Химический элемент Ртуть Hydrargyrum. Температура плавления ртути. Элемент ртуть

Ртуть: положение в периодической системе

Данный элемент занимает свою ячейку в таблице под номером 80. При этом располагается во второй группе, побочной подгруппе, шестом большом периоде. Имеет атомную массу, равную 200,59. Существует в виде семи устойчивых изотопов: 196, 198, 199, 200, 201, 202, 204.

Относится к элементам d-семейства, однако не переходным, так как последние валентные электроны заполняют s-орбиталь. Ртуть входит в подгруппу металлов цинка, вместе с кадмием и коперницием.

Общая характеристика элемента

Химические элементы таблицы Менделеева имеют строго упорядоченное расположение, и каждый обладает своей электронной конфигурацией атома, говорящей о его свойствах. Ртуть не исключение. Строение ее внешней и предвнешней электронной оболочки следующее: 5s25p65d106s2.

Возможные степени окисления: +1, +2. Оксид и гидроксид ртути — слабо основные, иногда амфотерные по характеру соединения. Химический символ элемента №80 — Hg, латинское произношение «гидраргирум». Русское название происходит от праславянского языка, на котором оно переводилось как «катиться». У других народов произношение и название разное. Часто сам элемент и образуемые им простые и сложные вещества называют меркуратами, меркурием. Такое название происходит из древних времен, когда сопоставляли Hg (элемент) с серебром, придавали ему второе значение после золота. Солнце — символ аурум Au, Меркурий — символ гидраргирум Hg.

У древних народов было поверье, что существует семь основных металлов, среди которых ртуть. Группа из них находила отражение в небесных телах. То есть золото ассоциировалось с Солнцем, железо — с Марсом, ртуть — с Меркурием и так далее.

История открытия

О ртути было известно примерно за 1500 лет до нашей эры. Уже тогда ее описывали как «жидкое серебро», подвижный, необычный и загадочный металл. Добывать ее тоже научились еще в древности.

Конечно, изучить ее свойства возможности не было, ведь еще не была сформирована как таковая химия. Ртуть окутывали пеленой тайны и магии, считали необычным веществом, близким к серебру и способным превратиться в золото, если сделать ее твердой. Однако способов получить чистую ртуть в твердом агрегатном состоянии не было, и алхимические изыскания не увенчались успехом.

Основные страны, где с самой древности применялась и добывалась ртуть, это:

• Китай;
• Месопотамия;
• Индия;
• Египет.

Однако получить данный металл именно в чистом виде удалось только в XVIII веке, это сделал шведский химик Брандт. При этом ни им, ни до этого момента так и не были приведены доказательства металличности вещества. Данный вопрос прояснили М. В. Ломоносов и Браун. Именно эти ученые первыми сумели заморозить ртуть и таким образом подтвердить, что для нее характерны все свойства металлов — блеск, электропроводность, ковкость и пластичность, металлическая кристаллическая решетка.

На сегодняшний день получены самые разные соединения ртути, она используется в разных областях технического производства.

Вещество ртуть

Как простое вещество представляет собой жидкость (при нормальных условиях) серебристо-белую, подвижную, легколетучую. Типичный пример, где используется жидкая ртуть в чистом виде, — это термометры, градусники для измерения температуры.

Если перевести ртуть в твердое состояние, то она будет представлять собой полупрозрачные кристаллы, не имеющие запаха. Пары этого вещества бесцветные, очень ядовитые.

Философский камень в пиаре ртути

История ртути неразрывно связана с развитием алхимии. Ученые упорно искали «философский камень», способный превращать любой металл в золото. В этих исследованиях они истратили тонны ртути. Философского камня не нашли, но очень продвинули вперед минералогию, химию и многие смежные науки.

Жидкая ртуть в ампуле Познавательно: Торричелли, ученик Галилея, изобрел ртутный барометр. Прибор настолько точен, что им до сих пор оборудуют метеостанции, по нему проверяют работу других барометров.

Месторождения

Уникальное, старейшее и крупнейшее в мире месторождение ртутных руд находится в Испании, в местности Альмаден. Добычу жидкого серебра там вели еще до новой эры.

