Ртуть, ее физические и химические свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОБУ «СОШ п. Голубой Факел»

Реферат на тему:

«Ртуть»

Подготовила: Максимова Катерина

2014 г.

Содержание:

Вступление

История и происхождение названия

У древних народов

Нахождение в природе

Местонахождение

Соединения ртути

Физические свойства

Химические свойства

Ртуть и открытия Джозефа Пристли

Первый сверхпроводник

В окружающей среде

Применение ртути и её соединений

Токсикология ртути или отравление ртутью

«Что-то я неважно себя чувствую»

Красная ртуть

Яд и противоядие

А ртуть магнитится?

Ртуть в космосе

Сумасшедший как шляпный мастер

Источник информации

Заключение

Вступление

Ртуть (Hg, от лат. Hydrargyrum) -- элемент шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 80, относящийся к подгруппе цинка (побочной подгруппе II группы). Простое вещество ртуть (CAS-номер: 7439-97-6) -- переходный металл, при комнатной температуре представляющий собой тяжёлую серебристо-белую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть -- один из двух химических элементов (и единственный металл), простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй такой элемент -- бром).

Вряд ли нужно доказывать, что ртуть - металл своеобразный. Это очевидно хотя бы потому, что ртуть - единственный металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы называем нормальными. Почему ртуть жидкая - вопрос особый. Но именно это свойство, вернее сочетание свойств металла и жидкости (самой тяжелой жидкости!), определило особое положение элемента №80 в нашей жизни. О ртути можно рассказывать много: жидкому металлу посвящены десятки книг. Этот же рассказ - в основном о многообразии применения ртути и ее соединений.

Причастность ртути к славному клану металлов долгое время была под сомнением. Даже Ломоносов колебался, можно ли считать ртуть металлом, несмотря на то, что и в жидком состоянии она обладает почти полным комплексом металлических свойств: тепло- и электропроводностью, металлическим блеском и так далее. При охлаждении ртути до -39°C становится совсем очевидным, что она - одно из «светлых тел, которые ковать можно».

История и происхождение названия

ртуть соединение свойства применение

Ртуть известна с древних времен. Нередко её находили в самородном виде (жидкие капли на горных породах), но чаще получали обжигом природной киновари. Древние греки и римляне использовали ртуть для очистки золота (амальгамирование), знали о токсичности самой ртути и её соединений, в частности сулемы. Много веков алхимики считали ртуть главной составной частью всех металлов и полагали, что если жидкой ртути возвратить твердость при помощи серы или мышьяка, то получится золото. Выделение ртути в чистом виде было описано шведским химиком Георгом Брандтом в 1735 г. Для представления элемента как у алхимиков, так и в нынешнее время используется символ планеты Меркурий. Но принадлежность ртути к металлам была доказана только трудами Ломоносова и Брауна, которые в декабре 1759 года смогли заморозить ртуть и установить её металлические свойства: ковкость, электропроводность и др.

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».

У древних народов

История не сохранила имени древнего металлурга, первым получившего ртуть, - это было слишком давно, за много веков до нашей эры. Известно только, что в Древнем Египте металлическую ртуть и ее главный минерал, киноварь, использовали еще в III тысячелетии до н.э. Индусы узнали ртуть во II...I вв. до н.э. У древних китайцев киноварь пользовалась особой славой, и не только как краска, но и как лекарственное средство. Ртуть и киноварь упоминаются в «Естественной истории» Плиния Старшего: значит, о них знали и римляне. Плиний свидетельствует также, что римляне умели превращать киноварь в ртуть.

Все металлы - из ртути... В этом были убеждены алхимики древности и средневековья. Разницу в свойствах металлов они объясняли присутствием в металле одного из четырех элементов Аристотеля. (Напомним, что этими элементами были: огонь, воздух, вода и земля.) Характерно, что подобных взглядов придерживались и многие видные ученые далекого прошлого. Так, великий таджикский врач и химик Авиценна (980...1037 гг. н.э.) тоже считал, что все металлы произошли от ртути и серы.

