Робоча програма з елективного курсу - Все про ртуті - 10-11 клас
Матеріал щодо занять
Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, хімічний елемент ІІ групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 80, атомна маса 200,59; сріблясто-білий важкий метал, рідкий за кімнатної температури. У природі Ртуть представлена сімома стабільними ізотопами з масовими числами: 196 (0,2%), 198 (10,0%), 199 (16,8%), 200 (23,1%), 201 (13,2%) 202 (29,8%), 204 (6,9%).
Ртуть – єдиний метал, рідкий за кімнатної температури. Щільність твердої Ртуті 14,193 г/см3 (-38,9 °С), рідкої 13,52 г/см3 (20 °С), атомний радіус 1,57 Å, іонний радіус Hg 2+ 1,10 Å; t пл -38,89 ° С; tкіп 357,25 ° С; питома теплоємність 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)]; теплопровідність 8,247 Вт/(м·К) [0,0197 кал/(см·сек·°С)] (при 20 °С); питомий електроопір при 0°С 94,07·10-8 ом·м (94,07·10-6 ом·см). При 4,155 К Ртуть стає надпровідником. Ртуть діамагнітна, її атомна магнітна сприйнятливість дорівнює -0,19 · 10-6 (при 18 ° С).
Хімічні властивості Ртуті
Конфігурація зовнішніх електронів атома Hg 5d106s2, відповідно до чого при хімічних реакціях утворюються катіони Hg 2+ і Hg 1+ . Хімічна активність Ртуті невелика. У сухому повітрі (або кисні) вона за кімнатної температури зберігає свій блиск необмежено довго. З киснем дає дві сполуки: чорний оксид (I) Hg2O та червоний оксид (II) HgO. Hg2O з'являється у вигляді чорної плівки на поверхні Ртуті при дії озону. HgO утворюється при нагріванні Hg на повітрі (300-350 ° С), а також при обережному нагріванні нітратів Hg(NO3)2 або Hg2(NO3)2. Гідрооксид Ртуті практично не утворюється. При взаємодії з металами, які Ртуть змочує, утворюються амальгами. З сірчистих сполукнайважливішим є HgS, яку отримують розтиранням Hg із сірчаним кольором при кімнатній температурі, а також осадженням розчинів солей Hg 2+ сірководнем або сульфідом лужного металу. З галогенами (хлором, йодом) Ртуть з'єднується при нагріванні, утворюючи майже недисоціюючі, здебільшого отруйні сполуки типу HgX2. У соляній та розведеній сірчаній кислотах Ртуть не розчиняється, але розчинна в царській горілці, азотній та гарячій концентрованій сірчаній кислотах.
Майже всі солі Hg 2+ погано розчиняються у воді. До добре розчинних відноситься нітрат Hg(NO3)2. Велике значення мають хлориди Ртуті: Hg2Cl2 (каломель) та HgCl2 (сулема). Відомі солі окисної Ртуті ціаністої та роданистої кислот, а також ртутна сіль гримучої кислоти Hg(ONC)2 так званих гримуча ртуть. При дії аміаку на солі утворюються численні комплексні сполуки, наприклад, HgCl-2NH3 (плавкий білий преципітат) і HgNH2Cl (неплавкий білий преципітат). Застосування знаходять ртутьорганічні сполуки.
Поширення Ртуті у природі
У біосфері Ртуть здебільшого розсіюється і лише у незначних кількостях сорбується глинами та мулами (у глинах та сланцях у середньому 4·10-5%). У морській воді міститься 3 · 10-9% Ртуті.
Самородна Ртуть, що у природі, утворюється при окисленні кіноварі в сульфат і розкладанні останнього, при вулканічних виверженнях (рідко), гідротермальним шляхом (виділяється з водних розчинів).
Ртутні руди (або рудні концентрати), що містять Ртуть у вигляді кіноварі, піддають окислювальному випалюванню.
Випалювальні гази, пройшовши пиловловлювальну камеру, надходять у трубчастий холодильник із нержавіючої сталі або монель-металу. Рідка Ртуть стікає у залізні приймачі. Для очищення сиру Ртуть пропускають тонким струмкомчерез високу (1-1,5 м) посудину з 10%-вою НNО3, промивають водою, висушують і переганяють у вакуумі.
Можливе також гідрометалургійне вилучення Ртуті з руд і концентратів розчиненням HgS в сірчистому натрії з наступним витісненням Ртуті алюмінієм. Розроблено способи вилучення Ртуть електролізом сульфідних розчинів.
Ртуть широко застосовується для виготовлення наукових приладів (барометри, термометри, манометри, вакуумні насоси, нормальні елементи, полярографи, капілярні електрометри та інших), в ртутних лампах, перемикачах, випрямлячах; як рідкий катод у виробництві їдких лугів і хлору електролізом, як каталізатор при синтезі оцтової кислоти, металургії для амальгамації золота і срібла, при виготовленні вибухових речовин; у медицині (каломель, сулема, ртутьорганічні та інші сполуки), як пігмент (кіновар), у сільському господарстві (органічні сполуки Ртуті) як протруйник насіння та гербіциду, а також як компонент фарби морських суден (для боротьби з обростанням їх організмами) . Ртуть та її сполуки токсичні, тому робота з ними вимагає вживання необхідних запобіжних заходів.
