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水銀は化学元素であり、元素記号はHg、原子番号は80です。一般的にはクイックシルバーとして知られています。重く銀白色のdブロック元素である水銀は、標準温度と圧力で液体であることが知られている唯一の金属元素です。水銀は凝固点が最も低いだけでなく、沸点も最も低く、その結果、標準状態における液体状態の範囲が最も狭い金属でもあります。
水銀は世界中の鉱床に主に辰砂（硫化水銀）として産出する。赤色顔料の朱色は、天然の辰砂または合成硫化水銀を粉砕して得られる。水銀および水銀含有有機化合物への曝露は、人間やその他の動物の神経系、免疫系、腎臓に毒性があり、水銀中毒は、水溶性の水銀（塩化第二水銀やメチル水銀など）への直接的または生物濃縮のメカニズムによる曝露によって発生する可能性がある。
水銀は温度計、気圧計、圧力計、血圧計、フロート弁、水銀スイッチ、水銀リレー、蛍光灯などの機器に使用されていますが、水銀の毒性に対する懸念から、これらの機器で使用される水銀の量が削減されたり、製造業者が全く使用しなくなったりしています。科学研究用途や、一部の地域では歯科修復用のアマルガムに水銀が使用されています。また、蛍光灯にも使用されていますが、現在では水銀の使用量は少なくなっています。蛍光灯内の水銀蒸気に電流を流すと短波長の紫外線が発生し、それが管内の蛍光体を蛍光させて可視光を発します。
水銀は重く、銀白色の金属です。標準温度と圧力で液体であることが知られている唯一の金属元素です。[ a ]これらの条件下で液体である他の元素は、ハロゲンの1つである臭素のみですが、セシウム、ガリウム、ルビジウムなどの金属は室温よりわずかに高い温度で融解します。[ b ]他の金属と比較すると、水銀は熱伝導性は低いですが、電気伝導性は良好です。[ 11 ]
水銀の融点は-38.83 °C (-37.89 °F; 234.32 K)、沸点は356.73 ° C (674.11 °F; 629.88 K) [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]で、どちらも安定金属の中で最も低く、標準条件下ではどの金属よりも低い安定液体状態範囲となります。この効果は、ランタニド収縮と相対論的収縮により最外殻電子の軌道半径が小さくなり、水銀の金属結合が弱まるためです。[ 12 ]凍結すると、水銀の体積は3.59%減少し、密度は液体のときの13.69 g/cm 3から固体のときの14.184 g/cm 3に変化します。体積膨張係数は、 0 °Cで181.59 × 10 −6、20 °Cで181.71 × 10 −6、100 °Cで182.50 × 10 −6 (/ °C) である。固体の水銀は展性および延性があり、ナイフで切断することができる。[ 15 ]
水銀は臨界点付近（約1,750 K（1,480 °C、2,690 °F）、1,720 bar（172 MPa） ）まで加熱して膨張させると、電子伝導率と光学特性の急激な変化を伴う金属-非金属転移を示す。[ 16 ]
水銀は、液体ヘリウムの発見と製造の直後の1911年に、ハイケ・カメルリング・オネスが水銀を4 K (-269.15 °C; -452.47 °F)以下に冷却することによって発見した、最初に知られている超伝導体である。[ 17 ] [ 18 ]その超伝導特性は、後に発見された他の超伝導体、例えばより一般的なニオブ合金などと比較して、後に特異なものであることが判明した。[ 19 ] [ 20 ]
室温（20 °C（293 K、68 °F））では、液体水銀は約1.2 ギガパスカル（12,000 bar）の圧力で単純な菱面体構造に固化します。さらに圧縮すると、圧縮が増加するにつれて水銀は少なくとも 4 つの異なる固体同素体へのいくつかの構造相転移を起こし、六方最密充填（hcp）構造のδ 相は36 ギガパスカル（360,000 bar）以上で少なくとも200 ギガパスカル（2,000,000 bar）まで安定しています。[ 21 ]高圧での融解曲線は、最初の圧縮で急激に増加しますが、顕著な平坦化と9 ギガパスカル（90,000 bar）付近での潜在的な局所最大値を示します。[ 22 ] 1標準気圧（1.0 bar、0.10 MPa ）では、液体水銀は異常に低い第一配位数を示し、各Hg原子は6～10個の最近接原子を持ちます。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]原子が12個の最近接原子で密に詰まっている単純な金属液体とは対照的です。[ 26 ]高圧と高温の同時条件下では、液体水銀の原子配列は単純な密に詰まった液体構造に向かって進みます。しかし、非常に高い圧力（約10ギガパスカル（100,000 bar）まで）でも、液体水銀は単純な硬球液体に予想されるよりも多くの多体クラスターを保持します。[ 22 ]
水銀は、周期表で近い位置にある貴金属である金や白金よりもやや反応性が高いが、他の12族金属である亜鉛やカドミウムよりも安定している。濃硫酸や硝酸、王水などの酸化性酸と反応して、それぞれ硫酸水銀(II)、硝酸水銀(II)、塩化水銀(II)を生成する。[ 27 ]銀と同様に、水銀は大気中の硫化水素と反応する。水銀は固体の硫黄片とも反応し、これは水銀流出事故対策キットで水銀を吸収するために使用されている（流出事故対策キットには活性炭や粉末亜鉛も使用される）。[ 28 ]
水銀は金や銀などの多くの金属を溶解してアマルガムを形成します。鉄は例外で、従来、鉄製のフラスコが水銀の輸送に使用されてきました。[ 29 ]マンガン、銅、亜鉛を除く他のいくつかの第一周期遷移金属もアマルガムを形成しにくいです。水銀と容易にアマルガムを形成しない他の元素には、白金があります。[ 30 ] [ 31 ]ナトリウムアマルガムは有機合成で一般的な還元剤であり、高圧ナトリウムランプにも使用されます。
