Ртуть. Нахождение в природе, основные соединения, физические и химические свойства. Применение

      ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

                         ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

      ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

               

Тема: Ртуть. Нахождение в природе, основные соединения, физические   и химические свойства. Применение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       Выполнил: студент 1 курса

                                                                                           ПГС группа 3512

                                                                                           Малюгин С.В.

                                                                      

                                                                       Проверил:  Демиденок Ж.А.

 

 

 

 

 

Благовещенск 2012г.

                                                СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1.	История открытия элемента.	3
2.	Общая характеристика ртути. Нахождение в природе, получение. Физические и химические свойства.	4
3.	Основные соединения и применение ртути.	7
	Список литературы.	13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕМЕНТА

 

Самородная Ртуть была известна за 2000 лет до н. э. народам  Древней Индии и Древнего Китая. Ими же, а также греками и римлянами применялась киноварь (природная HgS) как краска, лекарственное и косметическое средство. Ртуть считалась важнейшим исходным веществом в операциях священного тайного искусства по изготовлению препаратов, продлевающих жизнь и именуемых пилюлями бессмертия. Ртуть считали основой металлов. С другой стороны, полагая, что ртуть представляет собой некое состояние серебра, древние люди именовали ее жидким серебром.  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. Продукт реакции был назван hydrargyros (от греч. hydor - вода и argyros - серебро), то есть жидким серебром, откуда произошли латинское названия hydrargyrum, а также argentum vivum - живое серебро. Последнее сохранилось в названиях Ртути quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.). Происхождение русского названия Ртути не установлено. Алхимики считали Ртуть главной составной частью всех металлов. "Фиксация" Ртути (переход в твердое состояние) признавалась первым условием ее превращения в золото. Твердую Ртуть впервые получили в декабре 1759 года петербургские академики И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Ученым удалось заморозить Ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая Ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о "фиксации" Ртути произвело сенсацию в ученом мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что Ртуть - такой же металл, как и все прочие.

 

 

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РТУТИ. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ, ПОЛУЧЕНИЕ. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

 

80 Hg   Ртуть  Mercury

(Xe)4f145d106s2

Атомный номер	80
Атомная масса	200,59
Атомный объем,  см³/моль	14,1
Плотность, кг/м³	13520
Температура плавления, °С	-38,9
Температура кипения, °С	357
Критическая температура, °С	1480
Теплоемкость, кДж/(кг·°С)	0,138
Электроотрицательность	1,9
Энтропия, Дж/(моль·К)	75,90
Электродный потенциал, В	+0,850
Удельная электрическая  проводимость, МСм/м	1,07

 

 

 

 

 

 

Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, элемент побочной подгруппы второй группы шестого периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с атомным номером 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжелый металл, жидкий при комнатной температуре. В природе Ртуть представлена семью стабильными изотопами с массовыми числами: 196 (0,2%), 198 (10,0%), 199 (16,8%), 200 (23,1%), 201 (13,2%), 202 (29,8%), 204 (6,9%).

Распространение Ртути в природе. Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов, ее среднее содержание в земной коре близко к 4,5·10^-6% по массе. Приблизительно в таких количествах она содержится в изверженных горных породах. Важную роль в геохимии Ртути играет ее миграция в газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре Ртуть преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды (содержание Ртути в них составляет несколько процентов). Известно 35 ртутных минералов; главнейший из них - киноварь HgS.

В биосфере Ртуть в основном рассеивается и лишь в незначительных количествах  сорбируется глинами и илами (в  глинах и сланцах в среднем 4·10^-5%). В морской воде содержится 3·10^-9% Ртути.

Самородная Ртуть, встречающаяся в природе, образуется при окислении киновари в сульфат и разложении последнего, при вулканических извержениях (редко), гидротермальным путем (выделяется из водных растворов).

Физические свойства Ртути. Ртуть - единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Твердая Ртуть кристаллизуется в ромбической сингонии, а = 3,463Å, с = 6,706Å; плотность твердой Ртути 14,193 г/см³ (-38,9 °С), жидкой 13,52 г/см³ (20 °С), атомный радиус 1,57Å, ионный радиус Hg²⁺ 1,10Å; t_пл -38,89 °С; t_кип 357,25 °С; удельная теплоемкость при 0°С 0,139 кДж/(кг·К) [0,03336 кал/(г·°С)], при 200°С 0,133 кДж/(кг·К) [0,0319 кал/(г·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения 1,826·10^-4 (0-100 °С); теплопроводность 8,247 Вт/(м·К) [0,0197 кал/(см·сек·°С)] (при 20 °С); удельное электросопротивление при 0°С 94,07·10^-8 ом·м (94,07·10^-6 ом·см). При 4,155 К Ртуть становится сверхпроводником. Ртуть диамагнитна, ее атомная магнитная восприимчивость равна -0,19·10^-6 (при 18 °С).