Нахождение в природе

Ртуть -- относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако ввиду 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.

Месторождения

Ртуть считается редким металлом.

Одно из крупнейших в мире ртутных месторождений находится в Испании (Альмаден). Известны месторождения ртути на Кавказе (Дагестан, Армения), в Таджикистане, Словении, Киргизии (Хайдаркан -- Айдаркен) Украине (Горловка, Никитовский ртутный комбинат).

В России находятся 23 месторождения ртути, промышленные запасы составляют 15,6 тыс. тонн, из них крупнейшие разведаны на Чукотке -- Западно - Палянское и Тамватнейское.

Соединения ртути

Первым из них, несомненно, следует назвать 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.

Все соли ртути ядовиты, и это требует большой осторожности при работе с ними. Сталкиваться же с соединениями ртути приходится людям разных профессий. Ртутная соль хромовой кислоты, например, - замечательная зеленая краска по керамике. Сильный яд сулема HgCl2, но она крайне нужна в гальванопластике, в производстве оловянных и цинковых сплавов тонкой структуры, в процессах гравирования и литографии, даже в фотографии. Некоторые соли ртути, в том числе и сулема, применяются в сухих электрических батареях.

Физические свойства

Ртуть -- единственный металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре. Температура плавления составляет -38,83 °C, кипит при 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[10].

Плотность ртути при нормальных условиях -- 13 500 кг/м³.

Химические свойства

Ртуть, в отличие от цинка, малоактивный металл, в сухом воздухе устойчива, подобно благородным металлам.

Взаимодействие с неметаллами

Выше 300°С окисляется кислородом, образуя оксид ртути (II):

2Hg + O2 = 2HgO.

Очень легко взаимодействует с серой с образованием сульфида ртути (II):

Hg + S = HgS.

При нормальных условиях реагирует с галогенами:

Hg + Cl2 = HgCl2.

При нагревании - с фосфором, образуя фосфид:

3Hg + 2P = Hg3P2.

С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом ртуть не взаимодействует.

Взаимодействие с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов ртуть находится после водорода; с водой, щелочами и неокисляющими кислотами не взаимодействует. Растворяется в разбавленной и концентрированной азотной кислоте и концентрированной серной кислоте, образуя соли ртути и продукты восстановления кислот:

Hg + 4HNO3 (конц.) = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O,

6Hg + 8HNO3 (разб.) = 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O,

Hg + 2H2SO4 = HgSO4 + SO2 + 2H2O;

при избытке ртути возможно образование сульфата ртути (I):

2Hg + 2H2SO4 = Hg2SO4 + SO2 + 2H2O.

Взаимодействие с солями

Ртуть взаимодействует с солями ртути (II) с образованием солей ртути (I):

Hg + Hg(NO3)2 = Hg2(NO3)2,

Hg + HgCl2 = Hg2Cl2.

Другие металлы, из-за малой активности, вытеснять из растворов не может.

Ртуть и открытия Джозефа Пристли

Не Лавуазье был первым ученым, получившим кислород из красной окиси ртути. Карл Шееле еще в 1771 г. разложил это вещество на ртуть я «огненный воздух», а выдающийся английский химик Джозеф Пристли первым в мире исследовал кислород. 1 августа 1774 г., разложив окисел нагреванием, Пристли внес в полученный «воздух» горящую свечу и увидел, что пламя приобрело необычную яркость.

В этом воздухе свеча сгорала быстрее. Ярко вспыхнув, сгорали в нем и раскаленные кусочки каменного угля, и железные проволочки... За этим опытом последовали другие, и в итоге Пристли определил важнейшие качества «дефлогистонированного воздуха».

Джозеф Пристли сделал еще много важных открытий, и почти во всех его работах использовалась ртуть. Это она помогла Пристли открыть газообразный хлористый водород. Взаимодействие поваренной соли с серной кислотой и до Пристли наблюдали многие химики. Но все они пытались собрать образующийся газ над водой, и получалась соляная кислота. Пристли заменил воду ртутью... Таким же образом он получил чистый газообразный аммиак из нашатырного спирта. Затем оказалось, что два открытых им газа - NH3 и HCl - способны вступать в реакцию между собой и превращаться в белые мелкие кристаллы. Так впервые в лабораторных условиях был получен хлористый аммоний. Сернистый газ тоже был открыт Пристли и тоже был собран над ртутью.