水銀は、2つの純金属が接触すると容易にアルミニウムと結合して水銀アルミニウムアマルガムを形成します。 [ 32 ]このアマルガムは、金属アルミニウムが内部で酸化されるのを防ぐ酸化アルミニウム層を破壊するため（鉄の錆びのように）、少量の水銀でもアルミニウムを深刻に腐食させる可能性があります。このため、航空機内の露出したアルミニウム部品と水銀がアマルガムを形成するリスクがあるため、ほとんどの場合、水銀は航空機に持ち込むことが許可されていません。[ 33 ]
水銀脆化は最も一般的な液体金属脆化の一種であり、水銀は一部の炭化水素貯留層の天然成分であり、通常の条件下で石油処理設備と接触する。[ 34 ]
水銀には7つの安定同位体があり、 202最も豊富なのはHg （29.86%）である。最も寿命の長い放射性同位体は194である。半減期が444年のHgと203半減期が46.612日のHg 。残りの放射性同位体のほとんどは半減期が1日未満である。206水銀は、238の崩壊中間生成物として、ごく微量ながら自然界に存在する。U.199Hgと201Hgは最もよく研究されているNMR活性核であり、それぞれスピンが1/2と3/2である。[ 11 ]
Hgは水銀の現代の化学記号です。 [ 35 ]これは、古代ギリシャ語で水銀を意味するὑδράργυρος ( hydrargyros ) をローマ字化したhydrargyrumの略語です。 Hydrargyrum ( / h aɪ ˈ dr ɑːr dʒ ər ə m / hy- DRAR -jər-əm ) [ 36 ]も英語で使われていましたが、この用語は現在では時代遅れです。Hydrargyrosはギリシャ語の複合語で、「水銀」を意味します。これは、ὕδωρ ( hydor ) 「水」の語根であるὑδρ - ( hydr - )と、ἄργυρος ( argyros ) 「銀」から成ります。[ 36 ]英語のquicksilver（「生きている銀」 ）という名前と同様に、この名前は水銀の液体で光沢のある性質に由来する。[ 37 ]
現代英語のmercuryという名前は、惑星のMercuryに由来します。中世の錬金術では、既知の7つの金属（quicksilver、金、銀、銅、鉄、錫、鉛）は、7つの古典的な惑星（それぞれ水星、太陽、月、金星、火星、木星、土星）と関連付けられていました。quicksilverは、速度と機動性を司るローマ神Mercuryにちなんで名付けられた、最も速い惑星と関連付けられていました。惑星の占星術上のシンボルは、金属の錬金術上のシンボルの1つとなり、 Mercuryは金属の別名となりました。化学名としてはquicksilverよりも好ましいと判断されたため、錬金術上の惑星名が残っている唯一の金属はMercuryです。 [ 38 ] [ 39 ]
水銀は紀元前1500年のエジプトの墓から発見されている。 [ 40 ] 水銀の最も一般的な天然源である辰砂は新石器時代から使用されている。[ 41 ]
中国とチベットでは、水銀の使用は寿命を延ばし、骨折を治し、概して健康を維持すると考えられていたが、現在では水銀蒸気への曝露が深刻な健康被害をもたらすことが知られている。[ 42 ]統一中国の最初の皇帝である秦始皇は、中国の河川を象徴する、彼が統治した土地の模型の上に流れる水銀の川のある墓に埋葬されたと伝えられているが、秦の錬金術師が不老不死の霊薬として調合した水銀と粉末翡翠の混合物を飲んで死亡したと伝えられている。 [ 43 ] [ 44 ]エジプトのトゥールーン朝第2代君主であるフマラウェイフ・イブン・アフマド・イブン・トゥールーン（在位884年～896年）は、浪費と放蕩で知られ、水銀で満たされた洗面器を作り、その上に空気入りのクッションを敷いて揺らして眠りについたと伝えられている。[ 45 ]
メキシコのテオティワカンにある、羽毛の蛇の神殿として知られる1800年前のピラミッドの地下60フィートの部屋から、90～600グラム（3.2～21.2オンス）の液体水銀が、 「翡翠の像、ジャガーの遺骸、彫刻された貝殻とゴムボールで満たされた箱」とともに回収された。[ 46 ]かつてマヤ文明の主要都市であったラマナイでは、メソアメリカの球技場の標識の下から水銀のプールが発見された。[ 47 ] [ 48 ]この水銀は、占いの目的で鏡としてボウルに使われていた可能性がある。これらのうち5つはマヤ文明の古典期（紀元250～900年頃）のものであるが、1つはそれ以前のものである。[ 49 ]
アリストテレスは、ダイダロスがアフロディーテの木像に水銀を注ぎ込んで動かしたと述べている。[ 50 ]ギリシャ神話では、ダイダロスは水銀を使って彫像に声があるように見せた。古代ギリシャ人は辰砂（硫化水銀）を軟膏に使用し、古代エジプト人とローマ人は化粧品に使用した。紀元前500年までに、水銀は他の金属とアマルガム（中世ラテン語のamalgama、「水銀の合金」）を作るために使用された。 [ 51 ]
錬金術師たちは、水銀をすべての金属が形成される最初の物質と考えていました。彼らは、水銀に含まれる硫黄の質と量を変えることで、さまざまな金属を生成できると信じていました。これらの金属の中で最も純粋なのは金であり、多くの錬金術師の目標であった卑金属（または不純な金属）を金に変える試みには水銀が必要でした。 [ 38 ]
アルマデン（スペイン）、モンテ・アミアータ（イタリア）、イドリヤ（現在のスロベニア）の鉱山は、2500年前のアルマデン鉱山の開坑から19世紀末に新たな鉱床が発見されるまで、水銀生産を支配していた。[ 52 ]