Химические  свойства Ртути. Конфигурация внешних электронов атома Hg 5d¹⁰6s², в соответствии с чем при химических реакциях образуются катионы Hg²⁺ и Hg₂²⁺. Химическая активность Ртути невелика. В сухом воздухе (или кислороде) она при комнатной температуре сохраняет свой блеск неограниченно долго. С кислородом дает два соединения: черный оксид (I) Hg₂O и красный оксид (II) HgO. Hg₂O появляется в виде черной пленки на поверхности Ртути при действии озона. HgO образуется при нагревании Hg на воздухе (300-350 °С), а также при осторожном нагревании нитратов Hg(NO₃)₂ или Hg₂(NO₃)₂. Гидрооксид Ртути практически не образуется. При взаимодействии с металлами, которые Ртуть смачивает, образуются амальгамы. Из сернистых соединений важнейшим является HgS, которую получают растиранием Hg с серным цветом при комнатной температуре, а также осаждением растворов солей Hg²⁺ сероводородом или сульфидом щелочного металла. С галогенами (хлором, иодом) Ртуть соединяется при нагревании, образуя почти недиссоциирующие, в большинстве ядовитые соединения типа HgX₂. В соляной и разбавленной серной кислотах Ртуть не растворяется, но растворима в царской водке, азотной и горячей концентрированной серной кислотах.

Почти все соли Hg²⁺ плохо растворимы в воде. К хорошо растворимым относится нитрат Hg(NO₃)₂. Большое значение имеют хлориды Ртути: Hg₂Cl₂ (каломель) и HgCl₂ (сулема). Известны соли окисной Ртути цианистой и роданистой кислот, а также ртутная соль гремучей кислоты Hg(ONC)₂ так называемых гремучая ртуть. При действии аммиака на соли образуются многочисленные комплексные соединения, например HgCl-2NH₃ (плавкий белый преципитат) и HgNH₂Cl (неплавкий белый преципитат). Применение находят ртутьорганические соединения.

Получение Ртути. Ртутные руды (или рудные концентраты), содержащие Ртуть в виде киновари, подвергают окислительному обжигу

HgS + О₂ = Hg + SO₂.

Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый  холодильник из нержавеющей стали  или монель-металла. Жидкая Ртуть  стекает в железные приемники. Для  очистки сырую Ртуть пропускают тонкой струйкой через высокий (1-1,5 м) сосуд с 10%-ной НNО₃, промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме.

Возможно также гидрометаллургическое  извлечение Ртути из руд и концентратов растворением HgS в сернистом натрии с последующим вытеснением Ртути  алюминием. Разработаны способы извлечения Ртуть электролизом сульфидных растворов.

 

3. ОСНОВНЫЕ  СОЕДИНЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ РТУТИ.

Соединения  одновалентной ртути.

Оксид ртути (I) Hg₂O. Оливково-зеленый порошок с плотностью 9,8 г/см³. Неустойчив и легко разлагается под действием света или тепла на HgO и металлическую ртуть. Получают действием щелочей на диртутные соли или кислорода на амальгаму калия.

Фторид ртути (I) Hg₂F₂. Желтые тетрагональные кристаллы, t_пл=570°С. Плотность 9,93 г/см³. При атмосферном давлении сублимируется при t=383°С, при действии воды Hg₂F₂ разлагается с образованием Hg, HgO и HF. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 248 Cм^.см²/моль. Получается при обработке ртути фтором на холоду.

Хлорид ртути (I) (каломель) Hg₂Cl₂. Встречается в природе в виде минерала каломели. Белые игольчатые кристаллы, желтеющие при нагревании. Плотность 7,15 г/см³. Плавится при температуре 400^oC с разложением. При атмосферном давлении сублимируется при t=383°С. Мало растворим в воде (ПР=10^-18). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 289,9 Cм^.см²/моль. Получается действием хлора на избыток ртути и обработкой раствора нитрата ртути (I) хлоридами щелочных металлов.

-265,06 кДж/моль;

-210,81 кДж/моль;

192,76 Дж/моль.K.

Бромид ртути (I) Hg₂Br₂. Бесцветные тетрагональные кристаллы, желтеющие при нагревании. Плотность 7,71 г/см³. Возгоняется при 340°С. Мало растворим в воде (ПР=10^-23). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 293,4 Cм^.см²/моль. Получается действием хлора на избыток ртути и обработкой раствора нитрата ртути(I) бромидами щелочных металлов.

-207,07 кДж/моль;

-181,35 кДж/моль;

217,70 Дж/моль.K.

Иодид ртути (I) Hg₂I₂. Диамагнитные сильно лучепреломляющие кристаллы желто-зеленого цвета. t_пл=290^оС, плотность 7,75 г/см³. Мало растворим в воде. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 290,8 Cм^.см²/моль. Получается обработкой раствора нитрата ртути (I) иодидами щелочных металлов.

