что такое ртуть в химии

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

Источник

О ртути

Ртуть: общие понятия

Консультация оперативного дежурного: +7(812)309-13-43

Химические свойства ртути

Ртуть – единственный из всех существующих в природе металлов, который остается жидким при комнатной температуре. В этих условиях на воздухе она не окисляется, в воде и щелочах не растворяется. Растворяется в холодной азотной кислоте и нагретой концентрированной серной. В обычных условиях активно испаряется, и скорость этого процесса прямо пропорциональна температуре и площади поверхности испарения. Пары ртути не имеют ни запаха, ни цвета, обнаружить их в воздухе можно только с помощью специальных приборов

Физические свойства ртути

Для ртути характерны низкая вязкость и высокое поверхностное натяжение. Эти свойства становятся причиной двух негативных с точки зрения ртутного загрязнения среды процессов:

Пары ртути отличает очень высокая летучесть, и слой воды или иной жидкости не представляет для них реальной преграды. То же самое можно сказать и о многих строительных материалах, таких как бетон, кирпич, лакокрасочное покрытие, линолеум или плитка. Ртутные пары равномерно пропитывают их на всю толщину, а также легко сорбируются из воздуха деревом, коврами и тканями. При повышении температуры или при механическом воздействии происходит обратная десорбция ртути в воздух помещения.

Чистая металлическая ртуть хорошо растворяет многие металлы, снижая тем самым прочность металлических конструкций, и образует непрочные соединения как с неорганическими, так и с органическими веществами.

Воздействие ртути на человека и животных

Основные пути попадания ртути в организм – это вдыхание ее паров с воздухом либо употребление с пищей или водой. Организм человека выводит не более 20% попавшей в него ртути, и она накапливается в почках и мозге, поражает плод, если женщина беременна, содержится в крови и грудном молоке. При концентрации паров ртути более 0,1 мг/м3 наступает острое отравление, признаки которого:

Следствием длительного воздействия малых доз ртути является хроническое отравление, которое может проявиться с задержкой на несколько лет. Все это время в организме накапливаются необратимые нарушения с такими внешними признаками:

Мнение эксперта:

Алена Парецкая, врач — педиатр

Пролитая ртуть: как с ней бороться

Существуют как природные (месторождения), так и техногенные (места добычи, горнорудные и предприятия цветной металлургии, специальные полигоны-хранилища, отходы сжигания нефтепродуктов и т. д.) источники ртути, загрязняющей воздух, воду и почву. Бытовые и производственные помещения загрязняются ртутью при неправильной эксплуатации ртутных приборов и устройств, таких как термометры, манометры, выпрямители электрического тока. Статистика утверждает, что 80% всех работ МЧС в Санкт-Петербурге источники паров ртути. Если не принимать во внимание злоумышленные проливы ртути, то наиболее частая причина их существования – разбитый ртутный термометр и преступно халатное отношение к последствиям этого события

Ликвидация розлива ртути: +7(812)309-13-43

ОЧЕНЬ ВАЖНО!

Если у Вас в семье есть ребёнок, заранее объясните ему, что если он нечаянно
разобьёт термометр, его никто не будет за это ругать. В противном случае ваше чадо, испугавшись наказания за разбитый градусник, спрячет его остатки куда-нибудь под кровать или шкаф и ничего Вам не скажет – в итоге вся Ваша семья долгое время будет дышать ядовитыми парами ртути.

При прохождении теста нужно помнить: Предельно допустимая концентрация ртути 300нг/м3

Источник

Ртуть

Название, символ, номерРтуть / Hydrargyrum (Hg), 80Атомная масса
(молярная масса)200,592(3) а. е. м. (г/моль)Электронная конфигурация[Xe] 4f 14 5d 10 6s 2Радиус атома157 пмКовалентный радиус149 пмРадиус иона(+2e) 110 (+1e) 127 пмЭлектроотрицательность2,00 (шкала Полинга)Электродный потенциалHg←Hg 2+ 0,854 ВСтепени окисления+2, +1Энергия ионизации
(первый электрон)1 006,0 (10,43) кДж/моль (эВ)Плотность (при н. у.)13,546 (20 °C) г/см³Температура плавления234,32 K (-38,83 °C)Температура кипения629,88 K (356,73 °C)Уд. теплота плавления2,295 кДж/мольУд. теплота испарения58,5 кДж/мольМолярная теплоёмкость27,98 Дж/(K·моль)Молярный объём14,81 см³/мольСтруктура решёткиромбоэдрическаяПараметры решёткиa_hex=3,464 с_hex=6,708 ÅОтношение c/a1,94Температура Дебая100,00 KТеплопроводность(300 K) 8,3 Вт/(м·К)Номер CAS7439-97-6

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.

Источник