en día son mucho menos comunes que antes, ahora que se comprenden mejor los efectos tóxicos del mercurio y sus compuestos. Un ejemplo de la aplicación terapéutica temprana del mercurio fue publicado en 1787 por James Lind . [61]
El mercurio en forma de uno de sus minerales comunes, el cinabrio, se utiliza en diversas medicinas tradicionales, especialmente en la medicina tradicional china . La revisión de su seguridad ha encontrado que el cinabrio puede provocar una intoxicación significativa por mercurio cuando se calienta, se consume en sobredosis o se toma a largo plazo, y puede tener efectos adversos en dosis terapéuticas, aunque los efectos de las dosis terapéuticas suelen ser reversibles. Aunque esta forma de mercurio parece ser menos tóxica que otras formas, su uso en la medicina tradicional china aún no se ha justificado, ya que la base terapéutica para el uso del cinabrio no está clara. [63]
El cloruro de mercurio (I) (también conocido como calomelano o cloruro mercurioso) se ha utilizado en la medicina tradicional como diurético , desinfectante tópico y laxante . El cloruro de mercurio (II) (también conocido como cloruro mercúrico o sublimado corrosivo) alguna vez se usó para tratar la sífilis (junto con otros compuestos de mercurio), aunque es tan tóxico que a veces los síntomas de su toxicidad se confundían con los de la sífilis. se cree que trata. [64] También se utiliza como desinfectante. La masa azul , una pastilla o jarabe cuyo ingrediente principal es el mercurio, se recetaba a lo largo del siglo XIX para numerosas afecciones, entre ellas el estreñimiento, la depresión, la maternidad y los dolores de muelas. [65] A principios del siglo XX, el mercurio se administraba a los niños anualmente como laxante y desparasitante, y se utilizaba en polvos para la dentición de los bebés. El organohaluro merbromina , que contiene mercurio (a veces vendido como mercurocromo), todavía se utiliza ampliamente, pero ha sido prohibido en algunos países, como Estados Unidos [66].
El tiomersal (llamado Timerosal en Estados Unidos) es un compuesto orgánico utilizado como conservante en vacunas , aunque este uso está en declive. [68] Aunque se especuló ampliamente que este conservante a base de mercurio podría causar o desencadenar el autismo en los niños, no hay evidencia que respalde tal vínculo. [69] Sin embargo, el tiomersal se ha eliminado o reducido a cantidades mínimas en todas las vacunas estadounidenses recomendadas para niños de 6 años y menos, con la excepción de la vacuna inactivada contra la influenza. [68] La merbromina (mercurocromo), otro compuesto de mercurio, es un antiséptico tópico que se utiliza para cortes y raspaduras menores en algunos países. Hoy en día, el uso del mercurio en medicina ha disminuido considerablemente en todos los aspectos, especialmente en los países desarrollados. [70]
El cloro se produce a partir de cloruro de sodio (sal común, NaCl) mediante electrólisis para separar el sodio metálico del cloro gaseoso. Generalmente la sal se disuelve en agua para producir una salmuera. Los subproductos de cualquier proceso cloro-álcali son hidrógeno (H 2 ) e hidróxido de sodio (NaOH), que comúnmente se llama sosa cáustica o lejía . Con diferencia, el mayor uso del mercurio [73] [74] a finales del siglo XX fue en el proceso de celdas de mercurio (también llamado proceso Castner-Kellner ), donde se forma sodio metálico como una amalgama en un cátodo hecho de mercurio; Luego, este sodio se hace reaccionar con agua para producir hidróxido de sodio. [75] Muchas de las liberaciones industriales de mercurio del siglo XX provinieron de este proceso, aunque las plantas modernas afirman ser seguras en este sentido. [74] A partir de la década de 1960, la mayoría de las plantas industriales se alejaron de los procesos de celdas de mercurio hacia tecnologías de celdas de diafragma para producir cloro, aunque el 11% del cloro fabricado en los Estados Unidos todavía se producía con el método de celdas de mercurio en 2005. [76]
Usos de laboratorio
Termómetros