Словенский город Идрия — крупнейший в Европе центр добычи ртути с XV века

Кроме этого, запасами ртути обладают:

• Дагестан;
• Словения;
• Армения;
• Киргизия;
• Чукотка.

Самородная ртуть происхождением из киноварных руд.

Рассказ И. Ефремова «Озеро горных духов» получил неожиданное продолжение. В 2018 году на Аляске, под вечной мерзлотой обнаружили огромное озеро ртути. Ее там больше, чем общих запасов жидкого металла на планете. Пока мерзлота держит металл, опасности нет. Стоит растаять льдам — «живое смертоносное серебро» попадет в океан. Это будет глобальная экологическая катастрофа, а возможно, и конец жизни на Земле.

Почем «кровь дракона»

Цена металлической ртути от 5 тыс. рублей за килограмм.

Соединения ртути имеют разную цену в зависимости от чистоты. ЧДА (чистый для анализа) — самые дорогие.

Применение

Ртуть широко применяется в разных сферах жизни:

1. В сельском хозяйстве (как гербицид, для протравки семян).
2. В медицине (лекарственные препараты).
3. Как катализатор в изготовлении уксусной кислоты.
4. Для изготовления приборов (термометры, полярографы, барометры, вакуумные насосы).
5. Люминесцентные лампы, выпрямители.
6. В качестве пигмента.
7. «Гремучая ртуть» применяется в качестве детонатора.
8. В атомно-водородной энергетике, чтобы разделить воду на водород и кислород.

В первых реакторах на БН (быстрых нейтронах) теплоносителем была ртуть..

Польза «крови дракона» несомненна в разных отраслях промышленности. Однако она перечеркивается высокой токсичностью металла и его соединений.

Переливание ртути из сосуда в сосуд

В медицине

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 1960-х годов соединения ртути использовались в медицине очень активно :

• хлорид ртути (I) (каломель) — слабительное;
• меркузал и промеран — ртутные диуретики;
• хлорид ртути (II), цианид ртути (II), амидохлорид ртути и жёлтый оксид ртути(II) — антисептики (в том числе в составе мазей);
• Чёрная ртутная мазь — взвесь металлической ртути в мазевой основе, широко использовалась до появления препаратов висмута и антибиотиков при лечении сифилиса и для дезинсекции при вшивости.

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 .

Планета Меркурий (проявление ртути) в виде врача с лекарством. Миниатюра XV в.

Препараты ртути применяли с XVI в. (в СССР вплоть до 1963 года, в США — до конца 70х годов ХХ века) для лечения сифилиса. Это было обусловлено тем, что бледная трепонема, вызывающая сифилис, обладает высокой чувствительностью к органическим и неорганическим соединениям, блокирующим сульфгидрильные группы тиоловых ферментов — соединениям ртути, мышьяка, висмута и йода. Однако такое лечение было недостаточно эффективно и весьма токсично для организма больного, приводя к полному выпадению волос и высокому риску развития серьезных осложнений; причём возможности повышения дозы препаратов ртути или мышьяка при недостаточной противосифилитической активности стандартных доз ограничивались именно токсичностью для организма больного [28] . Также применялись методики общей меркуризации организма, при которой больной помещался в нагревающуюся ёмкость, куда подавались пары ртути. Данная методика, хотя и была относительно эффективна, несла риск смертельного отравления ртутью, что привело к вытеснению её из клинической практики.

Амальгаму серебра применяют в стоматологии в качестве материала зубных пломб. Но после появления светоотверждаемых материалов это применение стало редким.

Ртуть-203 (T1/2 = 53 сек) используется в радиофармакологии[источник не указан 2742 дня].

В технике

• 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 тлеющего и дугового разряда. В спектре испускания паров ртути много ультрафиолетового света, и, чтобы преобразовать его в видимый, стекло ламп изнутри покрывают люминофором. Без люминофора ртутные лампы являются источником жёсткого ультрафиолета (254 нм), в каковом качестве и используются для обеззараживания помещений. Такие лампы делают из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолет, поэтому они называются кварцевыми.
• Ртутные электрические вентили применяются в мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электросварочных аппаратах, тяговых и выпрямительных подстанциях и т. п. со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ.
• Ртуть и сплавы на её основе использовались 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 XX века ртуть широко применялась в барометрах, манометрах и сфигмоманометрах (отсюда традиция измерять давление в миллиметрах ртутного столба). Сейчас чаще применяют анероиды, но ртуть остаётся незаменимой в барометрах и манометрах особо высокой точности (например, на метеорологических станциях).
• Низкое давление насыщенного пара определяет использование ртути в качестве вакуумного материала. Так, ртутные вакуумные насосы были основными источниками вакуума в XIX и начале XX 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.

