Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе

Реферат по предмету «Геохимия»:

Ртуть

Составила: Ромашова Д. А.

Проверил: Портнов А. М.

Москва 2010

Введение

Самородная ртуть 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 ртуть в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был назван hydrárgyros (от греч. hýdor — вода и árgyros — серебро), т. е. жидким серебром, откуда произошли латинские названия hydrargyrum, а также argentum vivum — живое серебро. Последнее сохранилось в названиях ртути quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.). Происхождение русского названия ртути не установлено. Алхимики считали ртуть главной составной частью всех металлов. "Фиксация" ртути (переход в твёрдое состояние) признавалась первым условием её превращения в золото. Твёрдую ртуть впервые получили в декабре 1759 года петербургские академики И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Учёным удалось заморозить ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о "фиксации" ртути произвело сенсацию в учёном мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что ртуть — такой же металл, как и все прочие.

Ртуть 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; в медицине (каломель, сулема, ртутьорганические и др. соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве (органические соединения ртути ) в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами). ртуть и ее соединения токсичны, поэтому работа с ними требует принятия необходимых мер предосторожности.

Ртуть – элемент конца периодической системы (№80), кларк его низок (4,5*10^-6 %), в биосфере он не концентрируется и организмы не приспособились к повышенным количественным этого металла. Месторождения ртути стали разрабатываться несколько тысячелетий назад, и с тех пор на земную поверхность поступает с каждым годом всё больше ртути. В отдельных ландшафтах концентрация ртути значительно повышена (например, вблизи заводов, использующих ртутные препараты и спускающих часть ртути в сточные воды). В результате ртуть накапливается в почвах, растениях, водах, поступает в организм человека. В средние века отравление ртутью получило наименование «болезни сумасшедшего шляпочника», так как ею заболевали мастера, применявшие препараты ртути при изготовлении фетровых шляп. Теперь эта давно забытая болезнь вспыхнула вновь. В Японии сброс отходов промышленности в реку Арегано и залив Минамата привел к обогащению ртутью рыб, крабов, устриц. Потребление их в пищу вызвало болезнь людей. Возрожденная болезнь получила название «болезни Минамата». Она передаётся по наследству.

Химические и физические свойства элемента, определяющие его миграцию

Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжёлый металл (плотность 13,52 г/см³), жидкий при комнатной температуре. Ртуть кристаллизуется в ромбической сингонии. Затвердевает ртуть при – 38,9⁰С, закипает – при +357,25⁰С. При нагревании ртуть довольно сильно (всего в 1,5 раза меньше воды) расширяется, плохо проводит электрический ток и тепло – в 50 раз хуже серебра. Многие металлы хорошо растворяются в ртути с образованием амальгамы. В природе ртуть 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%). Ртуть – элемент редкий и рассеянный, его содержание примерно 4,5*10^-6 % от массы земной коры.

Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов в земной коре ее 8,3*10^-6%. Примерно столько же Hg содержится в изверженных горных породах. В земной коре Hg преимущественно рассеяна; осаждается из горячих вод, образуя ртутные руды (содержание в них ртути примерно 5-7%), известно 35 рудных минералов. В свободном виде она встречается в виде вкраплений в горные породы, но крайне редко, выделяется из морской воды.

В геохимической классификации Гольдшмидта ртуть – халькофильный элемент. Она легко вступает в химическую реакцию с серой.

Тепловой эффект (изменении энтальпии) при образовании соединений из ртути в стандартных условиях для Hg_ж. = 0, для Hg_Г. = 60,83 кДж/моль. Стандартное значение энтропии – 174,9 Дж/моль*град. Теплоёмкость при постоянном давлении = 20,79 дж/моль*град. Ртуть имеет очень низкие температуру плавления и электрическую проводимость. Температура плавления -38,89°С. Относительная электрическая проводимость Hg = 1. Плотность 13,55 г/см³. Температура кипения 356,66°С. Радиус атома 0,160 нм = 1,57Å. Радиус иона = 0,112 нм = 1,10Å. Энергия ионизации 10,43 эВ. Стандартный электродный потенциал 0,854 В.

Ртуть — белый металл с серебристым оттенком. Во влажном воздухе она покрывается оксидной пленкой и теряет свой блеск. Но она не теряет блеска и не окисляется на воздухе при комнатной температуре. Ртуть легко образует сплавы кадмием и цинком, а также с другими металлами.

Сплавы ртути с другими металлами (амальгамы) могут быть «твердыми растворами» (например, амальгама кадмия) и интерметаллическими соединениями. Так, при растирании натрия со ртутью происходит экзотермический процесс образования амальгамы, в которой обнаруживается целый ряд интер-металлидов NaHg_y.

Ртуть растворяется только в кислотах — окислителях:

Hg + 4HN0₃ = Hg(N0₃)₂ + 2N0₂ + 2H₂0

При действии на избыток ртути разбавленной HNO₃ образуется соль Hg_а(N0₃)₂, в которой ртуть формально одновалентна:

6Hg + 8HNO₃ = 3Hg₂(N0₃)₂ + 2NO + 2Н₂0

Аналогично существуют два хлорида ртути: HgCl, известный под названием «сулема», и Hg₂Cl₂— «каломель». Соединения Hg в зависимости от условий могут быть восстановителями и окислителями. Например:

Hg₂Cl₂ + С1₂ = 2HgCl₂

Hg₂Cl₂ + SnCl₂ = 2Hg + SnCl₄

При нагревании ртуть взаимодействует и с неметаллами, так при взаимодействии с кислородом получается оксид ртути HgO.

Особенностью электронного строения атома ртути является полностью сформированная «подвнешняя» d¹⁰ оболочка. Наличие замкнутой и поэтому очень стабильной d10 электронной оболочки обуславливается несклонностью ртути проявлять в своих гетерогенных соединениях более высокую степень окисления, чем 2+. Вместе с тем валентные возможности ртути очень обширны, благодаря легкой деформируемости все той же d¹⁰ электронной оболочки. Возникающий в результате деформации дополнительный эффект поляризации делает возможным образование ковалентных связей, что резко расширяет круг реализуемых реакций и соединений.

Электроотрицательность ртути (по А.С. Поваренных) равна 900 кДж/моль, 2,00 по шкале Полинга.

Обладая высоким потенциалом ионизации, высоким положительным окислительным потенциалом, ртуть является химически стойким элементом. Подобно благородным металлам, ртуть не окисляется в атмосфере сухого воздуха, но медленно окисляется кислородом лишь при повышенных температурах. Реакция окисления ртути кислородом протекает при 300—350°С. Известна способность ртути адсорбировать кислород из воздуха и вновь регенерировать его в чистом виде. Ртуть реагирует с галогенами, серой, фосфором, селеном и другими неметаллами. Ртуть относится к числу довольно электроположительных металлов.

Ртуть – амфотерный элемент (катионогенная и анионогенная).

Для Hg характерны газообразные соединения во всех системах земной коры (биосфере, гидротермальных, метаморфических и магматических системах).

В.В. Белоусов в земной коре выделил газы воздушного, биохимического, химического и радиоактивного происхождения. Для зоны гипергенеза тоже разработана геохимическая классификация газов, в которой ртуть относится к активным газам неорганического происхождения, к газам-восстановителям.

Ртуть участвует в окислительно-восстановительных реакциях земной коры как окислитель и восстановитель (в зависимости от валентного состояния и условий среды), она не играет важной роли в окислительно-восстановительных реакциях (главным образом из-за низкого кларка и малой способности к концентрации).

рН начала осаждения гидроксида ртути из разбавленных растворов солей = 7,0, ПР гидроксида ртути = 3*10^-26.