РТУТЬ
Содержание статьи
(Hydrargyrum), Hg — хим. элемент II группы периодической системы элементов; ат. н. 80, ат. м. 200,59. Серебристо-белый жидкий металл. В соединениях проявляет степени окисления +1 и +2. Природная Р. состоит из стабильных изотопов 198Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg и 204Hg. Получены 18 радиоактивных изотопов, из которых наибольшее практическое значение имеют изотопы 203Hg и 205Hg с периодами полураспада соответственно 47 дней и 5,1 мин. Р. и ее соединения известны с древнейших времен. СодержаниеР. в земной коре 8,3 х 10-6. Известно около 30 минералов Р., включая ртуть самородную и амальгамы различных металлов. Некоторые из минералов (киноварь HgS, ее разновидность метациннабарит, ливингстонит HgS х 2Sb2S3 и тиманнит HgTe) встречаются в сравнительно больших количествах и являются источником пром. добычи металла. Кристаллическая решетка Р. ромбоэдрическая, расстояние между атомами, равное постоянной решетки простейшего ромбоэдра, 2,999 А. Атомный радиус 1,60 А, ионный радиус Hg+ равен 1,12 А. Р.— единственный металл, к-рый остается жидким при низких т-рах (вплоть до т-ры — 38,87° С).
Потенциалы ионизации Hg° → Hg+ → Hg2+ Hg3+ → Н4+ составляют соответственно 10,41; 18,55; 32,43 и 45,98 в.Плотность при т-рах 0 и 20° С равна соответственно13,5951 и 13,5459 г/см3; tкип 356,58° С;температурный коэфф. объемного расширения твердой Р. в интервале т-р от —89,9 до —39,5° С изменяется от
12,5 х 10-5 до 17,1 х 10-5 град-1; температурный коэфф. объемного расширения жидкой Р. в интервале т-р от —38,87 до 350° С изменяется от 1,823 х 10-4 до 1,889 х 10-4 град-1; теплоемкость (кал/г- град): 0,0339 (т-ра —38,87° С); 0,03353 (т-ра 0° С); 0,03334 (т-ра 20° С); 0,03275 (т-ра 100° С) и 0,0324 (т-ра 350° С); удельное электрическое сопротивление (т-ры —30; 0 и 20° С) равно соответственно 0,91700; 0,94123 и 0,95833 ом-см. Металлическая Р. диамагнитна. Вязкость жидкой Р. (т-ра 20° С) 0,01544 г/см-сек, поверхностное натяжение 480 дин/см.
Ртутный пар при низких т-рах состоит в основном из атомов, с повышением т-ры степень ассоциации увеличивается, а при критической т-ре он почти целиком состоит из двухатомных молекул. Давление насыщенных паров Р. (мм рт-ст.): 1,447 х 10-8 (т-ра —70° С); 2,046 х 10-4 (т-ра 0° С);1,2979 х 10-3 (т-ра 20° С) и 1,3394 х 10-2 (т-ра 50° С). Твердую Р.,как и свинец, можно ковать, протягивать через фильеры, резать ножом и т. д. Твердость по Моосу замерзшей Р.— 1,5. Сжимаемость жидкой Р. (т-ра 30° С, давление от 1 до 50 бар) 4,051 х 10-6бар , коэфф. сжимаемости твердой альфа-ртути (т-ра —73° С, норм, давление) 3,52 X 10 ат-1. При невысоких т-рах Р. инертна ко многим агрессивным жидкостям и газам, включая кислород воздуха. Она практически не взаимодействует с концентрированной серной и соляной к-тами, но хорошо растворяется в азотной к-те, «царской водке», в горячей концентрированной серной к-те.
При нагревании на воздухе окисляется. Если в Р. есть примеси свинца, цинка, меди, кадмия и др., поверхность ее покрывается серой пленкой окислов. С кислородом Р. образует окись HgO, имеющую красную и желтую кристаллические модификации, с галогенами — соединения типа Hg2Г2 и HgГ2 (где Г — фтор, хлор, бром и йод). Наибольшее значение имеют хлориды P.: Hg2Cl2 — каломель — белые кристаллы, мало растворимые в воде, а также HgCl2 — сулема — бесцветные кристаллы, растворимые в воде. При взаимодействии Р. с серой образуется сульфид HgS, известный в трех модификациях: альфа-киноварь — красная, метациннаба-рит — черная и бета-киноварь. Ме-тациннабарит и бета-киноварь неустойчивы и со временем переходят в обыкновенную киноварь.
