Mercure (chimie)

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Mercure
Image:Hg,80.jpg
Propriétés générales
Au ← Hg → Ti Cd ↑ Hg ↓ Uub Image:Hg-TableImage.png Table complète
Nom	Mercure
Symbole	Hg
Numéro	80
Série chimique	Métaux de transition
Groupe	12
Période	6
Bloc	d
Masse volumique	13 579,04 kg.m-3
Dureté	1,5
Couleur	Argenté blanc
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] 4f14 5d10 6s2
Électrons par niveau d'énergie	2, 8, 18, 32, 18, 2
États d'oxydation (Oxyde)	2, 1 Base faible
Structure cristalline	Hexagonale
Propriétés physiques
État ordinaire	Liquide
Température de fusion	234,32 K
Température de vaporisation	629,88 K
Énergie de fusion	2,295 kJ.mol-1
Énergie de vaporisation	59,229 kJ.mol-1
Volume molaire	14,09×10-6 m³.mol-1
Pression de vapeur	0,000 2
Vitesse du son	1 407 m.s-1 à 293,15 K
Divers
Électronégativité (Échelle de Pauling)	2,00
Chaleur massique	138,8 J.kg-1.K-1)
Conductivité électrique	1,04×106 Ω-1.m-1
Conductivité thermique	8,34 W.m-1.K-1
1er potentiel d'ionisation	1 007,1 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation	1 810 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation	3 300 kJ/mol
Isotopes les plus stables
Nom Abond. (%) Demi-vie Mode Ed (MeV) Prod. 194Hg syn. 444 ans ε 0,040 194Au 196Hg 0,15 Stable avec 116 neutron(s) 198Hg 9,97 Stable avec 118 neutron(s) 199Hg 16,87 Stable avec 119 neutron(s) 200Hg 23,1 Stable avec 120 neutron(s) 201Hg 13,18 Stable avec 121 neutron(s) 202Hg 29,86 Stable avec 122 neutron(s) 204Hg 6,87 Stable avec 124 neutron(s)
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire

Le mercure est un élément chimique de symbole Hg 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).

Sommaire 1 Histoire 2 Propriétés physiques et chimiques 2.1 Oxydation du mercure 2.2 Mercure et sulfures 3 Minerai et métallurgie du mercure 4 Utilisation 5 Aspects environnementaux 6 Aspects toxicologiques 7 Symbolique 8 Sources

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 XVII^e 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

Le mercure existe à divers degrés d'oxydation : 0 (mercure métallique), I (ion mercureux Hg₂²⁺, Hg₂SO₄), II (ion mercurique Hg²⁺, HgO, HgSO₃, HgI⁺, HgI₂, HgI₃^-, HgI₄^2-).

Le mercure métallique 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

• Le mercure est utilisé dans les lampes à mercure et à iodure métallique sous haute-pression à la forme atome.

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

La toxicité du mercure dépend de son degré d'oxydation.

Au degré 0, il est toxique sous forme de vapeur. Les ions de mercure II sont bien plus toxiques que les ions de mercure I.

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