Первый сверхпроводник

Спустя почти полтора столетия после опытов Пристли и Лавуазье ртуть оказалась сопричастна еще к одному выдающемуся открытию, на этот раз в области физики. В 1911 г. голландский ученый Гейке Камерлинг - Оннес исследовал электропроводность ртути при низкой температуре. С каждым опытом он уменьшал температуру, и когда она достигла 4,12°K, сопротивление ртути, до этого последовательно уменьшавшееся, вдруг исчезло совсем: электрический ток проходил по ртутному кольцу, не затухая. Так было открыто явление сверхпроводимости, и ртуть стала первым сверхпроводником. Сейчас известны десятки сплавов и чистых металлов, приобретающих это свойство при температуре, близкой к абсолютному нулю.

В окружающей среде

До индустриальной революции осаждение ртути из атмосферы составляло около 4 нанограммов на литр льда. 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 %.

Одно из тяжелейших загрязнений ртутью в истории случилось в японском городе Минамата в 1956 году, что привело к более чем трём тысячам жертв, которые либо умерли, либо сильно пострадали от болезни Минамата.

Применение ртути и её соединений

Медицина.

В связи с высокой токсичностью ртуть почти полностью вытеснена из медицинских препаратов. Её соединения (в частности, мертиолят) используются как консервант для вакцин. Сама ртуть сохраняется в медицинских термометрах (один медицинский термометр содержит до 2 г ртути).

Однако вплоть до 1970-х годов соединения ртути использовались в медицине очень активно:

> хлорид ртути (I) (каломель) -- слабительное;

> меркузал и промеран -- сильные мочегонные;

ц? хлорид ртути (II), цианид ртути (II), амидохлорид ртути и жёлтый оксид ртути (II) -- антисептики (в том числе в составе мазей).

Известны случаи, когда при завороте кишок больному вливали в желудок стакан ртути. По мнению древних врачевателей, предлагавших такой метод лечения, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пройти по кишечнику и под своим весом расправить его перекрутившиеся части.

Амальгаму серебра применяют в стоматологии в качестве материала зубных пломб.

Ртуть-203 (T1/2 = 53 сек) используется в радиофармакологии.

Металлургия.

Металлическая ртуть применяется для получения целого ряда важнейших сплавов.

Ранее различные амальгамы металлов, особенно золота и серебра, широко использовались в ювелирном деле, в производстве зеркал.

Металлическая ртуть служит катодом для электролитического получения ряда активных металлов, хлора и щелочей. Сейчас вместо ртутных катодов используют электролиз с диафрагмой.

Ртуть используется для переработки вторичного алюминия. Ртуть хорошо смачивает золото, поэтому ей обрабатывают золотоносные глины для выделения из них этого металла. Эта технология распространена, в частности, в Амазонии.

Химическая промышленность.

Соли ртути использовали в качестве катализатора промышленного получения ацетальдегида из ацетилена (реакция Кучерова), однако в настоящее время ацетальдегид получают прямым каталитическим окислением этана или этена.

Реактив Несслера используется для количественного определения аммиака.

Сельское хозяйство.

Высокотоксичные соединения ртути -- каломель, сулему, мертиолят и другие -- используют для протравливания семенного зерна и в качестве пестицидов.

Токсикология ртути или отравление ртутью

Воздействие ртути -- даже в небольших количествах -- может вызывать серьёзные проблемы со здоровьем и представляет угрозу для внутриутробного развития плода и развития ребёнка на ранних стадиях жизни. Ртуть может оказывать токсическое воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, а также на легкие, почки, кожу и глаза. ВОЗ рассматривает ртуть в качестве одного из десяти основных химических веществ или групп химических веществ, представляющих значительную проблему для общественного здравоохранения.