Los termómetros que contienen mercurio fueron inventados a principios del siglo XVIII por Daniel Gabriel Fahrenheit , aunque en la década de 1650 se habían descrito intentos anteriores de fabricar instrumentos para medir la temperatura llenos de mercurio. [77] : El termómetro de mercurio de 23 Fahrenheit se basó en un diseño anterior que utilizaba alcohol en lugar de mercurio; el termómetro de mercurio fue significativamente más preciso que los que usaron alcohol. [78] Desde principios del siglo XXI en adelante, el uso de termómetros de mercurio ha ido disminuyendo y los instrumentos que contienen mercurio han sido prohibidos en muchas jurisdicciones tras el Protocolo sobre metales pesados de 1998 . [79] [80] Las alternativas modernas a los termómetros de mercurio incluyen termómetros de resistencia , termopares y sensores termistores que emiten a una pantalla digital. [81]
espejos
Algunos telescopios de tránsito utilizan una cubeta de mercurio para formar un espejo plano y absolutamente horizontal, útil para determinar una referencia absoluta vertical o perpendicular. Se pueden formar espejos parabólicos horizontales cóncavos haciendo girar mercurio líquido sobre un disco, la forma parabólica del líquido así formado refleja y enfoca la luz incidente. Estos telescopios de espejo líquido son hasta un factor de 100 más baratos que los grandes telescopios de espejo convencionales, pero el espejo no se puede inclinar y siempre apunta hacia arriba. [82] [83] [84]
El mercurio gaseoso se utiliza en lámparas de vapor de mercurio y en algunos carteles publicitarios del tipo " letreros de neón " y lámparas fluorescentes . Estas lámparas de baja presión emiten líneas espectralmente muy estrechas, que se utilizan tradicionalmente en espectroscopia óptica para calibrar la posición espectral. Para este fin se venden lámparas de calibración comerciales; reflejar una luz de techo fluorescente en un espectrómetro es una práctica de calibración común. [89] El mercurio gaseoso también se encuentra en algunos tubos de electrones , incluidos los ignitrones , los tiratrones y los rectificadores de arco de mercurio . [90] También se utiliza en lámparas de atención médica especializada para el bronceado y la desinfección de la piel. [91] Se añade mercurio gaseoso a las lámparas llenas de argón de cátodo frío para aumentar la ionización y la conductividad eléctrica . Una lámpara llena de argón sin mercurio tendrá puntos apagados y no iluminará correctamente. La iluminación que contiene mercurio se puede bombardear o bombear al horno sólo una vez. Cuando se agrega a tubos llenos de neón , se producen puntos rojos y azules inconsistentes en las emisiones de luz hasta que se completa el proceso de combustión inicial; eventualmente se iluminará con un color azul opaco constante. [92]
El intenso resplandor violeta de una descarga de vapor de mercurio en una lámpara germicida , cuyo espectro es rico en radiación ultravioleta invisible.
Bronceador de piel que contiene una lámpara de vapor de mercurio de baja presión y dos lámparas de infrarrojos, que actúan como fuente de luz y balastro eléctrico.
Variedad de tipos de lámparas fluorescentes.
El reloj atómico miniaturizado del espacio profundo es un reloj lineal de iones de mercurio basado en una trampa de iones, diseñado para una navegación por radio precisa y en tiempo real en el espacio profundo.
El Reloj Atómico del Espacio Profundo (DSAC) que está desarrollando el Laboratorio de Propulsión a Chorro utiliza mercurio en un reloj lineal basado en una trampa de iones. El novedoso uso del mercurio permite la creación de relojes atómicos compactos con bajos requisitos de energía, ideales para sondas espaciales y misiones a Marte. [93]
Blanqueamiento de la piel
El mercurio es eficaz como ingrediente activo en compuestos blanqueadores de la piel que se utilizan para despigmentar la piel. [94] El Convenio de Minamata sobre el Mercurio limita la concentración de mercurio en esos blanqueadores a 1 parte por millón. Sin embargo, a partir de 2022, muchos productos blanqueadores vendidos comercialmente continúan excediendo ese límite y se consideran tóxicos. [95]
Un interruptor de mercurio unipolar y de una sola vía (SPST)Manómetro de mercurio para medir la presión.