В металлургии

• Металлическая ртуть применяется для получения целого ряда важнейших сплавов[каких?].
• 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 часто используют электролиз с диафрагмой, но доля едкого натра и хлора, получаемых электролизом с ртутным катодом, и ныне составляет около трети.
• 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.

В химической промышленности

• 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.
• При производстве хлора и едких щелочей путем электролиза иногда применяется жидкий ртутный катод .

В сельском хозяйстве

Высокотоксичные соединения ртути — каломель, сулему, мертиолят и другие — используют для протравливания семенного зерна и в качестве пестицидов.

Применение ртути в прошлом

В прошлые века ртуть не считалась опасным металлом, поэтому ее широко применяли в качестве эликсира от многих недугов. Древние греки и персы использовали ртуть в качестве мази.

Во ІІ веке китайские алхимики ценили ртуть за способность увеличивать продолжительность жизни и повышать жизненную силу.

Печально известным примером употребления ртути служит смерть китайского императора Цинь Шихуанди.

Он умер после того, как принял ртутную таблетку, утверждая, что она сделает его бессмертным.

Еще за много веков до нашей эры ртуть и ее минерал киноварь широко применяли в Древнем Египте. Она там была известна в третьем тысячелетии до н. э., а в Древней Индии – за две тысячи лет до н. э.

В Древнем Риме этот металл также применялся, о чем можно узнать благодаря «Естественной истории», написанной Плинием Старшим.

С эпохи Возрождения и до начала ХХ века ртуть использовали в основном для лечения заболеваний, которые могут передаваться половым путем, например сифилиса. После такого лечения многие из пациентов умирали.

Опасность ртути для человека

Ртуть опасна в первую очередь тем, что она очень токсична. Обладает наивысшей степенью опасности.

Проникает в организм человека путем вдыхания ее паров, которые не имеют запаха.

Ртуть токсична даже в малых концентрациях, плохо влияет на пищеварительную, нервную, иммунную системы, почки, легкие, глаза и кожу.

При этом повышается риск атеросклероза, гипертонии и туберкулёза.

Различают лёгкие, острые и хронические отравления ртутью. К лёгким относится пищеварительное отравление, а к острым причисляется отравление на предприятиях после аварии или вследствие несоблюдения техники безопасности.

Острое отравление этим опасным металлом может привести к летальному исходу. При отсутствии лечения нарушаются функции центральной нервной системы, снижается умственная активность, возникают судороги и истощение. Далее следуют облысение, полный паралич и утрата зрения.

Токсикология ртути

Основная статья: Отравление ртутью

Ртуть и многие её соединения ядовиты . Воздействие ртути — даже в небольших количествах — может вызывать серьёзные проблемы со здоровьем и представляет угрозу для внутриутробного развития плода и развития ребёнка на ранних стадиях жизни. Ртуть может оказывать токсическое воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, а также на лёгкие, почки, кожу и глаза. ВОЗ рассматривает ртуть в качестве одного из десяти основных химических веществ или групп химических веществ, представляющих значительную проблему для общественного здравоохранения  .

Наиболее ядовиты пары́ и растворимые соединения ртути. Сама металлическая ртуть менее опасна, однако она постепенно испаряется даже при комнатной температуре  . Пары могут вызвать тяжёлое отравление, для чего достаточно, например, ртути из одного разбитого медицинского термометра. Ртуть и её соединения (сулема, каломель, киноварь, цианид ртути) поражают нервную систему, печень, почки, желудочно-кишечный тракт, при вдыхании — дыхательные пути (а проникновение ртути в организм чаще происходит именно при вдыхании её паров, не имеющих запаха). По классу опасности ртуть относится к первому классу (чрезвычайно опасное химическое вещество). Опасный загрязнитель окружающей среды, особенно опасны выбросы в воду, поскольку в результате деятельности населяющих дно микроорганизмов происходит образование растворимой в воде и токсичной метилртути, накапливающейся в рыбе. Ртуть — типичный представитель кумулятивных ядов.

