Le mercure est un élément volatil dont la synthèse implique principalement le processus s (capture lente de neutrons) dans les étoiles de la branche asymptotique des géantes (AGB). Il appartient aux éléments dits "modérément volatils", ce qui signifie qu'il se condense à des températures relativement basses lors de la formation des planètes. Cette volatilité explique en partie sa distribution dans le système solaire : il est significativement appauvri dans les planètes telluriques (comme la Terre) par rapport aux abondances solaires, car une grande partie est restée sous forme gazeuse lors de l'accrétion et a été soufflée par le jeune Soleil.
L'abondance cosmique du mercure est d'environ 1,5×10⁻¹¹ fois celle de l'hydrogène en nombre d'atomes, ce qui le rend comparable au sélénium et au brome. Sur Terre, il est relativement rare dans la croûte (environ 0,08 ppm). Sa présence sur d'autres corps est intrigante : la planète Mercure (qui porte seulement son nom par coïncidence) possède une exosphère contenant des traces de mercure atomique, probablement libéré par l'impact de micrométéorites sur sa surface. Les comètes et certains astéroïdes riches en glace pourraient également contenir du mercure sous forme de composés organomercuriels ou de sulfures.
Sur Terre, le mercure suit un cycle complexe impliquant l'atmosphère, les océans, la croûte terrestre et la biosphère. Sa forme élémentaire (Hg⁰) est volatile et peut parcourir de grandes distances dans l'atmosphère avant d'être oxydée et déposée. Ce transport atmosphérique global explique pourquoi la pollution mercurielle est un problème mondial, touchant même les régions les plus reculées comme l'Arctique. L'étude des carottes de glace permet de retracer l'histoire des émissions de mercure liées aux activités humaines (mines, combustion du charbon) sur des millénaires.
Des anomalies en mercure ont été identifiées dans les sédiments marins à la limite de plusieurs épisodes d'extinction massive (Permien-Trias, Trias-Jurassique, Crétacé-Paléogène). Ces pics pourraient être liés à une activité volcanique massive (trapps) qui aurait relargué d'énormes quantités de mercure volatil dans l'atmosphère, contribuant à l'empoisonnement des écosystèmes. Ainsi, le mercure sert aussi de traceur géologique des grands bouleversements environnementaux du passé.
Le symbole chimique Hg vient du latin "hydrargyrum", lui-même dérivé du grec ancien ὕδωρ ἄργυρος (hýdōr árgyros), signifiant "argent liquide". Ce nom décrit parfaitement son apparence : un métal brillant comme l'argent, mais liquide. Le nom français "mercure" vient du dieu romain Mercure (Hermès chez les Grecs), messager rapide des dieux, peut-être en référence à la mobilité et à la volatilité du métal liquide.
Le mercure natif (sous forme de cinabre, HgS) était connu depuis l'Antiquité. Les Chinois et les Égyptiens l'utilisaient comme pigment vermillon et en médecine (avec des conséquences souvent désastreuses). Les alchimistes accordaient une importance primordiale au mercure, qu'ils considéraient avec le soufre et le sel comme l'un des trois principes fondamentaux de la matière. Ils croyaient qu'il était la clé pour transmuter les métaux en or. Sa capacité à dissoudre l'or (formation d'amalgame) et à s'évaporer puis se recondenser intact fascinait les esprits et nourrissait des théories mystiques.
Au XVIIIe siècle, le mercure joua un rôle crucial dans le développement de la thermométrie (thermomètre de Fahrenheit, de Celsius) et de la barométrie (expérience du Torricelli, 1643, qui démontra l'existence de la pression atmosphérique en utilisant une colonne de mercure). La découverte de ses composés toxiques, comme le calomel (Hg₂Cl₂) et le sublimé corrosif (HgCl₂), marqua aussi les débuts de la chimie pharmaceutique et industrielle.
La source principale de mercure est le cinabre (sulfure de mercure(II), HgS), un minerai rouge écarlate. Les gisements importants ont été exploités à Almadén (Espagne, la plus grande mine historique), Idrija (Slovénie) et au Monte Amiata (Italie). Aujourd'hui, la production minière primaire a considérablement diminué en raison de la toxicité et des restrictions environnementales. La Chine et le Kirghizstan sont parmi les derniers producteurs significatifs.
