Рубрикатор
 
Города
Области
Документы
Статьи
О сайте
Почтовые индексы
Контакты

 
 

Ртуть

Ртуть — элемент побочной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 80. Обозначается символом Hg (лат. Hydrargyrum).

Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл), простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй элемент — бром). В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов.

История открытия ртути

Ртуть (англ. Mercury, франц. Mercure, нем. Quecksilber) входит в число семи металлов древности. Она была известна по крайней мере за 1500 лет до н.э., уже тогда ее умели получать из киновари. Ртуть употребляли в Египте, Индии, Месопотамии и Китае; она считалась важнейшим исходным веществом в операциях священного тайного искусства по изготовлению препаратов, продлевающих жизнь и именуемых пилюлями бессмертия. В IV - Ш вв. до н.э. о ртути как о жидком серебре ( от греч. вода и серебро) упоминают Аристотель и Теофраст. Позднее Диоскорид описал получение ртути из киновари путем нагревания последней с углем. Ртуть считали основой металлов, близкой к золоту и поэтому называли меркурием (Mercurius), по имени ближайшей к солнцу (золоту) планеты Меркурий. С другой стороны, полагая, что ртуть представляет собой некое состояние серебра, древние люди именовали ее жидким серебром (откуда произошло лат. Hydrargirum). Подвижность ртути вызвала к жизни другое название - живое серебро (лат. Argentum vivum); немецкое слово Quecksilber происходит от нижнесаксонского Quick (живой) и Silber (серебро). Интересно, что болгарское обозначение ртути - живак - и азербайджанское - дживя - заимствованы, вероятно, от славян.

Текучесть Ртути

В эллинистическом Египте и у греков употреблялось название скифская вода, что позволяет думать о вывозе ртути в какой-то период времени из Скифии. В арабский период развития химии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой ртуть почиталась матерью металлов, а сера (сульфур) их отцом. Сохранилось множество тайных арабских названий ртути, что свидетельствует о ее значении в алхимических тайных операциях. Усилия арабских, а позднее и западноевропейских алхимиков сводились к так называемой фиксации ртути, т. е. к превращению ее в твердое вещество. По мнению алхимиков, получающееся при этом чистое серебро (философское) легко превращалось в золото. Легендарный Василий Валентин (XVI в.) основал теорию трех начал алхимиков (Tria principia) - ртути, серы и соли; эту теорию развил затем Парацельс. В подавляющем большинстве алхимических трактатов, излагающих способы трансмутации металлов, ртуть стоит на первом месте либо как исходный металл для любых операций, либо как основа философского камня (философская ртуть).

Распространённость ртути в природе

Природные источники, такие как вулканы, составляют примерно половину всех выбросов атмосферной ртути. За оставшуюся половину ответственна 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 %.

Ртуть относительно редкий элемент в Земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако в виду 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 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.

Есть свидетельства существования природного скопления ртути в виде маленького ртутного озера.

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 поверхностных условиях киноварь и металлическая ртуть растворимы в воде даже при отсутствии сильных окислителей, но при их наличии ([Fe2(SO4)3], озон, перекись водорода) растворимость этих минералов достигает десятков мг/л. Особенно хорошо растворяется ртуть в сульфидах едких щелочей с образованием, например, комплекса HgS • nNa2S. Ртуть легко сорбируется глинами, гидроокислами 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.

Физические свойства ртути

Это единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Обладает свойствами диамагнетика. Образует со многими металлами жидкие сплавы — амальгамы.

Ртуть в 13,6 раза тяжелее воды.

У него довольно большой коэффициент температурного расширения – всего в полтора раза меньше, чем у воды, и на порядок, а то и два больше, чем у обычных металлов.

Химические свойства ртути

Ртуть — малоактивный металл (см. ряд напряжений).

При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом: 2Hg + O2 → 2HgO Образуется оксид ртути(II) красного цвета. Эта реакция обратима: при нагревании выше 340 °C оксид разлагается до простых веществ. Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода.

