Ртуть

Ртуть (химический символ — Hg, от лат. Hydrargyrum) — химический элемент 12-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы второй группы) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 80. Относится к тяжёлым металлам, является единственным металлом, находящимся в жидком агрегатном состоянии при нормальных условиях (температура плавления −38,83 °C, температура кипения 356,73 °C). Простое вещество ртуть — переходный металл серебристо-белого цвета, тяжелая жидкость, пары которой чрезвычайно токсичны.

История

Древность и Средневековье

Ртуть известна человечеству с глубокой древности. Её находили в виде самородков, а также получали из минерала киновари (сульфид ртути, HgS). В Древнем Египте, Китае и Индии киноварь использовали как красный пигмент для росписей и косметики. В Древнем Риме ртуть применяли для извлечения золота и серебра из руд методом амальгамации. Аристотель в IV веке до н. э. описывал её как «жидкое серебро» (argentum vivum). Плиний Старший в «Естественной истории» (I век н. э.) упоминал о токсичности её паров.

В средневековой алхимии ртуть (Меркурий) занимала центральное место. Её считали первоматерией, основой всех металлов, и связывали с планетой Меркурий. Алхимики верили, что, соединяя ртуть с серой в определённых пропорциях, можно получить любой металл, в том числе золото. Киноварь активно применялась в китайской и европейской живописи (например, в помпейских фресках и русских иконах).

Новое время

В XVI веке Парацельс впервые систематически применил соединения ртути (каломель, сулему) в медицине для лечения сифилиса, что привело к массовым отравлениям. В XVIII веке Михаил Ломоносов и другие учёные изучали физические свойства ртути, в частности её тепловое расширение, что привело к созданию ртутных термометров. В 1759 году Иоганн Готлоб Леман описал ртутное месторождение в Донбассе (Никитовское).

В XIX веке ртуть стала ключевым компонентом в производстве взрывчатых веществ (гремучая ртуть) и в горном деле (амальгамация золота). В 1862 году русский химик Д. И. Менделеев определил точную атомную массу ртути. В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген использовал ртутную лампу для открытия X-лучей.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Ртуть — тяжёлая серебристо-белая жидкость. Её плотность при 20 °C составляет 13,546 г/см³, что делает её одним из самых плотных жидких веществ. Она обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Ртуть не смачивает стекло, что позволяет использовать её в термометрах и барометрах. Она имеет самую низкую температуру плавления среди металлов (−38,83 °C) и относительно низкую температуру кипения (356,73 °C), что делает её пары летучими даже при комнатной температуре.

Химические свойства

Ртуть — малоактивный металл. В ряду напряжений она стоит правее водорода, поэтому не вытесняет его из кислот (кроме азотной и концентрированной серной). На воздухе при комнатной температуре ртуть не окисляется, но при нагревании до 300–350 °C образует оксид ртути(II) (HgO) — красный порошок. При дальнейшем нагревании (выше 400 °C) оксид разлагается обратно на ртуть и кислород.

Ртуть легко образует амальгамы — сплавы с другими металлами (золотом, серебром, натрием, калием). С железом и платиной амальгамы не образует, поэтому ртуть можно хранить в стальных контейнерах. Она реагирует с галогенами (хлором, бромом, йодом), образуя галогениды. С серой ртуть образует сульфид (HgS), что используется для нейтрализации пролитой ртути.

Распространение в природе

Ртуть — редкий элемент. Её среднее содержание в земной коре составляет около 0,08 мг/кг (0,08 ppm). Основной минерал — киноварь (HgS), реже встречаются самородная ртуть, тиманнит (HgSe), колорадоит (HgTe) и другие. Крупнейшие месторождения находятся в Испании (Альмаден), Италии (Монте-Амиата), Китае (провинция Гуйчжоу), Кыргызстане (Хайдаркан), России (Никитовское месторождение в Донбассе — исторически, а также на Чукотке и Алтае). Ртуть также присутствует в виде примесей в каменном угле, нефти, сланцах и вулканических газах.