Muchas aplicaciones históricas hicieron uso de las peculiares propiedades físicas del mercurio, especialmente como líquido denso y metal líquido:
Se han recuperado cantidades de mercurio líquido que oscilan entre 90 y 600 gramos (3,2 a 21,2 oz) de tumbas mayas de élite (100 a 700 d. C.) [34] o de escondites rituales en seis sitios. Es posible que este mercurio se haya utilizado en cuencos a modo de espejos con fines adivinatorios . Cinco de ellos datan del Período Clásico de la civilización maya (c. 250-900), pero un ejemplo es anterior a este. [97]
Las lentes de Fresnel de los antiguos faros flotaban y giraban en un baño de mercurio que actuaba como un cojinete. [99]
Los esfigmomanómetros , barómetros , bombas de difusión , coulómetros y muchos otros instrumentos de laboratorio de mercurio aprovecharon las propiedades del mercurio como un líquido muy denso y opaco con una expansión térmica casi lineal. [100]
Como líquido conductor de electricidad, se utilizó en interruptores de mercurio (incluidos los interruptores de luz de mercurio instalados en el hogar antes de 1970), interruptores basculantes utilizados en detectores de incendios antiguos y en algunos termostatos domésticos. [101]
Debido a sus propiedades acústicas, el mercurio se utilizó como medio de propagación en dispositivos de memoria de línea de retardo utilizados en las primeras computadoras digitales de mediados del siglo XX, como la computadora SEAC . [102]
En 1911, Heike Kamerlingh Onnes descubrió la superconductividad mediante el enfriamiento del mercurio por debajo de 4 kelvin, poco después del descubrimiento y producción del helio líquido . [103] Más tarde se determinó que sus propiedades superconductoras eran inusuales en comparación con otros superconductores descubiertos posteriormente, como las aleaciones de niobio más populares. [104] [105]
Se instalaron turbinas experimentales de vapor de mercurio para aumentar la eficiencia de las centrales eléctricas de combustibles fósiles. [106] La central eléctrica de South Meadow en Hartford, Connecticut, empleó mercurio como fluido de trabajo , en una configuración binaria con un circuito de agua secundario, durante varios años a partir de finales de la década de 1920 en un esfuerzo por mejorar la eficiencia de la planta. Se construyeron varias otras plantas, incluida la estación Schiller en Portsmouth, NH, que entró en funcionamiento en 1950. La idea no tuvo aceptación en toda la industria debido al peso y la toxicidad del mercurio, así como a la llegada de plantas de vapor supercrítico en años posteriores. años. [107] [108]
De manera similar, el mercurio líquido se utilizó como refrigerante para algunos reactores nucleares ; sin embargo, el sodio se propone para reactores enfriados con metal líquido, porque la alta densidad del mercurio requiere mucha más energía para circular como refrigerante. [109]
Mercurio fue un propulsor de los primeros motores de iones en los sistemas eléctricos de propulsión espacial . Las ventajas fueron el alto peso molecular del mercurio, la baja energía de ionización, la baja energía de ionización dual, la alta densidad del líquido y la capacidad de almacenamiento del líquido a temperatura ambiente . Las desventajas fueron las preocupaciones sobre el impacto ambiental asociado con las pruebas en tierra y las preocupaciones sobre el eventual enfriamiento y condensación de parte del propulsor de la nave espacial en operaciones de larga duración. El primer vuelo espacial que utilizó propulsión eléctrica fue un propulsor de iones de mercurio desarrollado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA y volado en la nave espacial de prueba de cohetes eléctricos espaciales " SERT-1 " lanzada por la NASA en sus instalaciones de vuelo Wallops en 1964. El vuelo SERT-1 fue seguido por el vuelo SERT-2 en 1970. El mercurio y el cesio eran los propulsores preferidos para los motores de iones hasta que el Laboratorio de Investigación Hughes realizó estudios que encontraron que el gas xenón era un reemplazo adecuado. El xenón es ahora el propulsor preferido para los motores de iones, ya que tiene un alto peso molecular, poca o ninguna reactividad debido a su naturaleza de gas noble y una alta densidad del líquido en condiciones de almacenamiento criogénico suave. [110] [111]
Otras aplicaciones aprovecharon las propiedades químicas del mercurio:
La batería de mercurio es una batería electroquímica no recargable , de celda primaria , que era común a mediados del siglo XX. Se utilizaba en una amplia variedad de aplicaciones y estaba disponible en varios tamaños, en particular tamaños de botones. Su salida de voltaje constante y su larga vida útil le dieron un uso específico para fotómetros de cámaras y audífonos. La celda de mercurio fue efectivamente prohibida en la mayoría de los países en la década de 1990 debido a la preocupación por los vertederos que contaminaban el mercurio. [112]
El mercurio se utilizó para preservar la madera, desarrollar daguerrotipos , espejos plateados , [113] pinturas antiincrustantes , [114] herbicidas , [115] pintura de látex para interiores, juegos de laberintos portátiles, limpieza y dispositivos de nivelación de carreteras en automóviles. Los compuestos de mercurio se han utilizado en antisépticos , laxantes, antidepresivos y antisifilíticos . [65] El mercurio ha sido reemplazado por compuestos más seguros en la mayoría, si no en todas, de estas aplicaciones.