Органические соединения ртути (диметилртуть и др.) в целом намного токсичнее, чем неорганические, прежде всего из-за их липофильности и способности более эффективно взаимодействовать с элементами ферментативных систем организма.

В норме общее количество ртути в организме человека массой 70 кг составляет около 6 мг. В большинстве тканей организма её относительное содержание 0,2—0,7 мг/кг, в костях 0,5 мг/кг, в крови 0,008 мг/кг .

Гигиеническое нормирование концентраций ртути

Предельно допустимые уровни загрязнённости металлической ртутью и её парами[источник не указан 1397 дней]: Среда место продолжительность

воздействия

концентрация единицы

Воздух	в населённых пунктах и в жилых помещениях [38]	среднесуточная	0,0003	мг/м³
	воздуха в рабочей зоне	макс. разовая	0,01
		среднесменная	0,005
Вода	сточная, для неорганических соединений в пересчёте на Hg (II)		0,005	мг/л
	хозяйственно-питьевого и культурного водопользования		0,0005
	рыбохозяйственных водоёмов		0,00001
	морских водоёмов		0,0001

Демеркуризация

Очистка помещений и предметов от загрязнений металлической ртутью и источников ртутных паров называется демеркуризацией. В быту самой частой ситуацией для демеркуризации является ртуть, вылившаяся из разбитого ртутного термометра, что не представляет серьёзной опасности, но требует аккуратности и соблюдения правил безопасности. Необходимо аккуратно собрать все раскатившиеся шарики ртути (например, сложить на влажное бумажное полотенце, собирать удобно пипеткой, можно кисточкой, можно широким скотчем), нужно внимательно осмотреть самые дальние углы комнаты. Затем сложите всё, что касалось ртути, в пакет с молнией и закройте его, положите в другой пакет с молнией и его тоже закройте (на случай, если один из них порвётся), после чего позвоните по номеру 112в единую дежурную диспетчерскую службу и выясните, куда нужно сдавать собранную ртуть, и сдайте её на переработку. Также необходимо будет проветрить помещение в течение суток (открыть окна). Выбрасывать ртуть в бытовой мусор или сливать в канализацию нельзя. Также нельзя использовать пылесос для сбора ртути — он разобьёт ртуть на мельчайшие капли и ускорит её испарение, таким образом концентрация паров ртути повысится вплоть до опасного уровня. Необходимо обработать поверхность, на которой разлилась ртуть, 0,2 % раствором (2 г на 1 л воды) перманганата калия, что удобно сделать распылителем. Через день после проветривания промыть концентрированным раствором соды в мыльной воде. Антидотом при отравлении парами ртути, служит тиосульфат натрия, который наименее токсичен, из описанных антидотов (запрещено принимать в контакте с перманганатом калия или нитратами, запрещено вводить внутримышечно при единовременном использовании витамина B12). Проверить помещение на наличие паров от остатков ртутных шариков (ртуть тяжёлая и при падении термометра разлетается, закатывается в щели в паркете или ламинате).

Запрет использования содержащей ртуть продукции

Основная статья: Минаматская конвенция о ртути

С 2020 года международная конвенция, названная в память массового отравления ртутью и подписанная многими странами, запрещает производство, экспорт и импорт нескольких различных видов ртутьсодержащих продуктов, применяемых 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 давления. Конвенция вводит регулирование использования ртути и ограничивает ряд промышленных процессов и отраслей, в том числе горнодобывающую (особенно непромышленную добычу золота), производство цемента .

Физические свойства

По своим физическим свойствам данный металл — это единственный представитель, который при обычных условиях способен существовать в виде жидкости. По всем остальным свойствам он полностью подходит под общие характеристики остальных представителей категории.

Основные свойства следующие.

1. Агрегатное состояние: обычные условия — жидкость, твердые кристаллы — не выше 352оС, пары — свыше 79 К.
2. Растворяется в бензоле, диоксане, кристаллы в воде. Обладает способностью не смачивать стекло.
3. Обладает диамагнитными свойствами.
4. Теплопроводна.

