Единственный жидкий металл это

Обновлено: 18.05.2024

РТУТЬ -и; ж. Химический элемент (Hg), жидкий тяжёлый металл серебристо-белого цвета (широко применяется в химии и электротехнике). Живой, как ртуть. (очень подвижный).

(лат. Hydrargyrum), химический элемент II группы периодической системы. Серебристый жидкий металл (отсюда латинское название; от греческого hýdōr — вода и árgyros — серебро). Плотность при 20°C 13,546 г/см 3 (тяжелее всех известных жидкостей), t_пл –38,87°C, t_кип 356,58°C. Пары ртути при высокой температуре и при электрическом разряде излучают голубовато-зелёный свет, богатый ультрафиолетовыми лучами. Химически стойка. Основной минерал — киноварь HgS; встречается также ртуть самородная. Используется при изготовлении термометров, манометров, газоразрядных приборов, в производстве хлора и гидроксида натрия (как катод). Сплавы ртути с металлами — амальгамы. Ртуть и многие её соединения ядовиты.

РТУ́ТЬ (лат. Hydrargyrum), Hg (читается «гидраргирум»), химический элемент с атомным номером 80, атомная масса 200,59.
Природная ртуть состоит из смеси семи стабильных нуклидов: 196 Hg (содержание 0,146% по массе), 198 Hg (10,02%), 199 Hg (16,84%), 200 Hg (23,13%), 201 Hg (13,22%), 202 Hg (29,80%) и 204 Hg (6,85%). Радиус атома ртути 0,155 нм. Радиус иона Hg + — 0,111 нм (координационное число 3), 0,133 нм (координационное число 6), иона Hg 2+ — 0,083 нм (координационное число 2), 0,110 нм (координационное число 4), 0,116 нм (координационное число 6) или 0,128 нм (координационное число 8). Энергии последовательной ионизации нейтрального атома ртути равны 10,438, 18,756 и 34,2 эВ. Расположена во IIВ группе, 6 периода периодической системы. Конфигурация внешнего и предвнешнего электронных слоев 5s 2 p 6 d 10 6s 2 . В соединениях проявляет степени окисления +1 и +2. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,9.
История открытия
Ртуть известна человечеству с древнейших времен. Обжиг киновари (см. КИНОВАРЬ) HgS, приводящий к получению жидкой ртути, использовали еще в 5 в. до н. э. в Междуречье (см. МЕСОПОТАМИЯ) . Использование киновари и жидкой ртути описано в древних документах Китая, Ближнего Востока. Первое подробное описание получения ртути из киновари описано Теофрастом (см. ТЕОФРАСТ) около 300 лет до н. э.
В древности ртуть использовали для добычи золота (см. ЗОЛОТО (химический элемент)) из золотых руд. Этот способ основан на ее способности растворять многие металлы, образуя жидкие или легкоплавкие амальгамы (см. АМАЛЬГАМА) . При прокаливании амальгамы золота летучая ртуть испаряется, золото остается. Во второй половине 15 в в Мексике применяли амальгамирование для извлечения из руды серебра (см. СЕРЕБРО) .
Алхимики считали ртуть составной частью всех металлов, полагая, что изменением ее содержания можно осуществить превращение ртути в золото. Только в 20 в. физики установили, что в процессе ядерной реакции атомы ртути действительно превращаются в атомы золота. Но такой способ чрезвычайно дорог.
Жидкая ртуть — очень подвижная жидкость. Алхимики называли ртуть «меркурием» по имени римского бога Меркурия, славившегося своей быстротой в перемещении. В английском, французском, испанском и итальянском языках для ртути используется название «mercury». Современное латинское название происходит от греческих слов «хюдор» — вода и «аргирос» — серебро, т. е. «жидкое серебро».
Ртутные препараты использовали в медицине в средние века (ятрохимия (см. ЯТРОХИМИЯ) ).
Нахождение в природе
Редкий рассеянный элемент. Содержание ртути в земной коре 7,0·10 –6 % по массе. В природе ртуть встречается в свободном состоянии. Образует более 30 минералов. Основной рудный минерал киноварь. Минералы ртути в виде изоморфных примесей встречаются в кварце, халцедоне, карбонатах, слюдах, свинцово-цинковых рудах. Желтая модификация HgO встречается в природе в виде минерала монтроидита. В обменных процессах литосферы, гидросферы, атмосферы участвует большое количество ртути. Содержание ртути в рудах от 0,05 до 6—7%.
Получение
Первоначально ртуть получали из киновари (см. КИНОВАРЬ) , помещая ее куски в вязанки хвороста и обжигая киноварь в кострах.
В настоящее время ртуть получают окислительно-восстановительным обжигом руд или концентратов при 700—800 о С в печах кипящего слоя, трубчатых или муфельных. Условно процесс может быть выражен:
HgS + O₂ = Hg + SO₂
Выход ртути при таком способе составляет около 80%. Более эффективен способ получения ртути путем нагревания руды с Fe (см. ЖЕЛЕЗО) и CaO:
HgS + Fe = Hg – + FeS,
4HgS + 4CaO = 4Hg – + 3CaS + CaSO₄.
Особо чистую ртуть получают электрохимическим рафинированием на ртутном электроде. При этом содержание примесей составляет от 1·10 –6 до 1·10 –7 %.
Физические и химические свойства
Ртуть — серебристо-белый металл, в парах бесцветный. Единственный жидкий при комнатной температуре металл. Температура плавления –38,87°C, кипения 356,58°C. Плотность жидкой ртути при 20°C 13,5457 г/см 3 , твердой ртути при –38,9°C — 14,193 г/см 3 .
Твердая ртуть — бесцветные кристаллы октаэдрической формы, существующая в двух кристаллических модификациях. «Высокотемпературная» модификация обладает ромбоэдрической решеткой a-Hg, параметры ее элементарной ячейки (при 78 К) а= 0,29925 нм, угол b = 70,74 о . Низкотемпературная модификация b-Hg обладает тетрагональной решеткой (ниже 79К).