Supuestamente fue utilizado por espías aliados para sabotear aviones de la Luftwaffe: se aplicó una pasta de mercurio al aluminio desnudo , lo que provocó que el metal se corroyera rápidamente ; esto provocaría fallas estructurales. [116]
El mercurio se utilizó alguna vez como limpiador del ánima de los cañones de las armas. [117] [118]
Desde mediados del siglo XVIII hasta mediados del XIX se utilizó un proceso llamado " carroteo " en la confección de sombreros de fieltro . Las pieles de animales se enjuagaban en una solución naranja (el término "zanahoria" surgió de este color) del compuesto de mercurio nitrato mercúrico , Hg(NO 3 ) 2 ·2H 2 O. [119] Este proceso separaba el pelaje de la piel y lo enmarañó. juntos. Esta solución y los vapores que producía eran altamente tóxicos. El Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos prohibió el uso de mercurio en la industria del fieltro en diciembre de 1941. Los síntomas psicológicos asociados con el envenenamiento por mercurio inspiraron la frase " loco como un sombrerero ". El " Sombrerero Loco " de Lewis Carroll en su libro Las aventuras de Alicia en el país de las maravillas era un juego de palabras basado en la frase más antigua, pero el personaje en sí no presenta síntomas de envenenamiento por mercurio. [120]
Históricamente, el mercurio se utilizaba ampliamente en la extracción hidráulica de oro para ayudar a que el oro se hundiera a través de la mezcla de agua y grava que fluía. Las finas partículas de oro pueden formar amalgama de mercurio y oro y, por lo tanto, aumentar las tasas de recuperación de oro. [11] El uso a gran escala de mercurio se detuvo en la década de 1960. Sin embargo, el mercurio todavía se utiliza en la prospección de oro en pequeña escala, a menudo clandestina. Se estima que 45.000 toneladas métricas de mercurio utilizadas en California para la minería de placeres no se han recuperado. [121] El mercurio también se utilizó en la minería de plata para extraer el metal del mineral mediante el proceso de patio . [122]
Toxicidad y seguridad
compuesto químico
Debido a sus propiedades físicas y su relativa inercia química, el mercurio líquido se absorbe muy mal a través de la piel intacta y el tracto gastrointestinal. [124] El vapor de mercurio es el principal peligro del mercurio elemental. Como resultado, los contenedores de mercurio están sellados de forma segura para evitar derrames y evaporación. El calentamiento del mercurio o de compuestos de mercurio que pueden descomponerse al calentarse debe realizarse con ventilación adecuada para minimizar la exposición al vapor de mercurio. Las formas más tóxicas del mercurio son sus compuestos orgánicos , como el dimetilmercurio y el metilmercurio . El mercurio puede causar intoxicación tanto crónica como aguda. [125] [126]
Emisiones al medio ambiente
Cantidad de mercurio atmosférico depositado en el glaciar Upper Fremont de Wyoming durante los últimos 270 años
Las tasas de deposición preindustrial de mercurio de la atmósfera pueden ser de aproximadamente 4 ng por 1 litro de hielo depositado. Las erupciones volcánicas y las fuentes naturales relacionadas son responsables de aproximadamente la mitad de las emisiones de mercurio a la atmósfera. [127]
La contaminación atmosférica por mercurio en el aire urbano exterior a principios del siglo XXI se midió entre 0,01 y 0,02 μg/m 3 . Un estudio de 2001 midió los niveles de mercurio en 12 sitios interiores elegidos para representar una muestra representativa de tipos de edificios, ubicaciones y edades en el área de Nueva York. Este estudio encontró concentraciones de mercurio significativamente elevadas con respecto a las concentraciones al aire libre, en un rango de 0,0065 a 0,523 μg/m 3 . El promedio fue de 0,069 μg/m 3 . [128]
La mitad de las emisiones de mercurio se atribuyen a la humanidad. Las fuentes se pueden dividir en los siguientes porcentajes estimados: [129]
El 65% proviene de combustión estacionaria, de la cual las centrales eléctricas alimentadas con carbón son la mayor fuente agregada (40% de las emisiones de mercurio de Estados Unidos en 1999). Esto incluye las centrales eléctricas alimentadas con gas en las que no se ha eliminado el mercurio. Las emisiones procedentes de la combustión de carbón son entre uno y dos órdenes de magnitud superiores a las emisiones procedentes de la combustión de petróleo, según el país. [129]
11% de la producción de oro. Las tres mayores fuentes puntuales de emisiones de mercurio en Estados Unidos son las tres minas de oro más grandes. La liberación hidrogeoquímica de mercurio procedente de los relaves de las minas de oro se ha considerado una fuente importante de mercurio atmosférico en el este de Canadá. [130]
El 1,1% procede de la producción de mercurio, principalmente para baterías.