Плавление ртути происходит при отрицательной температуре -38,83оС. Поэтому данное вещество относится к группе взрывоопасных при нагревании. Внутренний запас энергии соединения при этом увеличивается в несколько раз.

Кипение ртути начинается при температуре 356,73оС. В этот момент она начинает переходить в парообразное состояние, которое представляет собой совершенно невидимые глазом молекулы, соединенные ковалентной неполярной связью.

Температура плавления ртути показывает, что свойства этого металла явно необычные. Данное вещество начинает испаряться, переходя в невидимые молекулы газообразного состояния, уже при обычной комнатной температуре, что и делает ее особенно опасной для здоровья человека и животных.

Химические свойства

Известны следующие группы соединений на основе ртути в разных степенях окисления:

• сульфаты, сульфиды;
• хлориды;
• нитраты;
• гидроксиды;
• оксиды;
• комплексные соединения;
• металлоорганические вещества;
• интерметаллические;
• сплавы с другими металлами — амальгамы.

Температура плавления ртути позволяет ей образовывать как жидкие, так и твердые амальгамы. В таких сплавах металлы лишаются своей активности, становясь более инертными.

Реакция взаимодействия ртути с кислородом возможна только при достаточно высокой температуре, несмотря на сильную окислительную способность неметалла. При условиях свыше 380оС в результате такого синтеза образуется оксид металла со степенью окисления последнего +2.

С кислотами, щелочами, неметаллами в свободном виде металл не вступает в химическое взаимодействие, оставаясь в жидком состоянии.

С галогенами реагирует достаточно медленно и только на холоде, что и подтверждает температура плавления ртути. Хорошим окислителем для нее является перманганат калия.

Нахождение в природе

Содержится в земной коре, Мировом океане, рудах и минералах. Если говорить об общем процентном количестве ртути в земных недрах, то это примерно 0,000001%. В целом можно сказать, что данный элемент рассеянный. Основные минералы и руды, в состав которых входит этот металл, следующие:

• киноварь;
• кварц;
• халцедон;
• слюда;
• карбонаты;
• свинцово-цинковые руды.

В природе ртуть все время совершает круговорот и принимает участие в обменных процессах всех оболочек Земли.

Получение ртути

Основной способ получения — это обработка минерала киноварь. Также возможен металлургический способ при помощи восстановителей. Когда используют первый метод, то минерал подвергается жесткому обжигу в кислороде. В результате образуются пары металла. Так как температура плавления ртути очень низкая, а кипения, напротив, высокая, то сбор и конденсация паров при получении обжигом трудностей не вызывают. Данный способ обработки сульфида ртути применяли еще в древности для получения металла в чистом виде.

Второй метод основан на извлечении ртути также из сульфида при помощи использования сильного восстановителя. Такого, как железо. Сбор продукта осуществляется тем же способом, что и в предыдущем случае.

Биологическое воздействие на живые организмы

Температура ртути нужна достаточно низкая, чтобы перейти в парообразное состояние. Данный процесс начинается уже при 25оС, то есть при обычной комнатной температуре. В этом случае нахождение живых организмов в помещении становится опасным для здоровья.

Так, металл способен проникать внутрь существ через:

• кожные покровы, неповрежденные, совершенно целые;
• слизистые оболочки;
• дыхательные пути;
• пищеварительные органы.

Оказавшись внутри, пары ртути включаются в общий кровоток, а затем вступают в синтезы белковых и других молекул, образуя с ними соединения. Так происходит накопление вредного металла в печени и костях. Из мест хранения металл снова может включаться в обменные процессы, синтезы и распады, вызывая медленную интоксикацию организма, сопровождающуюся самыми тяжелыми последствиями.

Выводится из органов достаточно медленно и под действием катализаторов, адсорбентов. Например, молока. Основные жидкости, через которые осуществляется вывод металла в окружающую среду:

• слюна;
• желчь;
• моча;
• продукты желудочно-кишечного тракта.

Различают две основные формы отравления данным веществом: острая и хроническая. Каждая имеет свои особенности и проявления.

