Mercure (chimie)
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| Généralités | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Nom, Symbole, Numéro | Mercure, Hg, 80 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Série chimique | métal de transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Groupe, Période, Bloc | 12, 6, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masse volumique, | 13579,04 kg/m³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureté Mohs | 1,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Couleur | argenté blanc Image manquante Hg,80-thumb.jpg image:Hg,80-thumb.jpg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés atomiques | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masse atomique | 200,59 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon atomique (calc.) | 150 (171) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon de covalence | 149 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon de van der Waals | 155 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuration électronique | [Xe]4f145d106s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre d'électrons par niveau d'énergie | 2, 8, 18, 32, 18, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| États d'oxydation (oxyde) | 2, 1 faibl. basique | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Structure cristalline | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés physiques | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| État de la matière | solide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Température de fusion | 234,32 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Température de vaporisation | 629,88 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume molaire | 14,09×10-6 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Énergie de vaporisation | 59,229 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Énergie de fusion | 2,295 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pression de vapeur à 234 K | 0,0002 Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vélocité du son à 20°C | 1407 m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Divers | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Électronégativité (Pauling) | 2,00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chaleur massique | 138,8 J/(kg.K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivité électrique | 1,04×106 S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivité thermique | 8,34 W/(m.K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1er potentiel d'ionisation | 1007,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2e potentiel d'ionisation | 1810 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3e potentiel d'ionisation | 3300 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotopes les plus stables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Le mercure est un élément chimique de symbole et de numéro atomique 80.
Connu depuis l'Antiquité, le mercure est un métal de couleur argent brillant. Son symbole Hg provient du latin, lui-même emprunté au grec, hydrargyrum qui signifie « argent liquide » ( ̔Υδορ, l'eau et '̓Αργυρος, l'argent).
Histoire
Les alchimistes l'appelaient parfois le « vif-argent » et le représentaient grâce au symbole de la planète Mercure, d'où son nom actuel.
On trouve le mercure sous forme naturelle ou oxydée. Ce métal a eu de tout temps de nombreuses utilisations :
- Le mercure fut utilisé probablement dès 2700 avant notre ère pour amalgamer l'or, l'argent ou d'autres métaux. Aujourd'hui certains chercheurs d'or utilisent encore le mercure pour amalgamer les paillettes d'or. L'amalgame obtenue est ensuite chauffé vers 400-500 °C, ce qui conduit à l'évaporation du mercure. Ce procédé reste très artisanal et concerne 10 % de la production mondiale d'or. Il pose de graves problèmes de pollution, notamment des rivières en Amazonie.
- On a utilisé par le passé un amalgame de mercure et d'étain pour la fabrication de miroirs.
- Du fait de la densité élevée de ce métal, Torricelli utilisa du mercure pour la création de son baromètre en 1643.
- Grâce à son coefficient de dilatation thermique élevé, le mercure fut, dès le XVIIe siècle, utilisé pour la fabrication des thermomètres. Cela pose d'ailleurs des problèmes de santé publique : cf. Thermomètre et tensiomètre à mercure
- L'amalgame de mercure et d'or est utilisé dans l'artisanat d'art pour réaliser la dorure de différents objets, notamment les bronzes.
- L'anglais Howard fut le premier à utiliser, en 1799, le fulminate de mercure (Hg(ONC)2) comme détonateur. Cet usage a perduré jusqu'à récemment.
- Des composés à base de mercure ont été utilisés pour le traitement des semences.
Propriétés physiques et chimiques
Sous les conditions normales de température et de pression, c'est le seul métal à l'état liquide. Notons également qu'il s'agit du seul métal dont la température d'ébullition est inférieure à 650 °C. Le point triple du mercure, à -38,8344 °C, est un point fixe de l'échelle internationale des température (ITS-90).
