Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, сначала разберемся с твердыми металлами. Почему остальные металлы твердые? Есть ли элементы похожие на ртуть или она единственная в своем роде?
Почему остальные металлы твердые? У каждого металла есть своя кристаллическая решетка. Из-за атомов, которые постоянно находятся в процессе колебания, но далеко не отходят от своего места, решётка получается очень прочной. Этим обуславливается “твердость” металлов.
Все металлы, кроме ртути, находятся в твердом состоянии при нормальных условиях. Но что будет с металлом, если его нагреть до определенной температуры? Сначала он становится мягче, потом более тягучим, а затем и вовсе переходит в жидкое состояние, подобно воде. Все дело в температуре плавления и для каждого материала она своя.
Внутренняя структура металла определяет при какой температуре тот или иной металл начнет плавиться. На это влияет связь молекул или атомов и расстояние, на котором они находятся друг от друга.
Следовательно, у ртути молекулы располагаются также, как и у воды? Поэтому она жидкая? Не совсем. Ртуть также имеет прочную кристаллическую решетку, все дело в температуре.
Ртуть может быть не только в жидком состоянии, но и газообразном, поскольку при комнатной температуре происходит её нагрев и она начинает испаряться. Пары ртути очень вредны для организма человека, поэтому с этим металлом нужно обращаться очень осторожно.
В домашних условиях вы можете встретить ртуть в чистом виде только в градусниках. Не забывайте, что обязательно нужно вызывать специальную службу, если вы его разобьете.
Существуют ли еще жидкие металлы? Ртуть единственный металл, который при нормальных условиях имеет жидкую форму. Дело в температуре плавления. Существуют также металлы, которые становятся жидкими при температуре тела человека.
Например, температура плавления Галлия составляет 29,8 градуса. Это значит, что в наших ладонях он станет таким же жидким как ртуть. Также, существует металл Цезий, который плавится при 28,5 градусах, но лучше в руки его не брать, поскольку он является щелочным металлом. Нельзя не упомянуть Франций, который “растает” в руках при 26,5 градусах.
Ложка из галлия
Становится ясно, что все дело в температуре плавления. Ртуть является исключением из правил, ведь это единственный металл, у которого температура плавления ниже 0. Именно это делает её необычной. Без неё просто невозможно представить современный мир. Но всегда следует помнить, что при работе с любым подобным металлом, нужно соблюдать все меры предосторожности.
Наука и технологии 26 июня, 2020 919 просмотров
uCrazy.ru
Навигация
ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ
ОПРОС
СЕЙЧАС НА САЙТЕ
КАЛЕНДАРЬ
Пн
Вт
Ср
Чт
Пт
Сб
Вс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Сегодня день рождения
Рекомендуем
Почему ртуть жидкая, в отличие от других металлов
Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, сначала разберемся с твердыми металлами. Почему остальные металлы твердые? Есть ли элементы похожие на ртуть или она единственная в своем роде?
Почему остальные металлы твердые?
У каждого металла есть своя кристаллическая решетка. Из-за атомов, которые постоянно находятся в процессе колебания, но далеко не отходят от своего места, решётка получается очень прочной. Этим обуславливается “твердость” металлов.
Все металлы, кроме ртути, находятся в твердом состоянии при нормальных условиях. Но что будет с металлом, если его нагреть до определенной температуры? Сначала он становится мягче, потом более тягучим, а затем и вовсе переходит в жидкое состояние, подобно воде. Все дело в температуре плавления и для каждого материала она своя.
Внутренняя структура металла определяет при какой температуре тот или иной металл начнет плавиться. На это влияет связь молекул или атомов и расстояние, на котором они находятся друг от друга.
Следовательно, у ртути молекулы располагаются также, как и у воды? Поэтому она жидкая? Не совсем. Ртуть также имеет прочную кристаллическую решетку, все дело в температуре.
Почему ртуть жидкая?