La majeure partie du mercure circulant aujourd'hui provient du recyclage ou est un sous-produit d'autres activités :
En raison de sa toxicité, le commerce du mercure est strictement réglementé par la Convention de Minamata (2013).
Le mercure (symbole Hg, numéro atomique 80) est un métal de transition de la 6ème période, situé dans le groupe 12 du tableau périodique, avec le zinc et le cadmium. Son atome possède 80 protons, généralement 122 neutrons (pour l'isotope stable \(^{202}\mathrm{Hg}\)) et 80 électrons avec la configuration électronique [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s². Cette configuration à couche d¹⁰ complète et couche s² complète est similaire à celle des gaz rares, contribuant à sa faible réactivité sous forme métallique et à son bas point de fusion.
Le mercure est le seul métal liquide à température et pression ambiantes. C'est un liquide dense, blanc argenté, mobile et qui se divise facilement en gouttelettes sphériques.
À l'état solide, le mercure est malléable et ductile et cristallise dans une structure rhomboédrique.
Le mercure gèle à -38,8290 °C (234,321 K) et bout à 356,73 °C (629,88 K). Sa large plage de température à l'état liquide (près de 400°C) et son expansion linéaire ont fait son succès dans les instruments de mesure.
Le mercure est un métal relativement noble. Il ne réagit pas avec les acides non oxydants (HCl dilué, H₂SO₄ dilué) mais se dissout dans l'acide nitrique et l'eau régale. Il résiste à l'oxydation par l'air à température ambiante, mais se couvre lentement d'un film gris d'oxyde en présence d'ozone. Il réagit avec les halogènes, le soufre et les métaux pour former des amalgames.
État à 20°C : Liquide.
Point de fusion : 234,321 K (-38,8290 °C).
Point d'ébullition : 629,88 K (356,73 °C).
Densité : 13,534 g/cm³.
Configuration électronique : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s².
États d'oxydation principaux : +1 et +2.
| Isotope / Notation | Protons (Z) | Neutrons (N) | Masse atomique (u) | Abondance naturelle | Demi-vie / Stabilité | Désintégration / Remarques |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mercure-196 — \(^{196}\mathrm{Hg}\) | 80 | 116 | 195,96583 u | ≈ 0,15 % | Stable | Isotope stable rare. |
| Mercure-198 — \(^{198}\mathrm{Hg}\) | 80 | 118 | 197,966769 u | ≈ 9,97 % | Stable | Isotope stable. |
| Mercure-199 — \(^{199}\mathrm{Hg}\) | 80 | 119 | 198,968280 u | ≈ 16,87 % | Stable | Isotope stable avec spin nucléaire I=1/2, utilisé en spectroscopie RMN du \(^{199}\mathrm{Hg}\). |
| Mercure-200 — \(^{200}\mathrm{Hg}\) | 80 | 120 | 199,968326 u | ≈ 23,10 % | Stable | Isotope stable. |
| Mercure-201 — \(^{201}\mathrm{Hg}\) | 80 | 121 | 200,970302 u | ≈ 13,18 % | Stable | Isotope stable. |
| Mercure-202 — \(^{202}\mathrm{Hg}\) | 80 | 122 | 201,970643 u | ≈ 29,86 % | Stable | Isotope stable le plus abondant. |
| Mercure-204 — \(^{204}\mathrm{Hg}\) | 80 | 124 | 203,973494 u | ≈ 6,87 % | Stable | Isotope stable. |
N.B. :
Couches électroniques : Comment les électrons sont organisés autour du noyau.
Le mercure possède 80 électrons répartis sur six couches électroniques. Sa configuration électronique [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² présente une couche 5d complètement remplie (10 électrons) et une couche 6s complète (2 électrons), similaire à la configuration d'un gaz noble. Cela peut également s'écrire : K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(2), ou de manière complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s².
Couche K (n=1) : 2 électrons (1s²).
Couche L (n=2) : 8 électrons (2s² 2p⁶).
Couche M (n=3) : 18 électrons (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Couche N (n=4) : 32 électrons (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
Couche O (n=5) : 18 électrons (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
Couche P (n=6) : 2 électrons (6s²).