При нагревании ртути с серой образуется сульфид ртути(II).

Ртуть не растворяется в растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке и азотной кислоте, образуя соли двухвалентной ртути. При растворении избытка ртути в азотной кислоте на холоде образуется нитрат Hg2(NO3)2.

Из элементов IIБ группы именно у ртути появляется возможность разрушения очень устойчивой 6d10 — электронной оболочки, что приводит к возможности существования соединений ртути (+4). Так, кроме малорастворимого Hg2F2 и разлагающегося водой HgF2 существует и HgF4, получаемый при взаимодействии атомов ртути и смеси неона и фтора при температуре 4К[2].

Применение ртути

Ртуть применяется в изготовлении термометров, парами ртути наполняются ртутно-кварцевые и люминесцентные лампы. В них ртуть применяется как в чистом виде, так и в виде смесей с газами (в основном, с аргоном), для увеличения светоотдачи. Ртутные лампы используются в качестве источников интенсивного УФ излучения. Ртутные контакты служат датчиками положения. Кроме того, металлическая ртуть применяется для получения целого ряда важнейших сплавов.

Ранее различные амальгамы металлов, особенно амальгамы золота и серебра, широко использовались в ювелирном деле, в производстве зеркал и зубных пломб. В технике ртуть широко применялась для барометров и манометров. Соединения ртути использовались как антисептик (сулема), слабительное (каломель), в шляпном производстве и т.д., но в связи с её высокой токсичностью к концу XX века были практически вытеснены из этих сфер (замена амальгамирования на напыление и электроосаждение металлов, полимерные пломбы в стоматологии).

Также, ртуть широко применяется в производстве термометров. Температура плавления ртути — –38 градусов, кипения — +356.58. Но существуют способы расширить эти границы и производить термометры, работающие как при более низких, так и при более высоких температурах. Для понижения температуры плавления, в ртуть добавляют таллий.

Металлическая ртуть служит катодом для электролитического получения ряда активных металлов, хлора и щелочей, в некоторых химических источниках тока (например, ртутно-цинковых — тип РЦ), в эталонных источниках напряжения (Вестона элемент). Ртутно-цинковый элемент (эдс 1,35 Вольт) обладает очень высокой энергией по объёму и массе (130 Вт/час/кг, 550 Вт/час/дм).

Ртутью иногда легируют другие металлы. Небольшие добавки элемента увеличивают твердость сплава свинца со щелочноземельными металлами. Даже при паянии бывает подчас нужна ртуть: припой из 93% свинца, 3% олова и 4% ртути – лучший материал для пайки оцинкованных труб.

Ртуть используется для переработки вторичного алюминия и добычи золота (см. амальгамная металлургия).

Одна из главных деталей взрывателя для зенитного снаряда – это пористое кольцо из железа или никеля. Поры заполнены ртутью. Выстрел – снаряд двинулся, он приобретает все большую скорость, все быстрее вращается вокруг своей оси, и тяжелая ртуть выступает из пор. Она замыкает электрическую цепь – взрыв.

Ртуть используется в качестве балласта в подводных лодках и регулирования крена и дифферента некоторых аппаратов. Перспективно использование ртути в сплавах с цезием в качестве высокоэффективного рабочего тела в ионных двигателях.

Раньше ртутными красками покрывали днища кораблей, чтобы они не обрастали ракушками. Иначе корабль снижает скорость, расходуется больше топлива. Самая известная из красок такого типа делается на основе кислой ртутной соли мышьяковистой кислоты HgHAsO4. Правда, в последнее время для этой цели применяют и синтетические красители, в составе которых ртути нет.

Ртуть-203 (T1/2 = 53 сек) используется в радиофармакологии. Медицина использует также фосфорнокислые соли ртути, ее сульфат, иодид и другие. В наше время большинство неорганических соединений ртути постепенно вытесняются из медицины ртутными же органическими соединениями, неспособными к легкой ионизации и поэтому не столь токсичными и меньше раздражающими ткани.