1558年に水銀を用いて鉱石から銀を抽出するパティオ法が発明されて以来、水銀はスペインとそのアメリカ植民地の経済において不可欠な資源となった。水銀はヌエバ・エスパーニャとペルーの儲かる鉱山から銀を抽出するために使用された。当初、スペイン南部のアルマデンにあるスペイン王室の鉱山が植民地への水銀の供給をすべて担っていた。[ 53 ]新世界で水銀鉱床が発見され、 1563年にペルーのワンカベリカで鉱床が発見されてから3世紀にわたり、同地域から10万トン以上の水銀が採掘された。 [ 54 ] 1786年、ワンカベリカの主要鉱山で突然の崩落が発生し、100人以上が死亡、鉱山の生産量が大幅に減少した。[ 55 ]パジャケオとして知られる清掃の合法化により、水銀生産は再び増加し、1794年から1796年にピークを迎えた。[ 56 ] [ 57 ]フランス革命戦争により、スペイン領アメリカへのヨーロッパの水銀供給が途絶え、現在のペルーとボリビアの鉱山はワンカベリカの水銀への依存度が高まったが、1799年までにこの鉱山の生産量はアンデス鉱山の需要を満たすには明らかに不十分であった。[ 56 ]スペインは1813年に王室の水銀独占を廃止した。 [ 56 ]
近世初期には鉱山での水銀中毒により多くの人々が障害を負ったが、水銀自体は鉱山での死亡の主な原因ではなかった。[ 58 ]
パティオ法、そして後にパンアマルガム法によって、銀鉱石の処理に水銀に対する大きな需要が19世紀後半まで続いた。[ 54 ]
18 世紀半ばから 19 世紀半ばにかけて、フェルト帽の製造には「キャロティング」と呼ばれる工程が用いられていました。動物の皮は、硝酸第二水銀Hg(NO 3 ) 2という水銀化合物のオレンジ色の溶液（「キャロティング」という用語はこの色に由来する）で洗浄されました。[ 59 ]この工程により、毛皮が原皮から分離され、毛皮同士が絡み合いました。この溶液とそこから発生する蒸気は非常に有毒でした。米国公衆衛生局は1941 年 12 月にフェルト産業における水銀の使用を禁止しました。水銀中毒に関連する心理的症状は、「帽子屋のように気が狂っている」という表現の由来となりました。[ 60 ]ルイス・キャロルの著書『不思議の国のアリス』に登場する「マッド ハッター」は、この古い表現をもじったものですが、このキャラクター自身は水銀中毒の症状を示していません。[ 61 ]
水銀は地殻において極めてまれな元素であり、質量比で平均0.08 ppm（百万分率）[ 62 ]であり、地殻で66番目に多い元素である[ 63 ] 。地殻の大部分を構成する元素と地球化学的に混ざり合わないため、通常の岩石中の水銀の存在量を考慮すると、水銀鉱石は非常に高濃度になることがある。最も豊富な水銀鉱石は質量比で最大2.5%の水銀を含み、最も低濃度の鉱床でも少なくとも0.1%の水銀（平均地殻存在量の12,000倍）を含んでいる。水銀は、天然金属（まれ）として、または辰砂、メタ辰砂、閃亜鉛鉱、コルデロアイト、リビングストナイトなどの鉱物として産出され、辰砂（HgS）が最も一般的な鉱石である。[ 64 ] [ 65 ]水銀鉱石は温泉やその他の火山地域でよく見られる。[ 66 ]
かつて世界の供給量の大部分を生産していたイタリア、米国、メキシコの旧鉱山は、現在では完全に採掘し尽くされているか、スロベニア（イドリヤ）とスペイン（アルマデン）の場合は水銀価格の下落により閉鎖されている。米国最後の水銀鉱山であるネバダ州のマクダーミット鉱山は1992年に閉鎖された。水銀価格は長年にわたって非常に変動しており、2006年には76ポンド（34.46kg ）のフラスコあたり650ドルであった。[ 67 ]
水銀は、辰砂を空気の流れの中で加熱し、発生した蒸気を凝縮することによって抽出される。この抽出反応の式は以下のとおりである。
2020年には、中国が水銀の生産量で世界トップとなり、世界の生産量の88%（2500トン中2200トン）を占め、次いでタジキスタン（178トン）、ロシア（50トン）、メキシコ（32トン）が続いた。[ 68 ]
水銀の毒性が高いため、辰砂の採掘と水銀の精製は危険であり、水銀中毒の歴史的な原因となっている。[ 71 ]中国では、1950年代まで民間の鉱山会社が新しい辰砂鉱山を開発するために囚人労働を利用していた。羅西鉱山会社は何千人もの囚人を新しいトンネルの建設に利用した。[ 72 ]稼働中の鉱山の労働者の健康は高いリスクにさらされている。
ある新聞は、2012年までに省エネ電球を義務化するよう求める欧州連合の正体不明の指令が、中国にCFL電球の製造に必要な水銀を得るために辰砂鉱山を再開するよう促したと主張した。環境上の危険性は、特に南部の都市である佛山市と広州市、そして南西部の貴州省で懸念されている。 [ 72 ]
放棄された水銀鉱山の処理場には、焙焼された辰砂の非常に危険な廃棄物の山が含まれていることがよくあります。そのような場所からの水の流出は、生態系への被害の原因として認識されています。かつての水銀鉱山は建設的な再利用に適している場合があります。たとえば、1976年にカリフォルニア州サンタクララ郡は、歴史的なアルマデン水銀鉱山を購入し、その土地の広範な安全および環境分析を行った後、その場所に郡立公園を作りました。[ 73 ] [ 74 ]
既知の水銀化合物はすべて、I と II の 2 つの正の酸化状態のいずれかを示します。実験では、より高い酸化状態を明確に証明することはできていません。不安定な Hg(III) 種の 1976 年の電気合成と主張されたものと、 HgF 4の 2007 年の極低温分離の両方で解釈が議論されており、再現することは困難 (不可能ではないとしても) です。[ 75 ]