Распространенность в природе

В земной коре концентрация химического элемента низкая. Ртутные рудные минералы содержат до 2,5% живого серебра. Это отличает их от других пород. В основном меркурий находится в рассеянной форме, и лишь часть находится в месторождениях.

В магматических породах долевое содержание живого серебра равно между собой, а в осадочных толщах крупные концентрации металла сосредоточены в глинистых минералах. Воды Мирового океана содержат 0,1 мкг/л меркурия.

Высокая степень ионизации определяет особенности металла:

• • восстанавливаться до состояния самородного элемента;
  • устойчивость к кислотной среде и кислороду.

Химический элемент присутствует в составе сульфидных минералов (сфалерит, реальгар). Этот металл является индикатором месторождений ртути и скрытых рудных тел. В поверхностных условиях живое серебро и киноварь не растворяются в воде, но при наличии серной кислоты, озона способствует увеличению показателя растворимости минералов.

Меркурий обладает отличными сорбционными свойствами. В природе существует около 20 минералов, содержащих этот металл, но промышленная добыча производится на месторождениях киновари.

Одно из крупнейших месторождений находится в Испании. Технология производства металла предусматривает обжиг киновари с последующей конденсацией и сбором паров ртути.

Сферы использования живого серебра

Ртуть применяется для изготовления точных измерительных приборов для определения температуры и давления. Сегодня в электрохимическом производстве широко используются ртутные выпрямители тока.

Разнообразные свойства ртути дали возможность использовать ее в самых разных сферах промышленности

В медицинской отрасли для проведения профилактических работ в качестве источников ультрафиолетового спектра применяются ртутные (газоразрядные) лампы, всем известные градусники для измерения температуры тела содержат этот химический элемент.

В связи с тем, что меркурий токсичен, его не используют для изготовления медицинских препаратов. Хотя до середины 70-х годов ее активно применяли для производства мази от педикулеза.

Измерительные приборы для низкотемпературных условий содержат амальгаму таллия, которая в отличие от чистой ртути застывает при температуре – 60°C. Сочетание 2 токсичных металлов значительно расширяет границы использования.

За рубежом кипящую ртуть используют в качестве охладителя. Ее преимущество поддерживать постоянную температуру позволяет интенсивно отводить тепло от пространства катализатора. Для увеличения коэффициента отдачи в ртуть добавляют натрий для образования амальгамы.

С целью размягчения кадмия, олова и серебра меркурий используют в стоматологии при изготовлении пломб. Раньше ее применяли для золочения деталей часов и ювелирных изделий, а амальгамы золота и серебра использовались при производстве зеркал.

Живое серебро применяется в качестве катода для извлечения ряда активных компонентов электролитическим путем, а также для переработки вторичного алюминия.

Существуют технологии извлечения золота из россыпей с использованием свойства химического элемента образовывать амальгаму с благородным металлом. Этот метод был широко распространен в Индии, где в местах предполагаемого скопления золота проделывали специальные углубления, в которые заливали металлическую ртуть. Через некоторое время вытаскивали амальгаму, и путем выпаривания извлекали золото.

В нефтеперерабатывающей промышленности для регулировки температурных процессов используют пары ртути. В сельском хозяйстве ее используют для подготовки семян к посеву.

С давних времен и сегодня соли меркурия используют при изготовлении фетра, дублении кожи в качестве катализатора органического синтеза.

В прошлом ртуть не считалась вредным веществом, ее применяли для исцеления от недугов. В Средневековье алхимики использовали меркурий в поисках философского камня и превращения ее в золото.

Ртуть опасна для человека, она токсична и даже в ничтожных концентрациях плохо влияет на иммунную систему, почки, глаза, кожу и пищеварительный тракт.

Кипение и плавление металла

Переход ртути в жидкое состояние происходит в специальных термометрах

Технология физико-химических исследований при условиях высоких температур рассматривает давление плавления металла при разных температурах. Точность опытов обеспечивает применение на практике свойств химического элемента № 80.

Для измерения температуры выше +360°C пользуются термопарами или специальными термометрами, в которых пространство надо ртутью заполнено газом. С целью повышения температуры кипения металла в капилляр надо ртутью закачивают азот. При давлении 30 атмосфер температурный градиент увеличивается до +600°C.