Также используются и соли ртути:

  • Иодид ртути используется как полупроводниковый детектор радиоактивного излучения.
  • Фульминат ртути («Гремучая ртуть») издавна применяется в качестве инициирующего ВВ (Детонаторы).
  • Бромид ртути применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (атомно-водородная энергетика).

Некоторые соединения ртути применяются как лекарства (например, мертиолят для консервации вакцин), но в основном из-за токсичности ртуть была вытеснена из медицины (сулема, оксицианид ртути — антисептики, каломель — слабительное и др.) в середине-конце XX века.

Применение соединений ртути

Ртуть и её соединения применяются в технике, химической промышленности, медицине. Желтый 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. 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. Многие органические соединения ртути используются в качестве пестицидов и средств для обработки семян. Отдельные органические соединения ртути применяются как диуретические средства.

Амальгамы из ртути

Еще одно замечательное свойство ртути: способность растворять другие металлы, образуя твердые или жидкие растворы – амальгамы. Некоторые из них, например амальгамы серебра и кадмия, химически инертны и тверды при температуре человеческого тела, но легко размягчаются при нагревании. Из них делают зубные пломбы.

Амальгаму таллия, затвердевающую только при –60°C, применяют в специальных конструкциях низкотемпературных термометров.

Старинные зеркала были покрыты не тонким слоем серебра, как это делается сейчас, а амальгамой, в состав которой входило 70% олова и 30% ртути, В прошлом амальгамация была важнейшим технологическим процессом при извлечении золота из руд. В XX столетии она не выдержала конкуренции и уступила более совершенному процессу – цианированию.

Некоторые металлы, в частности железо, кобальт, никель, практически не поддаются амальгамации. Это позволяет транспортировать жидкий металл в емкостях из простой стали. (Особо чистую ртуть перевозят в таре из стекла, керамики или пластмассы.) Кроме железа и его аналогов, не амальгамируются тантал, кремний, рений, вольфрам, ванадий, бериллий, титан, марганец и молибден, то есть почти все металлы, применяемые для легирования стали. Это значит, что и легированной стали ртуть нестрашна.

Зато натрий, например, амальгамируется очень легко. Амальгама натрия легко разлагается водой. Эти два обстоятельства сыграли и продолжают играть очень важную роль в хлорной промышленности.

При выработке хлора и едкого натра методом электролиза поваренной соли используют катоды из металлической ртути. Для получения тонны едкого натра нужно от 125 до 400 г элемента №80. Сегодня хлорная промышленность – один из самых массовых потребителей металлической ртути.

Киноварь – красная ртуть

Киноварь HgS. Благодаря ей человек познакомился с ртутью много веков назад. Способствовали этому и ее ярко-красный цвет, и простота получения ртути из киновари. Кристаллы киновари иногда бывают покрыты тонкой свинцово-серой пленкой. Это – метациннабарит, о нем ниже. Достаточно, однако, провести по пленке ножом, и появится ярко-красная черта.

В природе сернистая ртуть встречается в трех модификациях, отличающихся кристаллической структурой. Помимо общеизвестной киновари с плотностью 8,18, существуют еще и черный метациннабарит с плотностью 7,7 и так называемая бета-киноварь (ее плотность 7,2). Русские мастера, приготовляя в старину из киноварной руды красную краску, особое внимание обращали на удаление из руды «искр» и «звездочек». Они не знали, что это аллотропические изменения той же самой сернистой ртути; при нагревании без доступа воздуха до 386°C эти модификации превращаются в «настоящую» киноварь.

Некоторые соединения ртути меняют окраску при изменении температуры. Таковы красная окись ртути HgO и медно-ртутный иодид HgI2 · 2CuI.

Токсичность ртути

Пары ртути, а также металлическая ртуть очень ядовиты, могут вызвать тяжёлое отравление. Ртуть и её соединения (сулема, каломель, 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.