軽い元素であるカドミウムや亜鉛とは異なり、水銀は通常、金属-金属結合を持つ単純な安定化合物を形成する。ほとんどの水銀(I)化合物は反磁性であり、二量体カチオンHg²⁺2を特徴とする。安定な誘導体には、塩化物と硝酸塩がある。水銀(I)塩の水溶液中では、 Hg²⁺2がHgとHg²⁺にわずかに不均化する。その結果、溶解した水銀の0.5%以上がHg2 +として存在することになる。これらの溶液では、Hg 2+の錯体形成がシアン化物などの配位子を加えると不均化反応が完結し、すべての Hg 2+ 2が元素水銀および不溶性水銀(II)化合物 (例えば、配位子としてシアン化物を使用した場合、シアン化水銀(II) ) として沈殿する。 [ 76 ]塩化水銀(I) は、無色の固体で、カロメルとも呼ばれ、実際には Hg 2 Cl 2という式を持つ化合物で、Cl-Hg-Hg-Cl の結合を持つ。塩素と反応して塩化水銀(II)を生成し、これはそれ以上の酸化に抵抗する。水素化水銀(I) は無色の気体で、HgH という式を持ち、Hg-Hg 結合は含まれていないが、この気体はこれまで孤立した分子としてのみ観察されている。[ 77 ]
水銀は自己結合する傾向があり、水銀ポリカチオンを形成する。これは、正電荷を帯びた水銀中心の直線鎖からなる。一例としてHgが挙げられる。3 (AsF6 )2はHg2 + 3カチオンを含む。 [ 78 ]
水銀(II)は最も一般的な酸化状態であり、自然界でも主要な酸化状態です。4種類のハロゲン化水銀はすべて知られており、水銀が他の配位子と四面体分子構造を形成する傾向があるにもかかわらず、直線配位構造を形成することが実証されています。この挙動はAg +イオンに似ています。最もよく知られているハロゲン化水銀は塩化水銀(II)で、容易に昇華する白色固体です。[ 79 ]
水銀の主酸化物である酸化水銀(II)は、金属が高温で長時間空気にさらされると生成する。400 ℃付近で加熱すると元素に戻ることは、ジョセフ・プリーストリーが初期の純酸素合成で実証した。[ 28 ]水銀の水酸化物は特性がよく分かっておらず、水酸化水銀(II)の単離を試みたところ、代わりに酸化水銀が得られた。[ 80 ]
水銀は軟らかい金属であるため、より重いカルコゲンと非常に安定な誘導体を形成します。最も代表的なのは硫化水銀(II)（ HgS）で、これは自然界では辰砂鉱石として産出し、鮮やかな顔料である朱色です。ZnSと同様に、 HgSは赤みがかった立方晶と黒色の閃亜鉛鉱の2つの結晶形をとります。 [ 11 ]後者はメタ辰砂として自然界に産出することもあります。[ 65 ]セレン化水銀(II)（HgSe）とテルル化水銀(II)（HgTe）が知られており、これらやテルル化水銀カドミウム、テルル化亜鉛水銀などの様々な誘導体は、赤外線検出器材料として有用な半導体です。[ 81 ]
水銀(II)塩はアンモニアと様々な錯体誘導体を形成する。これらにはミロン塩基(Hg 2 N + )、一次元ポリマー( HgNH + 2の塩)などが含まれる。n )、および「融解性白色沈殿物」または [Hg(NH3)2]Cl2ネスラー試薬として知られるテトラヨード水銀酸カリウム(II)(K2 HgI4 )は、ミロン塩基の濃い色のヨウ化物塩を形成する傾向があるため、アンモニアの検査に今でも時々使用されています。 [ 82 ]
有機水銀化合物は歴史的に重要ですが、西洋世界では産業的価値はほとんどありません。水銀(II)塩は、芳香環と直接反応する単純な金属錯体のまれな例です。有機水銀化合物は常に二価で、通常は2配位で直線状の幾何構造をしています。有機カドミウム化合物や有機亜鉛化合物とは異なり、有機水銀化合物は水と反応しません。通常、揮発性であることが多いHgR 2または固体であることが多いHgRXの式を持ち、Rはアリールまたはアルキル、Xは通常ハロゲン化物または酢酸塩です。メチル水銀は、CH 3 HgXの式を持つ化合物の総称で、汚染された水によく見られる危険な化合物群です。 [ 83 ]これらは、生体メチル化として知られるプロセスによって生成されます。
水銀とその化合物は、歴史的に医療に用いられてきましたが、水銀とその化合物の毒性作用が広く理解されるようになった現在では、かつてほど一般的ではありません。水銀の初期の治療応用例は、1787年にジェームズ・リンドによって発表されました。[ 84 ]『メルクマニュアル』の初版（1899年）には、塩化アンモニウム水銀、ヨウ化プロト水銀黄色、塩化第二水銀など、当時医学的に重要だった多くの水銀化合物が掲載されていました。[ 85 ]水銀を主成分とする錠剤またはシロップであるブルーマスは、19世紀を通じて便秘、うつ病、出産、歯痛など、多くの症状に対して処方されていました。[ 86 ] 20世紀初頭、水銀は毎年子供に下剤や駆虫薬として投与され、乳児の歯が生える際の粉薬にも使用されていました。水銀を含む有機ハロゲン化合物であるメルブロミン（メルクロクロムとして販売されることもあります）は今でも広く使用されていますが、米国など一部の国では禁止されています[ 87 ]
水銀は、一般的な鉱石の一つである辰砂の形で、さまざまな伝統医学、特に中国伝統医学で使用されています。その安全性のレビューでは、辰砂は加熱したり、過剰摂取したり、長期にわたって摂取したりすると、重大な水銀中毒を引き起こす可能性があり、治療量でも有害な影響を及ぼしますが、治療量による影響は通常可逆的であることがわかりました。この形態の水銀は他の形態よりも毒性が低いようですが、辰砂の使用の治療的根拠が明確ではないため、中国伝統医学での使用はまだ正当化されていません。[ 88 ]塩化水銀(I) （カロメルまたは塩化第一水銀としても知られています）は、伝統医学で利尿剤、局所消毒剤、および下剤として使用されてきました。塩化水銀(II)（塩化第二水銀または昇汞とも呼ばれる）はかつて梅毒の治療に（他の水銀化合物とともに）使用されていたが、非常に毒性が強いため、その毒性の症状が治療対象と考えられていた梅毒の症状と混同されることがあった。[ 89 ]