Ртуть может быть не только в жидком состоянии, но и газообразном, поскольку при комнатной температуре происходит её нагрев и она начинает испаряться. Пары ртути очень вредны для организма человека, поэтому с этим металлом нужно обращаться очень осторожно.
В домашних условиях вы можете встретить ртуть в чистом виде только в градусниках. Не забывайте, что обязательно нужно вызывать специальную службу, если вы его разобьете.
Существуют ли еще жидкие металлы?
Ртуть единственный металл, который при нормальных условиях имеет жидкую форму. Дело в температуре плавления. Существуют также металлы, которые становятся жидкими при температуре тела человека.
Например, температура плавления Галлия составляет 29,8 градуса. Это значит, что в наших ладонях он станет таким же жидким как ртуть. Также, существует металл Цезий, который плавится при 28,5 градусах, но лучше в руки его не брать, поскольку он является щелочным металлом. Нельзя не упомянуть Франций, который “растает” в руках при 26,5 градусах.
Становится ясно, что все дело в температуре плавления. Ртуть является исключением из правил, ведь это единственный металл, у которого температура плавления ниже 0. Именно это делает её необычной. Без неё просто невозможно представить современный мир. Но всегда следует помнить, что при работе с любым подобным металлом, нужно соблюдать все меры предосторожности.
При какой температуре ртуть переходит в жидкое состояние
Температура плавления ртути характеризует момент перехода металла из твердого состояния в жидкость. Свойства живого серебра (argentum vivum в переводе с латинского) расширяют границы применения металла в разных сферах производства с учетом мер безопасности, связанных с его использованием.
При условии безопасности для человека, ртуть используют в разных сферах производства
Распространенность в природе
В земной коре концентрация химического элемента низкая. Ртутные рудные минералы содержат до 2,5% живого серебра. Это отличает их от других пород. В основном меркурий находится в рассеянной форме, и лишь часть находится в месторождениях.
В магматических породах долевое содержание живого серебра равно между собой, а в осадочных толщах крупные концентрации металла сосредоточены в глинистых минералах. Воды Мирового океана содержат 0,1 мкг/л меркурия.
Высокая степень ионизации определяет особенности металла:
Химический элемент присутствует в составе сульфидных минералов (сфалерит, реальгар). Этот металл является индикатором месторождений ртути и скрытых рудных тел. В поверхностных условиях живое серебро и киноварь не растворяются в воде, но при наличии серной кислоты, озона способствует увеличению показателя растворимости минералов.
Меркурий обладает отличными сорбционными свойствами. В природе существует около 20 минералов, содержащих этот металл, но промышленная добыча производится на месторождениях киновари.
Одно из крупнейших месторождений находится в Испании. Технология производства металла предусматривает обжиг киновари с последующей конденсацией и сбором паров ртути.
Физические и химические свойства живого серебра
Ртуть (меркурий) имеет уникальные химические и физические особенности, что позволяет ее применять в различных сферах. Но в то же время ее испарения опасны для человека. Как уже упоминалось, ее называют живым серебром, она по цвету напоминает лунный металл.
Меркурий обладает переходными свойствами, при комнатной температуре он остается в жидком состоянии. Живое серебро легко образует с другими материалами твердые и жидкие сплавы (амальгамы). Наиболее популярными являются соединения золота и серебра.
Химический элемент является диамагнетиком, и в случае необходимости собрать его магнитом невозможно. Он неплохо проводит ток, поэтому в свое время его применяли при изготовлении реле и выключателей.
Испарения ртути опасны для здоровья человека
Плотность живого серебра при нормальных условиях составляет 13,5 г/см³. Этот химический элемент обладает устойчивостью в сухом воздухе, окисляется только при нагревании выше +300°C. После длительного хранения на открытом воздухе на поверхности образуется пленка из оксидов компонентов, содержащихся в основном материале в качестве примесей.
