Ртуть
(молярная масса)
(первый электрон)
Содержание
История
Ртуть известна с древних времён. Нередко её находили в самородном виде (жидкие капли на горных породах), но чаще получали обжигом природной киновари. Древние греки и римляне использовали ртуть для очистки золота (амальгамирование), знали о токсичности самой ртути и её соединений, в частности сулемы. Много веков алхимики считали ртуть главной составной частью всех металлов и полагали, что если жидкой ртути возвратить твёрдость при помощи серы или мышьяка, то получится золото. Выделение ртути в чистом виде было описано шведским химиком Георгом Брандтом в 1735 году. Для представления элемента как у алхимиков, так и в настоящее время используется символ планеты Меркурий. Но принадлежность ртути к металлам была доказана только трудами Ломоносова и Брауна, которые в декабре 1759 года смогли заморозить ртуть и установить её металлические свойства в твёрдом состоянии: ковкость, электропроводность и др.
Происхождение названия
Нахождение в природе
Ртуть — относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако ввиду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % ртути. Основная форма нахождения ртути в природе — рассеянная, и только 0,02 % её заключено в месторождениях. Содержание ртути в различных типах изверженных пород близки между собой (около 100 мг/т). Из осадочных пород максимальные концентрации ртути установлены в глинистых сланцах (до 200 мг/т). В водах Мирового океана содержание ртути — 0,1 мкг/л. Важнейшей геохимической особенностью ртути является то, что среди других халькофильных элементов она обладает самым высоким потенциалом ионизации. Это определяет такие свойства ртути, как способность восстанавливаться до атомарной формы (самородной ртути), значительную химическую стойкость к кислороду и кислотам.
Ртуть присутствует в большинстве сульфидных минералов. Особенно высокие её содержания (до тысячных и сотых долей процента) устанавливаются в блёклых рудах, антимонитах, сфалеритах и реальгарах. Близость ионных радиусов двухвалентной ртути и кальция, одновалентной ртути и бария определяет их изоморфизм во флюоритах и баритах. В киновари и метациннабарите сера иногда замещается селеном или теллуром; содержание селена часто составляет сотые и десятые доли процента. Известны крайне редкие селениды ртути — тиманит (HgSe) и онофрит (смесь тиманита и сфалерита).
Ртуть является одним из наиболее чувствительных индикаторов скрытого оруденения не только ртутных, но и различных сульфидных месторождений, поэтому ореолы ртути обычно выявляются над всеми скрытыми сульфидными залежами и вдоль дорудных разрывных нарушений. Эта особенность, а также незначительное содержание ртути в породах, объясняются высокой упругостью паров ртути, возрастающей с увеличением температуры и определяющей высокую миграцию этого элемента в газовой фазе.
В обычных условиях киноварь и металлическая ртуть не растворимы в воде, но в присутствии некоторых веществ (Fe2(SO4)3, озон, пероксид водорода) растворимость в воде этих минералов достигает десятков мг/л. Особенно хорошо растворяется ртуть в сульфидах щелочных металлов с образованием, например, комплекса HgS•nNa2S. Ртуть легко сорбируется глинами, гидроксидами железа и марганца, глинистыми сланцами и углями.
В природе известно около 20 минералов ртути, но главное промышленное значение имеет киноварь HgS (86,2 % Hg). В редких случаях предметом добычи является самородная ртуть, метациннабарит HgS и блёклая руда — шватцит (до 17 % Hg). На единственном месторождении Гуитцуко (Мексика) главным рудным минералом является ливингстонит HgSb4S7. В зоне окисления ртутных месторождений образуются вторичные минералы ртути. К ним относятся, прежде всего, самородная ртуть, реже метациннабарит, отличающиеся от таких же первичных минералов большей чистотой состава. Относительно распространена каломель Hg2Cl2. На месторождении Терлингуа (Техас) распространены и другие гипергенные галоидные соединения — терлингуаит Hg2ClO, эглестонит Hg4Cl.
Месторождения
Ртуть считается редким металлом.
Одно из крупнейших в мире ртутных месторождений находится в Испании (Альмаден). Известны месторождения ртути на Кавказе (Дагестан, Армения), в Таджикистане, Словении, Киргизии (Хайдаркан — Айдаркен), Донбассе (Горловка, Никитовский ртутный комбинат).
В России находятся 23 месторождения ртути, промышленные запасы составляют 15,6 тыс. тонн (на 2002 год), из них крупнейшие разведаны на Чукотке — Западно-Палянское и Тамватнейское.
