Ртуть. Описание, свойства, происхождение и применение металла

Из истории вопроса

Уже за две тысячи лет до нашей эры в Древней Индии и Древнем Китае умели добывать самородную ртуть. Ртуть, содержащую киноварь уже тогда использовали в лечении и косметологии. В ходе экспериментов древних ученых нагретая киноварь оседала на металле в виде «жидкого серебра». 
Алхимики уделяли ртути огромное значение – считалось, что после того, как ртуть затвердевает, она может превращаться в золото. Впервые твердую ртуть удалось получить Ломоносову – он использовал для этого смесь снега и концентрированной азотной кислоты.

Видео

Ртуть в судебно-медицинском отношении

При исследовании трупов людей, погибших в результате отравления Р., в случаях наступления смерти в первые сутки после попадания яда в организм, выявляют гиперемию и набухание слизистой оболочки глотки и пищевода с образованием в нек-рых случаях плотного белесовато-серого струпа, неравномерное полнокровие внутренних органов, отек легких, экхи-мозы под эпикардом, пятнистое покраснение и набухание толстой кишки с небольшим некрозом эпителия и отеком подслизистого слоя. При наступлении смерти в более поздние сроки на вскрытии обнаруживают увеличенные, полнокровные, а при более длительном течении интоксикации — бледные или сморщенные почки с утолщенным слоем коркового вещества сероватого или желтовато-серого цвета, с кровоизлияниями, темно-красными зубчатыми у основания пирамидами; вздутие толстой кишки, утолщение ее стенки с набуханием, отеком и полнокровием слизистой оболочки, множественными кровоизлияниями и участками некроза различной глубины (от поверхностных, затрагивающих лишь эпителий, до глубоких некротических язв, захватывающих подслизистый слой и мышечные оболочки и приводящих к гангрене кишки); в других органах, особенно в печени,сердце, надпочечниках, обнаруживают более или менее выраженные дистрофические изменения.

При гистол. исследовании обнаруживают полнокровие, очаговый некроз слизистой оболочки и геморрагический отек подслизистого слоя пищевода и желудка, а при вагинальном или ректальном пути попадания соединений Р. в организм — влагалища или прямой кишки; тотальный некроз эпителия извитых почечных канальцев с полным распадом и дальнейшим обызвествлением нек-ротизированных масс (так наз. сулемовый нефроз), некроз, воспаление с обильной лейкоцитарной инфильтрацией слизистой оболочки и подслизистого слоя толстой кишки. При хрон. интоксикации выявляют глубокую дистрофию нейронов, гл. обр. предцентральной и лобных борозд, гиппокампа, области зрительного бугра и подкорковых ганглиев, клеток Пуркинье мозжечка (грушевидных нейроцитов).

Суд.-хим. определение Р. состоит в деструкции биол. материала смесью концентрированных серной и азотной к-т в присутствии этанола при нагревании на водяной бане с последующим осаждением Р. йодидом меди в виде тетрайодмеркуроата меди Cu2HgI4 и колориметрирова-нием образовавшегося окрашенного комплексного соединения.

Доказательство отравления Р. как причины смерти основывается на совокупности клин, и морфол. проявлений, результатах суд.-хим. и гистол. исследований. Так как Р. обнаруживается в органах человека и в норме, определяют не только ее абсолютное содержание во внутренних органах, но и соотношение содержания этого элемента в печени и почках. Если отравление Р. не является причиной смерти, то содержание Р. в почках превышает ее содержание в печени (в пересчете на 100 г органа) и наоборот.

Опасность ртути для здоровья

Несмотря на широкое применение ртути в промышленности, она считаются довольно опасным химическим веществом. По критериям вреда для жизни и здоровья ртуть относится к первому классу опасности. Обычно ртуть попадает в организм путем вдыхания ее паров, которые не имеют запаха. Именно ртутные испарения представляют наибольшую опасность.

Чтобы вызвать тяжелое отравление и проблемы со здоровьем, достаточно воздействия небольшого количества минерала. Во время токсикации в наибольшей степени поражаются легкие, почки, иммунная, нервная, пищеварительная системы, глаза и кожа.