С использованием ртути голландский физик и химик Х.Камерлинг-Оннес (см. КАМЕРЛИНГ-ОННЕС Хейке) в 1911 впервые наблюдал явление сверхпроводимости (см. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ) . Температура перехода a-Hg в сверхпроводящее состояние 4,153К, b-Hg — 3,949К. При более высоких температурах ртуть ведет себя как диамагнетик (см. ДИАМАГНЕТИК) . Жидкая ртуть не смачивает стекло и практически не растворяется в воде (в 100 г воды при 25°C растворяется 6·10 –6 г ртути).
Стандартный электродный потенциал пары Hg 2+ ₂/Hg 0 = +0.789 B, пары Hg 2+ /Hg 0 = +0.854B, пары Hg 2+ /Hg 2+ ₂= +0.920B. В неокисляющих кислотах ртуть не растворяется с выделением водорода (см. ВОДОРОД) . (см. КИСЛОРОД)
Кислород (см. КИСЛОРОД) и сухой воздух при обычных условиях ртуть не окисляют. Влажный воздух и кислород при ультрафиолетовом облучении или электронной бомбардировке окисляют ртуть с поверхности с образованием оксидов.
Ртуть окисляется кислородом воздуха при температуре выше 300°C, образуя оксид ртути HgO красного цвета:
2Hg + O₂ = 2HgO.
Выше 340°C этот оксид разлагается на простые вещества.
При комнатной температуре ртуть окисляется озоном (см. ОЗОН) .
Ртуть не реагирует при нормальных условиях с молекулярным водородом, но с атомарным водородом образует газообразный гидрид HgH. Ртуть не взаимодействует с азотом, фосфором, мышьяком, углеродом, кремнием, бором, германием.
С разбавленными кислотами ртуть не реагирует, но растворяется в царской водке (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА) и в азотной кислоте. Причем, в случае с кислотой продукт реакции зависит от концентрации кислоты и соотношения ртути и кислоты. При избытке ртути, на холоду, протекает реакция:
6Hg + 8HNO₃ _{разбавл.} = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
При избытке кислоты:
3Hg + 8HNO₃ = 3Hg(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) ртуть активно взаимодействует с образованием галогенидов (см. ГАЛОГЕНИДЫ) . При реакциях ртути с серой (см. СЕРА) , селеном (см. СЕЛЕН) и теллуром (см. ТЕЛЛУР) возникают халькогениды (см. ХАЛЬКОГЕНИДЫ) HgS, HgSe, HgTe. Эти халькогениды праrтически не растворимы в воде. Например, значение ПР HgS = 2·10 –52 . Сульфид ртути растворяется только в кипящей HCl, царской водке (при этом образуется комплекс [HgCl₄] 2– ) и в концентрированных растворах сульфидов щелочных металлов:
HgS + K₂S = K₂[HgS₂].
Сплавы ртути с металлами называют амальгамами (см. АМАЛЬГАМА) . Стойкие к амальгамированию металлы — железо (см. ЖЕЛЕЗО) , ванадий (см. ВАНАДИЙ) , молибден (см. МОЛИБДЕН) , вольфрам (см. ВОЛЬФРАМ) , ниобий (см. НИОБИЙ) и тантал (см. ТАНТАЛ (химический элемент)) . Со многими металлами ртуть образует интерметаллические соединения меркуриды.
Ртуть образует два оксида: оксид ртути(II) HgO и неустойчивый на свету и при нагревании оксид ртути(I) Hg₂O (черные кристаллы).
HgO образует две модификации — желтую и красную, отличающиеся размерами кристаллов. Красная модификация образуется при добавлении к раствору соли Hg 2+ щелочи:
Hg(NO₃)₂ + 2NaOH = HgOЇ + 2NaNO₃ + H₂O.
Желтая форма химически более активна, при нагревании краснеет. Красная форма при нагревании чернеет, но приобретает прежний цвет при охлаждении.
При добавлении щелочи к раствору соли ртути(I) образуется оксид ртути (I) Hg₂O:
Hg₂(NO₃)₂ + 2NaOH = Hg₂O + H₂O + 2NaNO₃.
На свету Hg₂O распадается на ртуть и HgO, давая осадок черного цвета.
Для соединений ртути(II) характерно образование устойчивых комплексных соединений (см. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ) :
2KI + HgI₂ = K₂[HgI₄],
2KCN + Hg(CN)₂ = K₂[Hg(CN)₄].
Соли ртути(I) содержат группировку Hg₂ 2+ со связью –Hg–Hg–. Получают эти соединения, восстанавливая соли ртути(II) ртутью:
HgSO₄ + Hg + 2NaCl = Hg₂Cl₂ + Na₂SO₄,
HgCl₂ + Hg = Hg₂Cl₂.
В зависимости от условий, соединения ртути(I) могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства:
Hg₂Cl₂ + Cl₂ = 2HgCl₂,
Hg₂Cl₂ + SnCl₂ = 2Hg + SnCl₄. (см. ПЕРОКСИДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ)
Пероксид (см. ПЕРОКСИДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ) HgO₂ — кристаллы; неустойчив, взрывается при нагревании и ударе.
Применение
Ртуть используют для изготовления катодов при электрохимическом получении едких щелочей и хлора, а также для полярографов, в диффузионных насосах, барометрах и манометрах; для определения чистоты фтора и его концентрации в газах. Парами ртути наполняют колбы газоразрядных ламп (ртутных и люминесцентных) и источников УФ излучения. Ртуть применяют при нанесении золотых покрытий и при добычи золота из руды. (см. РТУТИ ХЛОРИДЫ)
Сулема (см. РТУТИ ХЛОРИДЫ) — важнейший антисептик, применяют при разбавлениях 1:1000. Оксид ртути (II), киноварь HgS применяются для лечения глазных и кожных и венерических заболеваний. Киноварь также используют для приготовления чернил и красок. В древности из киновари готовили румяна. Каломель (см. КАЛОМЕЛЬ) используется в ветеринарии в качестве слабительного средства.
Физиологическое действие
Ртуть и ее соединения высокотоксичны. Пары и соединения ртути накапливаясь в организме человека, сорбируются легкими, попадают в кровь, нарушают обмен веществ и поражают нервную систему. Признаки ртутного отравления проявляются уже при содержании ртути в концентрации 0.0002–0.0003 мг/л. Пары ртути фитотоксичны, ускоряют старение растений.
При работе с ртутью и ее соединениями следует предотвращать ее попадание в организм через дыхательные пути и кожу. Хранят в закрытых сосудах.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Полезное