При нагревании вступает в реакцию с кислородом, образуя оксид красного цвета. Металл малоактивный, не реагирует с растворами кислот, но растворяется в царской водке. При нагревании в серной кислоте образует сульфат ртути.
Сферы использования живого серебра
Ртуть применяется для изготовления точных измерительных приборов для определения температуры и давления. Сегодня в электрохимическом производстве широко используются ртутные выпрямители тока.
Разнообразные свойства ртути дали возможность использовать ее в самых разных сферах промышленности
В медицинской отрасли для проведения профилактических работ в качестве источников ультрафиолетового спектра применяются ртутные (газоразрядные) лампы, всем известные градусники для измерения температуры тела содержат этот химический элемент.
В связи с тем, что меркурий токсичен, его не используют для изготовления медицинских препаратов. Хотя до середины 70-х годов ее активно применяли для производства мази от педикулеза.
Измерительные приборы для низкотемпературных условий содержат амальгаму таллия, которая в отличие от чистой ртути застывает при температуре – 60°C. Сочетание 2 токсичных металлов значительно расширяет границы использования.
За рубежом кипящую ртуть используют в качестве охладителя. Ее преимущество поддерживать постоянную температуру позволяет интенсивно отводить тепло от пространства катализатора. Для увеличения коэффициента отдачи в ртуть добавляют натрий для образования амальгамы.
С целью размягчения кадмия, олова и серебра меркурий используют в стоматологии при изготовлении пломб. Раньше ее применяли для золочения деталей часов и ювелирных изделий, а амальгамы золота и серебра использовались при производстве зеркал.
Живое серебро применяется в качестве катода для извлечения ряда активных компонентов электролитическим путем, а также для переработки вторичного алюминия.
Существуют технологии извлечения золота из россыпей с использованием свойства химического элемента образовывать амальгаму с благородным металлом. Этот метод был широко распространен в Индии, где в местах предполагаемого скопления золота проделывали специальные углубления, в которые заливали металлическую ртуть. Через некоторое время вытаскивали амальгаму, и путем выпаривания извлекали золото.
В нефтеперерабатывающей промышленности для регулировки температурных процессов используют пары ртути. В сельском хозяйстве ее используют для подготовки семян к посеву.
С давних времен и сегодня соли меркурия используют при изготовлении фетра, дублении кожи в качестве катализатора органического синтеза.
В прошлом ртуть не считалась вредным веществом, ее применяли для исцеления от недугов. В Средневековье алхимики использовали меркурий в поисках философского камня и превращения ее в золото.
Ртуть опасна для человека, она токсична и даже в ничтожных концентрациях плохо влияет на иммунную систему, почки, глаза, кожу и пищеварительный тракт.
Кипение и плавление металла
Переход ртути в жидкое состояние происходит в специальных термометрах
Технология физико-химических исследований при условиях высоких температур рассматривает давление плавления металла при разных температурах. Точность опытов обеспечивает применение на практике свойств химического элемента № 80.
Для измерения температуры выше +360°C пользуются термопарами или специальными термометрами, в которых пространство надо ртутью заполнено газом. С целью повышения температуры кипения металла в капилляр надо ртутью закачивают азот. При давлении 30 атмосфер температурный градиент увеличивается до +600°C.
Такого типа термометры требуют постепенного нагрева. Нижним пределом такого измерительного прибора является температура перехода живого серебра в твердое состояние.
Теплоемкость металла с увеличением температуры последовательно уменьшается и после определенного порога температурного градиента начинает медленно расти. Это свойство и жидкое состояние роднит ртуть с водой.
Все химические элементы таблицы Менделеева условно разделяются диагональю B – At на металлы и неметаллы. При этом последние в меньшинстве, располагаются выше и правее границы. Металлы же в явном количественном преимуществе, их из известных 118 элементов больше 80.
Все они обладают сходными физическими свойствами, объединяются агрегатным состоянием. Однако есть и исключение – элемент ртуть. О ней и поговорим подробнее.