Из солей Р. обычных кислородных к-т важнейшими являются нитраты и сульфаты. Нитрат закиси Hg2 (N03)2 х 2Н20 — бесцветные кристаллы, растворимые в воде. Нитрат окиси Hg (N03)2 — расплывающиеся на воздухе желтовато-белые кристаллы. Сульфат закиси Hg.2S04 — белые или бесцветные кристаллы, сульфат окиси HgS04 — бесцветные кристаллы. Растворением окиси HgO в растворе синильной к-ты, а также взаимодействием щелочного цианида и соли двухвалентной Р. получают бесцветные кристаллы цианида Hg (CN)2. При нагревании смеси Р., концентрированной азотной к-ты и спирта образуется цианат Hg (CNO)2 — гремучая Р.— белые кристаллы, взрывающиеся при ударе. Взаимодействуя с металлами, Р. образует амальгам». Известно большое количество ртуть-органических соединений, в к-рых атомы Р. непосредственно связаны с атомами углерода. Эти соединения находят применение в органическом синтезе при получении элементоорга-нических соединений. В пром-сти металлическую Р. получают гл. обр. пирометаллургическим способом — окислительным обжигом ртутных руд или их концентратов при т-ре 700— 800° С в пламенных, трубчатых, мпо-гоподовых и муфельных печах, а также в печах кипящего слоя. При обжиге руды, содержащей, напр., киноварь, Р. восстанавливается до металла, и ее пары вместе с сернистым газом, образующимся при разложении сульфида, попадают в конденсационную систему, где смесь газов охлаждается, пары Р. конденсируются и Р. стекает в приемники.
Для получения металла гидрометаллургичеекпм способом сырье, содержащее Р. в виде сульфида, вначале обрабатывают водным раствором сульфида натрия п едкого натра. Получающийся при этом водный раствор соединения HgS х Na2S цементируют алюминием или подвергают электролизу; выделившуюся Р. фильтруют и затем перегоняют в вакууме. Весьма перспективен способ получения Р., основанный на обжиге ртутного сырья в вакууме. Р. высоких марок чистоты, а также сверхчистая Р. может быть получена при комплексном использовании спец. хим. очистки, перегонки под пониженным давлением воздуха, электролитическим рафинированием в электролизерах с биполярными электродами и последующим перегревом паров Р. выше т-ры 1000° С. Металлическую Р. используют в химии, металлургии, энергетике, электро- и радиотехнике, в приборостроении, строительном деле и др. В хим. пром-сти ртутные катоды применяют для электрохим. получения едкого натра и хлора, а также многочисленных органических соединений.
Способность ртути образовывать амальгамы используют для комплексной переработки полиметаллического сырья методами амальгамной металлургии, для получения высокодисперсных металлических порошков, многокомпо-нетных сплавов заданных составов, чистых и сверхчистых металлов, содержание примесей в к-рых не превышает 10—6—10-8%. В энергетике Р. используют как рабочее тело в мощных бинарных установках пром. типа, где для генерации Электр, энергии на первых ступенях применяют ртут-но-паровые турбины, а на второй — турбины, работающие на водяном паре. Кроме того, Р. используют в ядерных реакторах для отвода тепла. Пары Р. применяют в люминесцентных лампах дневного света, а также в ртутных кварцевых лампах низкого, высокого и сверхвысокого давления. Помимо этого, пары Р. используют в газотронах, газонаполненных тиратронах и триодах. Особенно широко используют Р. в вакуумной технике. Ртутные диффузионные насосы незаменимы при получении сверхвысокого (порядка 10-13 мм рт. ст.) вакуума. В лабораторной практике Р. применяют в барометрах, манометрах, вакуумметрах, термометрах, затворах, прерывателях, высоковакуумных насосах, всевозможных реле, терморегулирую-щих устройствах.
Ее используют в качестве балластной, термостатирую-щей и уплотняющей жидкости. Р. нашла применение в полярографическом анализе. Ртуть и амальгамы используют при амперометрическом и потенциометрическом титровании, кулонометрическом анализе. С помощью Р. определяют пористость материалов. Р. применяют также для точной калибровки мерной посуды, для определения диаметров капиллярных трубок. Широкое применение находят также соединения Р.: напр.,окись HgO используют в качестве окислителя, для изготовления красок; искусственный сульфид HgS — составная часть люминофоров на основе сульфида кадмия и катализаторов в органическом синтезе.
Меркурий или Ртуть
Единственный металл , находящийся при обычной температуре в жидком состоянии (температура плавления ртути -38,8°C ) . Она имеет белый цвет и обладает меньшей восстановительной активностью чем цинк . В ряду напряжений ртуть расположена правее водорода , то есть не вытесняет не вытесняет его из воды и кислот . Радиус атома ртути почти равен радиусу атому кадмия , а заряд ядра атома значительно больше , поэтому электроны внешнего слоя удерживаются ртутью значительно прочнее .