Наиболее ядовиты парым и растворимые соединения ртути. Металлическая ртуть не оказывает воздействия на организм. Пары 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. Ртуть -- типичный представитель кумулятивных ядов.

Органические соединения ртути (метилртуть и др.) в целом намного токсичнее, чем неорганические, прежде всего из-за их липофильности и способности более эффективно взаимодействовать с элементами ферментативных систем организма.

«Что-то я неважно себя чувствую»

Отравление тяжелыми металлами происходит медленно. Обычно симптомы отравления выражены неявно. Жертвы интоксикации жалуются на общее плохое самочувствие и постоянную усталость.

Ртуть способна вызывать аутоиммунные реакции. Что происходит в таком случае? Вот ртуть проникает в клеточную мембрану. Лимфоциты, осуществляющие иммунный надзор (они распознают и уничтожают чужеродные антигены, а также те клетки собственного организма, которые претерпели злокачественное перерождение), могут решить, что это «плохая», чужая клетка, и ее нужно удалить. Но клетка только кажется чужеродной из-за того, что содержит ртуть. Получается, что иммунная система защищает организм, сражаясь с его родными клетками. И тогда развиваются аутоиммунные заболевания: ревматоидный артрит, тиреоидит Хашимото, рассеянный склероз, системная красная волчанка и другие недуги.

Термин «аутоиммунные заболевания» используется в тех случаях, когда иммунная система атакует ткани собственного организма. Это похоже на то, как во время военных действий войска из-за несогласованности действий поливают огнем своих. Известно, например, что во время операции «Буря в пустыне» американские солдаты погибали от своих же пуль. Аутоиммунные заболевания развиваются по тому же принципу. И я убежден, что ртуть играет в этом далеко не последнюю роль.

Многие медики всерьез обеспокоены вопросом о связи аутоиммунных и некоторых других заболеваний с пломбами из амальгамы. Любые количества ртути, независимо от ее источника, в той или иной степени отравляют организм. Напомню, что ртуть более токсична, чем свинец или мышьяк. Ртуть способна вызвать необратимые биохимические изменения, повреждение клеток и их гибель. Коварство ртутной интоксикации состоит в том, что, прежде чем появятся видимые симптомы, нарушения в организме могут зайти очень далеко.

Красная ртуть

Красная ртуть, она же RM-20/20 или Compound-20/20 -- несуществующее вещество, якобы одна из последних военных разработок СССР. Наиболее коммерчески успешный из вымышленных материалов.

Считалось, что это вещество обладает помимо всего прочего большой плотностью (20 г/смі[1]), температурой замерзания в ?150 °C и радиоактивностью, и используется не то в «детонаторе термоядерной бомбы» , не то в «сверхмощных военных лазерах».

Отчасти слухи о плотности и радиоактивности обусловлены случаями, когда под видом RM-20/20 продавалась тяжёлая амальгама металлов платиновой группы, и радиоактивная амальгама плутония-239. Реально под названием «красная ртуть» продавалось очень много различных химикатов, вплоть до смеси обычной ртути с толчёным кирпичом.

Чаще всего под «красной ртутью» подразумевается HgO (оксид ртути) и пироантимонат (оксистибат) ртути Hg2Sb2O7. Это вещество представляет собой порошок тёмно-коричневого цвета, но, разумеется, ни заявленной плотностью на уровне осмия, ни радиоактивностью, ни какими-либо фантастическими свойствами данное вещество не обладает. Его отличие от других соединений ртути состоит в довольно высокой термостойкости. Если другие ртутные соли разлагаются уже при температуре около 300--350 градусов Цельсия, то пироантимонат выдерживает нагрев до 700 градусов Цельсия без разложения.

Существует другая версия появления термина «красная ртуть» . По некоторым данным, под видом «красной ртути» с территории СССР вывозилось смешанное со ртутью золото, а также иные растворённые во ртути драгоценные металлы [2]. В эти противозаконные действия были вовлечены высокопоставленные государственные чиновники и организованные преступные сообщества. Также существует версия, что всё это -- выдумка кинорежиссёров и сценаристов. В одной из книг Дмитрий Черкасов утверждает, что «красная ртуть» -- жаргонное название оружейного плутония. Наиболее распространённым веществом красного цвета, содержащим ртуть, является киноварь (HgS), но это всего лишь руда обычной ртути.