В зависимости от причин и характера отравления различают легкую, острую и хроническую формы. Легкая токсикация возникает при пищевом отравлении. После аварий на предприятиях химической промышленности или вследствие нарушения техники безопасности проявляется острая форма отравления. В этом случае у больного наблюдается снижение умственной активности, истощение, могут появляться судороги, потеря зрения, облысение и даже полный паралич. В тяжелых случаях острое отравление может привести к летальному исходу. Хроническое отравление развивается в результате постоянного контакта с ртутью и может проявляться долгое время после прекращения работы с ней. У людей с этой формой патологии повышается риск развития гипертонии, туберкулеза и атеросклероза. Бывают случаи, когда хроническая токсикация вызывает психические отклонения.

Особенно внимательно с ртутными приборами следует обращаться беременным женщинам. Пары ртути представляют большую угрозу для развития плода. Если в доме есть дети, лучше обычные ртутные термометры заменить электронными.

Физико-химические характеристики

Главная особенность ртути, обусловленная структурой атома, – запредельный потенциал ионизации.

Отсюда свойства вещества:

  • Способность восстанавливаться до самородной формы.
  • Химическая стойкость к кислотам и кислороду.
  • При взаимодействии ртути с металлами образуются сплавы (жидкие и твердые амальгамы).
  • Растворяется «царской водкой».

В отличие от других «собратьев», ртуть плавится при отрицательной температуре: −38°С.

Свойства атома
Название, символ, номер Ртуть / Hydrargyrum (Hg), 80
Атомная масса (молярная масса) 200,592(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2
Радиус атома 157 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 149 пм
Радиус иона (+2e) 110 (+1e) 127 пм
Электроотрицательность 2,00 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Hg←Hg2+ 0,854 В
Степени окисления +2, +1
Энергия ионизации (первый электрон)  1 006,0 (10,43) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 13,546 (20 °C) г/см³
Температура плавления 234,32 K (-38,83 °C)
Температура кипения 629,88 K (356,73 °C)
Уд. теплота плавления 2,295 кДж/моль
Уд. теплота испарения 58,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 27,98 Дж/(K·моль)
Молярный объём 14,81 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки ромбоэдрическая
Параметры решётки ahex=3,464 сhex=6,708 Å
Отношение c/a 1,94
Температура Дебая 100,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 8,3 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-97-6

Поэтому классифицируется как легкоплавкий металл.

Плотность ртути при нормальных условиях — 13 546 кг/м3, при других температурах — в таблице:

Температура в °С Плотность (ρ), 103 кг/м3 Температура в °С Плотность (ρ), 103 кг/м3
13,5950 50 13,4725
5 13,5827 55 13,4601
10 13,5704 60 13,4480
15 13,5580 65 13,4358
20 13,5457 70 13,4237
25 13,5335 75 13,4116
30 13,5212 80 13,3995
35 13,5090 90 13,3753
40 13,4967 100 13,3514
45 13,4845 300 12,875

Где используется

Традиционная сфера применения жидкого металла – термометры всех видов и назначения. Это и домашние градусники для измерения температуры тела, и высокоточные аппараты для специальных целей. Например, барометры и манометры.

Мы и сегодня измеряем атмосферное давление миллиметрами ртутного столба.

Без ртути невозможна работа серьезных отраслей.

Переливание ртути из сосуда в сосуд
Переливание ртути из сосуда в сосуд

Промышленный комплекс

Металл и его соединения применяются промышленниками и военными:

  • Люминесцентные лампы (заполнены парами ртути).
  • Герметичные выключатели.
  • Датчики положения.
  • Детекторы радиоактивного излучения.
  • Детонатор взрывчатых веществ («гремучая ртуть»).
  • Атомно-водородная энергетика.

Исследуется потенциал ртутно-цезиевых сплавов как материала ионных двигателей.

Ртутные соединения применялись при выделке фетра. Это было опасно для здоровья работников, отсюда, вероятно, пошли легенды о «сумасшедшем шляпнике».

Другие сферы

До середины ХХ века ртутные соединения использовались медициной как материал зубных пломб, слабительное, антисептики, препарат для изничтожения вшей и лечения сифилиса.

Сегодня ртуть закачивают лишь в термометры (по 2 г), добавляют микродозами в вакцины.