Природна ртуть состоит из смеси семи изотопов : 196Hg ( распространён 0,155% ) , 198Hg ( 10,04% ) , 199Hg ( 16,94% ) , 200Hg ( 23,14% ) , 201Hg ( 13,17% ) , 202Hg ( 29,74% ) , 204Hg ( 6,82% ) , так же были получены радиоактивные изотопы ртути с массовыми числами 171—210
Ртуть легко образует с другими металлами сплавы , которые называются амальгамами , например с натрий Na , калий K , сереброAg , золото Au , платина Pt , цинк Zn , кадмий Cd , олово Sn , свинец Pb образуя с ними жидкие и твердые сплавы .
В недавнем прошлом с помощью ртути получали золото , серебро , а реакции называется амальгамация золота и амальгамация серебра . Также на этой основе лежит покрытие металлических предметов золотом.
Hg химически малоактивна и на воздухе без изменений может хранится длительное время . Однако при длительном слабом нагревании может окислятся , образуя окись ртути :
2Hg + O2 = 2HgO
При растирании в ступке ртуть очень легко взаимодействует с серой , образуя сульфид ртути ( II ) чёрного цвета :
Hg + S = HgS
С водой ртуть в реакцию не вступает , но хорошо реагирует с азотной кислотой и концентрированной серной кислотой , обладающие сильными окисляющими действиями . при этом в зависимости от того , при какой температуре ведётся реакция , образуются соли как одновалентные , так и двухвалентной ртути . Соединения как одновалентной , так и двухвалентной ртути достаточно устойчивы , хотя и могут превращаться друг в друга .
Ртуть сильно ядовита , которая даже при комнатной температуре легко испаряется и может вызвать тяжёлые отравления , оказывающие сильное влияние на сердце . При попадании соединений ртути внутрь возникает расстройство деятельности органов пищеварения и почек . Очень ядовиты и соединения ртути , такие как сулема .
Применение ртути
В промышленности применяется она как металл так и некоторые его соли . Металлическую ртуть используют при изготовлении термометров , барометров , в некоторых измерительных приборах , а также при добыче золота для его очистке от примесей , так как ртуть легко образует амальгамы с золотом и другими некоторыми благородными металлами . Так же использовалась в зубоврачебной практике для изготовления пломб .
Соли ртути также находят некоторое применение такие как сулема HgCl2 используется как дезинфицирующее средство но в последнее время предпочтение другим дез. средствам , каломель Hg2Cl2 ( Cl — Hg — Hg — Cl ) применялось как лёгкое слабительное .
В природе ртуть встречается изредка в самородном жидком состоянии , но в виде соединений , например киновари HgS . Для получения из неё ртути киноварь сначала обжигают :
2HgS + 3O2 = 2HgO + 2SO2
а затем полученную окись ртути HgO разлагают нагреванием :
t
2HgO = 2Hg + O2
Обычно обе реакции протекают одновременно в едином процессе , такими же свойствами обладает оксид серебра при нагревании он восстанавливается до свободного состояния .
Химические свойства ртути
Ртуть при обычных условиях существует в жидком состоянии . Вступает в сплав с другими металлами образуя амальгаму . Жидкая ртуть устойчива на воздухе и в воде , хотя и не покрыта защитной оксидной плёнкой . Эти свойства ртути находятся в соответствии с её высокой ионизационным потенциалом .
Hg , стоящая в ряду напряжений правее водорода , растворяется только в концентрированной азотной и горячей концентрированной серной кислотах , образуя соответствующие соли :
Hg + 4HNO3 = Hg(NO3 )2 + 2NO2 + 2H2O
2Hg + 2H2SO4 = Hg2SO4 + SO2 + 2H2O
При действии на избыток ртути разбавленной азотной кислоты образуется нитрат ртути ( I ) :
6Hg+ 8HNO3 = 3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Атомы ртути ( в отличие от цинка и кадмия ) могут связываться друг с другом ковалентной связью , образуя группировку Hg : Hg · . Каждый атом ртути в этом комплексе имеет степень окисления 1+ . Окислители легко повышают степень окисления ртути :
Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2
а восстановители переводят Hg⁺ в Hg⁺² и далее в металлическую ртуть ;
Hg(NO3)2 + Hg = Hg2(NO3)2
2HgCl + SnCl2 = Hg2Cl2 + SnCl4
Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4
Гидроксиды ртути весьма не стабильны и разлагаются уже в ходе реакции :
Hg(NO3)2 + 2NaOH = 2NaNO3 + Hg(OH)2
Hg(OH)2 = HgO + H2O
Нагревание приводит к восстановлению до свободного металла :
t
2HgO = 2Hg + O2
Все соединения ртути чрезвычайно ядовиты, а в случае если ртуть была разлита её можно связать (нейтрализовать ) с серой . Поэтому места , где разлита ртуть , посыпают порошком серы или для « демеркурирования » также применяют раствор хлорида железа FeCl3
Статья на тему Ртуть