جیوه یکی از عناصر شیمیایی شگفت انگیز است که از گذشته تاکنون توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. این فلز نقره‌ای‌رنگ و براق، تنها فلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع باقی می‌ماند و به همین دلیل، از دیرباز در ابزارهای اندازه‌گیری مانند دماسنج و فشارسنج مورد استفاده قرار گرفته است.
ما امروز در نشریه شیمی داکس قصد داریم به این سوال که جیوه چیست، چه ویژگی‌هایی دارد و در چه مواردی استفاده می‌شود؟، پاسخ دهیم. همچنین خطرات ناشی از آن و نکاتی که باید در برخورد با این فلز در نظر بگیرید را بررسی خواهیم کرد. اگر به دنیای شیمی و مواد اولیه صنعتی علاقه‌مند هستید، تا پایان این مقاله همراه ما باشید.
جیوه چیست؟
جیوه (Mercury) یک عنصر شیمیایی با نماد Hg و عدد اتمی 80 است که به عنوان تنها فلز مایع در جهان شناخته می‌شود. این فلز نقره‌ای‌رنگ و براق، چگالی بالایی دارد و به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جالبه بدانید که جیوه به‌طور طبیعی در پوسته زمین یافت می‌شود و معمولاً از سنگ معدن سینابار (Cinnabar) استخراج می‌شود. با این حال، سمیت بالای آن می‌تواند برای انسان و محیط‌زیست خطرناک باشد.
| مشخصات فیزیکی و شیمیایی جیوه | |
|---|---|
| نام | جیوه (Mercury) |
| نام لاتین | Mercury |
| نماد شیمیایی | Hg |
| عدد اتمی | 80 |
| جرم اتمی | 200.59 g/mol |
| چگالی | 13.534 g/cm³ |
| نقطه ذوب | -38.83 °C |
| نقطه جوش | 356.73 °C |
| حالت فیزیکی | مایع در دمای اتاق |
| رنگ | نقره‌ای براق |
| ساختار بلوری | سه‌گوشی (Rhombohedral) |
| ظرفیت | +1, +2 |
| حلالیت در آب | تقریباً نامحلول |
| حالت اکسیداسیون | +1, +2 |
تاریخچه جیوه
استفاده از جیوه به هزاران سال پیش بازمی‌گردد. در تمدن‌های باستانی مانند مصر، چین و روم، جیوه به‌عنوان ماده‌ای ارزشمند در پزشکی، کیمیاگری و حتی آیین‌های مذهبی به کار می‌رفت. در چین باستان، تصور می‌شد که جیوه خواص جاودانگی دارد و چین شی هوانگ، اولین امپراتور چین، از معجون‌های حاوی جیوه استفاده می‌کردند که در نهایت همین امر منجر به مرگش شد.
در دوران قرون‌وسطی و رنسانس، جیوه در درمان بیماری‌هایی مانند سیفلیس استفاده می‌شد، اما به دلیل سمیت بالا، بسیاری از بیماران دچار مسمومیت شدید می‌شدند.
انواع جیوه
ما در این مطلب از شیمی داکس جیوه را براساس ویژگی ها و کاربردها به سه دسته اصلی تقسیم کردیم.
- جیوه عنصری (Elemental Mercury): این همان جیوه خالص و فلزی است که در دمای اتاق به شکل مایع دیده می‌شود. جیوه عنصری در تجهیزات علمی مانند دماسنج، فشارسنج و سوئیچ‌های الکتریکی استفاده می‌شود. با این حال، بخارات آن بسیار سمی هستند و می‌توانند مشکلات جدی برای سلامتی ایجاد کنند.
- جیوه معدنی (Inorganic Mercury): این نوع جیوه ترکیب‌شده با سایر عناصر مانند کلر، گوگرد یا اکسیژن است و در موادی مانند سینابار (HgS) و برخی ترکیبات شیمیایی دیگر یافت می‌شود. ترکیبات معدنی جیوه در گذشته در صنایع مختلف از جمله تولید رنگ و مواد نگهدارنده چوب استفاده می‌شدند، اما به دلیل سمیت بالا، مصرف آن‌ها محدود شده است.