Le mercure possède 2 électrons de valence (6s²). Cependant, en raison de l'effet de paire inerte (stabilité particulière de la paire d'électrons 6s²), le mercure présente une chimie particulière avec deux états d'oxydation stables : +1 et +2.
Le mercure métallique (Hg⁰) est relativement peu réactif en raison de la force de la liaison Hg-Hg dans le liquide et de l'énergie élevée requise pour promouvoir un électron 6s vers un niveau supérieur.
Le mercure métallique ne s'oxyde pas à l'air à température ambiante. Lorsqu'il est chauffé lentement jusqu'à son point d'ébullition, il finit par former de l'oxyde de mercure(II) rouge (HgO) : 2Hg + O₂ → 2HgO. Cet oxyde se décompose à nouveau en mercure et oxygène au-dessus de 400°C. En présence d'ozone, un film gris d'oxyde se forme à la surface.
N.B. :
L'eau régale, ou aqua regia, est un mélange corrosif d'acide nitrique concentré (HNO₃) et d'acide chlorhydrique concentré (HCl) dans un rapport typique de 1:3. Sa capacité à dissoudre l'or et le platine, pourtant résistants aux acides séparés, s'explique par la formation in situ de chlore (Cl₂) et de chlorure de nitrosyle (NOCl), qui oxydent ces métaux en ions complexes solubles (comme [AuCl₄]⁻). Utilisée depuis l'alchimie pour la purification des métaux précieux, elle joue toujours un rôle crucial en métallurgie, microélectronique et chimie analytique.
C'est une propriété caractéristique : le mercure dissout de nombreux autres métaux (or, argent, étain, zinc, sodium) pour former des amalgames, qui sont des alliages à l'état liquide ou pâteux. L'amalgame or-mercure a été largement utilisé dans l'extraction artisanale de l'or (garimpos). L'amalgame argent-étain-mercure était la base des "plombages" dentaires (obturations). Les amalgames de sodium ou de potassium sont utilisés comme agents réducteurs puissants en chimie organique.
La toxicité du mercure dépend fortement de sa forme chimique :
En cas de déversement de mercure métallique, il faut aérer intensivement, éviter de marcher dedans (pour ne pas disperser les gouttelettes), et utiliser un piège spécifique (seringue, pipette, poudre soufrée) pour le ramasser. Ne jamais utiliser un aspirateur (il vaporise et disperse le mercure). L'exposition nécessite une consultation médicale urgente. Le traitement de l'intoxication aiguë peut faire appel à des chélateurs comme la DMSA (acide dimercaptosuccinique) ou la DMPS, qui se lient au mercure et favorisent son excrétion urinaire.
Le mercure est un polluant persistant qui suit un cycle complexe :
La pollution mercurielle affecte la faune sauvage (réduction de la reproduction chez les oiseaux piscivores, troubles neurologiques chez les mammifères marins). Pour l'homme, la principale voie d'exposition est la consommation de poisson contaminé. Les populations les plus à risque sont les communautés côtières, les peuples autochtones (Inuit) et les femmes enceintes (le méthylmercure traverse le placenta et nuit au développement neurologique du fœtus).
La Convention de Minamata sur le mercure, adoptée en 2013 et entrée en vigueur en 2017, est un traité international visant à protéger la santé humaine et l'environnement. Elle impose :
Étant donné la toxicité et la persistance du mercure, il est impératif de le récupérer et de l'isoler de la biosphère de manière permanente. Le mercure ne peut pas être "détruit" (les atomes persistent), mais il peut être stabilisé sous des formes moins dangereuses.
Les principaux défis sont l'élimination progressive des dernières utilisations (certains procédés chimiques, certaines lampes), la dépollution des sites contaminés (anciennes usines, mines) et la gestion du mercure présent dans les produits en circulation (millions de thermomètres et amalgames dentaires). La recherche se poursuit sur des méthodes de décontamination biologique (phytoremédiation) et sur des alternatives non toxiques dans tous les domaines où le mercure était historiquement utilisé.
L’atome sous toutes ses formes : de l’intuition antique à la mécanique quantique 
