Валентность ртути
Общие сведения о валентности ртути
Валентность ртути в соединениях
Ртуть – восьмидесятый по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Она находится в шестом периоде во IIВ группе. В ядре атома ртути содержится 80 протонов и 120 нейтронов (массовое число равно 200). В атоме ртути есть шесть энергетических уровней, на которых находятся 80 электронов (рис. 1).
Рис. 1. Строение атома ртути.
Электронная формула атома ртути в основном состоянии имеет следующий вид:
А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):
Для ртути характерно наличие возбужденного состояния: электроны 6s-подуровня распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь 6p-подуровня:
Наличие двух неспаренных электронов свидетельствует о том, что ртуть проявляет валентность II в своих соединениях (HgO, Hg(OH)2, HgCl2).
Известно, что для ртути также характерна валентность I (Hg2O, HgCl, HgBr).
Примеры решения задач
| Задание | Укажите массу 200 миллилитров ртути (плотность равна 13,5 г/см 3 ). |
| Решение | Определим массу ртути по следующей формуле: |
m (Hg) = 200 × 13,5 = 2700 г = 2,7 кг.
| Задание | Какой объем занимают 100 моль ртути (μ = 0,2 кг/моль; ρ = 13600 кг/м 3 )? |
| Решение | Массу и объем связывает следующая формула: |
Однако, массу можно найти и используя другие величины:
Валентность ртути
Валентность ртути.
Валентность ртути:
Валентность (от лат. valēns – «имеющий силу») – способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей.
Валентность – это мера (численная характеристика) способности химических элементов образовывать определённое число химических связей.
Значения валентности записывают римскими цифрами I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.
Валентность определяют по числу химических связей, которые один атом образует с другими.
Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента можно при этом выразить числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: так, в соединениях HCl, H2O, NH3, CH4 валентность по водороду хлора равна единице, кислорода – двум, азота – трём, углерода – четырём.
Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K2O, CO, N2O3, SiO2, SO3 валентность по кислороду калия равна единице, углерода – двум, азота – трём, кремния – четырём, серы – шести.
С точки зрения электронной теории валентность определяется числом неспаренных (валентных) электронов в основном или возбужденном состоянии.
Известны элементы, которые проявляют постоянную валентность. У большинства химических элементов валентность переменная.
Таблица валентности.
В таблице валентности приведены значения валентности элементов периодической таблицы Менделеева. Что такое валентность?
Точками здесь обозначаются неподеленные пары электронов, однако в структурных формулах их отмечают не каждый раз.
В химии принято, что валентность химических элементов можно узнать по группе (колонке) в таблице Менделеева. В действительности не всегда валентность элемента соответствует номеру группы, но в большинстве случаев определенная валентность по такому методу даст правильный результат часто элементы, в зависимости от разных факторов, имеют не одну валентность. Чтобы проще было понимать и не путаться, ниже приведена таблица валентностей всех элементов периодической таблицы.
Цифра положительной валентности элемента соответствует количеству отданных атомом электронов, а отрицательной валентности – количеству электронов, которые атом должен забрать себе для завершения внешнего энергетического уровня.
Значение, приведенное в скобках таблицы валентности, перечисляет менее распространенные валентности. Если у элемента указана только одна цифра, значит он может иметь только одну валентность.
Таблица валентности химических элементов.
Порядковый номер химического элемента, он же: атомный номер, он же: зарядовое число атомного ядра, он же: атомное число
Русское / Английское наименование
Ртуть Hg
Ртуть в таблице менделеева занимает 80 место, в 6 периоде.
| Символ | Hg |
| Номер | 80 |
| Атомный вес | 200.5920000 |
| Латинское название | Hydrargyrum |
| Русское название | Ртуть |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь
Электронная схема ртути
Hg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10
Короткая запись:
Hg: [Xe]6s 2 4f 14 5d 10
Порядок заполнения оболочек атома ртути (Hg) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
Ртуть имеет 80 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
6 электронов на 4p-подуровне
2 электрона на 5s-подуровне
10 электронов на 4d-подуровне
6 электронов на 5p-подуровне
2 электрона на 6s-подуровне
14 электронов на 4f-подуровне
10 электронов на 5d-подуровне
Степень окисления ртути
Атомы ртути в соединениях имеют степени окисления 2, 1.
Ионы ртути
Валентность Hg
Атомы ртути в соединениях проявляют валентность II, I.
Валентность ртути характеризует способность атома Hg к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Hg
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат: 
Энергия ионизации
Перейти к другим элементам таблицы менделеева
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