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. Токсичность нитрата ртути (II) примерно такая же, как и токсичность сулемы.

Предельно допустимые уровни загрязнённости металлической ртутью и её парами:

  • ПДК в населенных 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/мл
  • ПДК водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования, в воде водоемов — 0,0005 мг/л
  • ПДК рыбохозяйственных водоемов — 0,00001 мг/л
  • ПДК морских водоемов — 0,0001 мг/л
  • ПДК в почве — 2,1 мг/кг

Мировое производство ртути

Месторождения ртути известны более чем в 40 странах мира. Мировые ресурсы ртути оцениваются в 715 тыс т количественно учтенные запасы - в 324 тыс. т., из которых 26% сосредоточено в Испании, по 13% в Киргизии и России, 8% - в Украине, примерно по 5-6,5% - в Словакии, Словении, Китае, Алжире, Марокко, Турции. Обеспеченность запасами ртути максимального уровня ее потребления, достигнутого в 1990-е годы, составляет для мира около 80 лет. С начала 1970-х гг. из-за экологических факторов конъюнктура рынка ртути стала заметно ухудшаться. Если в начале 1970-х гг. мировое производство первичной ртути (добыча на рудниках и плавка) оценивалось на уровне 10000 т в год, то к концу 1980-х гг. оно уменьшилось более чем в два раза. Это сопровождалось снижением цен на ртуть: с 11 -12 тыс. долларов США за 1 т в 1980-1982 гг. до 4-5 тыс. долларов в 1994-1996 гг.

Мировое производство ртути в 2009 году составило уже 3049 т, а

выявленные ресурсы ртути оцениваются в 675 тыс. т (главным образом в

Испании, Италии, Югославии, Киргизии, на Украине и в России).

Крупнейшие производители ртути – Испания (1497 т), Китай (550 т), Алжир

(290 т), Мексика (280 т), Кыргызстан( 270т) и др.

История производства ртути в России

Первые сведения об организации ртутного производства в России относятся к 1725 г., согласно которым купец Петр Анисимов завел ртутную фабрику, причем источники сырья он держал в секрете. Добыча ртутной руды (киновари) в России началась в 1759 г. на Ильдиканском месторождении в Забайкалье и в незначительных объемах продолжалась (периодически) до 1853 г. В конце XIX – начале ХХ вв. киноварь в небольших количествах добывалась из аллювиальных россыпей в Амурской области. Примерно в это же время осуществлялась отработка отдельных участков ртутных месторождений Бирксуйского рудного поля (Южная Фергана) и месторождения Хпек (Южный Дагестан). В 1879 г. было открыто Никитовское ртутное месторождение (Донбасс), эксплуатация которого (одновременно с выплавкой металла) началась в 1887 г. В 1887-1908 гг. годовое производство ртути на Никитовском руднике варьировалось в пределах 47,3-615,9 т). Расчеты, основанные на данных, показывают, что с 1887 по 1917 г. здесь было получено 6762 т металлической ртути, существенная часть которой шла на экспорт (с 1889 г. по 1907 г. за границу было вывезено более  5145 т ртути). В начале ХХ в. Россия также импортировала киноварь и ртуть [8]. Например, в 1913 г. в страну было ввезено 56 т киновари и 168 т ртути, в 1914 г. – 41 т киновари и 129 т ртути. В 1900-1908 гг. потребление ртути в России колебалось в пределах 49-118 т/год. В это время ртуть применялась в медицине и фармацевтике, при изготовлении зеркал и красок, при производстве термометров, барометров, манометров и других приборов, использовалась для натирания подушек электрических машин, извлечения золота и серебра амальгамным способом, золочения меди и бронзы, очистки войлока, в золотошвейном деле и лабораторной практике.

 

 Copyright © ProTown.ru 2008-2015
 При перепечатке ссылка на сайт обязательна. Связь с администрацией сайта.