2,0% de otras fuentes.
Los porcentajes anteriores son estimaciones de las emisiones mundiales de mercurio causadas por el hombre en 2000, excluyendo la quema de biomasa, una fuente importante en algunas regiones. [129]
Un grave desastre industrial fue el vertido de compuestos de mercurio de desecho en la bahía de Minamata , Japón, entre 1932 y 1968. Se estima que más de 3.000 personas sufrieron diversas deformidades, síntomas graves de intoxicación por mercurio o la muerte a causa de lo que se conoció como enfermedad de Minamata . [131] [132]
Se estima que China produce el 50% de las emisiones de mercurio, la mayoría de las cuales resultan de la producción de cloruro de vinilo . [133]
Quema de papel Joss en la calle, una tradición común practicada en Asia, Hong Kong, 2023
El mercurio también ingresa al medio ambiente a través de la eliminación inadecuada de productos que contienen mercurio. [134] Debido a preocupaciones de salud (ver más abajo), los esfuerzos para reducir el uso de tóxicos están reduciendo o eliminando el mercurio en dichos productos. Por ejemplo, la cantidad de mercurio vendida en termostatos en los Estados Unidos disminuyó de 14,5 toneladas en 2004 a 3,9 toneladas en 2007. [135]
La planta del tabaco absorbe y acumula fácilmente en sus hojas metales pesados como el mercurio del suelo circundante. Estos se inhalan posteriormente al fumar tabaco . [136] Si bien el mercurio es un componente del humo del tabaco , [137] los estudios en gran medida no han logrado descubrir una correlación significativa entre el tabaquismo y la absorción de mercurio por parte de los seres humanos en comparación con fuentes como la exposición ocupacional, el consumo de pescado y los empastes dentales de amalgama . [138]
Una fuente menos conocida de mercurio es la quema de papel de incienso , [139] que es una tradición común que se practica en Asia, incluida China, [140] Vietnam, Hong Kong, Tailandia, Taiwán y Malasia. [141]
Limpieza de derrames
Los derrames de mercurio representan una amenaza inmediata para las personas que manipulan el material, además de ser un peligro ambiental si el material no se contiene adecuadamente. Esto es especialmente preocupante en el caso del mercurio visible, o mercurio en estado líquido, ya que su apariencia y comportamiento inusuales para un metal lo convierten en una molestia atractiva para quienes no están informados. [142] Se han desarrollado procedimientos para contener los derrames de mercurio, así como recomendaciones sobre respuestas apropiadas basadas en las condiciones de un derrame. [143] [144] El seguimiento del mercurio líquido lejos del lugar de un derrame es una preocupación importante en los derrames de mercurio líquido; Las regulaciones enfatizan la contención del mercurio visible como el primer curso de acción, seguido del monitoreo de los vapores de mercurio y la limpieza de vapores. Varios productos se venden como adsorbentes de derrames de mercurio , desde sales metálicas hasta polímeros y zeolitas . [145]
Contaminación por sedimentos
Los sedimentos dentro de los grandes estuarios urbano-industriales actúan como un importante sumidero de fuentes puntuales y de contaminación difusa por mercurio dentro de las cuencas . [146] Un estudio de 2015 sobre sedimentos costeros del estuario del Támesis midió el mercurio total entre 0,01 y 12,07 mg/kg con una media de 2,10 mg/kg y una mediana de 0,85 mg/kg (n=351). [146] Se demostró que las concentraciones más altas de mercurio ocurren en la ciudad de Londres y sus alrededores en asociación con lodos de grano fino y un alto contenido de carbono orgánico total. [146] La fuerte afinidad del mercurio por los sedimentos ricos en carbono también se ha observado en los sedimentos de las marismas del río Mersey , con una concentración media de 2 mg/kg, hasta 5 mg/kg. [147] Estas concentraciones son mucho más altas que las de los sedimentos de los arroyos de los ríos de las marismas saladas de Nueva Jersey y los manglares del sur de China, que exhiben concentraciones bajas de mercurio de aproximadamente 0,2 mg/kg. [148] [149]
Exposición ocupacional
Trabajadores de la EPA limpian derrames de mercurio residenciales en 2004
Debido a los efectos sobre la salud de la exposición al mercurio, los usos industriales y comerciales están regulados en muchos países. La Organización Mundial de la Salud , [150] OSHA y NIOSH tratan el mercurio como un riesgo ocupacional; Tanto OSHA como NIOSH, entre otras agencias reguladoras, han establecido límites de exposición ocupacional específicos al elemento y sus compuestos derivados en forma líquida y vapor. [151] [152] Las emisiones y eliminación de mercurio al medio ambiente están reguladas en los EE. UU. principalmente por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos .
Pez
Los pescados y mariscos tienen una tendencia natural a concentrar mercurio en sus cuerpos, a menudo en forma de metilmercurio , un compuesto orgánico de mercurio altamente tóxico. Las especies de pescado que ocupan un lugar alto en la cadena alimentaria , como el tiburón , el pez espada , la caballa , el atún rojo , el atún blanco y el blanquillo, contienen concentraciones más altas de mercurio que otras. Debido a que el mercurio y el metilmercurio son liposolubles, se acumulan principalmente en las vísceras , aunque también se encuentran en todo el tejido muscular. [153] La presencia de mercurio en los músculos de los peces se puede estudiar mediante biopsias musculares no letales . [154] El mercurio presente en los peces de presa se acumula en el depredador que los consume. Dado que los peces son menos eficientes para depurar que para acumular metilmercurio, las concentraciones de metilmercurio en el tejido del pez aumentan con el tiempo. Así, las especies que ocupan un lugar alto en la cadena alimentaria acumulan cargas corporales de mercurio que pueden ser diez veces superiores a las de las especies que consumen. Este proceso se llama biomagnificación . El envenenamiento por mercurio ocurrió de esta manera en Minamata , Japón , ahora llamado enfermedad de Minamata . [131] [132]
Productos cosméticos
Algunas cremas faciales contienen niveles peligrosos de mercurio. La mayoría contiene mercurio inorgánico comparativamente no tóxico, pero se han encontrado productos que contienen mercurio orgánico altamente tóxico. [155] [156] Se ha descubierto que los residentes de la ciudad de Nueva York están expuestos a niveles significativos de compuestos inorgánicos de mercurio mediante el uso de productos para el cuidado de la piel. [157]
Efectos y síntomas del envenenamiento por mercurio.
Los efectos tóxicos incluyen daños al cerebro, los riñones y los pulmones. El envenenamiento por mercurio puede provocar varias enfermedades, incluida la acrodinia (enfermedad rosa), el síndrome de Hunter-Russell y la enfermedad de Minamata . Los síntomas suelen incluir deterioro sensorial (visión, audición, habla), sensación alterada y falta de coordinación. El tipo y grado de los síntomas mostrados dependen de la toxina individual, la dosis y el método y duración de la exposición. Los estudios de casos y controles han demostrado efectos como temblores, deterioro de las habilidades cognitivas y alteraciones del sueño en trabajadores con exposición crónica al vapor de mercurio, incluso en concentraciones bajas en el rango de 0,7 a 42 μg/m 3 . [158] [159]
Un estudio ha demostrado que la exposición aguda (4 a 8 horas) a niveles calculados de mercurio elemental de 1,1 a 44 mg/m 3 provocó dolor en el pecho, disnea , tos, hemoptisis , deterioro de la función pulmonar y evidencia de neumonitis intersticial . [125] Se ha demostrado que la exposición aguda al vapor de mercurio produce efectos profundos en el sistema nervioso central, incluidas reacciones psicóticas caracterizadas por delirio, alucinaciones y tendencia suicida. La exposición ocupacional ha resultado en alteraciones funcionales de amplio alcance, incluyendo eretismo , irritabilidad, excitabilidad, timidez excesiva e insomnio. Con la exposición continua, se desarrolla un temblor fino que puede escalar a espasmos musculares violentos. El temblor afecta inicialmente a las manos y luego se extiende a los párpados, los labios y la lengua. La exposición prolongada y de bajo nivel se ha asociado con síntomas más sutiles de eretismo, como fatiga, irritabilidad, pérdida de memoria, sueños vívidos y depresión. [126] [160]
Tratamiento