Польза ртути для аграриев – пестициды и предпосевная протрава семян.

Чем полезна ртуть?

     Как ни странно, данное вещество необходимо человеческому организму. В сутки мы нуждаемся хотя бы в 3 мкг микроэлемента. Если же суточная норма снизится ниже 0,5 мкг, можно говорить о недостатке ртути. Биохимические ртутные соединения отличаются способностью реагировать в обратимом порядке наряду с различными категориями белков и пептидов. Человеческий организм содержит примерно 12 мкг вещества, равномерно сконцентрированного по всем системам. Больше всего ртути присутствует в почках.

     Данное вещество имеет множество аналогий с группами сульфгидрильных элементов, ввиду чего вступает с ними в контакт быстрее иных металлов. Тиоловые элементы, представленные значимыми для организма белками и пептидами, вступают в контакт с ртутью, впоследствии активизируя некоторые категории белков. В результате ртуть выступает в качестве регулятора важнейших для организма биохимических процессов.

Применение ртути в современной промышленности

Еще в средние века жидкий металл активно применяли в медицине для амальгамирования и изготовления разных приборов. В наше время невозможно найти отрасль народного хозяйства, которая не использует ртуть. Свойства и применение этого минерала описаны учеными со всего мира в многочисленных научных трудах.

Так, ртуть используется в сельском хозяйстве для протравы семян. В химической промышленности ее применяют в качестве катализатора для получения из ацетилена уксусного альдегида. Использование ртутных катодов позволяет выделить из поваренной соли едкий натр и хлор.

Ртуть является незаменимым компонентом в производстве красок для подводной части морских судов. Дело в том, что обитающие в морской воде микроорганизмы прикрепляются к днищам судов и способствуют коррозии и износу металлических деталей. Содержащая в краске ртуть под воздействием морского хлора образует сулему, которая отравляет вредные бактерии.

Ртуть применяют даже в производстве фетра. Имеющиеся в ее составе соли отлично обезжиривают пух. Более безопасных заменителей, которые бы давали такой же эффект, пока не нашли. Также ртуть служит катализатором во время органического синтеза в процессе дубления кожи.

Как уже упоминалось, ртуть всегда использовалась в медицине. В наши дни на ее основе выпускают антисептические и мочегонные препараты. А ртутная мазь готовилась еще в древней Индии, рецепт которой сохранился до наших дней. Из-за свойства растворять другие металлы (олово, серебро) ртуть используют для изготовления зубных пломб.

Применение ртути в промышленности связано также с ее способностью испаряться при комнатной температуре. Например, для очистки нефти. Так, выпаривание металла способствует регулировке температуры нефтеперерабатывающих процессов.

Применение ртути в медицине

Продолжая тему опасности ртути, стоит отметить, что раньше люди об этом не знали и наоборот лечились ей в чистом виде. Вплоть до 60-х годов прошлого века люди не думали о возможных проблемах. Они ставили зубные пломбы, в которых были соединения ртути, принимали лекарства, в составе которых она была, и совершенно не переживали по поводу разбитого градусника. Более того, многие дети тогда специально разбивали градусники, чтобы играть с ртутью. Она интересно переливается, и если не знать о ее опасности, то все нормально. Скажете, что это так себе развлечение? Тогда вспомните, как все поголовно крутили спиннеры.

Они перетекают и сливаются, но еще и отравляют воздух.

Если взять более давние времена, то в средние века было нормой дать человеку выпить стакан ртути. Считалось, что тяжелая жидкость протолкнет все лишнее в организме, а заодно расправит кишки. Чем заканчивалось такое лечение, история умалчивает, но вряд ли пациенты жили долго и счастливо.

Вплоть до 1967 года в СССР и до конца 1970-х годов в США ртуть активно применялась для лечения сифилиса из-за его высокой устойчивости к другим препаратам. Правда, после такого ”лечения” у людей выпадали волосы и нарушались другие функции организма.

Можно сколько угодно приводить примеры антисептиков, диуретиков, слабительного и других препаратов, в состав которых входила ртуть. Сейчас она осталась только в градусниках (не во всех странах) и в качестве консерванта для некоторых вакцин, но в минимальных дозах.