- جیوه آلی (Organic Mercury): این نوع جیوه زمانی تشکیل می‌شود که جیوه عنصری یا معدنی با کربن ترکیب شود. یکی از رایج‌ترین اشکال آن متیل جیوه (Methylmercury) است که از طریق آب‌های آلوده وارد زنجیره غذایی شده و در بدن ماهی‌ها و سایر موجودات دریایی تجمع می‌یابد. متیل جیوه بسیار خطرناک است و مصرف بیش از حد آن می‌تواند باعث آسیب عصبی و مشکلات جدی سلامتی شود.
کاربرد جیوه
جیوه به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه، با مهم‌ترین کاربردهای این فلز مایع بیشتر آشنا خواهیم شد.
1. تجهیزات اندازه‌گیری (دماسنج، فشارسنج و بارومتر)
یکی از رایج‌ترین کاربردهای جیوه در تجهیزات اندازه‌گیری مانند دماسنج‌های پزشکی، آزمایشگاهی و صنعتی است. جیوه به دلیل دامنه دمایی وسیع، پایداری بالا و عدم تبخیر سریع، گزینه‌ای ایده‌آل برای این تجهیزات محسوب می‌شود. همچنین در فشارسنج‌ها و بارومترها برای اندازه‌گیری فشار جو استفاده می‌شود، زیرا چگالی بالای آن امکان ایجاد ستون‌های پایدار و دقیق را فراهم می‌کند.
بااین‌حال، به دلیل خطرات سمی بخارات جیوه، بسیاری از کشورها استفاده از آن را در دماسنج‌ها و تجهیزات پزشکی ممنوع کرده‌اند و جایگزین‌هایی مانند الکل رنگی یا گالیوم-ایندیوم برای این منظور توسعه یافته‌اند.
2. صنایع الکتریکی و الکترونیکی
جیوه در تولید لامپ‌های فلورسنت، سوئیچ‌های جیوه‌ای و برخی باتری‌های خاص استفاده می‌شود. در لامپ‌های فلورسنت، بخارات جیوه باعث تولید اشعه فرابنفش (UV) می‌شوند که پس از برخورد به پوشش داخلی لامپ، نور مرئی ایجاد می‌کند. این ویژگی باعث شده است که لامپ‌های کم‌مصرف برای مدت‌ها از جیوه بهره ببرند.
همچنین، در برخی از سوئیچ‌های الکتریکی و رله‌ها، جیوه به دلیل هدایت الکتریکی بالا و خاصیت مایع بودن، امکان عملکرد بدون سایش و خرابی مکانیکی را فراهم می‌کند. امروزه به دلیل محدودیت‌های زیست‌محیطی، بسیاری از این محصولات با فناوری‌های ایمن‌تر جایگزین شده‌اند.
3. صنایع پزشکی و داروسازی
در گذشته، ترکیبات جیوه به‌عنوان مواد ضدعفونی‌کننده و دارویی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال، مرکوری کلرید (HgCl₂) و مرکوری اکسید در کرم‌های ضدعفونی‌کننده و درمان برخی بیماری‌های پوستی کاربرد داشتند. همچنین، جیوه در آمالگام دندانی، که برای پر کردن دندان‌ها استفاده می‌شود، به دلیل خاصیت چسبندگی و دوام بالا مورد استفاده قرار می‌گرفت.
بااین‌حال، امروزه به دلیل خطرات ناشی از سمیت جیوه و احتمال آزاد شدن بخارات آن، کاربرد آن در دندانپزشکی کاهش یافته و مواد جایگزین مانند کامپوزیت‌های رزینی توسعه یافته‌اند.
4. استخراج طلا و نقره
جیوه نقش مهمی در استخراج طلا و نقره دارد. در برخی معادن، جیوه با فلزات گرانبها تشکیل آمالگام (آلیاژ جیوه با طلا و نقره) می‌دهد که باعث جدا شدن آن‌ها از سنگ معدن می‌شود. سپس، با حرارت دادن آمالگام، جیوه تبخیر شده و فلز خالص باقی می‌ماند.
