РТУТЬ

РТУТЬ (лат. Hydrargyrum), Hg, хи­мич. эле­мент II груп­пы ко­рот­кой фор­мы (12-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 80, ат. м. 200,59. При­род­ная Р. со­сто­ит из се­ми ста­биль­ных изо­то­пов: ¹⁹⁶Hg (0,15%), ¹⁹⁸Hg (9,97%), ¹⁹⁹Hg (16,87%), ²⁰⁰Hg (23,10%), ²⁰¹Hg (13,18%), ²⁰²Hg (29,86%), ²⁰⁴Hg (6,87%). Ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 174–208.

Историческая справка

Р. – один из се­ми ме­тал­лов, из­вест­ных с древ­ней­ших вре­мён в Ин­дии, Ки­тае, Егип­те (за 2000 лет до н. э.). Не­ред­ко её на­хо­ди­ли в са­мо­род­ном ви­де, ча­ще по­лу­ча­ли об­жи­гом при­род­ной ки­но­ва­ри. Р. и её со­еди­не­ния ис­поль­зо­ва­лись в ме­ди­ци­не, из ки­но­ва­ри де­ла­ли крас­ные крас­ки (вер­миль­он). Древ­ние гре­ки и рим­ля­не ис­поль­зо­ва­ли Р. для из­вле­че­ния зо­ло­та и се­реб­ра (амаль­га­ми­ро­ва­ние), зна­ли о ток­сич­но­сти са­мой Р. и её со­еди­не­ний, напр. хло­ри­да рту­ти(II) – су­ле­мы. Ал­хи­ми­ки счи­та­ли Р. гл. со­став­ной ча­стью всех ме­тал­лов и пред­по­ла­га­ли, что из неё мож­но по­лу­чить зо­ло­то. Лат. назв. об­ра­зо­ва­но от греч. ὑδράργυρος (ὕδωρ – во­да и ἄργυρος  – се­реб­ро; «жид­кое те­ку­чее се­реб­ро»), дан­но­го в 1 в. н. э. Дио­ско­ри­дом. Совр. англ. (mercury) и франц. (mercure) на­зва­ния Р. про­изош­ли от име­ни др.-рим. бо­га тор­гов­ли и по­слан­ни­ка бо­гов Мер­ку­рия (Mercurius; в ал­хи­мии Р. обо­зна­ча­лась ас­тро­но­мич. сим­во­лом пла­не­ты Мер­ку­рий). Вы­де­ле­ние Р. в чис­том ви­де опи­са­но Г. Бранд­том в 1735.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Р. в зем­ной ко­ре 7,0·10^–6% по мас­се, в мор. во­де 0,03 мг/м³, в ат­мо­сфе­ре 2·10^–3 мг/м³. Р. от­но­сят к рас­се­ян­ным эле­мен­там (в кон­цен­трир. ви­де в ме­сто­ро­ж­де­ни­ях на­хо­дит­ся толь­ко 0,02% всей Р.); в при­ро­де встре­ча­ет­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии (ртуть са­мо­род­ная). Об­ра­зу­ет бо­лее 30 ми­не­ра­лов. Осн. руд­ный ми­не­рал – ки­но­варь HgS. Ми­не­ра­лы Р. в ви­де изо­морф­ных при­ме­сей встре­ча­ют­ся в квар­це, хал­це­до­не, кар­бо­на­тах, слю­дах, свин­цо­во-цин­ко­вых ру­дах. В об­мен­ных про­цес­сах гид­ро­сфе­ры, ли­то­сфе­ры, ат­мо­сфе­ры уча­ст­ву­ет боль­шое ко­ли­че­ст­во Р. См. так­же Ртут­ные ру­ды.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­них элек­трон­ных обо­ло­чек ато­ма Р. 4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²; в со­еди­не­ни­ях обыч­но про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +1 и +2; энер­гии ио­ни­за­ции Hg⁰→Hg⁺→Hg²⁺→Hg³⁺ со­от­вет­ст­вен­но рав­ны 1007, 1809 и 3300 кДж/моль; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 1,9; атом­ный ра­ди­ус 155 пм, ко­ва­лент­ный ра­ди­ус 149 пм, ион­ные ра­диу­сы (в скоб­ках ука­за­но ко­ор­ди­нац. чис­ло) Hg⁺ 111 пм (3), 133 пм (6), Hg²⁺ 83 пм (2), 110 пм (4), 116 пм (6), 128 пм (8).