Ртуть: положение в периодической системе
Данный элемент занимает свою ячейку в таблице под номером 80. При этом располагается во второй группе, побочной подгруппе, шестом большом периоде. Имеет атомную массу, равную 200,59. Существует в виде семи устойчивых изотопов: 196, 198, 199, 200, 201, 202, 204.
Относится к элементам d-семейства, однако не переходным, так как последние валентные электроны заполняют s-орбиталь. Ртуть входит в подгруппу металлов цинка, вместе с кадмием и коперницием.
Общая характеристика элемента
Химические элементы таблицы Менделеева имеют строго упорядоченное расположение, и каждый обладает своей электронной конфигурацией атома, говорящей о его свойствах. Ртуть не исключение. Строение ее внешней и предвнешней электронной оболочки следующее: 5s25p65d106s2.
Возможные степени окисления: +1, +2. Оксид и гидроксид ртути – слабо основные, иногда амфотерные по характеру соединения. Химический символ элемента №80 – Hg, латинское произношение “гидраргирум”. Русское название происходит от праславянского языка, на котором оно переводилось как “катиться”. У других народов произношение и название разное. Часто сам элемент и образуемые им простые и сложные вещества называют меркуратами, меркурием. Такое название происходит из древних времен, когда сопоставляли Hg (элемент) с серебром, придавали ему второе значение после золота. Солнце – символ аурум Au, Меркурий – символ гидраргирум Hg.
У древних народов было поверье, что существует семь основных металлов, среди которых ртуть. Группа из них находила отражение в небесных телах. То есть золото ассоциировалось с Солнцем, железо – с Марсом, ртуть – с Меркурием и так далее.
История открытия
О ртути было известно примерно за 1500 лет до нашей эры. Уже тогда ее описывали как “жидкое серебро”, подвижный, необычный и загадочный металл. Добывать ее тоже научились еще в древности.
Конечно, изучить ее свойства возможности не было, ведь еще не была сформирована как таковая химия. Ртуть окутывали пеленой тайны и магии, считали необычным веществом, близким к серебру и способным превратиться в золото, если сделать ее твердой. Однако способов получить чистую ртуть в твердом агрегатном состоянии не было, и алхимические изыскания не увенчались успехом.
Основные страны, где с самой древности применялась и добывалась ртуть, это:
Однако получить данный металл именно в чистом виде удалось только в XVIII веке, это сделал шведский химик Брандт. При этом ни им, ни до этого момента так и не были приведены доказательства металличности вещества. Данный вопрос прояснили М. В. Ломоносов и Браун. Именно эти ученые первыми сумели заморозить ртуть и таким образом подтвердить, что для нее характерны все свойства металлов – блеск, электропроводность, ковкость и пластичность, металлическая кристаллическая решетка.
На сегодняшний день получены самые разные соединения ртути, она используется в разных областях технического производства.
Вещество ртуть
Как простое вещество представляет собой жидкость (при нормальных условиях) серебристо-белую, подвижную, легколетучую. Типичный пример, где используется жидкая ртуть в чистом виде, – это термометры, градусники для измерения температуры.
Если перевести ртуть в твердое состояние, то она будет представлять собой полупрозрачные кристаллы, не имеющие запаха. Пары этого вещества бесцветные, очень ядовитые.
Физические свойства
По своим физическим свойствам данный металл – это единственный представитель, который при обычных условиях способен существовать в виде жидкости. По всем остальным свойствам он полностью подходит под общие характеристики остальных представителей категории.
Основные свойства следующие.
Кипение ртути начинается при температуре 356,73оС. В этот момент она начинает переходить в парообразное состояние, которое представляет собой совершенно невидимые глазом молекулы, соединенные ковалентной неполярной связью.
Температура плавления ртути показывает, что свойства этого металла явно необычные. Данное вещество начинает испаряться, переходя в невидимые молекулы газообразного состояния, уже при обычной комнатной температуре, что и делает ее особенно опасной для здоровья человека и животных.