В окружающей среде
До индустриальной революции осаждение ртути из атмосферы составляло около 4 нанограммов на 1 кубический дециметр льда. Природные источники, такие, как вулканы, составляют примерно половину всех выбросов атмосферной ртути. Причиной появления остальной половины является деятельность человека. В ней основную долю составляют выбросы в результате сгорания угля (главным образом в тепловых электростанциях) — 65 %, добыча золота — 11 %, выплавка цветных металлов — 6,8 %, производство цемента — 6,4 %, утилизация мусора — 3 %, производство соды — 3 %, чугуна и стали — 1,4 %, ртути (в основном для батареек) — 1,1 %, остальное — 2 %.
Одно из тяжелейших загрязнений ртутью в истории случилось в японском городе Минамата в 1956 году, что привело к более чем трём тысячам жертв, которые либо умерли, либо сильно пострадали от болезни Минамата.
Изотопы
Природная ртуть состоит из смеси 7 стабильных изотопов: 196 Hg (распространённость 0,155 %), 198 Hg (10,04 %), 199 Hg (16,94 %), 200 Hg (23,14 %), 201 Hg (13,17 %), 202 Hg (29,74 %), 204 Hg (6,82 %). Искусственным путём получены радиоактивные изотопы ртути с массовыми числами 171—210.
Получение
Ртуть получают обжигом киновари (сульфида ртути II) или металлотермическим методом:
HgS + O2 ⟶ Hg + SO2↑ HgS + Fe ⟶ FeS↓ + Hg
Пары ртути конденсируют и собирают. Этот способ применяли ещё алхимики древности.
На протяжении многих столетий в Европе основным и единственным месторождением ртути был Альмаден в Испании. В Новое время с ним стала конкурировать Идрия во владениях Габсбургов (современная Словения). Там же появилась первая лечебница для поражённых отравлением парами ртути рудокопов. В 2012 г. ЮНЕСКО объявило промышленную инфраструктуру Альмадена и Идрии памятником Всемирного наследия человечества.
В надписях во дворце древнеперсидских царей Ахеменидов (VI—IV века до н. э.) в Сузах упоминается, что ртутную киноварь доставляли сюда с Зеравшанских гор и использовали в качестве краски.
Ртуть
Ртуть (лат. hydrargyrum ) — химический элемент II группы дополнительной подгруппы периодической системы элементов Менделева с атомным номером 80 и атомной массой 200,59, обозначается символом Hg. Простое вещество при комнатной температуре представляет собой тяжёлую серебристо-белую заметно летучую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл), простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии. В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Чаще всего ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала — киновари. Применятся для изготовления измерительных приборов, вакуумных насосов, источников света и в других областях науки и техники.
| Ртуть / Hydrargyrum (Hg) | |
|---|---|
| Атомный номер | 80 |
| Внешний вид | тяжёлая жидкость серебристо-белого цвета |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 200,59 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 157 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 1 006,0 (10,43) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 149 пм |
| Радиус иона | (+2e) 110 (+1e) 127 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 2,00 |
| Электродный потенциал | Hg←Hg 2+ 0,854 В |
| Степени окисления | 2, 1 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 13,546 (@ +20 °C) г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 0,138 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 8,3 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 234,28 K |
| Теплота плавления | 2,295 кДж/моль |
| Температура кипения | 629,73 K |
| Теплота испарения | 58,5 кДж/моль |
| Молярный объём | 14,8 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | ромбоэдрическая |
| Период решётки | 2,990 Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | 100,00 K |
Содержание
История
Происхождение названия
Русское название ртути, по одной из версий, — это заимствование из арабского (через тюркские языки); по другой версии, «ртуть» связана с литовским ritu — качу, катаю, происшедшим от индоевропейского рет (х) — бежать, катиться. Литва и Русь были тесно связаны, а во 2-й половине XIV века русский язык был языком делопроизводства Великого Княжества Литовского, а также языком первых письменных памятников Литвы.
Латинское hydrargirum произошло от греческих слов hýdor — вода и árgyros — серебро. «Жидким» (или живым, быстрым) серебром ртуть называется также в немецком (Quecksilber) и в староанглийском (quicksilver) языках, а по-болгарски ртуть — живак: действительно, шарики ртути блестят, как серебро, и очень быстро «бегают» — как живые.
