El mercurio es un metal pesado, de color blanco plateado, que es líquido a temperatura ambiente. Comparado con otros metales, es un mal conductor del calor, pero un buen conductor de la electricidad. [12]
Tiene un punto de fusión de -38,83 °C [c] y un punto de ebullición de 356,73 °C [d] , [13] [14] [15] ambos los más bajos de cualquier metal estable, aunque experimentos preliminares en copernicio y flerovio han indicado que tienen puntos de ebullición incluso más bajos. [16] Este efecto se debe a la contracción de los lantánidos y la contracción relativista que reduce el radio de la órbita de los electrones más externos y, por lo tanto, debilita el enlace metálico en el mercurio. [13] 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 volumétrica 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 se puede cortar con un cuchillo. [17]
Tabla de propiedades térmicas y físicas del mercurio líquido: [18] [19]
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. [21] Varios otros metales de transición de primera fila con la excepción del manganeso , el cobre y el zinc también son resistentes a la formación de amalgamas. Otros elementos que no forman fácilmente amalgamas con mercurio incluyen el platino . [22] [23] La amalgama de sodio es un agente reductor común en la síntesis orgánica y también se utiliza 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 al aluminio metálico de la oxidación en profundidad (como ocurre en el caso de la oxidación del hierro ), incluso pequeñas cantidades de mercurio pueden corroer gravemente el aluminio. Por este motivo, el mercurio no está permitido a bordo de un avión en la mayoría de las circunstancias debido al riesgo de que forme una amalgama con las partes de aluminio expuestas en el avión. [24]
La fragilización por mercurio es el tipo más común de fragilización por metal líquido, ya que el mercurio es un componente natural de algunos yacimientos de hidrocarburos y entrará en contacto con equipos de procesamiento de petróleo en condiciones normales. [25]
Isótopos
Hay siete isótopos estables de mercurio, con202 El más abundante es el Hg (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 de forma natural en pequeñas cantidades como producto intermedio de la desintegración de238 tú .199 Hg y201 Los núcleos de RMN activos más estudiados son los de Hg , con espines de 1 ⁄ 2 y 3 ⁄ 2 respectivamente. [12]
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 hydrargyrum , una forma romanizada del antiguo nombre griego para el mercurio, ὑδράργυρος ( hydrargyros ). Hydrargyros es una palabra compuesta griega que significa ' agua-plata ' , de ὑδρ- ( hydr- ), 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. [26]
El nombre moderno en inglés, mercurio, proviene del planeta Mercurio . En la alquimia medieval , los siete metales conocidos (mercurio, oro , plata , cobre , hierro , plomo y estaño) se asociaban con los siete planetas. El mercurio se asociaba con el planeta más rápido, que había sido nombrado en honor al dios romano Mercurio , que 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 para el que sobrevive el nombre planetario alquímico, ya que se decidió que era preferible al mercurio como nombre químico. [27] [28]
Historia
Se ha encontrado mercurio en tumbas egipcias que datan del año 1500 a. C.; [29] el cinabrio , la fuente natural más común de mercurio, se ha utilizado desde el Neolítico . [30]
En China y el Tíbet , se creía 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. [31] El primer emperador de una China unificada, Qín Shǐ Huáng Dì —supuestamente enterrado en una tumba que contenía ríos de mercurio fluyendo en un modelo de la tierra que gobernaba, representativo de los ríos de China— fue asesinado al beber una mezcla de mercurio y jade en polvo formulada por alquimistas Qin con la intención de que fuera un elixir de inmortalidad. [32] [33] 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 que se acostaba sobre cojines llenos de aire y se mecía para dormir. [34]