Смотреть что такое "ртуть" в других словарях:

ртуть — ртуть, и … Русский орфографический словарь

ртуть — ртуть/ … Морфемно-орфографический словарь

РТУТЬ — РТУТЬ, Hydrargyrum (от греч. hydor вода и argyros серебро), Mercurium, Hydrargyrum VІvum, s. metallicum, Mercurius VІvus, Argentum VІvum, серебристо белый жидкий металл, симв. Hg, ат. в. 200,61; уд. в. 13,573; ат. объем 15,4; t° замерз.… … Большая медицинская энциклопедия

РТУТЬ — см. РТУТЬ (Hg) содержится в сточных водах химических заводов по производству красок, хлора и каустической соды, фармацевтических препаратов, взрывчатых веществ, приборостроительных и электротехнических предприятий, горнодобывающих и целлюлозно… … Болезни рыб: Справочник

Ртуть — является единственным металлом, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Ее получают путем обжига природного сульфида ртути (киновари) и отделяют от других металлов, содержащихся в руде (свинец, цинк, олово, висмут), путем… … Официальная терминология

РТУТЬ — (символ Hg), жидкий металлический химический элемент, известный с давних времен. Основной рудой ртути является киноварь (сульфид), из которого ртуть получается посредством обжига. Этот серебристый элемент является единственным металлом, имеющим… … Научно-технический энциклопедический словарь

РТУТЬ — (лат. Hydrargyrum) Hg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 80, атомная масса 200,59. Серебристый жидкий металл (отсюда латинское название; от греч. hydor вода и argyros серебро). Плотность 13,5 г/м² (тяжелее всех … Большой Энциклопедический словарь

ртуть — живой металл, меркурий, сулема, гигрол, ступпа, каломель, (гремучее, живое) серебро Словарь русских синонимов. ртуть живое (или гремучее) серебро (устар.); Меркурий (устар. книжн.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.:… … Словарь синонимов

РТУТЬ — (Hydrargyrum), Hg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 80, атомная масса 200,59; единственный из металлов жидкий при комнатной температуре, температура плавления 38,87 шC, температура кипения 356,58 шC, очень летуча … Современная энциклопедия

Ртуть — Hg (лат. hydrargyrum, от греч. hydor вода и argyros серебро * a. mercury; н. Quecksilber; ф. mercure; и. mercurio), хим. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 80, ат. м. 200,59. В природе 7 стабильных изотопов: 196Нg… … Геологическая энциклопедия

Жидкий металл: подводные камни. Взгляд глазами химика

Написать эту статью меня сподвиг пост NotSlow Не так страшен жидкий металл. Там все просто: подстраховался от замыкания, нанес тонким слоем, прикрутил и радуйся низким температурам. Но так ли все хорошо на самом деле?

