Часть 3: Галерея металлов

Глава 30: Ртуть - жидкий металл

Представьте металл, который течет как вода, но весит в 13,5 раз больше. Металл, который может растворять золото, но не смачивает стекло. Металл, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии и может испаряться, отравляя воздух невидимыми парами. Знакомьтесь с ртутью - единственным металлом, который остается жидким при обычных условиях, и одним из самых загадочных и опасных элементов периодической таблицы.

Уникальность ртути

Ртуть занимает особое место среди всех элементов благодаря своим исключительным свойствам.

Жидкий металл

При комнатной температуре (20°C) ртуть - единственный металл в жидком состоянии. Температура плавления ртути составляет -38,83°C, что намного ниже температуры плавления других металлов. Для сравнения: галлий плавится при 29,8°C, а цезий - при 28,4°C, но только ртуть остается жидкой в обычных условиях.

Удивительная плотность

Плотность ртути составляет 13,534 г/см³ - это в 13,5 раз больше плотности воды. Стальной шарик будет плавать в ртути, как пробка в воде! Это свойство использовалось в старинных опытах и демонстрациях.

Поверхностное натяжение

Ртуть обладает очень высоким поверхностным натяжением - в 6,5 раз больше, чем у воды. Поэтому капли ртути имеют почти идеально сферическую форму и легко скатываются в одну большую каплю при соприкосновении.

История открытия и использования

Ртуть известна человечеству с древнейших времен.

Древний мир

Ртуть была известна древним египтянам, грекам и китайцам более 3500 лет назад. В гробницах египетских фараонов находили сосуды с ртутью. Древние греки называли ее “живым серебром” (hydrargyrum), от чего происходит современное обозначение Hg.

В Древнем Китае ртуть считалась эликсиром бессмертия. Император Цинь Шихуанди, объединитель Китая, возможно, умер от отравления ртутью, которую принимал для продления жизни.

Алхимический период

Алхимики считали ртуть одной из трех основных субстанций (вместе с серой и солью), из которых состоят все металлы. Они верили, что превращение неблагородных металлов в золото происходит через изменение пропорций ртути и серы.

Арабский алхимик Джабир ибн Хайян (VIII век) разработал ртутно-серную теорию металлов, которая доминировала в алхимии много веков.

Средневековье и Возрождение

В Средние века ртуть широко использовалась в медицине для лечения сифилиса и других болезней. Выражение “ночь с Венерой, жизнь с Меркурием” отражало связь между венерическими болезнями и ртутным лечением.

Парацельс (1493-1541) активно применял препараты ртути в медицине, считая ее универсальным лекарством.

Добыча ртути

Ртуть встречается в природе как в виде самородков, так и в составе минералов.

Основная руда - киноварь

Главная руда ртути - киноварь (HgS), красивый ярко-красный минерал. Киноварь была известна еще в древности как ценный пигмент под названием “вермильон”.

Крупнейшие месторождения

Испания (Альмадень) - древнейшее и крупнейшее месторождение, разрабатывалось более 2000 лет
Китай (провинция Гуйчжоу) - крупнейший современный производитель
Киргизия (Хайдаркан)
Россия (Чукотка)

Процесс получения

Ртуть получают из киновари простым обжигом:

HgS + O₂ → Hg + SO₂

При нагревании киновари до 600°C ртуть испаряется, а пары конденсируются в холодильниках. Этот процесс известен более 1000 лет.

Свойства ртути

Ртуть обладает уникальным набором физических и химических свойств.

Физические свойства

Температура плавления: -38,83°C
Температура кипения: 356,73°C
Плотность: 13,534 г/см³
Электропроводность: хорошая, но хуже чем у большинства металлов
Теплопроводность: низкая для металла

Химические свойства

Ртуть относительно инертна при обычных условиях. Она не окисляется на воздухе при комнатной температуре, не реагирует с кислотами (кроме концентрированных азотной и серной).

Амальгамы Ртуть может растворять многие металлы, образуя амальгамы. Особенно легко образуются амальгамы золота, серебра, олова, цинка. Это свойство использовалось для извлечения золота из руд.

Применения ртути в прошлом

На протяжении истории ртуть находила множество применений.

Измерительные приборы

Термометры Ртутные термометры, изобретенные Фаренгейтом в 1714 году, долгое время были самыми точными. Ртуть равномерно расширяется при нагревании и хорошо видна в стеклянной трубке.

Барометры Торричелли в 1643 году создал первый ртутный барометр. Столбик ртути высотой 760 мм соответствует нормальному атмосферному давлению.

Манометры Ртутные манометры использовались для измерения давления газов и жидкостей в промышленности.

Электротехника

Контакты и переключатели Жидкая ртуть обеспечивала надежный электрический контакт в переключателях, реле и других устройствах.

Выпрямители Ртутные выпрямители использовались для преобразования переменного тока в постоянный до появления полупроводниковых диодов.

Добыча золота

Амальгамация - процесс извлечения золота с помощью ртути - использовался с древности. Ртуть смешивали с золотосодержащей рудой, золото растворялось в ртути, затем амальгаму нагревали, ртуть испарялась, оставляя чистое золото.

Медицина

До XX века ртуть широко применялась в медицине:

Лечение сифилиса
Антисептические мази
Слабительные препараты
Зубные пломбы (амальгамы)

Токсичность ртути

Ртуть - один из самых ядовитых металлов.

Механизм отравления

Пары ртути легко проникают через легкие в кровь, а оттуда в мозг и другие органы. Ртуть связывается с белками, нарушая их функции. Особенно страдает нервная система.

Виды отравления

Острое отравление Происходит при вдыхании больших концентраций паров ртути. Симптомы: металлический привкус во рту, головная боль, тошнота, поражение почек.

Хроническое отравление Развивается при длительном воздействии малых доз. Проявляется дрожанием рук (меркуриализм), нарушением психики, поражением десен.

Исторические случаи отравления

“Безумный шляпник” В XIX веке при изготовлении фетровых шляп использовали ртутные соединения. Шляпники часто страдали от отравления ртутью, что проявлялось странным поведением. Отсюда выражение “безумный как шляпник”.

Болезнь Минамата В 1950-60-е годы в японском городе Минамата произошло массовое отравление ртутью. Химический завод сбрасывал ртутьсодержащие отходы в залив. Рыба накапливала ртуть, люди ели рыбу и отравлялись. Пострадали тысячи человек.

Экологические проблемы

Ртуть представляет серьезную угрозу для окружающей среды.

Глобальный цикл ртути

Ртуть может переноситься по воздуху на тысячи километров. Выброшенная в одной стране, она может выпасть с дождем в другой. Это делает ртуть глобальной экологической проблемой.

Биоаккумуляция

Ртуть накапливается в пищевых цепях. Планктон поглощает ртуть из воды, рыба ест планктон, хищные рыбы едят мелкую рыбу. На каждом уровне концентрация ртути увеличивается в 10 раз.

Источники загрязнения

Сжигание угля (главный источник)
Добыча золота кустарным способом
Производство цемента
Сжигание мусора
Вулканические извержения (природный источник)

Современное использование ртути

Сегодня применение ртути сильно ограничено из-за токсичности.

Разрешенные применения

Научные приборы В некоторых научных приборах ртуть все еще незаменима - точные манометры, диффузионные насосы.

Химическая промышленность Ртутные электроды в производстве хлора и каустической соды (хотя их постепенно заменяют).

Зубная амальгама До сих пор используется в стоматологии, хотя все чаще заменяется композитными материалами.

Запрещенные применения

Во многих странах запрещены:

Ртутные термометры для бытового использования
Ртутные барометры
Ртутьсодержащие краски
Ртутные переключатели

Международные соглашения

Минаматская конвенция

В 2013 году была принята Минаматская конвенция по ртути - международное соглашение о сокращении выбросов и использования ртути. Названа в честь японского города Минамата.

Конвенция предусматривает:

Запрет новых ртутных рудников
Поэтапный отказ от ртутьсодержащих продуктов
Сокращение выбросов ртути
Контроль международной торговли ртутью

Альтернативы ртути

Развитие технологий позволило найти замену ртути в большинстве применений.

Измерительные приборы

Спиртовые термометры для бытового использования
Электронные термометры с высокой точностью
Анероидные барометры без жидкости

Электротехника

Полупроводниковые выпрямители вместо ртутных
Механические и электронные реле вместо ртутных переключателей

Медицина

Композитные пломбы вместо амальгам
Электронные тонометры вместо ртутных

Обращение с ртутью

При работе с ртутью необходимы строгие меры безопасности.

Меры предосторожности

Работа только в вытяжном шкафу
Использование защитной одежды и респираторов
Контроль концентрации паров в воздухе
Регулярные медицинские осмотры работников

Что делать при разливе ртути

Проветрить помещение
Надеть защитные средства
Собрать крупные капли с помощью медной пластинки
Мелкие капли присыпать серой или цинковой пылью
Обработать поверхности раствором марганцовки

Утилизация

Ртуть подлежит обязательной утилизации как опасный отход. Ее нельзя выбрасывать в мусор или сливать в канализацию.

Ртуть в культуре и мифологии

Древние представления

В древности ртуть ассоциировалась с планетой Меркурий и одноименным богом - посланником богов. Считалось, что ртуть объединяет свойства металлов и жидкостей.

Алхимические символы

В алхимии ртуть символизировала женское начало, изменчивость, связь между небом и землей. Ее символ ☿ используется и для планеты Меркурий.

Литература

Ртуть часто упоминается в литературе как символ изменчивости и непостоянства. “Ртутный характер” означает переменчивый нрав.

Интересные факты о ртути

При замерзании ртуть становится твердой как свинец и ее можно ковать молотком
Древние римляне использовали ртуть для очистки золотых украшений
В средневековой Европе ртуть была дороже серебра
Первый термометр был изобретен в 1592 году Галилеем, но он использовал воздух, а не ртуть
В организме взрослого человека содержится около 5 мг ртути
Испания добывала ртуть в Альмадене более 2000 лет - с римских времен до 2003 года

Ртуть в природе

Природные источники

Ртуть поступает в окружающую среду из естественных источников:

Вулканические извержения
Выветривание горных пород
Испарение с поверхности океана

Круговорот ртути

Ртуть участвует в глобальном круговороте:

Испарение с поверхности воды и почвы
Перенос в атмосфере
Выпадение с осадками
Накопление в донных отложениях

Будущее ртути

Тенденции использования

Использование ртути в мире неуклонно сокращается благодаря:

Международным соглашениям
Развитию альтернативных технологий
Повышению экологической сознательности

Проблемы наследия

Остается проблема ртути, уже попавшей в окружающую среду:

Загрязненные участки требуют очистки
Ртуть в океане будет циркулировать десятилетиями
Необходим долгосрочный мониторинг

Научные исследования

Продолжаются исследования:

Методов очистки от ртутного загрязнения
Безопасных способов хранения ртути
Воздействия малых доз на здоровье

Заключение

Ртуть - удивительный металл с уникальными свойствами, который сыграл важную роль в развитии науки и техники. От древних алхимиков до современных ученых, от первых термометров до точных научных приборов - ртуть всегда была на переднем крае человеческих знаний.

Однако история ртути также напоминает нам об опасностях, которые могут скрываться в самых полезных материалах. Токсичность ртути, ее способность накапливаться в окружающей среде и живых организмах заставили человечество пересмотреть отношение к этому металлу.

Сегодня мы находимся на пути постепенного отказа от использования ртути. Минаматская конвенция стала важным шагом в защите планеты от ртутного загрязнения. Развитие альтернативных технологий позволяет заменить ртуть в большинстве применений.

Но полностью отказаться от ртути пока невозможно. В некоторых научных приборах и промышленных процессах она остается незаменимой. Поэтому наша задача - научиться безопасно обращаться с этим удивительным и опасным металлом, минимизируя риски для здоровья и окружающей среды.

История ртути - это история познания человеком природы металлов, понимания их свойств и опасностей. Это напоминание о том, что научный прогресс должен всегда сопровождаться ответственностью за последствия наших открытий.