В чем опасность ртути

Несмотря на то, что ртуть выглядит как что-то целостное, она выделяет очень много паров, которые при попадании в организм приводят не только к поражению легких, но и к другим часто необратимым изменениям. Особенно опасна она на стадии внутриутробного развития.

При попадании в организм ртуть оказывает токсичное воздействие на пищеварительную, иммунную и нервную системы. Кроме этого, поражаются кожа, почки, легкие и даже глаза. Не зря же Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) относит ртуть к десятку основных веществ, которые представляют наибольшую угрозу для общественного здравоохранения.

Так лучше не делать.

Наиболее опасна ртуть в виде паров или раствора. При попадании в воду она приводит к гибели микроорганизмов и остается в ней навсегда в виде того самого раствора. В итоге, она может попасть в систему водоснабжения и нанести вред целому населенному пункту. Тем более, что для воздействия на человека достаточно даже минимального количества ртути.

Также разделяют два типа ртутных соединений — органические и неорганические. Первые (например, диметилртуть) являются намного более опасными, так как более эффективно взаимодействуют с системами организма.

Сколько таблиц химических элементов существует на самом деле?

Ртутные приборы

Физико-химические свойства являются главной причиной, по которой происходит применение ртути в разных приборах и машинах. Пары металла используются в ртутных турбинах. Такие установки особенно выгодны, когда в агрегате мало воды и охлаждение механизма происходит исключительно воздухом.

В электротехнике применяют выпрямители с жидким ртутным катодом. Они позволяют преобразовать трехфазный электрический ток в постоянный. Даже в астрономических целях применяют ртутные приборы – горизонты. Они имеют специальный сосуд с жидким металлом, поверхность которого служит зеркалом во время наблюдений за космосом. Также применение ртути в современной промышленности проявляется в производстве разных диффузионных насосов, прерывателей, термометров.

Во многих отраслях медицины используют ртутно-кварцевые лампы, которые облучают ультрафиолетовыми лучами. Также незаменимым медицинским инструментом является всем известный градусник для измерения температуры тела.

Особенности структуры и свойства

Ртуть имеет ромбоэдрическую структуру решетки. То есть, атомы в кристалле ртути находятся в углах ромбоэдра.

Является единственным металлом, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Плавится при температуре -38 градусов Цельсия. Является диамагнетиком, то есть, ее атомы намагничиваются против магнитного поля земли. С другими металлами может образовывать сплавы – амальгамы, которые могут иметь твердое или жидкое агрегатное состояние. Не реагирует с железом, ниобием, танталом, вольфрамом, кобальтом и некоторыми другими металлами.

Ртуть является малоактивным металлом с химической точки зрения. Она не растворяется в кислотах, но может растворяться в царской водке (смесь соляной и азотной кислот). Также может быть растворена в концентрированной азотной кислоте, взятой в избытке.

Ртуть плавится при температуре от 38 градусов Цель
Ртуть плавится при температуре от 38 градусов Цельсия

При нагревании до 300 градусов реагирует с кислородом, образуя красный оксид ртути. Реакция является обратимой. При дальнейшем нагревании вещество разлагается до исходных веществ.

Также металл реагирует с серой. С галогенами взаимодействует, но на холоде медленно, лучше при нагревании. А щелочной раствор перманганата калия окисляет металл.

Меры предосторожности и способы хранения

При работе с ртутью нужно использовать противогазы или фильтрующие респираторы. Если произошло ртутное загрязнение, проводятся меры по демеркуризации. Видимые количества металлической ртути устраняют с загрязненных поверхностей, после этого осуществляют химическую обработку при помощи химических реагентов. 
Ртуть, которую используют в промышленности, хранят в стальных баллонах емкостью не более 35 кг, в керамических или стеклянных баллонах емкостью 500 мл с толстыми стенами, металлической гофрированной пробкой с прокладкой из пластмассы. В каждом баллоне помещается 5 кг ртути.

В лабораториях ртуть хранят в запаянных стеклянных ампулах по 30-40 мл в каждой, которые, опускают в сварные стальные коробки. Ртуть нельзя хранить в открытой посуде, а также в бюксах, колбах и прочей химической посуде с тонкими стенками.

Теги

Adblock
detector