История и происхождение названия
Ртуть — одни из немногих самородных металлов и вместе с золотом, медью, серебром и метеоритным железом была известна в Древнем Востоке за тысячи лет до нашей эры. Ртуть после железа была первым металлом, который люди сумели получить из руды. Диоскорид описал получение ртути нагреванием минерала ки-овари на железной сковородке, помещенной в глиняный горшок, покрытый крышкой. В этом несложном металлургическом аппарате происходила реакция вытеснения ртути железом
Fe+HgS=FeS+Hg
Ртуть испарялась и оседала каплями на более холодной крышке горшка. Почти наверняка процесс этот был открыт случайно, а случилось это потому, что ярко-красная киноварь HgS — основной ртутный минерал, издревле использовался как краска, лекарство и как косметическое средство в составе румян.
Нахождение в природе
Киноварь — основной рудный минерал, из которого добывают ртуть. Древние римляне добывали киноварь в горах Сьерра-Морена (Испания) из месторождения Альмадена, крупнейшего в мире. Промышленная добыча киновари ведется на этом месторождении с 1499 г. до сего дня. Месторождения киновари, имеющие промышленное значение, редки, и многие страны не имеют своих рудных запасов. Кроме Испании, значительными запасами ртутной руды располагают лишь Италия, США, Мексика. В месторождениях сконцентрировано лишь 0,02% от всех запасов ртути в земной коре, т. е. ртуть — рассеянный металл. Среди других элементов по распространенности ртуть занимает скромное шестьдесят шестое место.
Промышленное получение ртути из киновари сводится к обжигу предварительно раздробленной для увеличения поверхности руды. Обжиг ведется при температуре до 850°С:
HgS + O2=Hg + SO2↑
Так как температура обжига значительно выше температуры кипения ртути (357°С), ртуть выделяется из печи в парообразном состоянии и затем сжижается в специальных приемниках-конденсаторах. Для очистки ртути от механических и химических загрязнений ее продавливают через мелкопористый материал (часто используют для этого замшу или сукно) и затем перегоняют.
Физические свойства
Ртуть — единственный металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре. Температура плавления составляет 234,32 K (-38,83 °C), кипит при 629,88 K(356,73 °C). Обладает свойствами диамагнетика. Образует со многими металлами жидкие и твёрдые сплавы — амальгамы. Стойкие к амальгамированию металлы: V, Fe, Mo, Cs, Nb, Ta, W.
Химические свойства
Из всех металлов II группы ртуть — единственный, не вытесняющий водород из растворов обычных кислот. Растворяется ртуть только в тех кислотах, которые являются достаточно сильными окислителями. Например, при взаимодействии ртути с концентрированной азотной кислотой получается нитрат ртути Hg(N03)2 и продукт восстановления азотной кислоты:
3Hg + 8HNO3 = 4H20 + 3Hg(NO3)2 + 2NO
Из металлов побочной группы ртуть выделяет то, что в ряде соединений, существующих и в кристаллической форме, и в растворах, она выступает и как двух-, и как однозарядный катион. Простейшим примером являются галогениды с общей формулой HgX, где X — галоген. Такая запись формулы не отражает, однако, структуры соединения. Правильно записанная формула имеет вид Hg2X2 и соответствует структуре соединения X— Hg — Hg — X. При электролитической диссоциации таких солей в растворе появляются двухзарядные катионы Hg22+, достаточно устойчивые.
Вещества, содержащие группу Hg22+, называли раньше соединениями «закиси» ртути. Они могут образовываться при контакте металлической ртути с солями ртути (II) в результате реакции:
Hg° + Hg2+ = Hg22+
Существует и другая точка зрения относительно природы катиона. Она состоит в том, что Hg22+ содержит не две эквивалентные частицы Hg+, а представляет ион Hg2+, связанный с незаряженным атомом Hg0
В остальных же своих химических свойствах ртуть подобна цинку и кадмию, хотя некоторые отличия и существуют. В побочных подгруппах химическая активность металлов понижается с ростом относительной атомной массы. Пример этого — растворение в кислотах. Цинк растворяется в кислотах бурно, кадмий менее энергично, ртуть водород из обычных кислот не вытесняет. Цинк, кадмий и ртуть энергично взаимодействуют при нагревании с активными неметаллами. Активность взаимодействия падает в ряду от цинка к ртути. Но вот с твердой серой и иодом ртуть, в отличие от цинка и кадмия, реагирует даже в обычных условиях. Вероятная причина этого — растворение образующихся соединений в жидкой ртути, приводящее к тому, что поверхность ртути не закрывается защитной пленкой. Взаимодействие ртути с серой при комнатной температуре позволяет использовать серу для «нейтрализации» ртути, случайно пролитой в помещении.