Получение

Основной способ получения ртути — обжиг киновари в токе воздуха при температуре 600–800 °C. Реакция: HgS + O₂ → Hg + SO₂. Образующиеся пары ртути конденсируют в холодильниках. Полученная ртуть содержит примеси (селен, теллур, другие металлы), которые удаляют путём фильтрации, промывки азотной кислотой и вакуумной перегонки. Мировое производство ртути в XXI веке составляет около 2000–3000 тонн в год, при этом более 90% приходится на Китай.

Применение

Традиционное применение

• Измерительные приборы: ртутные термометры, барометры, манометры (в прошлом — повсеместно, сейчас вытесняются цифровыми и спиртовыми аналогами из-за токсичности).
• Электротехника: ртутные выпрямители, переключатели, лампы дневного света (люминесцентные лампы содержат пары ртути).
• Химическая промышленность: производство хлора и каустической соды методом электролиза с ртутным катодом (постепенно заменяется мембранным методом).
• Металлургия: амальгамация золота и серебра (в кустарных условиях, в РФ — ограничено из-за экологических норм).
• Медицина: в прошлом — ртутные препараты (каломель, сулема) для дезинфекции и лечения сифилиса; в настоящее время — ртутьсодержащие вакцины (тиомерсал) и зубные амальгамы (в РФ — разрешены, но применяются реже).

Современное применение

• Научные исследования: ртуть используется в спектрометрах, рефрактометрах, в качестве рабочего тела в ртутных насосах и в некоторых типах атомных часов.
• Оборонная промышленность: гремучая ртуть (фульминат ртути) — инициирующее взрывчатое вещество для капсюлей-детонаторов.
• Энергетика: в некоторых типах ядерных реакторов (жидкометаллические теплоносители) — однако из-за коррозионной активности и токсичности ртуть уступает натрию и свинцу.

Токсичность и экологическая опасность

Ртуть и её соединения (особенно органические, например, метилртуть) чрезвычайно токсичны. Пары ртути при вдыхании вызывают острое отравление (поражение лёгких, центральной нервной системы) и хроническое (меркуриализм) — с симптомами тремора, бессонницы, нарушения памяти, поражения почек и печени. Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров ртути в воздухе рабочей зоны в РФ составляет 0,01 мг/м³, в атмосферном воздухе — 0,0003 мг/м³.

Органические соединения ртути (например, метилртуть, CH₃Hg⁺) накапливаются в водных экосистемах и по пищевым цепям (планктон → рыба → человек). Массовые отравления метилртутью произошли в Японии (болезнь Минамата, 1956 год) и Ираке (1971–1972 годы). В России с 2014 года действует запрет на использование ртути в производстве измерительных приборов (кроме медицинских целей), а также ограничения на импорт и экспорт ртути в рамках Минаматской конвенции (подписана РФ в 2014 году, ратифицирована в 2021 году).

Нейтрализация разливов

При разливе ртути (например, из разбитого термометра) её необходимо собирать механически (резиновой грушей, скотчем), а мелкие капли обрабатывать порошком серы (образуется нелетучий сульфид ртути). Категорически запрещается использовать пылесос (ртуть испаряется и распыляется) и смывать ртуть в канализацию. В РФ действуют специализированные службы демеркуризации.

Интересные факты

• Ртуть — единственный металл, который при нормальных условиях находится в жидком состоянии. Её также называют «живым серебром».
• В 2007 году Европейский союз запретил производство и импорт ртутных термометров и барометров (кроме медицинских целей). В РФ аналогичный запрет введён в 2014 году.
• В древности ртуть использовали для бальзамирования (в Древнем Египте) и в ритуальных целях (в мавзолее первого императора Китая Цинь Шихуанди — согласно легендам, в его гробнице текли «реки из ртути»).
• В 2023 году учёные из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН обнаружили, что некоторые бактерии способны восстанавливать ионную ртуть до металлической, что может быть использовано для биоремедиации загрязнённых почв.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.) и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4.
• Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — Т. 2.
• Минаматская конвенция по ртути: текст и приложения. — Программа ООН по окружающей среде (UNEP), 2013.
• ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
• Федеральный закон от 23.06.2016 № 203-ФЗ «О ратификации Минаматской конвенции по ртути».