現代医学では、水銀は歯科用アマルガムの成分として残っています。[ 90 ]チオメルサール（米国ではチメロサールと呼ばれる）は、ワクチンの防腐剤として使用される有機化合物ですが、その使用は減少傾向にあります。[ 91 ]この水銀ベースの防腐剤が子供の自閉症を引き起こしたり誘発したりする可能性があると広く推測されていましたが、そのような関連性を裏付ける証拠はありません。 [ 92 ]それにもかかわらず、チオメルサールは、不活化インフルエンザワクチンを除き、6歳以下の子供に推奨されているすべての米国のワクチンから除去されるか、微量に減らされています。[ 91 ]メルブロミン（メルクロクロム）は、別の水銀化合物で、一部の国では軽度の切り傷や擦り傷に使用される局所消毒剤です。今日、医療における水銀の使用は、特に先進国では、あらゆる面で大幅に減少しています。[ 93 ]水銀は一部の利尿薬に今でも使用されていますが、現在ではほとんどの治療用途でチアジドなどの代替品が存在します。 [ 94 ]
2003年、市販薬の一部（局所用消毒剤、刺激性下剤、おむつかぶれ軟膏、点眼薬、点鼻薬など）から水銀化合物が検出された。FDAはこれらの製品に含まれる水銀成分の安全性と有効性に関する一般的な認識を確立するには「不十分なデータ」である。[ 95 ]水銀は、皮膚の色素沈着を落とすために使用される美白化合物の有効成分として効果的である。[ 96 ]水銀に関する水俣条約は、そのような美白剤中の水銀濃度を100万分の1に制限している。しかし、2022年現在、市販されている多くの美白製品は依然としてその制限を超えており、有毒とみなされている。[ 97 ]
水銀は主に工業用化学薬品の製造や電気・電子用途に使用されます。特に高温測定用のガラス管温度計にも使用されています。蛍光灯では気体水銀として使用される量が依然として増加傾向にありますが、その他の用途のほとんどは健康と安全に関する規制により徐々に廃止されています。[ 98 ]一部の用途では、水銀は毒性は低いもののかなり高価なガリンスタン合金に置き換えられています。[ 99 ]
水銀温度計は18世紀初頭にダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトによって発明されましたが、それ以前の1650年代には水銀を充填した温度測定器の製作が試みられていました。[ 100 ] : 23ファーレンハイトの水銀温度計は、水銀ではなくアルコールを使用した以前の設計に基づいていました。水銀温度計は、アルコールを使用したものよりもはるかに正確でした。[ 101 ]歴史的に、水銀血圧計、気圧計、拡散ポンプ、クーロメーター、その他多くの実験器具も、非常に密度が高く不透明な液体で、ほぼ直線的な熱膨張を示す水銀の特性を利用していました。[ 102 ]
21世紀初頭以降、水銀温度計の使用は減少しており、1998年の重金属に関する議定書を受けて、多くの地域で水銀を含む機器が禁止されている。[ 103 ] [ 104 ]水銀温度計の現代的な代替品としては、抵抗温度計、熱電対、デジタル表示に出力するサーミスタセンサーなどがある。[ 105 ]
気体水銀は、水銀灯、蛍光灯、および一部のネオンサインに使用されます。これらの低圧ランプは、スペクトル的に非常に狭い線を発し、これは従来、スペクトル位置の校正のために光学分光法で使用されてきました。この目的のために市販の校正ランプが販売されています。蛍光灯の天井光を分光計に反射させるのは一般的な校正方法です。[ 106 ]気体水銀は、イグニトロン、サイラトロン、水銀アーク整流器などの一部の電子管にも含まれています。[ 107 ]また、皮膚のタンニングや消毒のための専門的な医療用ランプにも使用されています。[ 108 ]気体水銀は、電離と電気伝導率を高めるために冷陰極アルゴン充填ランプに添加されます。水銀のないアルゴン充填ランプは、暗い部分があり、正しく点灯しません。水銀を含む照明器具は、一度だけ爆撃/オーブン排気することができます。ネオン管に水銀を加えると、初期の焼き付けプロセスが完了するまで、発光中に赤と青の斑点が不均一に発生します。最終的には、均一な鈍いオフブルーの色に点灯します。[ 109 ]
液体水銀は、電気化学において標準水素電極の代替として広く用いられている二次参照電極（カロメル電極と呼ばれる）の一部である。カロメル電極は、半電池の電極電位を算出するために用いられる。[ 110 ]水銀の三重点である-38.8344 ℃は、国際温度目盛（ ITS-90 ）の温度標準として用いられる固定点である。[ 11 ]
水銀電池は、20世紀半ばに普及した非充電式の電気化学電池、一次電池です。さまざまな用途で使用され、特にボタン型などさまざまなサイズがありました。一定の電圧出力と長い保存期間により、カメラの露出計や補聴器などのニッチな用途に使用されていました。水銀電池は、埋立地を水銀で汚染する懸念から、1990年代にほとんどの国で事実上禁止されました。[ 111 ]
電気伝導性液体として、水銀スイッチ（1970 年以前に設置された家庭用水銀照明スイッチを含む）、古い火災検知器に使用されていた傾斜スイッチ、および一部の家庭用サーモスタットに使用されていました。 [ 112 ]水銀は音響特性により、 20 世紀半ばの初期のデジタルコンピュータ（UNIVAC IやSEACなど）で使用されていた遅延線メモリデバイスの伝搬媒体として使用されていました。[ 113 ]
