Важнейшие свойства ртути

Ртуть (Hg) — химический элемент II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; атомный номер 80, относительная атомная масса 200,59; в состав природной ртути входят 7 стабильных изотопов с массовыми числами: 196 (распространенность 0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Природная ртуть характеризуется относительно устойчивым изотопным соотношением. Тем не менее в ней в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы. Искусственно получено более 20 короткоживущих изотопов, из которых практическое значение имеют (метки в медицине, в аналитике, в технологических процессах) 203Hg (период полураспада 46,6 дня) и 197Hg (64,1 ч). Ртуть в обычных условиях представляет собой блестящий, серебристо-белый тяжелый жидкий металл. Удельный вес ее при 20оС 13,54 616 г/см3; температура плавления = -38,89оС, кипения 357,25оС. При замерзании (-38,89оС) она становится твердой и легко поддается ковке.

При действии на ртутные пары вольтовой дуги, электрической искры и рентгеновских лучей наблюдаются явления люминесценции, флюоресценции и фосфоресценции. В вакуумной трубке между ртутными электродами при электрических разрядах получается свечение, богатое ультрафиолетовыми лучами, что используется в технике при конструировании ртутных ламп. Это же явление легло в основу спектрального метода определения малых количеств ртути в различных объектах. Ртуть характеризуется очень низкой удельной теплоемкостью. Это ее свойство находило применение в ртутно-паросиловых установках. Еще одно замечательное свойство ртути связано с тем, что при растворении в ней металлов образуются амальгамы — металлические системы, одним из компонентов которых является ртуть. Они не отличаются от обычных сплавов, хотя при избытке ртути представляют собой полужидкие смеси. Соединения, получающиеся в результате амальгамирования, легко разлагаются ниже температуры их плавления с выделением избытка ртути, что нашло широкое применение при извлечении золота и серебра из руд. Амальгамированию подвержены металлы, смачиваемые ртутью. Стали, легированные углеродом, кремнием, хромом, никелем, молибденом и ниобием, не амальгамируются.

Ртуть — малоактивный металл. Она не растворяется в растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке:

и азотной кислоте:

Также с трудом растворяется в серной кислоте при нагревании, с образованием сульфата ртути:

При растворении избытка ртути в азотной кислоте на холоде образуется нитрат Hg2(NO3)2.

При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом:

При этом образуется оксид ртути (II) красного цвета. Эта реакция обратима: при нагревании выше 340 °C оксид разлагается до простых веществ.

Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода.

При нагревании ртути с серой образуется сульфид ртути (II):

Ртуть также реагирует с галогенами (причём на холоде — медленно).

Ртуть можно окислить также щелочным раствором перманганата калия:

и различными хлорсодержащими отбеливателями. Эти реакции используют для удаления металлической ртути.

HgO образует две модификации — желтую и красную, отличающиеся размерами кристаллов. Красная модификация образуется при добавлении к раствору соли Hg2+ щелочи:

Hg (NO3)2 + 2NaOH = HgOЇ + 2NaNO3 + H2O.

Желтая форма химически более активна, при нагревании краснеет. Красная форма при нагревании чернеет, но приобретает прежний цвет при охлаждении.

На воздухе ртуть при комнатной температуре не окисляется. При нагреве до температур, близких к температуре кипения (300−350оС), она соединяется с кислородом воздуха, образуя красный оксид двухвалентной ртути HgO, который при дальнейшем нагревании (до 400оС и выше) снова распадается на ртуть и кислород. Желтый оксид ртути HgO получается при добавлении щелочей к водному раствору соли Hg (II). Существует и оксид ртути черного цвета (Hg2O), нестойкое соединение, в котором степень окисления ее равна +1. В соляной и разбавленной серной кислотах и в щелочах ртуть не растворяется. Но она легко растворяется в азотной кислоте и в царской водке, а при нагревании — в концентрированной серной кислоте. Металлическая ртуть способна растворяться в органических растворителях, а также в воде, особенно при отсутствии свободного кислорода. Растворимость ее в воде зависит также от рН раствора. Минимальная растворимость наблюдается при рН=8, с увеличением кислотности или щелочности воды она увеличивается. В присутствии кислорода ртуть в воде окисляется до ионной формы Hg2+ (создавая концентрации до 40 мкг/л).

Метилртутные соединения в значительных количествах образуются в окружающей среде в результате химического и биологического метилирования неорганических производных двухвалентной ртути Нg2+. Метилирование может протекать как в аэробной, так и в анаэробной среде, однако максимальные скорости наблюдаются в окислительной анаэробной зоне, в области редокс-потенциалов от-100 до +150 мВ, в которой наиболее широко распространены различные микроорганизмы .

Метилирование может происходить в почве и донных отложениях, но лучше всего биотическое и абиотическое метилирование протекает в водных экосистемах, в которых ртуть примерно на 85% присутствует в виде метилртути. Основными факторами, способствующими метилированию ртути, являются: общая концентрация неорганической ртути, значение рН, температура, редокс-потенциал, природа присутствующих микроорганизмов, содержание сульфидов (последние в значительной мере способствуют образованию в экосистемах диметилртути). В качестве химических метилирующих агентов в окружающей среде могут выступать йодистый метил, диметилсульфид, триметилсульфониевый катион и метил-кобаламин.

В живых организмах, в том числе и в организме человека, основным метилирующим агентом является одна из незаменимых аминокислот — метионин СH3SCH2CH2CH (NH2)COOH [14].

В морских анаэробных условиях, в частности, в отложениях отмерших водорослей, ртуть может присоединять водород и превращаться в летучие гидриды.