Сульфид ртути (I) Hg₂S. Коричневый порошок, мало растворим в воде. При нагревании разлагается на HgS и металлическую ртуть. Получается обработкой сероводородом раствора ацетата ртути (I).

Сульфат ртути (I) Hg₂SO₄. Желтовато-белый кристаллический порошок (плотность 7,56 г/см³). Мало растворим в воде (ПР=10^-7). При нагревании разлагается на HgSO₄ и металлическую ртуть. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 297,2 Cм^.см²/моль. Получается действием концентрированной серной кислоты на избыток ртути.

-744,7 кДж/моль;

-627,51 кДж/моль;

200,71 Дж/моль.K.

Нитрат ртути (I) Hg₂(NO₃)₂. Диамагнитные бесцветные ромбические кристаллы. Растворим в воде. В водном растворе подвергается гидролизу. Плавится при 70°С. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 280,12 Cм^.см²/моль. Получается действием азотной кислоты на избыток ртути или действием металлической ртути на раствор Hg(NO₃)₂.

Соединения двухвалентной ртути.

Гидрид ртути (II) HgH₂. Белый объемистый осадок. Легко разлагается на элементы при -90^оС. Получают при взаимодействии HgI₂ c LiAlH₄.

Оксид ртути (II) HgO. Диамагнитные желтые или красные орторомбические кристаллы с плотностью 11,09 г/см³. Проявляет основной характер. Обладает окислительными свойствами. Разлагается на элементы при нагревании. Восстанавливается водородом. Получают окислением ртути на воздухе в присутствии катализатора (платины), обработкой щелочами солей ртути, гидролизом нитрата ртути большим избытком горячей воды.

Желтые кристаллы

-90,46 кДж/моль;

-58,52 кДж/моль;

71,3 Дж/моль.K.

Красные кристаллы

-90,88 кДж/моль;

-58,65 кДж/моль;

70,3 Дж/моль.K.

Фторид ртути (II) HgF₂. Бесцветные октаэдрические кристаллы, t_пл=615°С, t_кип=650°С. Плотность 8,95 г/см³. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 238 Cм^.см²/моль. Получается при обработке ртути газообразным фтором или термическим разложением HgF₂.

Хлорид ртути (II) (сулема) HgCl₂. Бесцветные ромбические кристаллы, t_пл=280°С, t_кип=304°С. Плотность 5,45 г/см³. Ядовит. Растворяется в воде, спирте, эфире и ацетоне. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 279,9 Cм^.см²/моль. Получается прямым синтезом из элементов, а также растворением HgO в HCl.

-228,24 кДж/моль;

-180,90 кДж/моль;

140,02 Дж/моль.K.

Бромид ртути (II) HgBr₂. Диамагнитные блестящие бесцветные ромбические кристаллы; t_пл=238°С, t_кип=322°С. Плотность 6,06 г/см³. Растворяется в воде, спирте, эфире и ацетоне. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 283,4 Cм^.см²/моль. Образуется при действии брома на нагретую ртуть.

-169,45 кДж/моль;

-152,22 кДж/моль;

170,31 Дж/моль.K.

Иодид ртути (II) HgI₂. Блестящие красные кристаллы с плотностью 6,28 г/см³. Устойчив при температурах ниже 127°С. При температуре выше 127°С превращается в желтые кристаллы, устойчивые до температуры плавления (259°С). Температура кипения 354°С. Мало растворим в воде. Растворяется в избытке KI с образованием комплексного соединения K₂[HgI₄]. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 280,8 Cм^.см²/моль. Получается перемешиванием ртути с йодом.

-105,44 кДж/моль;

-103,05 кДж/моль;

184,05 Дж/моль.K.

Сульфид ртути (II) HgS. Красный сульфид ртути (II) (киноварь) встречается в природе. Черный сульфид ртути образуется при пропускании сероводорода через растворы солей ртути (II), а также при действии на эти растворы сульфидов щелочных металлов. Мало растворим в воде. Растворяется в избытке растворов сульфидов щелочных металлов и аммония с образованием соединений, содержащих комплексный ион [HgS₂]^2-. Получается нагреванием смеси ртути с серой при 600^оС в токе азота.

-59,0 кДж/моль;

-51,42 кДж/моль;

82,42 Дж/моль.K.

Сульфат ртути (II) HgSO₄. Диамагнитные белые кристаллы, которые при нагревании приобретает желтую окраску, а затем красную. При 500^оС разлагается на Hg, SO₂ и O₂. В воде гидролизуется с образованием основного сульфата ртути. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 287,2 Cм^.см²/моль. Получается действием концентрированной серной кислоты на ртуть.

