Что такое ртуть? Какова масса ртути?

Если взглянуть на таблицу Менделеева, то можно заметить, что большую ее часть составляют металлические элементы. Среди них существует один, который обладает совершенно уникальными свойствами, отличающими его от остальных металлов. Данная статья посвящена ответу на вопрос, что такое ртуть.

Химический элемент

Действительно, наиболее точным ответом на вопрос, что такое ртуть, будет химический элемент под номером 80 в периодической таблице, который обозначается символом Hg. На латыни ртуть называется гидраргирум, что с древнегреческого языка можно перевести, как "жидкое серебро". Название этот металл получил не случайно такое, ведь при нормальных условиях он действительно находится в жидком состоянии и имеет серебристый цвет.

Существует 7 стабильных изотопов изучаемого элемента, поэтому его атомная масса сильно отличается от целого числа. Она равна 200,59 а.е.м., то есть 1 моль атомов Hg имеют массу 200,6 грамма, что в 3,5 раза больше массы атома железа.

Формула электронной конфигурации атома ртути может быть записана следующим образом: [Xe]4f145d106s2. Люди, которые немного знакомы с химией и атомной физикой, сразу могут заметить, что внешние электронные оболочки данного атома являются достаточно стабильными. Именно в этой стабильности кроются ответы на многие вопросы, которые касаются свойств ртути.

Химические свойства

Отвечая на вопрос, что такое ртуть, следует сказать, что этот металл можно считать благородным, поскольку он неохотно вступает в химические реакции с другими веществами. Кстати, соседом ртути в таблице Менделеева является сам "царь металлов" - золото.

Заставить ртуть в реакцию химическую вступить можно только при определенных условиях и при воздействии сильных окислителей, например, концентрированной азотной кислоты. В своих соединениях элемент проявляет валентности I и II. Ртуть хорошо реагирует с такими окислителями, как хлор, сера, фтор и фосфор, образуя соединения типа HgS или Hg2Cl2.

Сульфид ртути (HgS) является самым распространенным ее соединением в природе. Оно называется киноварью. Из киновари получают чистый металл в промышленных масштабах, для этого через нее пропускают горячий воздух. В результате этого процесса происходит разложение ртути сульфида по следующей химической реакции: HgS + O2 -> Hg + SO2.

Главными мировыми производителями ртути являются Китай, Киргизия, Россия, Чили и Перу.

Ртуть является жидкостью, которая легко растворяет в себе практически все металлы, образуя так называемые амальгамы - однородные смеси. Так, если бросить кусок золота или серебра, то оно быстро растворится в жидком металле. Что касается железа, то оно не растворяется в ртути, поэтому железные сосуды часто используют для хранения и транспортировки рассматриваемого вещества.

Физические свойства

Рассматривая выше вопрос, что такое ртуть, как химический элемент, было сказано, что при нормальных условиях металл является не твердым, а жидким. Это очень тяжелая и вязкая жидкость, ее плотность составляет 13,5 г/см3, что почти в 2 раза больше, чем у железа. Отвечая на вопрос, какова масса ртути, объем которой равен 1 литр, можно сказать, что она в 13,5 раз больше, чем для воды аналогичного объема, то есть составляет 13,5 кг.

Температура плавления металла равна -39 oC, а его температура кипения составляет всего 357 oC. Обе величины являются нетипичными для металлов, у которых температуры плавления на несколько сотен и тысяч градусов выше. Такие температуры ртути обусловлены специфическим строением ее атома.

Еще одним уникальным свойством изучаемого металла является то, что он плохо проводит тепло. Что касается электропроводности, то у ртути она имеет типичные для всех металлов значения.

Почему ртуть жидкая?

Как было отмечено, причина агрегатного состояния рассматриваемого металла заключается в его специфическом атомном строении. Дело в том, что внешняя электронная оболочка атома Hg полностью заполнена. Этот факт приводит к тому, что даже внешние электроны оказываются сильно связанными с ядром. Поскольку электрон оторвать от ядра Hg тяжело, то металлической связи атомы не образуют. В жидком и твердом состоянии для этого металла доминирующими оказываются слабые ван-дер-ваальсовые взаимодействия. Эти взаимодействия можно разрушить даже при низкой температуре (-39 oC).

Важно отметить, что при температуре уже выше 40 oC из-за слабых межатомных связей ртуть начинает активно испаряться. Ее пары опасны для здоровья человека.

Особенности твердой ртути

Говоря о том, что такое ртуть, следует сказать несколько слов о ее твердом агрегатном состоянии. Оно возможно только тогда, когда температура металла будет ниже -39 oC. При этом металл имеет ромбическую кристаллическую решетку. Его плотность составляет 14,2 г/см3. Заметим, что это значение сильно не отличается от плотности жидкой ртути. Это связано с тем, что при кристаллизации молярный объем уменьшается лишь на 3-4%.

Особенностью процесса кристаллизации является низкая энтальпия (теплота образования), которая на порядок меньше типичных значений для металлов.

Где используется ртуть?

Пожалуй, самым известным местом ее применения являются термометры, поскольку коэффициент теплового расширения жидкого металла имеет небольшое значение и является постоянным в широком интервале температур. В последнее время от ртутных термометров отказались во многих странах мира ввиду токсичности паров ртути, а также сложности ее удаления с различных поверхностей, если термометр разобьется.

Широко газообразная ртуть в настоящее время применяется в люминесцентных лампах дневного света.

Находит она применение также в медицине в виде различных соединений с йодом, хлором, кислородом. Ввиду опасности для здоровья, особенно в форме радикалов, от ртути постепенно отказываются, заменяя ее использование другими более безопасными соединениями.

Любопытно отметить, что раньше рассматриваемый жидким металл многими алхимиками считался самым чистым и первостепенным. Они полагали, что из него получаются все другие металлы. Ртуть часто использовали для лечения многих заболеваний.

Опасность "жидкого серебра" для здоровья человека

Ртуть и большинство ее соединений являются чрезвычайно токсичными. При этом наибольшую опасность представляют органические соединения этого химического элемента. В организм они могут попасть через дыхательные пути, через пищеварительную систему или в результате простого контакта с кожей. Металл постепенно накапливается в организме человека и приводит к серьезным нарушениям в работе почек и нервной системы.

Установлено, что постоянное попадание в организм этого элемента приводит к серьезным заболеваниям, включая психическое расстройство и слабоумие, которыми страдали такие известные исторические личности, как великий китайский император Цинь Шихуанди и последний царь из династии Рюриковичей Иван Грозный.

По вышеназванным причинам во многих цивилизованных странах постепенно отказываются от использования ртути во всех отраслях медицины.

Болезнь Минаматы

С 1953 по 1965 года в японском городе Минамата от отравления ртутью умерло несколько десятков человек, еще несколько сотен получили тяжелые отравления. Было установлено, что отравление произошло в результате потребления рыбы с высоким содержанием ртути. В океан этот металл попал в результате неконтролируемых выбросов одной нефтяной японской фирмы.

Дело в том, что организм рыб не способен выводить ртуть и постепенно ее аккумулирует. Причем наибольшие концентрации ртути находятся в организме рыб, расположенных на вершине пищевой цепочки. У хищников, например, акулы или окуня, концентрации ртути могут в десятки раз превышать аналогичные показатели у нехищных рыб.