Соединения ртути
Ртуть и её соединения применяются в технике, химической промышленности, медицине. Жёлтый оксид ртути(II) входит в состав глазной мази и мазей для лечения кожных заболеваний. Красный оксид ртути(II) применяется для получения красок. Хлорид ртути(I), который называется каломель, используется в пиротехнике, а также в качестве фунгицида. В ряде стран каломель используется в качестве слабительного. Токсическое действие каломели проявляется особенно тогда, когда после приема её внутрь не наступает слабительное действие и организм долгое время не освобождается от этого препарата.
Хлорид ртути(II), который называется сулема, является очень токсичным. Сулема применялась в медицине как дезинфицирующее средство, в технике она используется для обработки дерева, получения некоторых видов чернил, травления и чернения стали. В сельском хозяйстве сулема применяется как фунгицид.
Амидохлорид ртути (белый преципитат ртути) входит в состав некоторых мазей. В ветеринарии амидохлорид ртути применяется как средство против паразитарных заболеваний кожи.
Нитрат ртути(II) применяется для отделки меха и получения других соединений этого металла. Токсичность нитрата ртути(II) примерно такая же, как и токсичность сулемы. Многие органические соединения ртути используются в качестве пестицидов и средств для обработки семян. Отдельные органические соединения ртути применяются как диуретические средства.
Получение
В России известны 23 месторождения ртути, промышленные запасы составляют 15,6 тыс.тонн (на 2002 год).
Физические свойства
Ртуть — единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Ртуть не обладает магнитными свойствами.
Химические свойства
Ртуть — малоактивный металл (см. ряд напряжений ).
Применение
Сплав ртути с таллием используется для низкотемпературных термометров.
Ртуть используется для переработки вторичного алюминия и добычи золота (см. Амальгамная металлургия ).
Ртуть входит в состав некоторых биоцидных красок для предотвращения обрастания корпуса судов в морской воде.
Также используются и соли ртути:
Биологическая роль
Введение
История
Ртуть известна с древних времен. Нередко её находили в самородном виде (жидкие капли на горных породах), но чаще получали обжигом природной киновари. Древние греки и римляне использовали ртуть для очистки золота (амальгамирование), знали о токсичности самой ртути и её соединений, в частности сулемы. Много веков алхимики считали ртуть главной составной частью всех металлов и полагали, что если жидкой ртути возвратить твердость при помощи серы или мышьяка, то получится золото. Выделение ртути в чистом виде было описано шведским химиком Георгом Брандтом в 1735 г. Для представления элемента как у алхимиков, так и в нынешнее время используется символ планеты Меркурий. Но принадлежность ртути к металлам была доказана только трудами Ломоносова и Брауна, которые в декабре 1759 года смогли заморозить ртуть и установить её металлические свойства: ковкость, электропроводность и др.
Ртуть – вещество первого класса опасности. Является переходным металлом, представляющим собой серебристо-белую жидкость с тяжелой массой, пары которой очень ядовиты (в условиях привычной температуры жилых помещений).
Химические свойства
Для ртути характерны две степени окисления: +1 и +2. В степени окисления +1 ртуть представляет собой двухъядерный катион Hg 22+ со связью металл-металл. Ртуть – один из немногих металлов, способных формировать такие катионы, и у ртути они – самые устойчивые.
В степени окисления +1 ртуть склонна к диспропорционированию. Оно протекает при нагревании и под щ елачивании.
добавлении лигандов, стабилизирующих степень окисления ртути +2.
Из-за диспропорционирования и гидролиза гидроксид ртути ( I ) получить не удаётся.
На холоде ртуть +2 и металлическая ртуть, наоборот, сопропорционируют. Поэтому, в частности, при реакции нитрата ртути ( II ) со ртутью получается нитрат ртути ( I ).
В очень концентрированной щелочи оксид ртути частично растворяется с образованием гидроксокомплекса
Ртуть в степени окисления +2 образует уникально прочные комплексы со многими лигандами, причём как жёсткими, так и мягкими по теории ЖМКО. С йодом (-1), серой (-2) и углеродом она образует очень прочные ковалентные связи. По устойчивости связей металл-углерод ртути нет равных среди других металлов, поэтому получено огромное количество ртутьорганических соединений.
Из элементов II Б группы именно у ртути появляется возможность разрушения очень устойчивой 6 d 10 – электронной оболочки, что приводит к возможности существования соединений ртути( IV ), но они крайне малоустойчивы, поэтому эту степень окисления скорее можно отнести к курьёзной, чем к характерной. В частности, при взаимодействии атомов ртути и смеси неона и фтора при температуре 4К получен HgF 4.