Нитрат ртути (II) Hg(NO₃)₂. Прозрачные бесцветные кристаллы. Плотность 4,3 г/см³. Температура плавления 145°С. Растворим в воде. В водном растворе подвергается гидролизу. Плавится при 70°С. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25^оС равна 270,12 Cм^.см²/моль. Получается действием азотной кислоты на ртуть.

 

Применение  Ртути. Ртуть широко применяется при изготовлении научных приборов (барометры, термометры, манометры, вакуумные насосы, нормальные элементы, полярографы, капиллярные электрометры и других), в ртутных лампах, переключателях, выпрямителях; как жидкий катод в производстве едких щелочей и хлора электролизом, в качестве катализатора при синтезе уксусной кислоты, в металлургии для амальгамации золота и серебра, при изготовлении взрывчатых веществ; в медицине (каломель, сулема, ртутьорганические и других соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве (органические соединения Ртути) в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами). Ртуть и ее соединения токсичны, поэтому работа с ними требует принятия необходимых мер предосторожности.

Ртуть(II) хлорид HgCl2 (сулема) очень ядовита и ее водные растворы при больших разбавлениях (1:1000) применяют для дезинфекции. Для лечения кожных и венерических заболеваний применяют мази, содержащие ртуть(II) оксид HgO и ртуть(II) сульфид HgS. Ртуть(I) хлорид Hg2Cl2 (каломель) плохо растворяется в воде и поэтому мало ядовита. Эту соль применяют в ветеринарии как слабительное средство.

Ртуть при обычных  условиях – жидкий металл, который  способен растворять другие металлы. При  этом образуются твердые сплавы –  амальгамы. В стоматологии для пломбирования  зубов издавна применяли амальгамы серебра и кадмия. Они химически инертны, легко размягчаются при нагревании и поэтому легко формуются.

Жидкая ртуть используется в ряде приборов, применяемых в  медицине. Например, для измерения  артериального давления, в медицинских  термометрах.

Источники ультрафиолетового  света – ртутно-кварцевые лампы  медицинского назначения содержат газообразную ртуть (пары). При облучении светом этих ламп больничных помещений уничтожаются микроорганизмы, содержащиеся в воздухе. С помощью ультрафиолетовых лучшей лечат различные кожные заболевания.

 

Ртуть в организме. Содержание Ртути в организмах составляет около 10^-6%. В среднем в организм человека с пищей ежесуточно поступает 0,02-0,05 мг Ртути. Концентрация Ртути в крови человека составляет в среднем 0,023 мкг/мл, в моче - 0,1-0,2 мкг/мл. В связи с загрязнением воды промышленного отходами в теле многих ракообразных и рыб концентрация Ртути (главным образом в виде ее органических соединений) может значительно превышать допустимый санитарно-гигиенический уровень. Ионы Ртути и ее соединения, связываясь с сульфгидрильными группами ферментов, могут инактивировать их. Попадая в организм, Ртуть влияет на поглощение и обмен микроэлементов - Cu, Zn, Cd, Se. В целом биологическая роль Ртуть в организме изучена недостаточно. Отравления Ртутью и ее соединениями возможны на ртутных рудниках и заводах, при производстве некоторых измерительных приборов, ламп, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов и других.

Основную опасность  представляют пары металлической Ртути, выделение которых с открытых поверхностей возрастает при повышении температуры воздуха. При вдыхании Ртуть попадает в кровь. В организме Ртуть циркулирует в крови, соединяясь с белками; частично откладывается в печени, в почках, селезенке, ткани мозга и др. Токсическое действие связано с блокированием сульфгидрильных групп тканевых белков, нарушением деятельности головного мозга (в первую очередь, гипоталамуса). Из организма Ртуть выводится через почки, кишечник, потовые железы и др.

Острые отравления Ртутью и ее парами встречаются редко. При хронических отравлениях наблюдаются эмоциональная неустойчивость, раздражительность, снижение работоспособности, нарушение сна, дрожание пальцев рук, снижение обоняния, головные боли. Характерный признак отравления - появление по краю десен каймы сине-черного цвета; поражение десен (разрыхленность, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту. При отравлениях органических соединениями Ртути (диэтилмеркурфосфатом, диэтилртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефалополиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек.

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Глинка Н.Л. Общая  химия: Учебное пособие для вузов/Под ред. Ермакова А.И. – М.: Интеграл-Пресс, 2002 - 728 с.

2. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов.: Учебник для вузов/Под редакцией Ершова Ю.А. – М.: Высш. шк., 2000 – 560 с.

3. Лучинский Г.П. Курс химии: Учебник для инженерно-технических (нехимических) вузов. – М.: Высш. шк., 1985 – 416 с.

 

ИНТЕРНЕТ - ИСТОЧНИКИ

 

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ртуть

2. http://chem100.ru/elem.php?n=80

3. http://onx.distant.ru/elements/80-Hg_soed.html