Химические свойства ртути

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ГОРНЫЙ»

Кафедра химии

РЕФЕРАТ

«рТУТь»

Выполнил: студент гр. ПГСп-14 Старцева А.Е.

Проверил: доцент Карапетян К.Г.

Санкт-Петербург 2014 год Ртуть — это не просто наполнитель наших термометров. Вряд ли нужно доказывать, что ртуть — металл своеобразный. Это очевидно хотя бы потому, что это единственный металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы называем нормальными.

Ртуть (англ. Mercury, франц. Mercure, нем. Quecksilber) входит в число семи металлов древности. Этот металл во многих языках носит имя мифического героя, древнегреческого бога Меркурия, потому что, по мнению древних ученых, капли ртути переливаются так же быстро, как бегал Меркурий, благодаря крылышкам на его сандалиях. Также существует версия, что ртуть считали основой металлов, близкой к золоту и поэтому называли меркурием, по имени ближайшей к солнцу (золоту) планеты Меркурий.

Общие сведения

Ртуть — элемент побочной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 80. Обозначается символом Hg .

История открытия

Ртуть была известна, по крайней мере, за 1500 лет до н.э., уже тогда ее умели получать из киновари. «Все металлы — из ртути…» — в этом были убеждены алхимики древности и средневековья. Также они полагали, что если жидкой ртути возвратить твердость при помощи серы или мышьяка, то получится золото.

Греческий врач Диоскорид (1 в. н. э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил ртуть в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки.

Твёрдую ртуть впервые получили в декабре 1759 петербургские академики И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Учёным удалось заморозить ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты.

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.

Распространенность и формы нахождения ртути в природе

Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов, её среднее содержание в земной коре близко к 4,5Ч10^-6% по массе. Однако в виду того, что она слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами.

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%).

В земной коре ртуть преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды. Известно 35 ртутных минералов; главнейший из них — 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. Достаточно провести по пленке ножом, и появится ярко-красная черта.

Физические свойства ртути

Во-первых, ртуть при нормальных условиях (20 °С) — жидкость.

Во-вторых, тяжелая жидкость — в 13,6 раза тяжелее воды.

В-третьих, у ртути довольно большой коэффициент температурного расширения — всего в полтора раза меньше, чем у воды, и на порядок, а то и два больше, чем у обычных металлов.

В-четвертых, температура плавления составляет всего лишь 234,32 °K (-38,83 °C), а кипит ртуть при довольно низкой температуре 629,88 °K (356,73 °C). Об этом знали еще в древности, и на этом свойстве издавна основывались методы извлечения металлической ртути из руд.

И это далеко не все свойства «жидкого металла», а лишь самые из них примечательные. Еще любопытная деталь: «миллиметр ртутного столба» — не единственная физическая единица, связанная с элементом № 80. Одно из определений ома, единицы электрического сопротивления, — это сопротивление столбика ртути длиной 106,3 см и сечением 1 мм².

Амальгамы

Еще одно замечательное свойство ртути: способность растворять другие металлы, образуя твердые или жидкие растворы — амальгамы. Некоторые из них, например амальгамы серебра и кадмия, химически инертны и тверды при температуре человеческого тела, но легко размягчаются при нагревании. Из них делают зубные пломбы.

Старинные зеркала были покрыты не тонким слоем серебра, как это делается сейчас, а амальгамой, в состав которой входило 70% олова и 30% ртути.

Некоторые металлы, в частности железо, кобальт, никель, практически не поддаются амальгамации. Это позволяет транспортировать жидкий металл в емкостях из простой стали. (Особо чистую ртуть перевозят в таре из стекла, керамики или пластмассы.)

Зато натрий, например, амальгамируется очень легко. Амальгама натрия легко разлагается водой. Эти два обстоятельства сыграли и продолжают играть очень важную роль в хлорной промышленности. При выработке хлора и едкого натра методом электролиза поваренной соли используют катоды из металлической ртути. Сегодня хлорная промышленность — один из самых массовых потребителей металлической ртути.

Химические свойства

1. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 5s²5p⁶5d¹⁰6s².

2. Степень окисления + 1 и + 2; энергии ионизации Hg⁰; Hg⁺; Hg²⁺; Hg³⁺, В степени окисления +1 ртуть представляет собой двухъядерный катион Hg₂²⁺ со связью металл-металл. Ртуть — один из немногих металлов, способных формировать такие катионы, и у ртути они — самые устойчивые.

3. Ртуть — малоактивный металл (судя по ряду напряжений).

4. При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом:

ртуть атом амальгам

2Hg + O₂ > 2HgO

Образуется оксид ртути (II) красного цвета. Эта реакция обратима: при нагревании выше 340 °C оксид разлагается до простых веществ. Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода.

5. В степени окисления +1 ртуть склонна к диспропорционированию (протекает при нагревании или подщелачивании):

Из-за диспропорционирования ни оксид, ни гидроксид ртути +1 получить не удается.

6. В степени окисления +2 ртуть наоборот склонна к конпропорционированию:

В степени окисления +2 ртуть образует катионы Hg²⁺, которые очень легко гидролизуются. При этом гидроксид ртути Hg (OH)₂ существует только в очень разбавленных (<10^?4моль/л) растворах. В более концентрированных растворах он дегидратируется:

В очень концентрированной щелочи оксид ртути частично растворяется с образованием гидроксокомплекса:

7. Как сказано ранее, ртуть — малоактивный металл. Она не растворяется в растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке и азотной кислоте:

8. Также с трудом растворяется в серной кислоте при нагревании, с образованием сульфата ртути:

Яд или 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. 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.

Ядовитость соединений ртути ограничивает их применение, но иногда это свойство может оказаться полезным. Ртутными красками покрывают днища кораблей, чтобы они не обрастали ракушками.

Хотя все ртутные соли ядовиты, многие из них используются медициной, и, пожалуй, это одно из самых древних их применений. Сулема HgCl₂ — яд, но и одно из первых антисептических средств. Цианид ртути использовали в производстве антисептического мыла. Желтую окись ртути до сих пор применяют при лечении глазных и кожных заболеваний. Каломель Hg₂Cl₂ — общеизвестное слабительное средство. Медицина использует также фосфорнокислые соли ртути, ее сульфат, иодид и другие. В наше время большинство неорганических соединений ртути постепенно вытесняются из медицины ртутными же органическими соединениями, неспособными к легкой ионизации и поэтому не столь токсичными и меньше раздражающими ткани. Органические антисептики на основе соединений ртути пригодны даже для обработки слизистых оболочек. Они дают не меньший лечебный эффект, чем неорганические соединения.