Существует и «неметаллическая» версия о происхождении термина -- под таким названием продавались наркотики и прочие запрещённые препараты, а также документация разных оборонных технологий. Некоторые люди ошибочно считают красной ртутью подкрашенный спирт в оконном термометре.

Яд и противоядие

«Я худшую смерть предпочту работе на ртутных рудниках, где крошатся зубы во рту…»

Р. Киплинг

Пары ртути и ее соединения действительно весьма ядовиты. Жидкая ртуть опасна прежде всего своей летучестью: если хранить ее открытой в лабораторном помещении, то в воздухе создастся парциальное давление ртути 0,001 мм. Это много, тем более что предельно допустимая концентрация ртути в промышленных помещениях 0,01 мг на кубический метр воздуха.

Степень токсического действия металлической ртути определяется прежде всего тем, какое количество ее успело прореагировать в организме, прежде чем ее вывели оттуда, т.е. опасна не сама ртуть, а ее соединения.

Острое отравление солями ртути проявляется в расстройстве кишечника, рвоте, набухании десен. Характерен упадок сердечной деятельности, пульс становится редким и слабым, возможны обмороки. Первое, что необходимо сделать в такой ситуации, это вызвать у больного рвоту. Затем дать ему молока и яичных белков. Ртуть выводится из организма в основном почками.

При хроническом отравлении ртутью и ее соединениями появляются металлический привкус во рту, рыхлость десен, сильное слюнотечение, легкая возбудимость, ослабление памяти. Опасность такого отравления есть во всех помещениях, где ртуть находится в контакте с воздухом. Особенно опасны мельчайшие капли разлитой ртути, забившиеся под плинтусы, линолеум, мебель, в щели пола. Общая поверхность маленьких ртутных шариков велика, и испарение идет интенсивнее. Поэтому случайно разлитую ртуть необходимо тщательно собрать. Все места, в которых могли задержаться малейшие капельки жидкого металла, необходимо обработать раствором FeCl3, чтобы связать ртуть химически.

А ртуть магнитится?

У ртути -- а она идет в Таблице Менделеева сразу вслед за золотом -- все внутренние электронные оболочки заполнены, на внешней -- 2 электрона. Магнитными свойствами обладают те элементы, у которых последняя оболочка заполнена, а вот предпоследняя -- нет. Следовательно, ртуть не является магнетиком.

Ртуть в космосе

Космические аппараты нашего времени требуют значительных количеств электроэнергии. Регулировка работы двигателей, связь, научные исследования, работа системы жизнеобеспечения - все это требует электричества... Пока основными источниками тока служат аккумуляторы и солнечные батареи. Энергетические потребности космических аппаратов растут и будут расти. Космическим кораблям недалекого будущего понадобятся электростанции на борту. В основе одного из вариантов таких станций - ядерный турбинный генератор. Во многом он подобен обычной тепловой электростанции, но рабочим телом в нем служит не водяной пар, а ртутный. Разогревает его радиоизотопное горючее. Цикл работы такой установки замкнутый: ртутный пар, пройдя турбину, конденсируется и возвращается в бойлер, где опять нагревается и вновь отправляется вращать турбину.

Сумасшедший как шляпный мастер

Выражение «сумасшедший как шляпный мастер» объясняется тем, что шляпные мастера постоянно подвергались воздействию ртутных соединений, использовавшихся при изготовлении фетровых шляп, и впоследствии часто сходили с ума.

Заключение

Итак, ртуть - единственный металл, находящийся при комнатной температуре в жидком состоянии. Она обладает многими интересными особенностями, которые использовали и используют для эффектных лекционных опытов.

Источники информации.

Интернет:

1. Википедия;

2. Ртуть. Книги. Наука и техника

Размещено на Allbest.ru