En noviembre de 2014 se descubrieron "grandes cantidades" de mercurio en una cámara a 60 pies debajo de la pirámide de 1.800 años conocida como el " Templo de la Serpiente Emplumada ", "la tercera pirámide más grande de Teotihuacan ", México, junto con "estatuas de jade, restos de jaguar, una caja llena de conchas talladas y pelotas de goma". [35]
Aristóteles relata que Dédalo hizo que una estatua de madera de Afrodita se moviera vertiendo mercurio en su interior. [36] En la mitología griega, Dédalo dio la apariencia de voz a sus estatuas usando mercurio. Los antiguos griegos usaban cinabrio (sulfuro de mercurio) en ungüentos; los antiguos egipcios y los romanos lo usaban en cosméticos . En Lamanai , una vez una importante ciudad de la civilización maya , se encontró un estanque de mercurio debajo de un marcador en un juego de pelota mesoamericano . [37] [38] Hacia el 500 a. C., el mercurio se usaba para hacer amalgamas (del latín medieval amalgama , "aleación de mercurio") con otros metales. [39]
Los alquimistas consideraban que el mercurio era la materia prima a partir de la cual se formaban todos los metales. Creían que se podían producir distintos metales variando la calidad y la cantidad de azufre que contenía el mercurio. El más puro de ellos era el oro, y el mercurio era necesario para intentar transmutar metales básicos (o impuros) en oro, que era el objetivo de muchos alquimistas. [27]
Las minas de Almadén (España), Monte Amiata (Italia) e Idrija (actual 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. [40]
Aparición
El mercurio es un elemento extremadamente raro en la corteza terrestre ; tiene una abundancia cortical promedio por masa de solo 0,08 partes por millón (ppm) [41] y es el 66.º elemento más abundante en la corteza terrestre. [42] Debido a que no se mezcla geoquímicamente con aquellos elementos que constituyen la mayoría de la masa cortical, los minerales de mercurio pueden estar extraordinariamente concentrados considerando la abundancia del elemento en la roca ordinaria. Los minerales de mercurio más ricos contienen hasta un 2,5% de mercurio en masa, e incluso los depósitos concentrados más pobres tienen al menos un 0,1% de mercurio (12.000 veces la abundancia cortical promedio). Se encuentra como un metal nativo (raro) o en cinabrio , metacinabrio , esfalrita , corderoita , livingstonita y otros minerales , siendo el cinabrio (HgS) el mineral más común. [43] [44] Los minerales de mercurio a menudo se encuentran en aguas termales u otras regiones volcánicas . [45]
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 utilizó 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. [46] 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 tres siglos tras el descubrimiento de los depósitos allí en 1563. El proceso de patio y, posteriormente, el proceso de amalgamación en pan continuaron creando una gran demanda de mercurio para tratar los minerales de plata hasta finales del siglo XIX. [47]
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 el cinabrio en una corriente de aire y condensando el vapor. La ecuación para esta extracción es:
HgS + O2 → Hg + SO2
Evolución del precio del mercurio (EE.UU.) y de la producción (mundial)
En 2020, China fue el principal productor de mercurio, aportando el 88% de la producción mundial (2200 de 2500 toneladas), seguido de Tayikistán (178 t), Rusia (50 t) y México (32 t). [49]
Debido a la alta toxicidad del mercurio, tanto la extracción de cinabrio como su refinación son causas históricas y peligrosas de envenenamiento por mercurio. [50] En China, una empresa minera privada utilizó mano de obra penitenciaria en los años 50 para desarrollar nuevas minas de cinabrio. La empresa minera Luo Xi utilizó a miles de prisioneros para construir nuevos túneles. [51] La salud de los trabajadores en minas en funcionamiento corre un alto riesgo.