Р. – се­реб­ри­сто-бе­лый ме­талл, ле­ту­чий уже при ком­нат­ной темп-ре, в па­рах бес­цвет­ный; един­ст­вен­ный из ме­тал­лов – жид­кий при ком­нат­ной темп-ре; t_пл –38,87 °C, t_кип 356,58 °C; плот­ность (кг/м³): 13 595,1 (0 °C), 13 545,7 (20 °C), 13533,6 (25 °C), 13411,8 (75 °C), 13351,5 (100 °C). Твёр­дая Р. – бес­цвет­ные кри­стал­лы; до 79 К су­ще­ст­ву­ет ром­бо­эд­ри­че­ская кри­стал­лич. α -мо­ди­фи­ка­ция, ни­же – β-Hg с тет­ра­го­наль­ной объ­ём­но­цен­трир. ре­шёт­кой; плот­ность твёр­дой Р. 14193 кг/м³ (–38,9 °C). Те­п­ло­ём­кость 27,98 Дж/(моль·К), тем­пе­ра­тур­ный ко­эф. ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния 41·10^–6 К^–1 (195–234 К). Диа­маг­не­тик. Темп-ра пе­ре­хо­да в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние α-Hg 4,153 К, β-Hg 3,949 К. Рас­тво­ри­мость Р. (г в 100 г): в во­де 6·10^–6 (25 °C), бен­зо­ле 2·10^–7 (20 °C), ди­ок­са­не 7,0·10^–7 (25 °C). Р. не сма­чи­ва­ет стек­ло.

Р. окис­ля­ет­ся до HgO ки­сло­ро­дом (при темп-ре вы­ше 300 °C), озо­ном – при ком­нат­ной темп-ре, во влаж­ном воз­ду­хе по­кры­ва­ет­ся плён­кой ок­си­да (рту­ти ок­сид). Не реа­ги­ру­ет с Н₂, N₂, P, As, С, Si, В, Ge, с су­хи­ми НСl, HF, H₂S, NH₃, PH₃ и AsH₃ при темп-ре ни­же 200 °C; с НВr, HI, H₂Se, тон­ко­из­мель­чён­ной S взаи­мо­дей­ст­ву­ет уже при ком­нат­ной темп-ре. Р. не взаи­мо­дей­ст­ву­ет с раз­бав­лен­ны­ми H₂SO₄ и HCl; реа­ги­ру­ет с цар­ской вод­кой, HNO₃ и кон­цен­трир. H₂SO₄. С га­ло­ге­на­ми Р. ак­тив­но взаи­мо­дей­ст­ву­ет, об­ра­зуя га­ло­ге­ни­ды (см., напр., Рту­ти хло­ри­ды), с халь­ко­ге­на­ми – халь­ко­ге­ни­ды (HgS, HgSe, HgTe). Р. об­ра­зу­ет спла­вы – амаль­га­мы со мно­ги­ми ме­тал­ла­ми (кро­ме V, Fe, Mo, Cs, Nb, Та, W), да­ёт ин­тер­ме­тал­лич. со­еди­не­ния (мер­ку­ри­ды). Со­ли Hg(I) су­ще­ст­ву­ют в ви­де ди­ме­ров, ка­ти­он Hg₂²⁺ со­хра­ня­ет­ся как в кри­стал­лич. ре­шёт­ке, так и в рас­тво­ре; су­ще­ст­ву­ют га­ло­ге­ни­ды Hg₂X₂ (X – F, Cl, Br, I), в ча­ст­но­сти хло­рид Hg₂Cl₂ (ка­ло­мель), нит­рат Hg₂(NO₃)₂ и его кри­стал­ло­гид­рат Hg₂(NO₃)₂·2H₂O, суль­фат Hg₂SO₄ и др. Со­ли Hg(II) – нит­рат Hg(NO₃)₂, суль­фат HgSO₄; ди­га­ло­ге­ни­ды Р. име­ют пре­им. ко­ва­лент­ный ха­рак­тер, су­ще­ст­ву­ют в вод­ном рас­тво­ре поч­ти ис­клю­чи­тель­но в мо­ле­ку­ляр­ной фор­ме, склон­ны об­ра­зо­вы­вать га­ло­ге­нид­ные ком­плек­сы. Мн. со­еди­не­ния Р. ле­ту­чи, раз­ла­га­ют­ся на све­ту, при на­гре­ва­нии, лег­ко вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся. См. так­же Ртуть­ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния.

Биологическая роль

Р. вы­со­ко­ток­сич­на для лю­бых форм жиз­ни. Па­ры́ и со­еди­не­ния Р. чрез­вы­чай­но ядо­ви­ты, на­ка­п­ли­ва­ют­ся в ор­га­низ­ме, лег­ко сор­би­ру­ют­ся лё­гоч­ной тка­нью, по­па­да­ют в кровь, под­вер­га­ют­ся фер­мен­та­тив­но­му окис­ле­нию до ио­нов Р., ко­то­рые об­ра­зу­ют со­еди­не­ния с мо­ле­ку­ла­ми бел­ка, фер­мен­та­ми, на­ру­ша­ют об­мен ве­ществ, по­ра­жа­ют нерв­ную сис­те­му. ПДК Р. в воз­ду­хе ра­бо­чей зо­ны 0,01 мг/м³, в ат­мо­сфер­ном воз­ду­хе 0,0003 мг/м³, в во­де во­до­ёмов 0,0005 мг/дм³, в поч­ве 2,1 мг/кг. При ра­бо­те с Р. не­об­хо­ди­ма пол­ная гер­ме­ти­за­ция ап­па­ра­ту­ры. Для хра­не­ния Р. ис­поль­зу­ют сталь­ные бал­ло­ны. Слу­чай­но про­ли­тую Р. не­об­хо­ди­мо со­брать мед­ной пла­стин­кой, за­тем об­ра­бо­тать по­верх­ность рас­тво­ром FeCl₃ (де­мер­ку­ри­за­ция).