Физические свойства
Плотность ртути при нормальных условиях – 13 500 кг/м3.
Таблица 1 – Зависимость плотности от температуры
Получение
Ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала – киновари.
Пары ртути конденсируют и собирают. Этот способ применяли ещё алхимики древности.
На протяжении многих столетий в Европе основным и единственным месторождением ртути был Альмаден в Испании. В Новое время с ним стала конкурировать Идрия вовладениях Габсбургов (современная Словения). Там же появилась первая лечебница для поражённых отравлением парами ртути рудокопов. В 2012 г. ЮНЕСКО объявило промышленную инфраструктуру Альмдена и Идрии памятником Всемирного наследия человечества.
В надписях во дворце древнеперсидских царей Ахеменидов ( VI – IV века до н. э.) в Сузах упоминается, что ртутную киноварь доставляли сюда с Зеравшанских гор и использовали в качестве краски.
Нахождение в природе
Ртуть – относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако ввиду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % ртути. Основная форма нахождения ртути в природе – рассеянная, и только 0,02 % её заключено в месторождениях. Содержание ртути в различных типах изверженных пород близки между собой (около 100 мг/т). Из осадочных пород максимальные концентрации ртути установлены в глинистых сланцах (до 200 мг/т). В водах Мирового океана содержание ртути – 0,1 мкг/л. Важнейшей геохимической особенностью ртути является то, что среди других халькофильных элементов она обладает самым высоким потенциалом ионизации. Это определяет такие свойства ртути, как способность восстанавливаться до атомарной формы (самородной ртути), значительную химическую стойкость к кислороду и кислотам.
Ртуть присутствует в большинстве сульфидных минералов. Особенно высокие её содержания (до тысячных и сотых долей процента) устанавливаются в блёклых рудах, антимонитах, сфалеритах и реальгарах. Близость ионных радиусов двухвалентной ртути и кальция, одновалентной ртути и бария определяет их изоморфизм во флюоритах и баритах. В киновари и метациннабарите сера иногда замещается селеном или теллуром; содержание селена часто составляет сотые и десятые доли процента. Известны крайне редкие селениды ртути – тиманит ( HgSe ) и онофрит (смесь тиманита и сфалерита).
Ртуть является одним из наиболее чувствительных индикаторов скрытого оруденения не только ртутных, но и различных сульфидных месторождений, поэтому ореолы ртути обычно выявляются над всеми скрытыми сульфидными залежами и вдоль дорудных разрывных нарушений. Эта особенность, а также незначительное содержание ртути в породах, объясняются высокой упругостью паров ртути, возрастающей с увеличением температуры и определяющей высокую миграцию этого элемента в газовой фазе.
Применение ртути и её соединений
Медицина
В связи с высокой токсичностью ртуть почти полностью вытеснена из медицинских препаратов. Её соединения (в частности, мертиолят) иногда используются в малых количествах как консервант для вакцин. Сама ртуть сохраняется в ртутных медицинских термометрах (один медицинский термометр содержит до 2 г ртути).
Однако вплоть до 1970-х годов соединения ртути использовались в медицине очень активно:
● хлорид ртути ( I ) (каломель) – слабительное;
● меркузал и промеран – сильные мочегонные;
● хлорид ртути ( II ), цианид ртути ( II ), амидохлорид ртути и жёлтый оксид ртути( II ) – антисептики (в том числе в составе мазей).
Известны случаи, когда при завороте кишок больному вливали в желудок стакан ртути. По мнению древних врачевателей, предлагавших такой метод лечения, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пройти по кишечнику и под своим весом расправить его перекрутившиеся части.
Амальгаму серебра применяли в стоматологии в качестве материала зубных пломб до появления светоотверждаемых материалов.
Ртуть-203 ( T 1/2 = 53 сек) используется в радиофармакологии.
Техника
● Ртуть используется как рабочее тело в ртутных термометрах (особенно высокоточных), так как (а) обладает довольно широким диапазоном, в котором находится в жидком состоянии, (б) её коэффициент термического расширения почти не зависит от температуры и (в) обладает сравнительно малой теплоёмкостью. Сплав ртути с таллием используется для низкотемпературных термометров.