水銀は、初期の電気宇宙推進システムのイオンエンジンの推進剤でした。利点は、水銀の高分子量、低イオン化エネルギー、低二重イオン化エネルギー、高液体密度、室温での液体貯蔵性でした。欠点は、地上試験に伴う環境への影響に関する懸念と、長期間の運用で宇宙船上の推進剤の一部が最終的に冷却されて凝縮することに関する懸念でした。電気推進を使用した最初の宇宙飛行は、NASAグレン研究センターで開発され、1964年にNASAのウォロップス飛行施設から打ち上げられた宇宙電気ロケット試験「SERT-1」宇宙船に搭載された水銀燃料イオンスラスタでした。SERT-1飛行に続いて、1970年にSERT-2飛行が行われました。ヒューズ研究所がキセノンガスが適切な代替品であることを示す研究を行うまで、水銀とセシウムはイオンエンジンの好ましい推進剤でした。キセノンは、高分子量、希ガスであることによる反応性の低さ、穏やかな極低温貯蔵下での液体密度の高さから、現在ではイオンエンジンの推進剤として好まれている。 [ 114 ] [ 115 ]
ジェット推進研究所が開発中の深宇宙原子時計（DSAC）は、線形イオントラップベースの時計に水銀を使用している。水銀の斬新な使用により、宇宙探査機や火星探査ミッションに最適な、低エネルギー要件の小型原子時計の作成が可能になる。[ 116 ]
ポーラログラフィーでは、滴下水銀電極[ 117 ]と吊り下げ水銀滴電極[ 118 ]の両方で元素水銀が使用される。この使用法により、測定ごと、または新しい実験ごとに新しい汚染されていない電極を使用できる。
一部のトランジット望遠鏡は、水銀の容器を使用して、完全に水平な平面鏡を形成し、絶対垂直または垂直基準を決定するのに役立ちます。凹面水平放物面鏡は、ディスク上で液体水銀を回転させることで形成でき、このようにして形成された液体の放物面形状が入射光を反射および集束します。このような液体鏡望遠鏡は、従来の大型鏡望遠鏡よりも最大で 100 倍安価ですが、鏡を傾けることはできず、常に真上を向いています。[ 119 ] [ 120 ] [ 121 ]かつて灯台のフレネルレンズは、ベアリングのように機能する水銀の浴槽に浮かんで回転していました。[ 122 ]
化石燃料発電所の効率を高めるために、実験的な水銀蒸気タービンが設置されました。 [ 123 ]コネチカット州ハートフォードのサウスメドウ発電所は、発電所の効率向上を目指し、1920年代後半から数年間、二次水回路を備えた二元構成で水銀を作動流体として使用しました。ニューハンプシャー州ポーツマスのシラー発電所など、他にもいくつかの発電所が建設され、1950年に稼働を開始しました。水銀の重量と毒性、そして後年の超臨界蒸気発電所の出現により、このアイデアは業界全体には普及しませんでした。 [ 124 ] [ 125 ]同様に、液体水銀は一部の原子炉の冷却材 として使用されましたが、水銀の高密度のため冷却材として循環させるにはより多くのエネルギーが必要となるため、液体金属冷却原子炉にはナトリウムが提案されています。[ 126 ]
塩素は、塩化ナトリウム（食塩、NaCl）を電気分解して金属ナトリウムを塩素ガスから分離することによって製造されます。通常、塩は水に溶解して塩水を生成します。このようなクロルアルカリプロセスの副産物は、水素（H 2）と水酸化ナトリウム（NaOH）であり、これは一般に苛性ソーダまたは苛性ソーダと呼ばれます。20世紀後半における水銀の最大の用途は、水銀セル法（カストナー・ケルナー法とも呼ばれる）であり、この方法では、水銀で作られた陰極で金属ナトリウムがアマルガムとして形成され、このナトリウムが水と反応して水酸化ナトリウムが生成されます。[ 127 ][128 ] 20 世紀の工業的な水銀放出の多くはこのプロセスから発生しましたが、現代の工場はこの点に関して安全であると主張しています。[ 128 ] 1960年代以降、ほとんどの工業プラントは塩素製造に水銀電解法から隔膜電解法へと移行したが、2005年時点でも米国で生産される塩素の11%は依然として水銀電解法で生産されていた。[ 130 ]
歴史的に、水銀は水力金採掘や石英礁採掘で広く使用されていました。水銀の大規模な使用は1960年代に停止しました。しかし、水銀は小規模で、しばしば違法な金探査で今でも使用されており、砂や砂利と水の混合物から金の粒子を分離するのに役立ちます。[ 131 ]小さな金の粒子は水銀と金のアマルガムを形成し、金の回収率を高める可能性があります。[ 11 ]水銀の使用は、ガーナなどの場所で深刻な汚染問題を引き起こしています。[ 131 ]カリフォルニアで砂金採掘に使用された45,000メートルトンの水銀が回収されていないと推定されています。 [ 132 ]水銀は、パティオ法によって鉱石から金属を抽出するために銀採掘でも使用されていました。[ 133 ]
雷酸水銀(II)は一次爆薬であり、 19世紀から20世紀にかけて主に銃器の薬莢の雷管として使用されてきた。 [ 134 ]水銀はかつて銃身の洗浄剤としても使用されていた。[ 135 ] [ 136 ]
水銀含有化合物は構造生物学の分野でも有用である。塩化水銀(II)やテトラヨード水銀(II)カリウムなどの水銀化合物は、タンパク質結晶に添加することで、同形置換法や異常散乱法によってX線結晶学における位相問題を解決するために使用できる重原子誘導体を生成することができる。[ 137 ]
物理的性質と比較的化学的に不活性なため、液体水銀は無傷の皮膚や消化管からほとんど吸収されません。[ 139 ]元素水銀の主な危険性は水銀蒸気です。そのため、水銀の容器はこぼれや蒸発を防ぐためにしっかりと密閉されます。水銀、または加熱すると分解する可能性のある水銀化合物の加熱は、水銀蒸気への曝露を最小限に抑えるために十分な換気のもとで行う必要があります。最も毒性の高い水銀の形態は、ジメチル水銀やメチル水銀などの有機化合物です。水銀は慢性中毒と急性中毒の両方を引き起こす可能性があります。[ 140 ] [ 141 ]
火山活動の影響を受けていない氷中の産業革命以前の水銀濃度は、1リットルあたり1～4ナノグラムでした。[ 142 ]火山噴火および関連する自然発生源は、大気中の水銀排出量の約半分を占めています。[ 142 ]
