મર્ક્યુરી (Hg) અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા: ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને ઉપયોગો

પરિચય: ક્વિક્સિલ્વર તત્વ

મર્ક્યુરી (Hg), જેને પરંપરાગત રીતે “ક્વિક્સિલ્વર” તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે એકમાત્ર ધાતુ તત્વ છે જે પ્રમાણભૂત તાપમાન અને દબાણ પર પ્રવાહી અવસ્થામાં હોય છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો, જેમાં ઉચ્ચ ઘનતા અને ઉત્તમ વિદ્યુત વાહકતાનો સમાવેશ થાય છે, તેને સાધનો અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવા તરફ દોરી ગયા હતા. જોકે, તેની નોંધપાત્ર ઝેરી અસરને કારણે તેના ઉપયોગને ઘટાડવા અને પર્યાવરણીય દૂષણને ઓછું કરવા માટે વૈશ્વિક પ્રયાસો શરૂ થયા છે. મર્ક્યુરીના રાસાયણિક વર્તનને સમજવું તેની પર્યાવરણીય અસરને સંબોધવા અને સ્પર્ધાત્મક પરીક્ષાઓ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

CBSE/JEE ક્વિક રિવિઝન નોટ્સ

• પ્રતીક: Hg (હાઇડ્રાર્જીરમ પરથી, જેનો અર્થ “વોટર-સિલ્વર” થાય છે)
• પરમાણુ ક્રમાંક: 80
• પરમાણુ દળ: 200.59 u
• સમૂહ: 12 (IIB)
• આવર્ત: 6
• બ્લોક: d-બ્લોક (ભરેલા d-ઉપશેલને કારણે તેને ઘણીવાર પોસ્ટ-ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ગણવામાં આવે છે)
• STP પર પ્રકૃતિ: પ્રવાહી ધાતુ
• ઘનતા: 13.534 g/cm³ 25 °C પર (ખૂબ ઊંચી)
• ગલનબિંદુ: -38.83 °C
• ઉત્કલનબિંદુ: 356.73 °C
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ/સંયોજકતા: +1 (ડાયમેરિક Hg₂²⁺, મર્ક્યુરસ તરીકે) અને +2 (Hg²⁺, મર્ક્યુરિક તરીકે).
• વાહકતા: સારો વિદ્યુત વાહક, નબળો ઉષ્મા વાહક (અન્ય ધાતુઓની સરખામણીમાં).

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

• ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s²
• પ્રવાહી અવસ્થાનું કારણ: મર્ક્યુરીની ઇલેક્ટ્રોન રચના, જેમાં સંપૂર્ણ ભરેલો 5d¹⁰ સબશેલ અને ભરેલો 6s² સબશેલ હોય છે, તે નબળા ધાત્વીય બંધન તરફ દોરી જાય છે. The d ઇલેક્ટ્રોન સરળતાથી પ્રમોટ થતા નથી અથવા ધાત્વીય બંધનમાં સામેલ થતા નથી, જેના પરિણામે નબળા આંતરપરમાણ્વીય બળો અને તેથી નીચું ગલનબિંદુ હોય છે, જે તેને ઓરડાના તાપમાને પ્રવાહી બનાવે છે.
• ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ:
  • +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા (મર્ક્યુરિક): બે 6s ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાથી બને છે, જે સ્થિર Hg²⁺ આયન તરફ દોરી જાય છે. આ સૌથી સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા છે.
  • +1 ઓક્સિડેશન અવસ્થા (મર્ક્યુરસ): મુખ્યત્વે ડાયમેરિક કેટાયન, Hg₂²⁺ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ આયનમાં, બે Hg⁺ આયન સહસંયોજક રીતે એકબીજા સાથે બંધાયેલા હોય છે (⁺Hg—Hg⁺). આ અસામાન્ય ડાયમેરિક સ્વરૂપ Hg⁺ ની બીજા Hg⁺ સાથે જોડાણ કરીને વધુ સ્થિર ઇલેક્ટ્રોન રચના પ્રાપ્ત કરવાની વૃત્તિને કારણે છે.
• નોબલ ગુણધર્મ: તેની ઉચ્ચ આયનીકરણ ઊર્જા અને તેના ભરેલા ઇલેક્ટ્રોન શેલોની સ્થિરતાને કારણે, મર્ક્યુરી અન્ય સંક્રાંતિ ધાતુઓની સરખામણીમાં પ્રમાણમાં નિષ્ક્રિય છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