● Парами ртути заполняют люминесцентные лампы, поскольку пары светятся в тлеющем разряде. В спектре испускания паров ртути много ультрафиолетового света и, чтобы преобразовать его в видимый, стекло люминесцентных ламп изнутри покрывают люминофором. Без люминофора ртутные лампы являются источником жесткого ультрафиолета (254 нм), в каковом качестве и используются. Такие лампы делают из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолет, поэтому они называются кварцевыми.
● Ртутные электрические вентили (игнитроны) в мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электросварочных устройствах, тяговых и выпрямительных подстанциях и т. п. [18] со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ.
● Ртуть и сплавы на её основе используются в герметичных выключателях, включающихся при определённом положении.
● Ртуть используется в датчиках положения.
● В некоторых химических источниках тока (например, ртутно-цинковых), в эталонных источниках напряжения (Нормальный элемент Вестона).
● Ртуть также иногда применяется в качестве рабочего тела в тяжелонагруженных гидродинамических подшипниках.
● Ртуть ранее входила в состав некоторых биоцидных красок для предотвращения обрастания корпуса судов в морской воде. Сейчас запрещается использовать такого типа покрытия.
● Иодид ртути( I ) используется как полупроводниковый детектор радиоактивного излучения.
● Фульминат ртути( II ) («гремучая ртуть») издавна применяется в качестве инициирующего ВВ (Детонаторы).
● Бромид ртути( I ) применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (атомно-водородная энергетика).
● Перспективно использование ртути в сплавах с цезием в качестве высокоэффективного рабочего тела в ионных двигателях.
● До середины 20 века ртуть широко применялась в барометрах и манометрах.
● Ртутные вакуумные насосы были основными источниками вакуума в 19 и начале 20 веков.
● Ранее ртуть использовали для золочения поверхностей методом амальгамирования, однако в настоящее время от этого метода отказались из-за токсичности ртути.
● Соединения ртути использовались в шляпном производстве для выделки фетра.
Металлургия
● Металлическая ртуть применяется для получения целого ряда важнейших сплавов.
● Ранее различные амальгамы металлов, особенно золота и серебра, широко использовались в ювелирном деле, в производстве зеркал.
● Металлическая ртуть служит катодом для электролитического получения ряда активных металлов, хлора и щелочей. Сейчас вместо ртутных катодов используют электролиз с диафрагмой.
● Ртуть используется для переработки вторичного алюминия (см. амальгамация)
● Ртуть хорошо смачивает золото, поэтому ей обрабатывают золотоносные глины для выделения из них этого металла. Эта технология распространена, в частности, в Амазонии.
Химическая промышленность
● Соли ртути использовали в качестве катализатора промышленного получения ацетальдегида из ацетилена (реакция Кучерова), однако в настоящее время ацетальдегид получают прямым каталитическим окислением этана или этена.
● Реактив Несслера используется для количественного определения аммиака.
Сельское хозяйство
Высокотоксичные соединения ртути – каломель, сулему, мертиолят и другие – используют для протравливания семенного зерна и в качестве пестицидов.
Заключение
Запрет использования ртутьсодержащей продукции
С 2020 года международная конвенция, названная в честь массового отравления ртутью и подписанная многими странами, запретит производство, экспорт и импорт нескольких различных видов ртутьсодержащих продукции применяемой в быту, в том числе электрических батарей, электрических выключателей и реле, некоторых видов компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), люминесцентных ламп с холодным катодом или с внешним электродом, ртутных термометров и приборов измерения давлении. Конвенция вводит регулирование использования ртути и ограничивает ряд промышленных процессов и отраслей, в том числе горнодобывающую (особенно непромышленную добычу золота), производство цемента.
Демеркуризация
Очистка помещений и предметов от загрязнений металлической ртутью и источников ртутных паров называется демеркуризацией. В быту широко применяется демеркуризация с помощью серы и хлорного железа FeCl 3.
Гигиеническое нормирование концентраций ртути
Предельно допустимые уровни загрязнённости металлической ртутью и её парами:
● ПДК в населённых пунктах (среднесуточная) – 0,0003 мг / м³
● ПДК в жилых помещениях (среднесуточная) – 0,0003 мг/м³
● ПДК воздуха в рабочей зоне (макс. разовая) – 0,01 мг/м³
● ПДК воздуха в рабочей зоне (среднесменная) – 0,005 мг/м³
● ПДК сточных вод (для неорганических соединений в пересчёте на двухвалентную ртуть) – 0,005 мг/ л
● ПДК водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования, в воде водоёмов – 0,0005 мг/л