Такого типа термометры требуют постепенного нагрева. Нижним пределом такого измерительного прибора является температура перехода живого серебра в твердое состояние.

Теплоемкость металла с увеличением температуры последовательно уменьшается и после определенного порога температурного градиента начинает медленно расти. Это свойство и жидкое состояние роднит ртуть с водой.

Причина необычных свойств ртути

Уже при -39 oC рассматриваемый металл начинает плавиться и переходит в жидкое состояние, а при температуре 357 oC он начинает кипеть и активно образует пар. Очевидно, что причиной такого поведения являются слабые металлические связи в кристаллической решетке, когда вещество находится в твердом состоянии.

Чтобы понять, почему ртуть жидкая, вспомним, что собой представляет металлическая связь. Согласно упрощенной и наглядной модели, эта химическая связь образуется, когда атомы металла легко отдают слабо связанные валентные электроны в межатомное пространство. Последние образуют электронный газ, который связывает в результате кулоновских взаимодействий положительно заряженные ионы в кристаллической решетке.

Теперь обратимся к атомному строению ртути. Атом этого уникального металла имеет электронную структуру [Xe]4f145d106s2. Видно, что все электронные оболочки его завершены, поэтому он очень «неохотно» отдает свои электроны. Чтобы оторвать один электрон из внешнего уровня, понадобится энергия аж в 10 эВ (для примера, температуре 300 К соответствует энергия 0,01 эВ). Поскольку ядро атома ртути прочно связано с валентными электронами, то никакой связи металлической в кристалле этого вещества не образуется. Твердое состояние металла возможно лишь при температуре ниже -39 oC за счет действия слабых сил Ван-дер-Ваальса.

Заметим, что подобной электронной структурой обладают также цинк и кадмий. Оба металла также являются легкоплавкими, однако их температура плавления все же выше, чем у ртути, что обусловлено отсутствием у атомов этих элементов заполненной f-орбитали.

Какая плотность ртути?

Поскольку при нормальных условиях ртуть является текучим веществом, то любопытно узнать, насколько она тяжелая. Плотность ртути в кг на кубический метр составляет 13546. Это значение говорит, что рассматриваемый металл является очень тяжелым. Если ртутью набрать сосуд объемом 1 литр, то его масса составит 13,5 килограмм.

Большая плотность рассматриваемого металла связана с тем, что его атомы имеют относительно большую массу, которая равна 200,59 а.е.м. Для доказательства этого утверждения проведем простой расчет. Он будет заключаться в сравнении плотности ртути и воды. Как известно, вода при 4 oC имеет плотность 1000 кг/м3, а молекулярная масса H2O равна 18 а.е.м. Разделим массу атома Hg на массу H2O, получим:

m(Hg)/m(H2O) = 200,59/18 = 11,14.

Плотности же рассматриваемых веществ отличаются в 13,5 раз. Мы получили очень близкую цифру, подтвердив тем самым изложенный выше факт. Поскольку расчетная цифра оказалась несколько меньше, чем экспериментальное значение, то это говорит о том, что среднее расстояние между атомами ртути в жидкости меньше, чем расстояние между молекулами воды.

Плотность ртути практически не зависит от температуры, что является справедливым для большинства жидкостей, поскольку коэффициент ее теплового расширения очень маленький (имеет порядок 10-4 K-1).

Твердая ртуть

При температуре ниже -39 oC рассматриваемое вещество кристаллизуется, то есть из жидкого состояния переходит в твердое. Смена агрегатного состояния сопровождается выделением небольшого количества теплоты (2,3 кДж/моль), что свидетельствует об образовании слабых химических связей в твердом теле. Для типичных металлов теплота образования на порядок больше, чем у ртути.

Переход в твердое состояние сопровождается небольшим уменьшением объема и, как следствие, незначительным увеличением плотности ртути. Она становится равной 14184 кг/м3, то есть возрастает всего на 4,8 % относительно этой величины для жидкости.

Как большая плотность проявляет себя на практике?

Будучи плотной жидкостью, ртуть также обладает огромным поверхностным натяжением. Когда ртуть разливают практически на любую поверхность, то она собирается в круглые капли.

Большая плотность приводит к тому, что любой железный предмет спокойно плавает на ее поверхности в результате действия на него архимедовой силы.