Ртуть у навколишньому середовищі.
Ртуть - це хімічний елемент і людина не може створити ані знищити її. Ртуть потрапляє в довкілля при виверженнях вулканів і зустрічається в земній корі, часто у вигляді солей, таких як сульфід ртуті. У незабруднених ґрунтах ртуть зустрічається в дуже малих кількостях, із середньою концентрацією близько 100 частин на мільярд. У скельних породах концентрація ртуті може становити від 10 до 20 000 частин на мільярд. Багато різних видів людської діяльності призводять до вилучення ртуті з земної кори для тих чи інших цілей, а це призводить і до викидів ртуті вглобальне довкілля.
Оскільки елементарна ртуть має високий поверхневий натяг, у зовнішньому середовищі вона утворює невеликі компактні сферичні краплі. Хоча самі по собі ці краплі стабільні, але високий тиск пари ртуті в порівнянні з іншими металами призводить до її випаровування. При розливі в приміщеннях ртуть може швидко створити небезпеку проникнення організм людини при вдиханні. Поза приміщеннями елементарна ртуть випаровується та потрапляє в атмосферу.
Багато різних видів людської діяльності призводять до вилучення ртуті із земної кори для тих чи інших цілей, а це призводить і до викидів ртуті у глобальне довкілля.
Елементарну ртуть для застосування людиною можуть виготовляти з руди, відомої під назвою кіновар, яка містить високу концентрацію сульфіду ртуті. Елементарна ртуть може також проводитися як побічний продукт при видобутку та очищенні таких металів як мідь, золото, свинець та цинк. Крім того, ртуть може вилучатися з вторинних джерел, а іноді її вилучають при очищенні природного газу або інших видів викопного палива.
За оцінками, приблизно третина всієї ртуті, що циркулює у глобальному довкіллі, має природне походження, а приблизно дві третини пов'язані з викидами внаслідок промислової діяльності чи іншої діяльності людини. Крім вулканічних вивержень, до природних джерел ртуті відноситься також вивітрювання гірських порід та ґрунту.
Обсяг ртуті, що циркулює в атмосфері, ґрунтах, озерах, водотоках та океанах планети з початку промислової ери збільшився у два – чотири рази. Внаслідок цього концентрації ртуті у навколишньому середовищі досягли небезпечно високого рівня.
Різні види діяльності людини призводять до викиду ртутіу довкілля. Ртуть присутня у викопному паливі, у рудах металів та інших мінералах. При спалюванні вугілля більшість що міститься у куті ртуті виділяється у довкілля. Ртуть виділяється в навколишнє середовище також при видобутку та збагаченні рудної сировини та при виробництві цементу. При будь-якому цілеспрямованому виробництві та застосуванні ртуті більша її частина рано чи пізно випаровується та потрапляє в атмосферу. В даний час найбільш масштабним цільовим застосуванням ртуті є малотоннажний видобуток золота. Іноді ртуть також використовується як каталізатор або вихідна сировина в хімічній промисловості або в інших галузях. І нарешті, ртуть та її сполуки присутні у найрізноманітніших промислових та споживчих продуктах.
Після потрапляння ртуті в атмосферу вона переноситься з вітром і, зрештою, випадає на землю. Перебуваючи в повітрі, ртуть до випадіння на землю може переміщатися на короткі або дуже великі відстані, вона може навіть обігнути всю земну кулю. Частина ртуті, що випадає на поверхню води або на землю, може випаровуватися, знову переноситися з повітряними масами і випадати в інших місцях. Ртуть, яка випадає на землю і не випаровується, швидше за все зв'язуватиметься органічними сполуками.
В Україні, в селищі Амдерма (Ненецький АТ) розташована велика станція моніторингу навколишнього середовища, яка передає дані для відстеження річних коливань концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері.
Рис.1. Приклад результату спостережень концентрації елементарної ртуті Hgº у районі п. Амдерма.
Деяка частина ртуті зв'язується торфом чи ґрунтом. Решта ртуть зрештою переноситься струмками та річками в озера та океани. У водному середовищі елементарна ртуть найімовірнішевсього зв'язуватиметься зваженими частинками і переноситиметься річками та океанічними течіями. Частина ртуті залишається у розчиненому стані у водній товщі. У водних екосистемах мікроорганізми можуть перетворювати елементарну ртуть на метилртуть - металлорганическое з'єднання, яке у малих дозах набагато токсичніше чистої ртуті. Метилртуть потрапляє в харчові ланцюги водних екосистем, вона піддається біоакумуляції та біоконцентрації і переноситься видами, що мігрують.
Про масштаби ртутного забруднення повітря закритих приміщень свідчать результати обстеження освітніх та медичних закладів. Більш ніж у половині з охоплених обстеженням кількох сотень шкіл є джерела та осередки ртуті. Кожен другий об'єкт із лікарень, поліклінік та стоматологічних кабінетів показує наявність ртуті та її пар. У житлових приміщеннях, де розбивався хоч один термометр, концентрація парів ртуті через роки перевищує ГДК. У зв'язку з цим має бути вироблена система загальнодержавних заходів щодо спостереження, контролю та ліквідації ртутних забруднень.
У геохімічних циклах ртуті велику роль грає її атмосферне перенесення. З техногенних джерел ртуть надходить у довкілля переважно з атмосферними опадами.