21世紀初頭の都市部の屋外大気中の水銀汚染は0.01～0.02 μg/m 3と測定された。2001年の研究では、ニューヨーク地域の建物の種類、場所、築年数の断面を代表するように選ばれた12の屋内地点で水銀濃度を測定した。この研究では、水銀濃度が屋外濃度よりも有意に高く、0.0065 ～0.523 μg/m 3の範囲であることが判明した。平均は0.069 μg/m 3であった。[ 143 ]
水銀排出量の半分は人類に起因する。2000年の発生源は、以下の推定割合に分類できる。[ 144 ]
上記の割合は、バイオマス燃焼（一部の地域では重要な発生源）を除いた、人為的な水銀排出量の世界的な推定値です。[ 144 ] 2024年には、イングランドでの火葬による大気中の水銀排出量は、燃料燃焼に次いで2番目に大きな発生源でした。[ 146 ]
1932年から1968年にかけて、日本の水俣湾に水銀化合物廃棄物が投棄されたことは、深刻な産業災害であった。推定では、3,000人以上が様々な奇形、重度の水銀中毒症状、または水俣病として知られるようになった病気による死亡を被った。[ 147 ] [ 148 ]
中国は水銀排出量の50％を占めると推定されており、そのほとんどは塩化ビニルの生産によるものである。[ 149 ]
水銀は、水銀含有製品の不適切な廃棄によっても環境中に放出されます。[ 150 ]健康上の懸念から、有害物質の使用削減の取り組みにより、そのような製品中の水銀が削減または排除されています。たとえば、米国で販売されたサーモスタットの水銀量は、2004年の14.5トンから2007年には3.9トンに減少しました。[ 151 ]
タバコ植物は、周囲の土壌から水銀などの重金属を容易に吸収し、葉に蓄積します。これらはその後、タバコを吸う際に吸入されます。[ 152 ]水銀はタバコの煙の成分ですが、[ 153 ]喫煙と人間の水銀摂取量との間に、職業曝露、魚の摂取、アマルガム歯の充填などの発生源と比較して、有意な相関関係が発見された研究はほとんどありません。[ 154 ]
水銀のあまり知られていない発生源としては、線香紙を燃やすことが挙げられる[ 155 ]。これは中国[ 156 ] 、ベトナム、香港、タイ、台湾、マレーシア[ 157 ]を含むアジアで一般的に行われている習慣である。
水銀の流出は、適切に封じ込められなければ環境上の危険となるだけでなく、水銀を取り扱う人々にとって直接的な脅威となります。これは、目に見える水銀、つまり液体の水銀の場合に特に懸念されます。なぜなら、金属としては異例の外観と挙動を示すため、知識のない人にとっては魅力的な危険物となるからです。[ 158 ]水銀の流出を封じ込めるための手順が開発されており、流出の状況に基づいて適切な対応に関する推奨事項も示されています。[ 159 ] [ 160 ]液体水銀の流出では、流出現場から液体水銀を追跡することが大きな懸念事項です。規制では、まず目に見える水銀の封じ込めを行い、次に水銀蒸気の監視と蒸気の除去を行うことが強調されています。金属塩からポリマーやゼオライトまで、水銀流出吸着剤としていくつかの製品が販売されています。[ 161 ]
大規模な都市工業河口内の堆積物は、集水域内の点源および拡散水銀汚染の重要なシンクとして機能します。[ 162 ] 2015年にテムズ川河口の海岸堆積物について行われた調査では、総水銀濃度は0.01～12.07 mg/kgで、平均は2.10 mg/kg、中央値は0.85 mg/kgでした（n = 351）。[ 162 ]最も高い水銀濃度は、ロンドン市内とその周辺で、細かい粒の泥と高い総有機炭素含有量に関連して発生していることが示されました。[ 162 ]炭素を豊富に含む堆積物に対する水銀の強い親和性は、マージー川の塩性湿地堆積物でも観察されており、平均濃度は2 mg/kg、最大5 mg/kgです。[ 163 ]これらの濃度は、ニュージャージー州の塩沼河川堆積物や中国南部のマングローブの濃度（約0.2 mg/kgと低い）よりもはるかに高い。 [ 164 ] [ 165 ]
水銀への曝露による健康への影響のため、多くの国で工業用および商業用の使用が規制されています。世界保健機関[ 166 ] 、OSHA、NIOSHはすべて水銀を職業上の危険物として扱っており、OSHAとNIOSHは他の規制機関とともに、液体および気体の形態の水銀とその誘導体化合物に対する特定の職業曝露限度を設定しています。[ 167 ] [ 168 ]米国では、水銀の環境放出と廃棄は主に米国環境保護庁によって規制されています。
魚や貝類は体内に水銀を蓄積する自然な傾向があり、多くの場合、水銀の非常に毒性の高い有機化合物であるメチル水銀の形で蓄積されます。食物連鎖の上位に位置する魚種、例えばサメ、メカジキ、キングマカレル、クロマグロ、ビンナガマグロ、アマダイなどは、他の魚種よりも水銀濃度が高いです。水銀とメチル水銀は脂溶性であるため、主に内臓に蓄積されますが、筋肉組織全体にも存在します。[ 169 ]魚の筋肉中の水銀の存在は、非致死的な筋肉生検を使用して研究できます。[ 170 ]捕食魚に含まれる水銀は、それを捕食する捕食者に蓄積されます。魚はメチル水銀を蓄積するよりも排出する効率が低いため、魚の組織中のメチル水銀濃度は時間とともに増加します。そのため、食物連鎖の上位に位置する種は、摂取する種の10倍もの水銀を体内に蓄積する可能性がある。この過程は生物濃縮と呼ばれる。日本の水俣では、この方法で水銀中毒が発生し、現在では水俣病と呼ばれている。[ 147 ] [ 148 ]
一部のフェイシャルクリームには危険なレベルの水銀が含まれています。ほとんどは比較的毒性の低い無機水銀を含んでいますが、毒性の高い有機水銀を含む製品も見つかっています。[ 171 ] [ 172 ]ニューヨーク市の住民は、スキンケア製品の使用を通じてかなりのレベルの無機水銀化合物に曝露されていることが判明しています。[ 173 ]