1. ઓક્સિજન/હવા સાથે પ્રતિક્રિયા

• મર્ક્યુરી ઓરડાના તાપમાને ઓક્સિજન સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.
• ગરમ કરવાથી, તે મર્ક્યુરિક ઓક્સાઇડ બનાવવા માટે પ્રતિક્રિયા કરે છે. 2Hg(l) + O₂(g) → 2HgO(s) (at ~350 °C)
• મર્ક્યુરિક ઓક્સાઇડ ઊંચા તાપમાને (~500 °C) મર્ક્યુરી અને ઓક્સિજનમાં પાછું વિઘટિત થાય છે, આ પ્રતિક્રિયાનો ઐતિહાસિક રીતે પ્રિસ્ટલી દ્વારા ઓક્સિજન તૈયાર કરવા માટે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. 2HgO(s) → 2Hg(l) + O₂(g) (at ~500 °C)

2. એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

• બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HCl, મંદ H₂SO₄): મર્ક્યુરી આ એસિડ્સ સાથે નિષ્ક્રિય છે.
• ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ:
  • મંદ નાઈટ્રિક એસિડ: મર્ક્યુરસ નાઈટ્રેટ બનાવે છે. 6Hg(l) + 8HNO₃(dilute) → 3Hg₂(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
  • સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ: મર્ક્યુરિક નાઈટ્રેટ બનાવે છે. Hg(l) + 4HNO₃(conc) → Hg(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
  • ગરમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ: મર્ક્યુરિક સલ્ફેટ બનાવે છે. Hg(l) + 2H₂SO₄(conc, hot) → HgSO₄(s) + SO₂(g) + 2H₂O(l)

3. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

• મર્ક્યુરી સીધી રીતે હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને હેલાઇડ્સ બનાવે છે. ઉત્પાદન (મર્ક્યુરસ અથવા મર્ક્યુરિક) સ્ટોઇકિયોમેટ્રી અને પરિસ્થિતિઓ પર આધાર રાખે છે.
  • વધારાના મર્ક્યુરી સાથે: મર્ક્યુરસ હેલાઇડ્સ બનાવે છે. 2Hg(l) + Cl₂(g) → Hg₂Cl₂(s) (મર્ક્યુરસ ક્લોરાઇડ, કેલોમેલ)
  • વધારાના હેલોજન સાથે: મર્ક્યુરિક હેલાઇડ્સ બનાવે છે. Hg(l) + Cl₂(g) → HgCl₂(s) (મર્ક્યુરિક ક્લોરાઇડ, કોરોસિવ સબ્લિમેટ)

4. સલ્ફર સાથે પ્રતિક્રિયા

• મર્ક્યુરી સલ્ફર સાથે, ઓરડાના તાપમાને પણ, પ્રતિક્રિયા કરીને મર્ક્યુરિક સલ્ફાઇડ બનાવે છે. આ પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ મર્ક્યુરી ફેલાવાને સાફ કરવા માટે થાય છે. Hg(l) + S(s) → HgS(s) (મર્ક્યુરિક સલ્ફાઇડ, લાલ રંગમાં વર્મિલિયન)

5. એમાલ્ગમ નિર્માણ

• મર્ક્યુરી મોટાભાગની ધાતુઓ સાથે, જેમાં સોનું, ચાંદી અને સોડિયમનો સમાવેશ થાય છે, એમાલ્ગમ નામની મિશ્રધાતુઓ બનાવે છે. આયર્ન અને પ્લેટિનમ નોંધપાત્ર અપવાદો છે. Hg(l) + Na(s) → Na-Hg (સોડિયમ એમાલ્ગમ)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