این روش به‌ویژه در معادن کوچک و سنتی همچنان مورد استفاده است، اما به دلیل آلودگی شدید محیط‌زیستی و آسیب به سلامت کارگران، بسیاری از کشورها در تلاش‌اند تا جایگزین‌های ایمن‌تری را توسعه دهند.
5. تولید مواد شیمیایی و کاتالیزورها
جیوه در فرآیندهای شیمیایی مختلفی به‌عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. یکی از مهم‌ترین کاربردهای آن، در تولید وینیل کلرید (ماده اولیه PVC) بوده است. جیوه همچنین در تولید برخی مواد شیمیایی صنعتی مانند سولفات جیوه و کلرید جیوه نقش داشته است.
امروزه به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی، صنایع شیمیایی در تلاش‌اند جایگزین‌های ایمن‌تر برای فرآیندهای وابسته به جیوه پیدا کنند تا از آلودگی‌های ناشی از این فلز جلوگیری شود.
6. کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی
جیوه در برخی آزمایش‌های علمی و پژوهشی کاربرد دارد. در آزمایشگاه‌های فیزیک و شیمی، از جیوه برای اندازه‌گیری فشار، چگالی و هدایت حرارتی استفاده می‌شود. همچنین، در آزمایش‌های طیف‌سنجی و برخی کاربردهای خاص در فیزیک کوانتومی، این عنصر به کار گرفته می‌شود.
بااین‌حال، به دلیل خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی، بسیاری از آزمایشگاه‌ها به‌تدریج در حال جایگزینی جیوه با مواد بی‌خطرتر هستند.
خطرات و عوارض جیوه
همان طور که گفتیم، جیوه یک فلز سمی است که در صورت تماس با پوست، استنشاق بخارات یا بلعیدن آن، می‌تواند خطرات جدی برای سلامت انسان و محیط‌زیست ایجاد کند. مسمومیت با جیوه می‌تواند باعث آسیب به سیستم عصبی، کلیه‌ها، دستگاه گوارش و حتی قلب شود. بخارات جیوه به‌ویژه در محیط‌های بسته و با تهویه نامناسب، می‌تواند به‌سرعت جذب بدن شده و باعث علائم مسمومیت مانند لرزش، اختلالات حافظه، مشکلات بینایی و شنوایی، و تغییرات رفتاری شود. از این رو، نگهداری و استفاده از جیوه باید با دقت و مطابق با استانداردهای ایمنی انجام شود.
شرایط ایمنی و نگهداری(msds)
برای حفظ ایمنی در استفاده از جیوه، باید از نگهداری آن در ظروف بسته و مقاوم استفاده شود تا از تبخیر و پخش بخارات آن جلوگیری گردد. محیط‌های کار با جیوه باید دارای تهویه مناسب و سیستم‌های تصفیه هوا باشند تا از انباشت بخارات جیوه در فضای بسته جلوگیری شود. همچنین، در صورتی که جیوه به زمین یا سطحی ریخته شود، باید فوراً با استفاده از مواد جذب‌کننده خاص جمع‌آوری شود. افراد باید از دستکش‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی و ماسک‌های مخصوص برای جلوگیری از تماس مستقیم یا استنشاق بخارات جیوه استفاده کنند.
فرایند تولید جیوه
- استخراج سنگ معدن سینابار: جیوه عمدتاً از سنگ معدن سینابار (HgS) استخراج می‌شود. این ماده معدنی در معادن خاصی یافت می‌شود و اولین مرحله در فرآیند تولید جیوه، استخراج این سنگ است.
- حرارت‌دهی به سینابار: پس از استخراج، سنگ معدن سینابار به کوره‌های ویژه منتقل می‌شود. در این کوره‌ها، سینابار به دمای بالا (حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) حرارت داده می‌شود تا جیوه آزاد شود.
- جداسازی جیوه: در این فرآیند، سینابار تبدیل به جیوه مایع (Hg) و گاز سولفور دی‌اکسید (SO₂) می‌شود. بخارات جیوه سپس به سیستم‌های خنک‌کننده منتقل شده و به صورت مایع جمع‌آوری می‌شوند.