Un periódico afirmó que una directiva no identificada de la Unión Europea que exige que las bombillas de bajo consumo sean obligatorias para 2012 alentó a China a reabrir minas de cinabrio para obtener el mercurio necesario para la fabricación de bombillas fluorescentes compactas . Los peligros ambientales han sido una preocupación, en particular en las ciudades meridionales de Foshan y Guangzhou , y en la provincia de Guizhou, en el suroeste. [51]
Todos los compuestos de mercurio conocidos presentan uno de dos estados de oxidación positivos: I y II. Los experimentos no han logrado demostrar de manera inequívoca estados de oxidación superiores: tanto la electrosíntesis de una especie inestable de Hg(III) en 1976 como el aislamiento criogénico de HgF 4 en 2007 han suscitado interpretaciones controvertidas y siguen siendo difíciles (si no imposibles) de reproducir. [53]
Compuestos de mercurio(I)
A diferencia de sus vecinos más ligeros, el cadmio y el cinc, el mercurio suele formar compuestos estables simples con enlaces metal-metal. La mayoría de los compuestos de mercurio(I) son diamagnéticos y presentan el catión dimérico, Hg2+ 2Los derivados estables incluyen el cloruro y el nitrato. El tratamiento de los compuestos de Hg(I) forma complejos con ligandos fuertes como sulfuro, cianuro, etc. e induce desproporción con Hg2+ y mercurio elemental. [54] El cloruro de mercurio (I) , un sólido incoloro también conocido como calomelanos , es en realidad el compuesto con la fórmula Hg 2 Cl 2 , con la conectividad Cl-Hg-Hg-Cl. Reacciona con cloro para dar cloruro mercúrico, que resiste una mayor oxidación. El hidruro de mercurio (I) , un gas incoloro, tiene la fórmula HgH, que no contiene ningún enlace Hg-Hg; sin embargo, el gas solo se ha observado como moléculas aisladas. [55]
Como muestra de su tendencia a unirse consigo mismo, el mercurio forma policationes de mercurio , que consisten en cadenas lineales de centros de mercurio, cubiertos con una carga positiva. Un ejemplo es el Hg2+ 3(AsF− 6) 2. [56]
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 sus elementos al calentarse a cerca de 400 °C, como demostró Joseph Priestley en una síntesis temprana de oxígeno puro . [20] Los hidróxidos de mercurio están poco caracterizados, ya que los estudios de aislamiento del hidróxido de mercurio (II) han producido óxido de mercurio en su lugar. [58]
Las sales de mercurio (II) forman una variedad de derivados complejos con el amoníaco . Entre ellos se encuentran la base de Millon (Hg 2 N + ), el polímero unidimensional (sales de HgNH+ 2) norte), y "precipitado blanco fundible" o [Hg(NH 3 ) 2 ]Cl 2 . Conocido como reactivo de Nessler , tetrayodomercurato de potasio (II) ( HgI2− 4) todavía se utiliza ocasionalmente para detectar amoníaco debido a su tendencia a formar la sal de yoduro de color profundo de la base de Millon. [60]
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, por lo general, de geometría lineal y de dos coordenadas. A diferencia de los compuestos de organocadmio y organocinc , los compuestos de organomercurio no reaccionan con el agua. Por lo general, tienen la fórmula HgR 2 , que a menudo son volátiles, o HgRX, que a menudo son sólidos, donde R es arilo o alquilo y X es generalmente haluro o acetato. El metilmercurio , un término genérico para los compuestos con la fórmula CH 3 HgX, es una familia peligrosa de compuestos que a menudo se encuentran en el agua contaminada . [61] 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 otras aplicaciones se están eliminando lentamente debido a las regulaciones de salud y seguridad. En algunas aplicaciones, el mercurio se reemplaza con una aleación de Galinstan menos tóxica pero considerablemente más cara . [62]
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 sus efectos tóxicos y sus compuestos. Un ejemplo de la aplicación terapéutica temprana del mercurio fue publicado en 1787 por James Lind . [63]
El mercurio en forma de uno de sus minerales más comunes, el cinabrio, se utiliza en diversas medicinas tradicionales, especialmente en la medicina tradicional china . Una revisión de su seguridad ha descubierto 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. [65]
El cloruro de mercurio (I) (también conocido como calomelanos 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) se utilizó alguna vez 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 que se creía que trataba. [66] También se utiliza como desinfectante. La misa azul , una pastilla o jarabe en el que el mercurio es el ingrediente principal, se recetó a lo largo del siglo XIX para numerosas afecciones, entre ellas el estreñimiento, la depresión, la maternidad y los dolores de muelas. [67] A principios del siglo XX, se administraba mercurio a los niños anualmente como laxante y desparasitante, y se utilizaba en polvos para la dentición de los bebés. El organohaluro que contiene mercurio merbromina (a veces vendido como mercurocromo) todavía se usa ampliamente, pero ha sido prohibido en algunos países, como los EE. UU. [68]