Изотопы
Ртуть, подобно цинку и кадмию, — смесь нескольких изотопов с массовыми числами 196, 198, 199, 200, 201, 202, 204. Количества этих изотопов, кроме 196Hg,
Применение
Металлическая ртуть и ее сплавы значительно более широко применяются, чем соединения ртути. Основным потребителем ртути была и остается электротехническая и химическая промышленность. Ограниченное применение находят некоторые ртуть содержащие лекарственные препараты наружного применения. В косметике использование и киновари, и других ртутных соединений уже давно запрещено. В электротехнике в недавнем прошлом наиболее широкое применение для промышленных целей имели ртутные выпрямители тока, в которых одним из электродов была ртуть. В настоящее время на смену им приходят более удобные полупроводниковые, кремниевые выпрямители. Как жидкий проводник тока используется ртуть в различных реле и переключателях, так называемых «свинках»: при изменении положения стеклянной колбочки ртуть переливается из одного ее конца в другой и замыкает электрическую цепь. И эти устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми. А вот в производстве осветительных приборов использование ртути для создания ртутно-кварцевых ламп все увеличивается.
Устройство таких ламп очень простое. В трубку или шар из кварцевого стекла впаиваются металлические стержни — электроды. Будущая лампа откачивается до высокого вакуума, и в нее вводится капелька жидкой ртути. Приложение к электродам разности потенциалов вызывает светящийся газовый разряд в парах ртути. Ртутная газоразрядная лампа выгодно отличается от обычной лампы накаливания и по экономическим показателям, н по своим особым свойствам. Для обычных ламп лишь 10 % электрической энергии переходит в световую, 70% — в инфракрасное излучение и 20% — непосредственно в теплоту. В ртутной же лампе около 25% электрической энергии переходит в энергию видимого света, а более 50% превращается в энергию ультрафиолетового излучения. Медицинское использование ртутно-кварцевых ламп основано на биологической активности ультрафиолетового излучения. Коротковолновое излучение ртутно-кварцевой лампы губительно для бактерий. Понятно, что очистку помещения от болезнетворных бактерий, дезинфекцию удобнее и проще провести облучением ртутно-кварцевой лампой, чем обработкой этого помещения раствором сулемы или «карболки», как это делалось раньше.
Более длинноволновое ультрафиолетовое излучение вызывает появление красновато-коричневой окраски кожи, загара. Такое облучение благоприятно влияет на организм, в особенности детский, вызывая образование необходимого организму витамина «Д». Коротковолновый, бактерицидный ультрафиолет, разрушающий живые клетки, поглощается кислородом воздуха. Это поглощение вызывает фотохимическую реакцию
Характерный запах озона ощущается вскоре после включения ртутно-кварцевой лампы. Если лампа находится близко от облучаемого участка тела, т. е. если слои содержащего кислород воздуха невелики, последствием облучения будет не только загар, но и сильное шелушение кожи из-за отслоения клеток, «убитых» коротковолновым ультрафиолетовым излучением.
Еще одно применение ртутно-кварцевых ламп связано со способностью глаз насекомых воспринимать ультрафиолетовый свет. В сумерках и ночью насекомые и наиболее досаждающие людям комары летят на свет. Если зажечь ночью ртутно-кварцевую лампу и поднести к ней всасывающий рожок пылесоса, через короткое время пылесборный мешочек окажется наполненным насекомыми, в основном комарами. Установки Для уничтожения насекомых мало отличаются от описанной. Их достоинство по сравнению с химическими методами борьбы очевидно — в природу не вносится ядовитых веществ.
Более 10% всей вырабатываемой электроэнергии расходуется на освещение помещений и улиц городов. В световую энергию, как уже говорилось, переходит в случае обычных ламп накаливания лишь одна десятая часть расходуемой электроэнергии. Хотя по этому показателю ртутно-кварцевая лампа в 2,5 раза лучше, использовать ее для освещения нельзя. Мы привыкли к виду окружающего нас, освещенному солнечным светом. В сине-зеленом свете ртутной лампы цвет предметов меняется, мир становится непривычным, а длительное воздействие ультрафиолета, даже «мягкого» на сетчатку глаз повело бы к развитию глазных болезнен. В широко применяемых в светотехнике люминесцентных лампах их невидимое ультрафиолетовое излучение поглощается нанесенным на внутренние стенки лампы топким слоем вольфрамата кальция с небольшой примесью соединений самария. Оба этих соединения, поглощая ультрафиолет, испускают видимый свет тех длин волн (красный и желтый), которые ртутная лампа не испускает. Свет таких ламп довольно близок по составу к солнечному, не вреден для глаз, а превращение электрической энергии в энергию видимого света возрастает до 40—50%. К сожалению, ртутные лампы нельзя так просто включать в сеть, как лампу накаливания. Для того чтобы в парах ртути вспыхнул разряд, необходимо специальное электротехническое приспособление, и кроме того проходит некоторое время с момента включения до начала работы лампы. Поэтому обычные лампы накаливания, несмотря на свою неэкономичность, пока лишь потеснились, уступив место люминесцентным лампам в общественных местах и при освещении улиц.
|