- تصفیه جیوه: پس از استخراج، جیوه مایع تحت فرآیندهای تصفیه قرار می‌گیرد تا ناخالصی‌ها از آن جدا شوند و جیوه خالص تولید شود.
- نگهداری جیوه: جیوه خالص به‌دست‌آمده در ظروف مناسب نگهداری می‌شود تا برای استفاده در صنایع مختلف آماده گردد.
جیوه قرمز چیست؟
جیوه قرمز (Red Mercury) ماده‌ای است که در دنیای شیمی به‌عنوان یک ترکیب مبهم و بحث‌برانگیز شناخته می‌شود. برخلاف جیوه عنصری که به رنگ نقره‌ای و مایع است، جیوه قرمز به شکل یک پودر یا مایع سرخ‌رنگ توصیف می‌شود. درباره ماهیت واقعی این ماده اطلاعات ضدونقیض زیادی وجود دارد و تاکنون هیچ منبع علمی معتبر، وجود جیوه قرمز به‌عنوان یک ترکیب شیمیایی مستقل را تأیید نکرده است.
برخی شایعات ادعا می‌کنند که جیوه قرمز در ساخت سلاح‌های هسته‌ای، مواد منفجره یا صنایع نظامی کاربرد دارد، درحالی‌که دانشمندان و متخصصان شیمی این موضوع را بی‌اساس می‌دانند. برخی دیگر معتقدند که جیوه قرمز نوعی ترکیب جیوه‌ای مانند سولفید جیوه (HgS) یا اکسید جیوه (HgO) است که به دلیل رنگ قرمز خود به این نام خوانده می‌شود، اما هیچ کاربرد فوق‌العاده‌ای در صنایع نظامی ندارد.
در بسیاری از موارد، جیوه قرمز فقط یک افسانه یا کلاهبرداری تجاری بوده است که در بازارهای سیاه با قیمت‌های نجومی به فروش می‌رسد. بنابراین، بهتر است به این ماده به‌عنوان یک راز حل‌نشده یا سوءاستفاده تبلیغاتی نگاه کنیم و از باور به شایعات بی‌اساس خودداری کنیم.
بهترین جایگزین‌های جیوه
- گالیوم (Gallium): گالیوم یک فلز نرم است که خواصی مشابه جیوه دارد. این فلز در دماهای پایین مایع است و در برخی از تجهیزات الکترونیکی به‌عنوان جایگزین جیوه استفاده می‌شود.
- الکل رنگی: در دماسنج‌ها و ترمومترها، از الکل رنگی به‌عنوان جایگزین جیوه استفاده می‌شود. این ماده به راحتی قابل مشاهده است و خطرات جیوه را ندارد.
- آمالگام‌های رزینی: در دندانپزشکی، آمالگام‌های رزینی جایگزین خوبی برای آمالگام‌های جیوه‌ای هستند. این مواد دوام بالایی دارند و در عین حال خطرات جیوه را کاهش می‌دهند.
- ترکیبات مبتنی بر ایندیوم (Indium): ایندیوم به‌عنوان جایگزینی برای جیوه در برخی از کاربردهای الکترونیکی و نورپردازی معرفی شده است. این فلز خواص شیمیایی مشابه به جیوه دارد اما نسبت به جیوه خطرات کمتری دارد.
- نیتروژن مایع: در برخی از کاربردهای صنعتی، نیتروژن مایع می‌تواند جایگزین جیوه شود. این ماده برای انجام آزمایش‌های دمایی و خنک‌سازی به‌طور مؤثری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- میکروسیلیکا (Micro-silica): در فرآیندهای استخراج طلا، میکروسیلیکا به‌عنوان جایگزین جیوه در برخی از معادن کوچک استفاده می‌شود. این ماده در فرآیند استخراج فلزات گرانبها عملکرد مشابه جیوه را بدون اثرات سمی فراهم می‌کند.
- پلیمرهای خاص (Polymer composites): در تولید تجهیزات فلورسنت و لامپ‌های کم‌مصرف، پلیمرهای خاص به‌عنوان جایگزین جیوه برای تولید نور مرئی و حفظ کارایی به‌کار می‌روند.