El tiomersal (llamado timerosal en los Estados Unidos) es un compuesto orgánico utilizado como conservante en las vacunas , aunque este uso está en declive. [70] Aunque se especuló ampliamente que este conservante a base de mercurio podría causar o desencadenar autismo en niños, no hay evidencia que respalde tal vínculo. [71] Sin embargo, el tiomersal se ha eliminado o reducido a cantidades traza en todas las vacunas estadounidenses recomendadas para niños de 6 años de edad y menores, con la excepción de la vacuna antigripal inactivada. [70] La merbromina (mercurocromo), otro compuesto de mercurio, es un antiséptico tópico utilizado para cortes y raspones menores en algunos países. Hoy en día, el uso de mercurio en medicina ha disminuido considerablemente en todos los aspectos, especialmente en los países desarrollados. [72]
El cloro se produce a partir del cloruro de sodio (sal común, NaCl) mediante electrólisis para separar el sodio metálico del gas de cloro. Por lo general, la sal se disuelve en agua para producir una salmuera. Los subproductos de cualquier proceso de cloro-álcali son hidrógeno (H 2 ) e hidróxido de sodio (NaOH), que comúnmente se llama sosa cáustica o lejía . Con mucho, el mayor uso de mercurio [75] [76] a fines del siglo XX fue en el proceso de celda de mercurio (también llamado proceso Castner-Kellner ) donde el sodio metálico se forma como una amalgama en un cátodo hecho de mercurio; luego, este sodio reacciona con agua para producir hidróxido de sodio. [77] Muchas de las liberaciones industriales de mercurio del siglo XX provinieron de este proceso, aunque las plantas modernas afirman ser seguras en este sentido. [76] A partir de la década de 1960, la mayoría de las plantas industriales abandonaron los procesos de celdas de mercurio para adoptar tecnologías de celdas de diafragma para producir cloro, aunque el 11% del cloro producido en los Estados Unidos todavía se producía con el método de celdas de mercurio en 2005. [78]
Usos de laboratorio
Termómetros
Los termómetros que contienen mercurio fueron inventados a principios del siglo XVIII por Daniel Gabriel Fahrenheit , aunque se habían descrito intentos anteriores de fabricar instrumentos de medición de temperatura llenos de mercurio en la década de 1650. [79] : 23 El termómetro de mercurio de Fahrenheit se basó en un diseño anterior que usaba alcohol en lugar de mercurio; el termómetro de mercurio era significativamente más preciso que los que usaban alcohol. [80] 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. [81] [82] Las alternativas modernas a los termómetros de mercurio incluyen termómetros de resistencia , termopares y sensores de termistor que emiten una salida a una pantalla digital. [83]
Espejos
Algunos telescopios de tránsito utilizan una cubeta de mercurio para formar un espejo plano y absolutamente horizontal, útil para determinar una referencia vertical o perpendicular absoluta. Los espejos parabólicos horizontales cóncavos pueden formarse haciendo girar mercurio líquido sobre un disco, de modo que la forma parabólica del líquido así formado refleje y enfoque la luz incidente. Estos telescopios de espejo líquido son más baratos que los telescopios de espejo grande convencionales en un factor de hasta 100, pero el espejo no se puede inclinar y siempre apunta hacia arriba. [84] [85] [86]
El mercurio gaseoso se utiliza en lámparas de vapor de mercurio y algunos carteles publicitarios de tipo " letrero de neón " y lámparas fluorescentes . Esas lámparas de baja presión emiten líneas espectralmente muy estrechas, que se utilizan tradicionalmente en espectroscopia óptica para calibrar la posición espectral. Se venden lámparas de calibración comerciales para este propósito; reflejar una luz de techo fluorescente en un espectrómetro es una práctica de calibración común. [91] El mercurio gaseoso también se encuentra en algunos tubos de electrones , incluidos los ignitrones , tiratrones y rectificadores de arco de mercurio . [92] También se utiliza en lámparas de atención médica especializadas para el bronceado y la desinfección de la piel. [93] El mercurio gaseoso se agrega 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 opacos y no encenderá correctamente. La iluminación que contiene mercurio puede bombardearse / bombearse en el horno solo 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 quemado inicial; eventualmente se encenderá un color azul opaco constante. [94]
El resplandor violeta intenso 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 infrarrojas, que actúan a la vez como fuente de luz y balasto eléctrico.