毒性作用には、脳、腎臓、肺の損傷が含まれます。水銀中毒は、肢端痛（ピンク病）、ハンター・ラッセル症候群、水俣病など、いくつかの疾患を引き起こす可能性があります。症状には、通常、感覚障害（視覚、聴覚、言語）、感覚異常、協調運動障害が含まれます。現れる症状の種類と程度は、個々の毒素、投与量、曝露方法と曝露期間によって異なります。症例対照研究では、0.7～42 μg/m 3の低濃度であっても、慢性的に水銀蒸気に曝露された労働者に、振戦、認知機能障害、睡眠障害などの影響が示されています。[ 174 ] [ 175 ]
ある研究では、計算された元素水銀濃度が 1.1 ～ 44 mg/m 3に急性曝露 (4 ～ 8 時間)すると、胸痛、呼吸困難、咳、喀血、肺機能障害、間質性肺炎の兆候が現れることが明らかになった。[ 140 ]水銀蒸気への急性曝露は、せん妄、幻覚、自殺傾向を特徴とする精神病反応を含む、深刻な中枢神経系への影響をもたらすことが示されている。職業曝露は、興奮、易刺激性、興奮性、過度の内気、不眠症を含む広範囲の機能障害を引き起こす。曝露が続くと、細かい振戦が発生し、激しい筋肉の痙攣にエスカレートする可能性がある。振戦は最初は手に現れ、後にまぶた、唇、舌に広がる。長期にわたる低レベルの曝露は、疲労、イライラ、記憶喪失、鮮明な夢、うつ病などの、より軽微な興奮症状と関連付けられています。[ 141 ] [ 176 ]
水銀中毒の治療に関する研究は限られています。現在、急性水銀中毒に使用できる薬剤には、キレート剤であるN-アセチル-D , L-ペニシラミン（NAP）、英国抗ルイサイト（BAL）、2,3-ジメルカプト-1-プロパンスルホン酸（DMPS）、およびジメルカプトコハク酸（DMSA）などがあります。元素水銀に曝露された11人の建設作業員を対象とした小規模な研究では、患者はDMSAとNAPで治療されました。[ 177 ]両方の薬剤によるキレート療法により、推定される体内の総水銀のごく一部が移動しました。DMSAはNAPよりも水銀の排泄をより大きく増加させることができました。[ 177 ]
国連環境計画（UNEP）による水銀に関する水俣条約では、140か国が水銀蒸気の排出を防止することに合意した。[ 178 ]この条約は2013年10月10日に署名された。[ 179 ]
米国では、環境保護庁が水銀汚染の規制と管理を担当しています。大気浄化法、水質浄化法、資源保全回復法、安全飲料水法など、いくつかの法律がEPAにこの権限を与えています。さらに、 1996年に可決された水銀含有充電式電池管理法は、電池における水銀の使用を段階的に廃止し、多くの種類の使用済み電池の効率的かつ費用対効果の高い廃棄を規定しています。[ 180 ]北米は、1995年に世界の総人為的水銀排出量の約11%を占めました。 [ 181 ]
1990年に可決された米国大気浄化法は、水銀を可能な限り最大限に管理する必要のある有害汚染物質のリストに加えた。そのため、高濃度の水銀を環境に放出する産業は、最大限に達成可能な制御技術（MACT）を導入することに同意した。2005年3月、EPAは規制[ 182 ]を公布し、発電所を管理対象源のリストに追加し、全国的なキャップアンドトレード制度を導入した。各州は2006年11月までにさらに厳しい規制を導入するよう求められたが、複数の州からの法的異議申し立てを受け、2008年2月8日に連邦控訴裁判所によって規制は無効とされた。1998年のEPA議会調査報告書に記録された悪影響を考慮すると、この規則は石炭火力発電所の近くに住む人々の健康を守るには不十分であると判断された。[ 183 ] しかし、2015年に発表された新しいデータによると、より厳しい規制の導入後、水銀濃度は急激に低下しており、大気浄化法が意図した効果を発揮したことが示されている。[ 184 ]
EPAは2011年12月22日に石炭火力発電所に関する新たな規則を発表した。 [ 185 ]有害廃棄物を焼却するセメントキルンは、米国の標準的な有害廃棄物焼却炉よりも緩い基準が適用されており、その結果、水銀汚染の不均衡な発生源となっている。[ 186 ]
欧州連合では、電気電子機器における特定有害物質の使用制限に関する指令（RoHS参照）により、特定の電気・電子製品における水銀の使用が禁止され、その他の製品における水銀の含有量が1000 ppm未満に制限されています。[ 187 ]包装（水銀、鉛、六価クロム、カドミウムの合計で100 ppm ）および電池（5 ppm）における水銀濃度にも制限があります。[ 188 ] 2007年7月、欧州連合は温度計や気圧計などの非電気計測機器における水銀の使用も禁止しました。この禁止は新規機器のみに適用され、医療分野に対する例外規定と気圧計製造業者に対する2年間の猶予期間が含まれています。[ 189 ]
ノルウェーは、2008年1月1日発効で、水銀製品の製造および輸出入における水銀の使用を全面的に禁止した。[ 190 ] 2002年には、ノルウェーのいくつかの湖で水銀汚染の状態が悪く、 堆積物中の水銀濃度が1μg/gを超えていることが判明した。[ 191 ] 2008年、ノルウェーの環境開発大臣エリック・ソルハイムは、「水銀は最も危険な環境毒素の一つである。製品中の水銀の適切な代替品は入手可能であり、したがって禁止措置を講じるのは適切である」と述べた。[ 192 ]スウェーデンでは2009年に水銀を含む製品が禁止され、[ 193 ] [ 194 ]デンマークでは2008年以降、ごく一部の用途（特定の省エネ光源やアマルガム歯科充填材など）を除き、元素水銀の製造と使用が禁止されている。[ 195 ]
MgHg は、完全にこれらの極性結合で構成されており、電子不対の証拠がないため、Mg では +2、Hg では -2 の酸化状態になります。 (翻訳)