Для начала нужно выяснить, что это за жидкий металл такой. Среди чистых металлов единственный, который может быть жидким при комнатной температуре — это ртуть. В здравом уме никто сейчас не станет применять ртуть в качестве термоинтерфейса из-за ее крайней токсичности и испаряемости. Два других становятся жидкими уже при температуре человеческого тела — это цезий и галлий. Цезий — это «фтор наоборот» по своей химической активности, он возгорается и взрывается от малейших следов воздуха и влаги и даже разрушает стекло. Остается галлий (на КПДВ именно он). При комнатной температуре галлий все же твердый, однако с некоторыми другими легкоплавкими металлами он образует эвтектики, плавящиеся при 20,5°С (галлий-олово) и даже 15,3 °С (галлий-индий). Еще ниже — в районе 5 °С — плавится тройная эвтектика галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно). Имеющиеся в продаже термоинтерфейсы типа «жидкий металл» — это как раз и есть сплавы на основе этих трех элементов, возможно с некоторыми дополнительными присадками.

Исходя из этого, ясны и подводные камни. Первый из них — это абсолютная несовместимость галлийсодержащих сплавов с алюминием!

Во времена, когда уроки химии в школе непременно сопровождались демонстрацией опытов, был среди них и опыт по амальгамированию алюминия. Алюминий покрывали слоем ртути и он тотчас начинал бурно окисляться, рассыпаясь прямо на глазах. Ртуть защищала алюминий от образования оксидного слоя и он образовывался уже на поверхности амальгамы, но не был способен остановить окисление, так как на поверхности жидкости он не удерживался сплошным слоем, растрескивался, и в трещинах открывалась свежая, неокисленная поверхность амальгамы.

Ровно так же действует и галлиевый сплав с той только разницей, что он способен буквально пропитывать алюминий насквозь, проникая в межкристаллитные промежутки. Алюминий, пропитанный жидким галлием, не только окисляется на глазах, но еще и крошится в руках.
Так что ЖМ следует держать от алюминия подальше. И это касается не только алюминиевых радиаторов: случайная капелька «жидкого металла» может уничтожить и корпус ноутбука, если тот из алюминиевого сплава, и любую другую алюминиевую деталь. Хотя бы корпус какого-нибудь конденсатора. Причем капелька эта является классическим катализатором — делает свое черное дело, не расходуясь сама.

Но и медь к галлию небезразлична. На рисунке выше я привел T-x диаграмму системы медь-галлий (из справочника «Диаграммы состояния двойных металлических систем» под ред. Лякишева), на которой видно бесчисленное множество интерметаллических соединений. Как только галлий вступит в контакт с медью, они тут же начинают образовываться. Жидкий галлий (к его сплавам это тоже относится) вообще очень охотно смачивает и металлы, и неметаллы, а явное химическое сродство этому крайне способствует. Так что «жидкий металл» будет просто впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло- и электропроводностью, но главное — «жидкий металл» будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора. Многие из тех, кто пробовал в деле ЖМ, сообщают, что со временем он перестает работать, и сняв радиатор, они обнаружили, что жидкий металл «испарился». Испариться он не мог — заметное давление пара у его компонентов появляется только свыше тысячи градусов — он просто впитался в медь, прореагировал с ней. Устранить это явление помогает никелевое покрытие на меди, хоть оно и является дополнительным препятствием для тепла.

Кстати, впитываемость галлия и его сплавов в металлы еще касается паяных соединений — помните про ту маленькую капельку, которая может разрушить алюминиевый корпус? Так вот, такая же капелька, попавшая на припой, сделает и его хрупкой, а пайку ненадежной. В какой-то момент это «сработает». Поэтому лично я бы держал «жидкий металл» как можно дальше от любой электроники.

И последнее, о чем следовало бы написать: «жидкий металл», увы, небезвреден. Галлий по некоторым данным сравним по токсичности с мышьяком, второй его компонент, индий — также является токсичным тяжелым металлом. В отличие от ртути сплавы на основе галлия все же абсолютно нелетучи при обычной температуре, так что отравиться их парами не получится, однако из-за своей способности легко прилипать ко всему на свете эти сплавы невероятно мазучие. Испачкать ими, к примеру, руки — легче легкого, а отмыть их до конца очень сложно. Потом это все попадет в рот. Поэтому — работаем с «жидким металлом» и всем, что с ним контактировало только в резиновых перчатках и отдельно от еды, питья и курения. И да, никогда не делайте так, как на КПДВ!