• ઐતિહાસિક ઉપયોગો (ઝેરી અસરને કારણે ઘટતા જાય છે):
  • થર્મોમીટર્સ અને બેરોમીટર્સ: તેના ઉચ્ચ થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, ઉચ્ચ ઘનતા અને નોન-વેટિંગ ગુણધર્મોને કારણે.
  • ડેન્ટલ એમાલ્ગમ્સ: દાંતના ભરણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ચાંદી, ટીન અને તાંબા સાથે મર્ક્યુરીની મિશ્રધાતુઓ.
  • ઇલેક્ટ્રિકલ સ્વીચો અને રિલે: તેની પ્રવાહી અવસ્થા અને વાહકતા તેને ઉપયોગી બનાવે છે.
  • ફ્લોરોસન્ટ અને મર્ક્યુરી-વેપર લેમ્પ: આયનીકરણ થાય ત્યારે યુવી પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે, જે ફોસ્ફોર્સને ઉત્તેજિત કરે છે.
• ક્લોર-આલ્કલી પ્રક્રિયા (મોટાભાગે બદલાઈ ગઈ છે): ઐતિહાસિક રીતે, તેનો ઉપયોગ બ્રાઇનમાંથી સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને ક્લોરિન ઉત્પન્ન કરવા માટે વહેતા કેથોડ તરીકે થતો હતો. જોકે, આ પ્રક્રિયાને કારણે નોંધપાત્ર મર્ક્યુરી પ્રદૂષણ થયું હતું.
• સોના અને ચાંદીનું નિષ્કર્ષણ (અત્યંત પ્રતિબંધિત/વપરાશ બહાર): એમાલ્ગમેશન પ્રક્રિયામાં મર્ક્યુરીનો ઉપયોગ સોના અને ચાંદીના ઝીણા કણોને તેમની અયસ્કમાંથી ઓગાળવા માટે થતો હતો, જેનાથી એક એમાલ્ગમ બનતું હતું જેને પછી ગરમ કરીને કિંમતી ધાતુઓ પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાતી હતી. આ પદ્ધતિને કારણે વ્યાપક મર્ક્યુરી દૂષણ થયું હતું.
• ઉત્પ્રેરક: કેટલીક વિશિષ્ટ રાસાયણિક સંશ્લેષણમાં ઉપયોગ થાય છે, જેમ કે એસિટિલિનમાંથી એસિટાલડિહાઇડનું ઉત્પાદન (જોકે હવે પેલેડિયમ જેવા ઉત્પ્રેરક વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે).

જૈવિક મહત્વ

• ઝેરી અસર: મર્ક્યુરી અને તેના સંયોજનો સજીવો માટે અત્યંત ઝેરી છે. મનુષ્યમાં તેની કોઈ જાણીતી ફાયદાકારક જૈવિક ભૂમિકા નથી.
  • તત્વીય મર્ક્યુરી (Hg): મર્ક્યુરી વરાળ ફેફસાં દ્વારા સરળતાથી શોષાય છે અને બ્લડ-બ્રેઇન બેરિયરને પાર કરી શકે છે, જેના કારણે ન્યુરોલોજીકલ નુકસાન થાય છે. પ્રવાહી તત્વીય મર્ક્યુરી જો ગળી જાય તો નબળી રીતે શોષાય છે.
  • અકાર્બનિક મર્ક્યુરી સંયોજનો (દા.ત., HgCl₂, HgS): મુખ્યત્વે કિડની અને જઠરાંત્રિય માર્ગને અસર કરે છે.
  • કાર્બનિક મર્ક્યુરી સંયોજનો (દા.ત., મિથાઈલમર્ક્યુરી, CH₃Hg⁺): સૌથી ખતરનાક સ્વરૂપ. તે લિપિડ્સમાં અત્યંત દ્રાવ્ય છે, મગજમાં જમા થાય છે અને ખાદ્ય શૃંખલાઓમાં (દા.ત., માછલી) જૈવસંચય કરે છે. તે ગંભીર ન્યુરોલોજીકલ નુકસાન, વિકાસલક્ષી અસામાન્યતાઓ અને મિનામાતા રોગનું કારણ બને છે.
• પર્યાવરણીય ચિંતા: પર્યાવરણમાં છોડવામાં આવેલ મર્ક્યુરી (ઔદ્યોગિક ઉત્સર્જન, કોલસાનું દહન, ખાણકામમાંથી) સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા મિથાઈલમર્ક્યુરીમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે, જે પછી જળચર ખાદ્ય શૃંખલામાં પ્રવેશે છે અને જૈવવર્ધન કરે છે, જે વન્યજીવન અને માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે ગંભીર ખતરો ઊભો કરે છે.