Varios tipos de lámparas fluorescentes.
El Reloj Atómico del Espacio Profundo miniaturizado es un reloj de iones de mercurio basado en una trampa de iones lineal, diseñado para una navegación por radio precisa y en tiempo real en el espacio profundo.
El reloj atómico del espacio profundo (DSAC, por sus siglas en inglés) que está desarrollando el Laboratorio de Propulsión a Chorro utiliza mercurio en un reloj lineal basado en trampas de iones. El novedoso uso del mercurio permite la creación de relojes atómicos compactos con bajos requerimientos de energía, ideales para sondas espaciales y misiones a Marte. [95]
Blanqueamiento de la piel
El mercurio es eficaz como ingrediente activo en los compuestos blanqueadores de la piel que se utilizan para despigmentar la piel. [96] El Convenio de Minamata sobre el Mercurio limita la concentración de mercurio en dichos blanqueadores a 1 parte por millón. Sin embargo, a partir de 2022, muchos productos blanqueadores vendidos comercialmente siguen superando ese límite y se consideran tóxicos. [97]
Un interruptor de mercurio unipolar 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 como metal líquido:
Se han recuperado cantidades de mercurio líquido que van desde 90 a 600 gramos (3,2 a 21,2 oz) de tumbas de la élite maya (100-700 d. C.) [35] o de escondites rituales en seis sitios. Este mercurio puede haber sido utilizado en cuencos como espejos con fines adivinatorios . Cinco de estos datan del Período Clásico de la civilización maya (c. 250-900), pero un ejemplo es anterior a este. [99]
Las lentes de Fresnel de los antiguos faros flotaban y giraban en un baño de mercurio que actuaba como un cojinete. [101]
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. [102]
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 . [104]
En 1911, Heike Kamerlingh Onnes descubrió la superconductividad a través del enfriamiento del mercurio por debajo de los 4 kelvin, poco después del descubrimiento y la producción de helio líquido . [105] Más tarde se determinó que sus propiedades superconductoras eran inusuales en comparación con otros superconductores descubiertos más tarde, como las aleaciones de niobio más populares. [106] [107]
Se instalaron turbinas de vapor de mercurio experimentales para aumentar la eficiencia de las plantas de energía eléctrica que utilizaban combustibles fósiles. [108] La planta de energía 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 fines de la década de 1920 en un intento de mejorar la eficiencia de la planta. Se construyeron varias otras plantas, incluida la estación Schiller en Portsmouth, New Hampshire, que entró en funcionamiento en 1950. La idea no tuvo éxito 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. [109] [110]
El mercurio era un propulsor para los primeros motores iónicos en los sistemas de propulsión espacial eléctrica . Las ventajas del mercurio eran su alto peso molecular, su baja energía de ionización, su baja energía de ionización dual, su alta densidad líquida y su capacidad de almacenamiento en líquido a temperatura ambiente . Las desventajas eran las preocupaciones por el impacto ambiental asociado con las pruebas en tierra y las preocupaciones por el enfriamiento y la condensación eventuales de parte del propulsor en la nave espacial en operaciones de larga duración. El primer vuelo espacial que utilizó propulsión eléctrica fue un propulsor iónico alimentado con mercurio desarrollado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA y voló en la nave espacial de prueba de cohetes eléctricos espaciales " SERT-1 " lanzada por la NASA en su Instalación 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 iónicos 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 iónicos, ya que tiene un alto peso molecular, poca o ninguna reactividad debido a su naturaleza de gas noble y una alta densidad de líquido en condiciones de almacenamiento criogénico moderado. [112] [113]
Otras aplicaciones aprovecharon las propiedades químicas del mercurio:
La pila de mercurio es una batería electroquímica no recargable , una 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 en tamaños de botón. Su salida de voltaje constante y su larga vida útil le dieron un uso especializado para los fotómetros de las cámaras y los audífonos. La pila de mercurio fue prohibida de manera efectiva en la mayoría de los países en la década de 1990 debido a las preocupaciones sobre la contaminación de los vertederos con mercurio. [114]
El mercurio se ha utilizado para conservar la madera, desarrollar daguerrotipos , platear espejos , [115] pinturas antiincrustantes , [116] herbicidas , [117] pintura de látex para interiores, juegos de laberintos portátiles, limpieza y dispositivos niveladores de carreteras en automóviles. Los compuestos de mercurio se han utilizado en antisépticos , laxantes, antidepresivos y antisifilíticos . [67] El mercurio ha sido reemplazado por compuestos más seguros en la mayoría, si no en todas, de estas aplicaciones.