Ртуть

Склонность ртути переходить из одной формы в другую и способность к кумулятивному накоплению имеет особенно важное значение в её техногенезе. Кроме того, ртуть вездесуща, сульфофильна, гидрофильна, многолика и присутствует во всех средах и типах окружающей среды, имеет много форм нахождения, что существенно затрудняет ее изучение. Она супертоксична и суперпатологична даже в очень низких концентрациях. Ртуть находится в литосфере и биосфере в виде твердых соединений, различных газообразных фазах и в растворенной форме, каждая из которых преобладает при конкретных физико-химических условиях, но легко переходят друг в друга. В техногенезе ртуть накапливается в отходах многих производств, обладая высокими показателями и деструктивной биологической активностью, способна давать скрытые антропогенные скопления, но человечество не может существовать без этого удивительного металла. Как осуществляется мониторинг и контроль ртути, какие методы и приборы её контроля существуют — предлагаю познакомиться под катом.

Из чего производят ртуть?

Взгляните на этот удивительно красивый минерал, который издревле интересовал людей. До сих пор он является популярным не только для главного его предназначения (получения ртути), но я для ювелиров.

Это киноварь — сульфид ртути (II). Минерал для производства ртути. Содержит порядка 85 процентов ртути, хрупкий материал с характерно красной окраской. Киноварь с древности применялась в качестве красной краски, как источник для получения ртути и как единственное существовавшее до изобретения антибиотиков надёжное (хотя и небезопасное) средство лечения инфекционных заболеваний. Как незаменимый ярко-алый минеральный пигмент киноварь применяли уже в Древнем Египте и в ранней Византии. Повсеместно с тех пор, как и в наши дни, натуральная киноварь широко используется в канонической иконописи. Но, конечно, самое главное применение этого минерала — промышленное получение ртути.

Ртуть, безусловно, удивительный материал. Это единственный металл, способный существовать в жидком виде при нормальных условиях. Это металл, поэтому электропроводен. Но если ртуть охладить до минус 39 гр.С — она становиться твердой и ничем уже особо не отличается от других металлов. Её можно даже ковать и точить. В сети есть интересное видео с рассказом об этом замечательном веществе. Ртуть применяется в самых разных технологических процессах, а также в производстве газоразрядных ламп, в микроэлектронике и приборостроении. Ртуть чрезвычайно технологически востребованное вещество и если бы ртуть не была бы так токсична — сферы её использования были бы даже шире. Надо сказать, что сама по себе ртуть не очень опасна — куда опасней её соединения и пары. Вот они и являются источниками основной опасности.

Ртуть под контролем

Ртуть способна накапливаться в почве, воде, пищевых продуктах, в организме человека и животных. Ртуть в виде паров всегда присутствует в окружающем воздухе, но её «фоновые» концентрации не велики. Кстати, какие? Достаточно жесткие российские стандарты для этого случая регламентируют концентрацию ртути в воздухе не более 0,0003 мг/м 3 . Конечно, регистрировать и контролировать такие концентрации не простая задача и для этого существуют более 25 методов регистрации.

К примеру, хроматография. В этом методе осуществляется процесс разделения, в котором исследуемое соединение распределяется между подвижной фазой (жидкой или газовой) и неподвижной (твердой или жидкой). Этот метод обеспечивает получение особо ценной информации о качественном и количественном содержании неорганических и органических форм ртути. При анализе ртути в природных объектах возможно определение галогенидов метил-, этил- и фенилртути, а также фенилртути, диметил- и диэтилртути, а также некоторых других менее распространенных органических форм ртути. Минусом данного метода анализа является технически сложное лабораторное оборудование и используется метод в основном для определения содержания ртути в промышленных и природных объектах с высоким содержанием ртути, а также в почве.

Существует ряд методов, связанных с применением радиоизотопов. Не смотря на грозное название, такие методы вполне безопасны, так как используются радиоизотопы в ничтожных концентрациях. Для проведения анализа к исследуемой пробе добавляется точно известное количество определяемого компонента, меченное радиоактивным изотопом с известной радиоактивностью. После гомогенизации пробы и прохождения изотопного обмена производится выделение ртути из среды (как правило химическим способом) и определяется её радиоактивность, по которой затем рассчитывается первоначальное количество ртути в исследуемой среде.

Данный метод обладает достаточно высокой чувствительностью, не требует дорогостоящей аппаратуры и позволяет работать с низкими концентрациями ртути.

