Химический элемент ртуть (Hg) - свойства, характеристика и применение металла

В природе существует множество полезных ископаемых, которые обладают определёнными характеристиками и используются для различных нужд человека.

Одним из древних металлов является ртуть. Химический элемент имеет особенности, которые делают его незаменимым в современной промышленности.

История открытия

О ртути люди узнали ещё в древние времена. Вещество часто находили в виде самородка, который представлял жидкие капли на горных породах. Но чаще металл получали из его соединения с серой — сульфида ртути (HgS), или киновари. Люди из Древнего Рима и Греции применяли вещество для очистки золота от разных примесей. В то время народы уже раскрыли, что металл и его соединения вредны для здоровья.

О веществе стало известно так рано, потому что добываемая киноварь быстро разлагалась под воздействием высоких температур воздуха и образовывала металлическую ртуть. В период древних цивилизаций люди обжигали киноварь в глиняных сосудах, на крышках которых конденсировался необходимый металл. Сегодня для этого применяют трубчатые печи.

Когда алхимики открыли новый элемент, они назвали его «живым серебром» (argentum vivum). Учёные считали его женским началом веществ и матерью всех металлов. Они полагали, что при помощи мышьяка и серы жидкой ртути можно вернуть твёрдость и получить таким образом золото.

В течение многих столетий алхимики утверждали, что это вещество содержится в любом металле. Кроме того, они верили, что оно могло стать основой для философского камня. Позже веществу дали другое название — hydrargyrum, что с латинского переводится как «жидкое серебро».

В Средневековье известные химические элементы ассоциировали с открытыми в то время семью планетами. Ртуть совпадала с обозначением Меркурия. Так люди подчёркивали близость металла к золоту (Солнцу), поскольку небесное тело расположено близко к светилу. Также название «Mercury» соответствовало уникальному свойству элемента. Капли вещества стремительно перекатывались по гладким поверхностям, что напоминало быстрое передвижение античного бога-посланника Меркурия.

В 1735 году шведский учёный Георг Брандт подробно описал образование вещества в чистом виде. Для обозначения уже использовался символ планеты Меркурий.

В 1759 году Браун и Ломоносов доказали, что вещество относится к металлам. Они смогли определить его металлические свойства в твёрдом агрегатном состоянии после замерзания.

Нахождение в природе

В России есть 23 места, где добывают ртуть. Самое крупное из них находится на Чукотке.

Металл также добывают и в других странах:

• Италия;
• Испания;
• Словения;
• Таджикистан;
• Украина;
• Киргизия.

Концентрация вещества в земной коре составляет всего 83 мг/т. Редкий металл слабо соединяется химически с иными элементами. Но ртутные руды часто бывают очень концентрированными, если их сравнивать с обычными горными породами, и могут содержать до 2,5% серебристого металла.

В основном ртуть рассеяна в природе. Лишь 0,02% от всего её объёма заключено в месторождениях. Наибольшие концентрации наблюдаются в глинистых сланцах. В Мировом океане объём вещества достигает 0,1 мкг/л.

Металл можно обнаружить во многих сульфидных минералах.

Основными природными материалами для добычи вещества выступают антимониты, блёклые руды, сфалериты и реальгары. Ртуть добывают из киновари, метациннабарита, а также из селенидов металла (тиманита и онофрита).

Описание элемента

Элемент расположен между золотом и таллием в таблице Менделеева. Ртуть имеет порядковый номер 80 и обозначается Hg. Она относится к элементам шестого периода и входит в подгруппу цинка. Это единственный металл, простые вещества которого находятся в жидком состоянии при нормальных условиях.

Электронная формула ртути — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s². Атомы вещества в соединениях с другими элементами проявляют валентность I и II.

Непрозрачный металл представлен тяжёлой серебристой жидкостью.

Основные физические свойства ртути:

• температура плавления: -38,8°C;
• температура кипения: +356,7°C;
• молярный объём — 14,80 см³/моль;
• атомная масса — 200,6;
• плотность — 13,5 г/см³.

В жидком виде ртуть обладает металлическим блеском. Когда вещество затвердевает, оно приобретает кристаллическое состояние. Ртуть может взаимодействовать со многими металлами, образуя при реакции с ними соединения, которые называются амальгамы. Химический элемент относится к группе диамагнетиков: он не магнитится, а отталкивается в присутствии магнитов. При горении вещество образует ядовитые испарения.

Ртуть характеризуется высоким потенциалом ионизации. Она способна восстанавливаться до атомарной формы (самородка). Кроме того, элемент обладает высокой химической стойкостью к кислороду и кислотам.

Химические особенности

Металл характеризуется степенью окисления +1 и +2. В первом случае он представлен двухъядерным катионом Hg22+ с металлической связью и склонен к диспропорционированию, которое проходит при нагревании и разбавлении водой.

На холоде вещество со степенью окисления +2 и металлическая ртуть сопропорционируют. Реагируя с нитратом металла, элемент образует нитрат ртути. При степени окисления +2 получаются катионы Hg²⁺, которые легко гидролизуются. Гидроксид металла существует лишь в разбавленных растворах, а в жидкостях с высокой концентрацией он дегидратируется.

Элемент со степенью окисления +2 образует с различными лигандами устойчивые комплексы. Прочные ковалентные связи наблюдаются с йодом, серой и углеродом. С последним веществом ртуть образует самые устойчивые соединения.

Сферы использования

Применение ртути в современной промышленности соблюдается с большой осторожностью. Перед работой с этим элементом нужно познакомиться с мерами безопасности.

Сферы использования металла:

• Материал применяется в виде рабочего тела в ртутных термометрах.
• Пары ртути, которые светятся в тлеющем разряде, используются для заполнения люминесцентных ламп.
• Металл и его сплавы применяют в герметичных выключателях, которые включаются в определённом положении.
• Некоторые химические источники тока и гидродинамические подшипники не обходятся без ртути.
• Вещество может применяться в датчиках положения.
• Иодид металла служит полупроводниковым детектором радиоактивного излучения.
• Бромид ртути используется в атомно-водородной энергетике.
• Соединение элемента с цезием выступает высокоэффективным рабочим телом в ионных двигателях.
• Металлическую ртуть используют как катод для электролитического получения активных металлов и щелочей.
• С помощью вещества перерабатывают вторичный алюминий.
• Соли химического элемента широко используют в лабораториях. Они помогают получить ацетальдегид из ацетилена.
• Каломель, сулему и некоторые другие токсичные соединения с Hg применяются в сельском хозяйстве для протравливания зерна и в качестве пестицидов.

В области медицины вещество практически не используют, поскольку оно считается опасным для жизни человека. В виде консерванта он содержится в малых количествах в вакцинах. В прошлом ртуть использовали в качестве слабительного, мочегонного и антисептического средства.

С 2020 года будет запрещено производство некоторых предметов для бытовых нужд, содержащих токсичный металл, поскольку испарения часто вызывают отравления у людей. Также введут регулирование применения вещества и ограничат многие промышленные процессы и отрасли, связанные с этим химическим элементом.

Ртуть — довольно интересный металл, который проявляет необычные свойства. О нём имеется немало занимательных фактов, однако учёные продолжают изучать особенности «жидкого серебра». Возможно, в будущем этому элементу найдут дополнительное применение и смогут снизить степень его токсичности.