Históricamente, el mercurio se ha utilizado ampliamente en la minería hidráulica de oro para ayudar a que el oro se hunda a través de la mezcla de agua y grava que fluye. Las partículas finas de oro pueden formar amalgama de mercurio y oro y, por lo tanto, aumentar las tasas de recuperación de oro. [12] El uso a gran escala del mercurio se detuvo en la década de 1960. Sin embargo, el mercurio todavía se utiliza en la prospección de oro a pequeña escala, a menudo clandestina. Se estima que 45.000 toneladas métricas de mercurio utilizadas en California para la minería de placer no se han recuperado. [124] El mercurio también se utilizó en la minería de plata para extraer el metal del mineral a través del proceso de patio . [125]
Toxicidad y seguridad
Compuesto químico
Debido a sus propiedades físicas y a su relativa inercia química, el mercurio líquido se absorbe muy mal a través de la piel intacta y del tracto gastrointestinal. [127] El vapor de mercurio es el principal peligro del mercurio elemental. Como resultado, los contenedores de mercurio están bien sellados para evitar derrames y evaporación. El calentamiento del mercurio, o de compuestos de mercurio que pueden descomponerse al calentarse, debe realizarse con una 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. [128] [129]
Liberaciones al medio ambiente
Cantidad de mercurio atmosférico depositado en el glaciar Upper Fremont de Wyoming durante los últimos 270 años
Las tasas de deposición de mercurio en la atmósfera antes de la industria podrían ser de aproximadamente 4 ng por cada litro de hielo depositado. Las erupciones volcánicas y otras fuentes naturales relacionadas son responsables de aproximadamente la mitad de las emisiones atmosféricas de mercurio. [130]
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 más elevadas que 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 . [131]
La mitad de las emisiones de mercurio se atribuyen a la humanidad. Las fuentes pueden dividirse en los siguientes porcentajes estimados: [132]
El 65% proviene de la combustión estacionaria, de la que las centrales eléctricas de carbón son la mayor fuente agregada (el 40% de las emisiones de mercurio de los Estados Unidos en 1999). Esto incluye las centrales eléctricas alimentadas con gas en las que no se ha eliminado el mercurio. Las emisiones de la combustión de carbón son entre uno y dos órdenes de magnitud superiores a las de la combustión de petróleo, según el país. [132]
El 11% proviene de la producción de oro. Las tres mayores fuentes puntuales de emisiones de mercurio en los EE. UU. son las tres minas de oro más grandes. La liberación hidrogeoquímica de mercurio de los relaves de las minas de oro se ha considerado una fuente importante de mercurio atmosférico en el este de Canadá. [133]
1,1% de la producción de mercurio, principalmente para baterías.
2,0% de otras fuentes.