Радиоиндикаторные методы анализа позволяют решать такие задачи, как определение следовых количеств ртути в веществах, мониторинг загрязнений окружающей среды при анализе состава атмосферных аэрозолей, выпадений природных и сточных вод, производить анализ почв, а также растительных и животных объектов. Радиационные методы надежно гарантируют идентификацию ртути, обладают достаточно высокой чувствительностью и позволяют повысить правильность и воспроизводилось результатов анализа. Кроме того, такие методы не требуют дорогостоящей аппаратуры, позволяют работать с низким уровнем радиоактивности, что делает их незаменимыми для использования в малых лабораториях, на научно-исследовательских судах, в условиях высокогорных станций, в экспедиционных и полевых условиях. Предел обнаружения методов — до 10 -6 – 10 -8 %

Если для определения ртути в жидких и твердых средах накоплен хороший арсенал методов контроля, то для анализа концентрации паров ртути в воздухе всё значительно сложнее. В первую очередь из-за малых концентраций паров в воздухе и из-за отсутствия достаточно простых методов регистрации. Наиболее перспективным является метод регистрации, основанный на Зеемановском методе. Рассмотрим его подробнее.

Ртуть в воздухе

Эффект Зеемана — расщепление линий атомных спектров в сильном магнитном поле. Так как любому веществу соответствует свой спектр, то если использовать спектр специальной ртутной лампы, но в присутствие сильного магнитного поля такой спектр исказится. В спектре появятся дополнительные компоненты, которые будут зеркально отстоять от основного спектра. Выглядит это примерно так

Изначальный спектр (черная кривая) при включении магнитного поля искажается на три. Центральный спектр (синий цвет) и два симметричных боковых спектра (показано красным цветом). Индукция магнитного поля в данном случае составляет 1,56 Тл. Этот эффект принципиально позволяет реализовать удобный метод регистрации ртути. Для этого необходимо проанализировать изменение амплитуд разделенных и основной компоненты, при этом чем больше концентрации ртути в исследуемом воздухе — тем выше будет одна из компонент расщепленного спектра и, одновременно — меньше другая. Конечно, воздух также имеет свой спектр поглощения на длине волны 254 нм (именно на этой длине волны светится ртутная лампа). Этот (в данном случае «паразитный») спектр необходимо убрать. Для этого используется «опорный» канал и специальные фильтры.

Опорный канал либо вовсе не содержит ртути, т.е. демеркуризирован, либо там находится точно известное значение концентрация ртути в виде эталонной. Излучение ртутной лампы с расщепленным спектром проходит через опорную и измерительную кювету, попадает на фильтр, который фильтрует паразитные спектры других молекул воздуха на длине волны 254 нм и поступает на спектрометр. После спектрометра опорный и исследуемые спектры поступают на матрицу, которая часто подвергается охлаждению с целью увеличения чувствительности и для температурной стабилизации. Результирующие спектры анализируются и окончательно определяется концентрация ртути в исследуемом воздухе.

Конечно, это самое общее представление схемы подобного прибора, на самом деле из-за крайне низкой концентрации ртути в образце, необходимо, чтобы оптическое излучение прошло по протяженному пути в измерительной кювете, для чего используются различные оптические схемы многократного прохождения оптического излучения. Это делается для того, чтобы с сохранением относительно небольших размеров прибора добиться значительного увеличения чувствительности за счет многократного прохождения светового луча. Это, в свою очередь, значительно усложняет и удорожает конструкцию из-за необходимость «тонкой» настройки прибора. Использование многопроходных кювет ужесточает требования по вибрации, также имеются уже значительные влияния температурные перепады. Однако, эти недостатки компенсируются значительным увеличением чувствительности, ведь луч в многопроходной кювете может «набежать» значительный путь. Иногда в десятки метров. В большинстве современных приборов используются именно многопроходные кюветы.

Конвенция по ртути

Не смотря на безусловную востребованность ртути для современных технологий, рассматриваются вопросы резкого сокращения её использования в ближайшем будущем. В 2013 году в ООН была принята достаточно жесткая и очень спорная Минаматская конвенция по ртути, которую поддержали многие страны. Согласно конвенции должно регулироваться использование ртути, сокращаться производство некоторых ртуть-содержащих приборов (медицинских, люминесцентных ламп). Также ограничивается ряд промышленных процессов и отраслей, в том числе горнодобывающая (особенно добыча золота) и производство цемента.

С 2020 года конвенция запрещает производство, экспорт и импорт нескольких различных видов ртутьсодержащих продукции, в том числе электрических батарей, электрических выключателей и реле, некоторых видов компактных люминесцентных ламп, люминесцентных ламп с холодным катодом или с внешним электродом, ртутных термометров и приборов измерения давления.

Инициаторы конвенции объясняют намеренье серьезно ограничить использование ртути с целью активизировать развитие современных технологий в условиях, когда использовать ртуть будет уже невозможно и тем самым значительно улучшить экологическую обстановку. Однако, некоторые критики конвенции высказывают мнение, что это лишь повод пересмотреть глобальные рынки производителей ртути и вытеснить с этого рынка многих игроков. Ведь при вступлении конвенции в силу в 2020 году цена на этот металл может неожиданно значительно вырасти, ведь от полного использования ртути человечество пока отказаться не может.

Hg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжёлый металл, жидкий при комнатной температуре. В природе Р. представлена семью стабильными изотопами с массовыми числами: 196 (0,2%), 198 (10,0%), 199 (16,8%), 200 (23,1%), 201 (13,2%), 202 (29,8%), 204 (6,9%).