Химические свойства
Известны следующие группы соединений на основе ртути в разных степенях окисления:
Температура плавления ртути позволяет ей образовывать как жидкие, так и твердые амальгамы. В таких сплавах металлы лишаются своей активности, становясь более инертными.
Реакция взаимодействия ртути с кислородом возможна только при достаточно высокой температуре, несмотря на сильную окислительную способность неметалла. При условиях свыше 380оС в результате такого синтеза образуется оксид металла со степенью окисления последнего +2.
С кислотами, щелочами, неметаллами в свободном виде металл не вступает в химическое взаимодействие, оставаясь в жидком состоянии.
С галогенами реагирует достаточно медленно и только на холоде, что и подтверждает температура плавления ртути. Хорошим окислителем для нее является перманганат калия.
Нахождение в природе
Содержится в земной коре, Мировом океане, рудах и минералах. Если говорить об общем процентном количестве ртути в земных недрах, то это примерно 0,000001%. В целом можно сказать, что данный элемент рассеянный. Основные минералы и руды, в состав которых входит этот металл, следующие:
В природе ртуть все время совершает круговорот и принимает участие в обменных процессах всех оболочек Земли.
Получение ртути
Основной способ получения – это обработка минерала киноварь. Также возможен металлургический способ при помощи восстановителей. Когда используют первый метод, то минерал подвергается жесткому обжигу в кислороде. В результате образуются пары металла. Так как температура плавления ртути очень низкая, а кипения, напротив, высокая, то сбор и конденсация паров при получении обжигом трудностей не вызывают. Данный способ обработки сульфида ртути применяли еще в древности для получения металла в чистом виде.
Второй метод основан на извлечении ртути также из сульфида при помощи использования сильного восстановителя. Такого, как железо. Сбор продукта осуществляется тем же способом, что и в предыдущем случае.
Биологическое воздействие на живые организмы
Температура ртути нужна достаточно низкая, чтобы перейти в парообразное состояние. Данный процесс начинается уже при 25оС, то есть при обычной комнатной температуре. В этом случае нахождение живых организмов в помещении становится опасным для здоровья.
Так, металл способен проникать внутрь существ через:
Оказавшись внутри, пары ртути включаются в общий кровоток, а затем вступают в синтезы белковых и других молекул, образуя с ними соединения. Так происходит накопление вредного металла в печени и костях. Из мест хранения металл снова может включаться в обменные процессы, синтезы и распады, вызывая медленную интоксикацию организма, сопровождающуюся самыми тяжелыми последствиями.
Выводится из органов достаточно медленно и под действием катализаторов, адсорбентов. Например, молока. Основные жидкости, через которые осуществляется вывод металла в окружающую среду:
Различают две основные формы отравления данным веществом: острая и хроническая. Каждая имеет свои особенности и проявления.
Симптоматика и лечение
Острая форма характерна для случаев, когда происходит разлив ртути на производствах, то есть когда единовременно происходит огромный выброс вещества в атмосферу. В таких ситуациях у незащищенных людей начинается резкое ухудшение самочувствия, то есть отравление. Симптомы следующие:
Если же поражение парами ртути происходило постепенно, то заболевание примет хронический характер. В этом случае проявления будут не такими резкими, однако ухудшение самочувствия будет накапливаться ежедневно, принимая все более масштабные обороты.
Все эти последствия могут наступить даже из-за незначительного выброса ртути в атмосферу. Если вовремя не провести демеркуризацию помещения, то можно очень сильно навредить здоровью.
Лечение в этих случаях обычно проводится следующими препаратами:
Использование человеком
Самое распространенное место использования и хранения металлической ртути – это градусники и термометры. В одном таком оборудовании может находиться до 3 г металла. Помимо этого, можно выделить еще несколько областей деятельности человека, в которых ртуть используется достаточно широко:
В настоящее время из-за получения более безопасных и удобных веществ ртуть практически вытеснена из медицины.