Los porcentajes anteriores son estimaciones de las emisiones mundiales de mercurio de origen humano en 2000, excluida la quema de biomasa, una fuente importante en algunas regiones. [132]
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 envenenamiento por mercurio o la muerte a causa de lo que se conoció como la enfermedad de Minamata . [134] [135]
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 . [136]
Quema de papel Joss en la calle, una tradición común en Asia, Hong Kong, 2023
El mercurio también entra al medio ambiente a través de la eliminación inadecuada de productos que lo contienen. [137] Debido a preocupaciones de salud (ver más abajo), las iniciativas para reducir el uso de sustancias tóxicas están reduciendo o eliminando el mercurio en dichos productos. Por ejemplo, la cantidad de mercurio vendido en termostatos en los Estados Unidos disminuyó de 14,5 toneladas en 2004 a 3,9 toneladas en 2007. [138]
La planta de tabaco absorbe y acumula fácilmente metales pesados como el mercurio del suelo circundante en sus hojas, que luego se inhalan al fumar tabaco . [139] Si bien el mercurio es un componente del humo del tabaco , [140] los estudios 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 . [141]
Una fuente menos conocida de mercurio es la quema de papel de incienso , [142] que es una tradición común practicada en Asia, incluyendo China, [143] Vietnam, Hong Kong, Tailandia, Taiwán y Malasia. [144]
Limpieza de derrames
Los derrames de mercurio plantean 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 de particular preocupación para el mercurio visible, o mercurio en estado líquido, ya que su apariencia y comportamiento inusuales para un metal lo convierten en una molestia atractiva para los desinformados. [145] Se han desarrollado procedimientos para contener los derrames de mercurio, así como recomendaciones sobre las respuestas apropiadas basadas en las condiciones de un derrame. [146] [147] El seguimiento del mercurio líquido fuera del sitio 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 por el monitoreo de los vapores de mercurio y la limpieza de los vapores. Varios productos se venden como adsorbentes de derrames de mercurio , que van desde sales metálicas hasta polímeros y zeolitas . [148]
Contaminación de sedimentos
Los sedimentos dentro de los grandes estuarios urbano-industriales actúan como un sumidero importante para la contaminación de mercurio de fuentes puntuales y difusa dentro de las cuencas . [149] Un estudio de 2015 de sedimentos de la costa 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). [149] Se demostró que las concentraciones más altas de mercurio se dan en la ciudad de Londres y sus alrededores en asociación con lodos de grano fino y un alto contenido de carbono orgánico total. [149] 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. [150] Estas concentraciones son mucho más altas que las de los sedimentos de los arroyos de los ríos de las marismas de Nueva Jersey y los manglares del sur de China, que presentan bajas concentraciones de mercurio de aproximadamente 0,2 mg/kg. [151] [152]
Exposición ocupacional
Trabajadores de la EPA limpian un derrame de mercurio en una residencia en 2004
Debido a los efectos de la exposición al mercurio sobre la salud, los usos industriales y comerciales están regulados en muchos países. La Organización Mundial de la Salud , [153] OSHA y NIOSH tratan el mercurio como un riesgo ocupacional; tanto OSHA como NIOSH, entre otras agencias reguladoras, han establecido límites específicos de exposición ocupacional al elemento y sus compuestos derivados en forma líquida y de vapor. [154] [155] Las liberaciones y la 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 peces y mariscos tienen una tendencia natural a concentrar mercurio en sus cuerpos, a menudo en forma de metilmercurio , un compuesto orgánico altamente tóxico del mercurio. Las especies de peces que están en lo alto de la cadena alimentaria , como el tiburón , el pez espada , la caballa real , 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. [156] La presencia de mercurio en los músculos de los peces se puede estudiar utilizando biopsias musculares no letales . [157] El mercurio presente en los peces presa se acumula en el depredador que los consume. Dado que los peces son menos eficientes en depurar que en acumular metilmercurio, las concentraciones de metilmercurio en el tejido de los peces aumentan con el tiempo. Por lo tanto, las especies que están en lo alto de la cadena alimentaria acumulan cargas corporales de mercurio que pueden ser diez veces mayores que 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 . [134] [135]