Ес­те­ст­вен­ные ис­точ­ни­ки за­гряз­не­ния сре­ды – ис­па­ре­ние со всей по­верх­но­сти су­ши, воз­гон­ка из со­еди­не­ний, на­хо­дя­щих­ся глу­бо­ко в тол­ще зем­ной ко­ры, вул­ка­нич. дея­тель­ность; ан­тро­по­ген­ные ис­точ­ни­ки – ме­тал­лур­гия, сжи­га­ние ор­га­нич. то­п­лив, про­из-во хло­ра и со­ды, бы­то­вые (сжи­га­ние му­со­ра, сточ­ные во­ды и т. д.) и др. Эко­ло­гич. по­след­ст­вия про­яв­ля­ют­ся пре­ж­де все­го в вод­ной сре­де – по­дав­ля­ет­ся жиз­не­дея­тель­ность од­но­кле­точ­ных мор­ских ор­га­низ­мов и рыб, на­ру­ша­ет­ся фо­то­син­тез, ас­си­ми­ли­ру­ют­ся нит­ра­ты, фос­фа­ты, со­еди­не­ния ам­мо­ния и т. д.

Получение

Р. по­лу­ча­ют гл. обр. об­жи­гом ки­но­ва­ри HgS при 700–800 °C. Вос­ста­нов­лен­ная Р. уда­ля­ет­ся из зо­ны ре­ак­ции с от­хо­дя­щи­ми га­за­ми, очи­ща­ет­ся в элек­тро­фильт­рах от взве­шен­ных час­тиц и со­би­ра­ет­ся в кон­ден­са­то­рах. Вы­ход Р. бо­лее 80%. Для по­лу­че­ния тех­нич. про­дук­та Р. фильт­ру­ют че­рез по­рис­тые пе­ре­го­род­ки, ке­ра­мич. фильт­ры, сук­но, зам­шу, по­сле­до­ва­тель­но про­мы­ва­ют рас­тво­ра­ми ще­ло­чей, азот­ной ки­сло­той, рас­тво­ра­ми Hg(NO₃)₂ и пе­ре­го­ня­ют. Гид­ро­ме­тал­лур­гич. из­вле­че­ние Р. ве­дут об­ра­бот­кой ки­но­ва­ри вод­ны­ми ще­лоч­ны­ми рас­тво­ра­ми суль­фи­да или по­ли­суль­фи­да на­трия. Об­ра­зо­вав­шие­ся рас­тво­ры тио­со­лей Р. под­вер­га­ют элек­тро­ли­зу. Для по­лу­че­ния осо­бо чис­той Р. ис­поль­зу­ют че­ты­рёх­ста­дий­ное элек­тро­хи­мич. ра­фи­ни­ро­ва­ние в элек­тро­ли­зё­рах с ртут­ны­ми элек­тро­да­ми.

Объ­ём ис­поль­зо­ва­ния Р. – ок. 4000 т/год.

Применение

Р. – ма­те­ри­ал ка­то­дов при элек­тро­хи­мич. по­лу­че­нии ед­ких ще­ло­чей и хло­ра, при­ме­ня­ет­ся в по­ля­ро­гра­фии, в про­из-ве ртут­ных вен­ти­лей, га­зо­раз­ряд­ных ис­точ­ни­ков све­та (лю­ми­нес­цент­ных и ртут­ных ламп), диф­фу­зи­он­ных ва­ку­ум­ных на­со­сов, кон­троль­но-из­ме­рит. при­бо­ров (тер­мо­мет­ров, ба­ро­мет­ров, ма­но­мет­ров и др.); для оп­ре­де­ле­ния чис­то­ты фто­ра, а так­же его кон­цен­тра­ции в га­зах. Со­еди­не­ния Р. ис­поль­зу­ют в мер­ку­ри­мет­ри­че­ском и мер­ку­ро­мет­ри­че­ском ме­то­дах объ­ём­но­го ана­ли­за, для чер­не­ния ла­ту­ни, как ком­по­нент гла­зу­рей, в со­ста­ве элек­тро­ли­та в хи­мич. ис­точ­ни­ках то­ка, взрыв­ча­тых ве­ществ (гре­му­чая ртуть) и др.