Историческая справка. Самородная Р. была известна за 2000 лет до н. э. народам Древней Индии и Древнего Китая. Ими же, а также греками и римлянами применялась Киноварь (природная HgS) как краска, лекарственное и косметическое средство. Греческий врач Диоскорид (1 в. н. э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил Р. в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был назван hydrárgyros (от греч. hýdor — вода и árgyros — серебро), т. е. жидким серебром, откуда произошли латинские названия hydrargyrum, а также argentum vivum — живое серебро. Последнее сохранилось в названиях P. quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.). Происхождение русского названия Р. не установлено. Алхимики считали Р. главной составной частью всех металлов. «Фиксация» Р. (переход в твёрдое состояние) признавалась первым условием её превращения в золото. Твёрдую Р. впервые получили в декабре 1759 петербургские академик И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Учёным удалось заморозить Р. в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая Р. оказалась ковкой, как свинец. Известие о «фиксации» Р. произвело сенсацию в учёном мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что Р. — такой же металл, как и все прочие.

Распространение Р. в природе. Р. принадлежит к числу весьма редких элементов, её среднее содержание в земной коре (кларк) близко к 4,5․10 -6 % по массе. Приблизительно в таких количествах она содержится в изверженных горных породах. Важную роль в геохимии Р. играет её миграция в газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре Р. преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя Ртутные руды (содержание Р. в них составляет несколько процентов). Известно 35 ртутных минералов; главнейший из них — киноварь HgS.

В биосфере Р. в основном рассеивается и лишь в незначительных количествах сорбируется глинами и илами (в глинах и сланцах в среднем 4․10 -5 %). В морской воде содержится 3․10 -9 % Р.

Самородная Р., встречающаяся в природе, образуется при окислении киновари в сульфат и разложении последнего, при вулканических извержениях (редко), гидротермальным путём (выделяется из водных растворов).

Физические и химические свойства Р. — единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Твёрдая Р. кристаллизуется в ромбические сингонии, а = 3,463 Å, с = 6,706 Å; плотность твёрдой Р. 14,193 г/см 3 (—38,9 °С), жидкой 13,52 г/см 3 (20 °С), атомный радиус 1,57 Å, ионный радиус Hg 2+ 1,10 Å; t_пл — 38,89 °С; t_kип 357,25 °С; удельная теплоемкость при 0 °С 0,139 кдж/(кг ․К) [0,03336 кал/(г․°С)]; при 200 °С 0,133 кдж/(кг․К)[0,0319 кал/(г ․°С)]; температурный коэффициент линейного расширения 1,826․10 -4 (0—100 °С); теплопроводность 8,247вт/(м․К) [0,0197 кал/(см․сек․°C) (при 20°C); удельное электросопротивление при 0°С 94,07․10 -8 ом․м (94,07․10 -6 ом․см). При 4,155 К Р. становится сверхпроводником (см. Сверхпроводимость). Р. диамагнитна, её атомная магнитная восприимчивость равна —0,19․10 -6 (при 18 °С).

Конфигурация внешних электронов атома Hg 5d 10 6s 2 , в соответствии с чем при химических реакциях образуются катионы Hg 2+ и Hg₂ 2+ . Химическая активность Р. невелика. В сухом воздухе (или кислороде) она при комнатной температуре сохраняет свой блеск неограниченно долго. С кислородом даёт 2 соединения: чёрную закись Hg₂O и красную окись HgO. Hg₂O появляется в виде чёрной плёнки на поверхности Р. при действии озона. HgO образуется при нагревании Hg на воздухе (300—350 °С), а также при осторожном нагревании нитратов Hg (NO₃)₂ или Hg₂(NO₃)₂. Гидроокись Р. практически не образуется. При взаимодействии с металлами, которые Р. смачивает, образуются амальгамы (См. Амальгама). Из сернистых соединений важнейшим является HgS, которую получают растиранием Hg с серным цветом при комнатной температуре, а также осаждением растворов солей Hg 2+ сероводородом или сульфидом щелочного металла. С галогенами (хлором, иодом) Р. соединяется при нагревании, образуя почти недиссоциирующие, в большинстве ядовитые соединения типа HgX₂. В соляной и разбавленной серной кислотах Р. не растворяется но растворима в царской водке, азотной и горячей концентрированной серной кислотах.

Большое значение имеют хлориды Р.: Hg₂Cl₂ (Каломель) и HgCl₂ (Сулема) Известны соли окисной Р. цианистой и роданистой кислот, а также ртутная соль гремучей кислоты Hg (ONC)₂, т. н. Гремучая ртуть. При действии аммиака на соли образуются многочисленные Комплексные соединения, например HgCI․2NH₃ (плавкий белый преципитат) и HgNH₂CI (неплавкий белый преципитат). Применение находят Ртутьорганические соединения.