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. [158] [159] Se ha descubierto que los residentes de la ciudad de Nueva York están expuestos a niveles significativos de compuestos de mercurio inorgánico a través del uso de productos para el cuidado de la piel. [160]
Efectos y síntomas del envenenamiento por mercurio
Los efectos tóxicos incluyen daños al cerebro, riñones y pulmones. El envenenamiento por mercurio puede provocar varias enfermedades, entre ellas acrodinia (enfermedad rosa), síndrome de Hunter-Russell y enfermedad de Minamata . Los síntomas suelen incluir deterioro sensorial (visión, audición, habla), alteración de la sensibilidad y falta de coordinación. El tipo y grado de síntomas que se presentan dependen de la toxina individual, la dosis y el método y duración de la exposición. Los estudios de casos y controles han mostrado efectos como temblores, deterioro de las habilidades cognitivas y alteración del sueño en trabajadores con exposición crónica al vapor de mercurio incluso a bajas concentraciones en el rango de 0,7 a 42 μg/m 3 . [161] [162]
Un estudio ha demostrado que la exposición aguda (4-8 horas) a niveles calculados de mercurio elemental de 1,1 a 44 mg/m3 resultó en dolor de pecho, disnea , tos, hemoptisis , deterioro de la función pulmonar y evidencia de neumonitis intersticial . [128] 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 provocado una amplia alteración funcional, que incluye eretismo , irritabilidad, excitabilidad, timidez excesiva e insomnio. Con la exposición continua, se desarrolla un temblor fino que puede intensificarse hasta convertirse en 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 a niveles bajos se ha asociado con síntomas más sutiles de eretismo, que incluyen fatiga, irritabilidad, pérdida de memoria, sueños vívidos y depresión. [129] [163]
Tratamiento
La investigación sobre el tratamiento del envenenamiento por mercurio es limitada. Los fármacos actualmente disponibles para el envenenamiento agudo por mercurio incluyen los quelantes N -acetil- D , L - penicilamina (NAP), anti-lewisita 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. [164] La terapia de quelación con ambos fármacos resultó en la movilización de una pequeña fracción del mercurio corporal total estimado. El DMSA pudo aumentar la excreción de mercurio en mayor medida que el NAP. [164]
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. Por lo tanto, las industrias que liberan altas concentraciones de mercurio al medio ambiente acordaron instalar tecnologías de control máximas alcanzables (MACT). En marzo de 2005, la EPA promulgó una regulación [169] que agregó las centrales eléctricas a la lista de fuentes que deberían controlarse e instituyó un sistema nacional de topes y comercio . Los estados tuvieron hasta noviembre de 2006 para imponer controles más estrictos, pero después de un desafío legal 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 de centrales eléctricas de carbón, dados los efectos negativos documentados en el Informe de estudio de la EPA al Congreso de 1998. [170] Sin embargo, datos más recientes publicados en 2015 mostraron que después de la introducción de los controles más estrictos, el mercurio disminuyó drásticamente, lo que indica que la Ley de Aire Limpio tuvo el impacto previsto. [171]
En la Unión Europea , la directiva sobre la restricción del uso de determinadas sustancias peligrosas en aparatos eléctricos y electrónicos (véase RoHS ) prohíbe el mercurio en determinados productos eléctricos y electrónicos y limita la cantidad de mercurio en otros productos a menos de 1000 ppm . [174] Existen restricciones para la concentración de mercurio en los envases (el límite es de 100 ppm para la suma de mercurio, plomo , cromo hexavalente y cadmio ) y las pilas (el límite es de 5 ppm). [175] 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. [176]
Escandinavia
Noruega promulgó una prohibición total del uso de mercurio en la fabricación e importación/exportación de productos de mercurio, que entró en vigor el 1 de enero de 2008. [177] En 2002, se descubrió que varios lagos de Noruega tenían un mal estado de contaminación por mercurio, con un exceso de 1 μg/g de mercurio en sus sedimentos. [178] En 2008, el Ministro de Desarrollo Ambiental de Noruega, Erik Solheim, dijo: "El mercurio es una de las toxinas ambientales más peligrosas. Existen alternativas satisfactorias al Hg en productos, y por lo tanto es apropiado inducir una prohibición". [179] Los productos que contienen mercurio fueron prohibidos en Suecia en 2009, [180] [181] mientras que el mercurio elemental ha sido prohibido en la fabricación y el uso en todas las aplicaciones, excepto en unas pocas (como ciertas fuentes de luz de ahorro de energía y empastes dentales de amalgama) en Dinamarca desde 2008. [182]
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