La investigación sobre el tratamiento del envenenamiento por mercurio es limitada. Los medicamentos actualmente disponibles para la intoxicación aguda por mercurio incluyen los quelantes N -acetil- D , L -penicilamina (NAP), antilewisita británica (BAL), ácido 2,3-dimercapto-1-propanosulfónico (DMPS) y ácido dimercaptosuccínico (DMSA) . . En un pequeño estudio que incluyó a 11 trabajadores de la construcción expuestos al mercurio elemental, los pacientes fueron tratados con DMSA y NAP. [161] La terapia de quelación con ambos fármacos dio como resultado la movilización de una pequeña fracción del mercurio corporal total estimado. DMSA pudo aumentar la excreción de mercurio en mayor medida que NAP. [161]
La Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos , aprobada en 1990, incluyó al mercurio en una lista de contaminantes tóxicos que deben controlarse en la mayor medida posible. Así, las industrias que liberan altas concentraciones de mercurio al medio ambiente acordaron instalar tecnologías de control máximo alcanzable (MACT). En marzo de 2005, la EPA promulgó una regulación [166] que agregaba las centrales eléctricas a la lista de fuentes que debían controlarse e instituía un sistema nacional de límites máximos y comercio . Los estados tuvieron hasta noviembre de 2006 para imponer controles más estrictos, pero después de un desafío legal por parte de varios estados, las regulaciones fueron anuladas por un tribunal federal de apelaciones el 8 de febrero de 2008. La regla se consideró insuficiente para proteger la salud de las personas que viven cerca del carbón. centrales eléctricas alimentadas por electricidad, dados los efectos negativos documentados en el Informe de estudio de la EPA al Congreso de 1998. [167] Sin embargo, datos más recientes publicados en 2015 mostraron que después de la introducción de controles más estrictos el mercurio disminuyó drásticamente, lo que indica que la Ley de Aire Limpio tenía su objetivo previsto. impacto. [168]
En la Unión Europea , la directiva sobre la restricción del uso de ciertas sustancias peligrosas en equipos eléctricos y electrónicos (ver RoHS ) prohíbe el mercurio en ciertos productos eléctricos y electrónicos y limita la cantidad de mercurio en otros productos a menos de 1000 ppm . [171] Existen restricciones para la concentración de mercurio en los envases (el límite es 100 ppm para la suma de mercurio, plomo , cromo hexavalente y cadmio ) y baterías (el límite es 5 ppm). [172] En julio de 2007, la Unión Europea también prohibió el mercurio en dispositivos de medición no eléctricos, como termómetros y barómetros . La prohibición se aplica únicamente a los dispositivos nuevos y contiene exenciones para el sector sanitario y un período de gracia de dos años para los fabricantes de barómetros. [173]
Escandinavia
Noruega promulgó una prohibición total del uso de mercurio en la fabricación e importación/exportación de productos de mercurio, a partir del 1 de enero de 2008. [174] En 2002, se descubrió que varios lagos de Noruega tenían un estado deficiente de contaminación por mercurio, con un exceso de contaminación. de 1 μg/g de mercurio en su sedimento. [175] En 2008, el Ministro de Desarrollo Ambiental de Noruega, Erik Solheim, dijo: "El mercurio se encuentra entre las toxinas ambientales más peligrosas. Hay alternativas satisfactorias al Hg en los productos y, por lo tanto, es apropiado inducir una prohibición". [176] Los productos que contienen mercurio fueron prohibidos en Suecia en 2009, [177] [178] mientras que se ha prohibido la fabricación y el uso de mercurio elemental en casi todas las aplicaciones (como ciertas fuentes de luz que ahorran energía y empastes dentales de amalgama) en Suecia. Dinamarca desde 2008. [179]
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Lectura adicional
Johnston, Andrew Scott (15 de septiembre de 2013). Mercurio y la creación de California: minería, paisaje y raza, 1840–1890. TotalBoox, TBX. Prensa Universitaria de Colorado . ISBN 978-1-4571-8399-7. OCLC 969039240.
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