Каждый человек, когда слышит слово “металл”, представляет себе твердое блестящее тело, которое кажется холодным, если к нему прикоснуться. Однако в природе существует металл, который при комнатной температуре является жидким. Речь идет о ртути. Рассмотрим в статье свойства этого элемента, обращая особое внимание на вопрос плотности ртути.
Химический элемент
Если взглянуть на таблицу Менделеева, то под номером 80 в ней расположен элемент ртуть. Ему соответствует символ Hg, который имеет латинское название гидраргирум. Это слово с древнегреческого языка переводится как “жидкое серебро”, что обусловлено серебристым цветом металла и его жидким состоянием при нормальных условиях.
Перед ртутью в периодической таблице находится золото (Au). Такое соседство не является случайным, ведь многие химические свойства ртути подобны таковым для “царя металлов”.
Рассматриваемый элемент не является химически активным, он плохо проводит тепло, однако является хорошим проводником электричества. Ртуть не растворяется в воде, ее способны растворить лишь концентрированные кислоты, например, азотная. В самом жидком металле легко растворяются многие другие металлы, включая серебро и золото. Любопытно, что железо в ртути не растворяется, это позволяет его использовать в качестве материала для контейнеров, содержащих ртуть.
Причина необычных свойств ртути
Чтобы понять, почему ртуть жидкая, вспомним, что собой представляет металлическая связь. Согласно упрощенной и наглядной модели, эта химическая связь образуется, когда атомы металла легко отдают слабо связанные валентные электроны в межатомное пространство. Последние образуют электронный газ, который связывает в результате кулоновских взаимодействий положительно заряженные ионы в кристаллической решетке.
Заметим, что подобной электронной структурой обладают также цинк и кадмий. Оба металла также являются легкоплавкими, однако их температура плавления все же выше, чем у ртути, что обусловлено отсутствием у атомов этих элементов заполненной f-орбитали.
Какая плотность ртути?
Поскольку при нормальных условиях ртуть является текучим веществом, то любопытно узнать, насколько она тяжелая. Плотность ртути в кг на кубический метр составляет 13546. Это значение говорит, что рассматриваемый металл является очень тяжелым. Если ртутью набрать сосуд объемом 1 литр, то его масса составит 13,5 килограмм.
Большая плотность рассматриваемого металла связана с тем, что его атомы имеют относительно большую массу, которая равна 200,59 а.е.м. Для доказательства этого утверждения проведем простой расчет. Он будет заключаться в сравнении плотности ртути и воды. Как известно, вода при 4 oC имеет плотность 1000 кг/м3, а молекулярная масса H2O равна 18 а.е.м. Разделим массу атома Hg на массу H2O, получим:
Плотности же рассматриваемых веществ отличаются в 13,5 раз. Мы получили очень близкую цифру, подтвердив тем самым изложенный выше факт. Поскольку расчетная цифра оказалась несколько меньше, чем экспериментальное значение, то это говорит о том, что среднее расстояние между атомами ртути в жидкости меньше, чем расстояние между молекулами воды.
Плотность ртути практически не зависит от температуры, что является справедливым для большинства жидкостей, поскольку коэффициент ее теплового расширения очень маленький (имеет порядок 10-4 K-1).
Твердая ртуть
Переход в твердое состояние сопровождается небольшим уменьшением объема и, как следствие, незначительным увеличением плотности ртути. Она становится равной 14184 кг/м3, то есть возрастает всего на 4,8 % относительно этой величины для жидкости.
Как большая плотность проявляет себя на практике?
Будучи плотной жидкостью, ртуть также обладает огромным поверхностным натяжением. Когда ртуть разливают практически на любую поверхность, то она собирается в круглые капли.
Большая плотность приводит к тому, что любой железный предмет спокойно плавает на ее поверхности в результате действия на него архимедовой силы.