Les vapeurs de mercure sont nocives. On notera que le mercure est le seul élément en dehors des gaz rares à exister sous forme de vapeur monoatomique Hg0. La pression de vapeur saturante P* du mercure est donnée en kilopascals par les formules suivantes :
- log P* = 7,149 - 3212,5/T entre 273 et 423 K
- log P* = 7,003 - 0,000197(T-273) - 3141.33/T entre 423 et 673 K
Le mercure forme facilement des alliages avec presque tous les métaux communs à l'exception du fer, du nickel et du cobalt. L'alliage est également difficile avec le cuivre, le platine et l'antimoine. Ces alliages sont communément appelés amalgames. Cette propriété du mercure a de nombreux usages.
Oxydation du mercure
L'élément mercure n'est pas oxydé à l'air sec. Cependant, en présence d'humidité, le mercure subit une oxydation. Les oxydes formés sont Hg2O à température ambiante, HgO entre 573 K (300 °C) et 749 K (476 °C). L'acide chlorhydrique (HCl) et l'acide sulfurique (H2SO4) dilué n'attaquent pas le mercure élémentaire. En revanche, l'action de l'acide nitrique (HNO3) sur le mercure Hg produit HgNO3. L'eau régale attaque également le mercure : du mercure corrosif HgCl2 est alors produit.
Mercure et sulfures
Le mercure tend à former des liaisons covalentes avec les composés soufrés. D'ailleurs, les thiols (composés comportant un groupe -SH lié à un atome de carbone C) étaient autrefois nommés mercaptans du latin mercurius captans. Cette affinité entre le mercure et les sulfures peut s'expliquer dans le cadre de la théorie HSAB car le méthylmercure par exemple est un acide très doux de même que les composés soufrés sont des bases très douces.
Minerai et métallurgie du mercure
Utilisation
- Des composés mercuriques servent comme fongicides et bactéricides.
- La synthèse du chlore en Europe passe souvent par l'utilisation de cellules à cathode de mercure.
- Les lampes fluorescentes à vapeur de mercure contiennent environ 15 mg de mercure gazeux.
- Le mercure est utilisé pour la fabrication des amalgames dentaires couramment appelés plombages (bien que ne contenant pas de plomb).
- Certaines piles contiennent du mercure.
Les piles salines et alcalines ont longtemps contenu du mercure à hauteur de 0,6 % pour les piles salines, 0,025% pour les autres. Quant aux piles boutons, elles mettent parfois en jeu les couples Zn2+/Zn et Hg2+/Hg. La réaction en fonctionnement est :
Zn + HgO + H2O + 2 KOH --> Hg + [Zn(OH)4]K2
On notera que le mercure est initialement sous forme d'oxyde. Pour les piles de « type bouton » répondant à ce modèle, 1/3 du poids de la pile est du mercure ! Dans leur grande majorité cependant, les piles boutons utilisent de l'oxyde d'argent à la place de l'oxyde de mercure ; elles contiennent alors entre 0,5 et 1 % de mercure.
Aspects environnementaux
Environ 2500 tonnes de mercure sont émises dans l'atmosphère chaque année par l'activité humaine.
La combustion du charbon dans les centrales électriques et les activités minières représentent les principales sources d'émission. On estime que 4000 tonnes supplémentaires sont émises chaque année par recirculation, par les volcans ou par les formations géologiques riches en mercure.
Aspects toxicologiques
L'activité bactérienne en milieu aquatique convertit une partie du mercure dissout en méthylmercure HgCH3.
Sous cette forme, le mercure est neurotoxique et s'accumule dans la chaîne alimentaire aquatique. La consommation de certaines espèces de poissons prédateurs représente une source d'exposition importante pour l'humain.
Symbolique
Les noces de mercure symbolisent les 38 ans de mariage dans le folklore français.
Sources
Citons notamment en français :
- Données industrielles, économiques, géographiques sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux
- Précis de médecine du travail - chapitre « Mercure » - 4e édition
- Atlas de la chimie - Hans Breuer
- Publications du Centre de Toxicologie du Québec
- Articles de la revue Prescrire
- Techniques de l'Ingénieur, traité Matériaux métalliques, M 2 395 - « Métallurgie du mercure »
- (en)Pesticide Timeline: Organomercury Poisonings