Получение Р. Ртутные руды (или рудные концентраты), содержащие Р. в виде киновари, подвергают окислительному обжигу

Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый холодильник из нержавеющей стали или монель-металла. Жидкая Р. стекает в железные приёмники. Для очистки сырую Р. пропускают тонкой струйкой через высокий (1—1,5м) сосуд с 10%-ной HNO₃, промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме.

Возможно также гидрометаллургическое извлечение Р. из руд и концентратов растворением HgS в сернистом натрии с последующим вытеснением Р. алюминием. Разработаны способы извлечения Р. электролизом сульфидных растворов.

Применение. Р. широко применяется при изготовлении научных приборов (барометры, термометры, манометры, вакуумные насосы, нормальные элементы (См. Нормальный элемент), полярографы, капиллярные электрометры и др.), в ртутных лампах (См. Ртутная лампа), переключателях, выпрямителях; как жидкий катод в производстве едких щелочей и хлора электролизом, в качестве катализатора при синтезе уксусной кислоты, в металлургии для амальгамации (См. Амальгамация) золота и серебра, при изготовлении взрывчатых веществ (см. Гремучая ртуть); в медицине (каломель, сулема, ртутьорганические и другие соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве (органические соединения Р.) в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами). Р. и ее соединения токсичны, поэтому работа с ними требует принятия необходимых мер предосторожности.

Р. в организме. Содержание Р. в организмах составляет около 10 -6 % В среднем в организм человека с пищей ежесуточно поступает 0,02—0,05 мг Р. Концентрация Р. в крови человека составляет в среднем 0,023 мкг/мл, в моче — 0,1—0,2 мкг/мл. В связи с загрязнением воды промышленными отходами в теле многих ракообразных и рыб концентрация Р. (главным образом в виде её органических соединений) может значительно превышать допустимый санитарно-гигиенический уровень. Ионы Р. и её соединения, связываясь с сульфгидрильными группами (См. Сульфгидрильные группы) ферментов, могут инактивировать их. Попадая в организм, Р. влияет на поглощение и обмен микроэлементов — Cu, Zn, Cd, Se. В целом биологическая роль Р. в организме изучена недостаточно.

Отравления Р. и её соединениями возможны на ртутных рудниках и заводах, при производстве некоторых измерительных приборов, ламп, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов и др.

Основную опасность представляют пары металлической Р., выделение которых с открытых поверхностей возрастает при повышении температуры воздуха. При вдыхании Р. попадает в кровь. В организме Р. циркулирует в крови, соединяясь с белками; частично откладывается в печени, в почках, селезёнке, ткани мозга и др. Токсическое действие связано с блокированием сульфгидрильных групп тканевых белков, нарушением деятельности головного мозга (в первую очередь, гипоталамуса). Из организма Р. выводится через почки, кишечник, потовые железы и др.

Острые отравления Р. и её парами встречаются редко. При хронических отравлениях наблюдаются эмоциональная неустойчивость, раздражительность, снижение работоспособности, нарушение сна, дрожание пальцев рук, снижение обоняния, головные боли. Характерный признак отравления — появление по краю дёсен каймы сине-чёрного цвета; поражение дёсен (разрыхлённость, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту. При отравлениях органическими соединениями Р. (диэтилмеркурфосфатом, диэтил-ртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефало-полиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек.

Лечение: внутривенное введение 20%-ного раствора гипосульфита (12—15 вливаний на курс), унитиол, фармакологические и физиотерапевтические средства, нормализующие высшую нервную деятельность, курортолечение (Пятигорск, Мацеста и т. п.) и др. Профилактика: замена Р. менее вредными веществами, правильные способы хранения, соблюдение мер безопасности при использовании (герметичность оборудования, рациональная отделка помещений, рабочих поверхностей, эффективная вентиляция), индивидуальная защита; предварительные и периодические медицинские осмотры.

Препараты Р. находят применение в медицинской практике, главным образом благодаря их антисептическим и мочегонным свойствам. Как мочегонные применяют меркузал, промеран и др. В качестве антисептиков используют сулему (дезинфекция кожи, одежды, предметов ухода за больными и т. п.), диоцид (стерилизация хирургических инструментов и т. п.), цианид и оксицианид Р. (для промываний и спринцеваний при некоторых воспалительных процессах), амидохлорид Р. (в виде мази при заболеваниях кожи), окись Р. жёлтую (в виде мази при заболеваниях глаз и кожи). Применявшиеся ранее для лечения сифилиса препараты Р. в современной практике не используются.

Лит.: Мельников С. М., Ртуть, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 2, М., 1966; Рипан Р., Четяну И., Неорганическая химия, пер. с рум., М., 1972; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 2 изд., т. 2, М., 1969; Вредные вещества в промышленности, под общ. ред. Н. В. Лазарева, 6 изд., [ч. 2], Л., 1971; Трахтенберг И. М., Хроническое воздействие ртути на организм, К., 1969; Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Читайте также: