Ртуть

Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжёлый металл, жидкий при комнатной температуре. В природе Р. 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%).

Историческая справка. Самородная Р. 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. Греческий врач Диоскорид (1 в. н. э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил Р. в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был назван hydrargyros (от греч. hydor - вода и argyros - серебро), т. е. жидким серебром, откуда произошли латинские названия hydrargyrum, а также argentum vivum - живое серебро. Последнее сохранилось в названиях P. quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.). Происхождение русского названия Р. не установлено. Алхимики считали Р. главной составной частью всех металлов. "Фиксация" Р. (переход в твёрдое состояние) признавалась первым условием её превращения в золото. Твёрдую Р. впервые получили в декабре 1759 петербургские академик И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Учёным удалось заморозить Р. в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая Р. оказалась ковкой, как свинец. Известие о "фиксации" Р. произвело сенсацию в учёном мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что Р. - такой же металл, как и все прочие.

Распространение Р. в природе. Р. принадлежит к числу весьма редких элементов, её среднее содержание в земной коре (кларк) близко к 4,5x10^-6% по массе. Приблизительно в таких количествах она содержится в изверженных горных породах. Важную роль в геохимии Р. играет её миграция в газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре Р. преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды (содержание Р. в них составляет несколько процентов). Известно 35 ртутных минералов; главнейший из них - киноварь HgS.

В биосфере Р. в основном рассеивается и лишь в незначительных количествах сорбируется глинами и илами (в глинах и сланцах в среднем 4x10^-5%). В морской воде содержится 3x10^-9% Р.

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

Физические и химические свойства Р. - единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Твёрдая Р. кристаллизуется в ромбические сингонии, а = 3,463 , с = 6,706 ; плотность твёрдой Р. 14,193 г/см³ (-38,9 °C), жидкой 13,52 г/см³ (20 °C), атомный радиус 1,57 , ионный радиус Hg²⁺ 1,10 ; t_пл - 38,89 °C; t_kип 357,25 °C; удельная теплоемкость при 0 °C 0,139 кдж/(кг xК) [0,03336 кал/(гx°C)]; при 200 °C 0,133 кдж/(кгxК)[0,0319 кал/(г x°C)]; температурный коэффициент линейного расширения 1,826x10^-4 (0-100 °C); теплопроводность 8,247вт/(мxК) [0,0197 кал/(смxсекx?C) (при 20?C); удельное электросопротивление при 0°C 94,07x10^-8 омxм (94,07x10^-6 омxсм). При 4,155 К Р. становится сверхпроводником (см. Сверхпроводимость). Р. диамагнитна, её атомная магнитная восприимчивость равна -0,19x10^-6 (при 18 °C).

Конфигурация внешних электронов атома Hg 5d ¹⁰6s², в соответствии с чем при химических реакциях образуются катионы Hg²⁺ и Hg₂²⁺. Химическая активность Р. невелика. В сухом воздухе (или кислороде) она при комнатной температуре сохраняет свой блеск неограниченно долго. С кислородом даёт 2 соединения: чёрную закись Hg₂O и красную окись HgO. Hg₂O появляется в виде чёрной плёнки на поверхности Р. при действии озона. HgO образуется при нагревании Hg на воздухе (300-350 °C), а также при осторожном нагревании нитратов Hg (NO₃)₂ или Hg₂(NO₃)₂. Гидроокись Р. практически не образуется. При взаимодействии с металлами, которые Р. 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) Р. соединяется при нагревании, образуя почти недиссоциирующие, в большинстве ядовитые соединения типа HgX₂. В соляной и разбавленной серной кислотах Р. 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 Р.: Hg₂Cl₂ (каломель) и HgCl₂ (сулема) Известны соли окисной Р. цианистой и роданистой кислот, а также ртутная соль гремучей кислоты Hg (ONC)₂, т. н. гремучая ртуть. При действии аммиака на соли образуются многочисленные комплексные соединения, например HgCIx2NH₃ (плавкий белый преципитат) и HgNH₂CI (неплавкий белый преципитат). Применение находят ртутьорганические соединения.

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

HgS + O₂ = Hg + SO₂.

Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый холодильник из нержавеющей стали или монель-металла. Жидкая Р. стекает в железные приёмники. Для очистки сырую Р. пропускают тонкой струйкой через высокий (1-1,5м) сосуд с 10%-ной HNO₃, промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме.

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

Применение. Р. широко применяется при изготовлении научных приборов (барометры, термометры, манометры, вакуумные насосы, нормальные элементы, полярографы, капиллярные электрометры и др.), 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 (см. Гремучая ртуть); в медицине (каломель, сулема, ртутьорганические и другие соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве (органические соединения Р.) в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами). Р. и ее соединения токсичны, поэтому работа с ними требует принятия необходимых мер предосторожности.

? С. А. Погодин.

Р. в организме. Содержание Р. в организмах составляет около 10^-6% В среднем в организм человека с пищей ежесуточно поступает 0,02-0,05 мг Р. Концентрация Р. в крови человека составляет в среднем 0,023 мкг/мл, в моче - 0,1-0,2 мкг/мл. В связи с загрязнением воды промышленными отходами в теле многих ракообразных и рыб концентрация Р. (главным образом в виде её органических соединений) может значительно превышать допустимый санитарно-гигиенический уровень. Ионы Р. и её соединения, связываясь с сульфгидрильными группами ферментов, могут инактивировать их. Попадая в организм, Р. влияет на поглощение и обмен микроэлементов - Cu, Zn, Cd, Se. В целом биологическая роль Р. в организме изучена недостаточно.

? Ю. И. Раецкая.

Отравления Р. и её соединениями возможны на ртутных рудниках и заводах, при производстве некоторых измерительных приборов, ламп, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов и др.

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

Острые отравления Р. и её 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 дёсен каймы сине-чёрного цвета; поражение дёсен (разрыхлённость, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту. При отравлениях органическими соединениями Р. (диэтилмеркурфосфатом, диэтил-ртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефало-полиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек.

Лечение: внутривенное введение 20%-ного раствора гипосульфита (12-15 вливаний на курс), унитиол, фармакологические и физиотерапевтические средства, нормализующие высшую нервную деятельность, курортолечение (Пятигорск, Мацеста и т. п.) и др. Профилактика: замена Р. менее вредными веществами, правильные способы хранения, соблюдение мер безопасности при использовании (герметичность оборудования, рациональная отделка помещений, рабочих поверхностей, эффективная вентиляция), индивидуальная защита; предварительные и периодические медицинские осмотры.

Препараты Р. находят применение в медицинской практике, главным образом благодаря их антисептическим и мочегонным свойствам. Как мочегонные применяют меркузал, промеран и др. В качестве антисептиков используют сулему (дезинфекция кожи, одежды, предметов ухода за больными и т. п.), диоцид (стерилизация хирургических инструментов и т. п.), цианид и оксицианид Р. (для промываний и спринцеваний при некоторых воспалительных процессах), амидохлорид Р. (в виде мази при заболеваниях кожи), окись Р. жёлтую (в виде мази при заболеваниях глаз и кожи). Применявшиеся ранее для лечения сифилиса препараты Р. в современной практике не используются.

? А. А. Каспаров.

? Лит.: Мельников С. М., Ртуть, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 2, М., 1966; Рипан Р., Четяну И., Неорганическая химия, пер. с рум., М., 1972; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 2 изд., т. 2, М., 1969; Вредные вещества в промышленности, под общ. ред. Н. В. Лазарева, 6 изд., [ч. 2], Л., 1971; Трахтенберг И. М., Хроническое воздействие ртути на организм, К., 1969; Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973.