Какие физические свойства ртути обусловливают ее использование в термометре
Отвечает Никита Шлапаков, преподаватель химии в онлайн-школе «Фоксфорд»
В Средние века люди интересовались всем — от философии до теологии, от астрономии до медицины. Стремясь познать окружающий мир, пытались измерить и температуру всего вокруг. Правда, подобрать термометрическую жидкость оказалось не так-то просто. Она должна отвечать нескольким критериям, одним из которых является линейная зависимость объема жидкости, то есть длины столбика с ней, температурой.
Первые медицинские модели термометров, предложенные еще Галилеем, изготавливались на основе воды, но у той зависимость сильно искажается в области около 4 °С из-за особенностей химической структуры. Этот эффект вносил погрешности в коэффициент линейной зависимости и при температурах намного выше, чем 4 °С. Кроме того, водяные термометры работали медленно, по полчаса.
Спиртосодержащие жидкости оказались более удачными. Сейчас уже сложно установить, кто именно был автором этой идеи. Сохранились только отдельные свидетельства об экспериментах Галилея и его учеников.
Примерно тогда же, в XVI–XVII веках, начало активно развиваться алхимическое учение, которое строилось на ртутно-серной теории. Так, несмотря на то, что спиртосодержащие термометры используются и сейчас, внимание людей переключилось на ртуть — благодаря удивительному свойству: ее объем при нагревании или охлаждении меняется равномерно, то есть в первом случае ртуть расширяется и поднимается по трубочке термометра вверх, а во втором — опускается.
Переход на ртуть позволил уменьшить время измерения температуры с получаса до нескольких минут. К тому же ртуть имеет широкий диапазон доступных для измерения значений — от –37 °С до +356 °С, что тоже служило в ее пользу.
Изобретателем первого работающего ртутного термометра стал голландский ученый Даниэль Фаренгейт. В 1714 году он собрал первый прибор на основе ртути, который обладал высокой точностью измерений, а в 1724 году создал свою шкалу температур, которая до сих пор используется в США. Первый медицинский термометр на основе ртути создал английский врач Клиффорд Оллбат в 1866 году. Этот термометр позволял снимать показания температуры менее чем за 5 минут, тогда как водным и водно-спиртовым требовалось для этого более 20.
Музей термометров © legion-media
Говорить о том, что ртуть опасна, не совсем верно. Она, как и любое вещество, может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Металлическая ртуть при нормальных условиях — это жидкость, которая не опасна. Но ртуть, как и любая жидкость, испаряется даже при комнатной температуре, и именно газообразная ртуть и представляет опасность. Испаряясь и попадая в легкие, она там и остается, отравляя организм: пары ртути слишком тяжелы по сравнению с воздухом, и их не получится выдохнуть. И хоть для нанесения вреда организму эти пары необходимо вдыхать на протяжении нескольких месяцев, убрать разбитый термометр лучше как можно скорее.
Первым делом необходимо открыть в помещении окна. Большие шарики ртути собрать с помощью маленькой кисточки на лист бумаги, по примеру совка, а мелкие убрать одноразовым шприцем или пипеткой. Выбрасывать в мусорное ведро их нельзя. Шарики ртути, так же как и части термометра, необходимо поместить в стеклянную банку с холодной водой, закрыть ее и поставить в прохладное место. Вода нужна, чтобы ртуть не испарялась.
Можно также посыпать место происшествия порошком серы, который продается в хозяйственных магазинах и магазинах для животных, или цинка, после чего подмести пол и промыть его с раствором марганцовки. Если же ни серы, ни цинка или марганцовки дома не оказалось, — приготовить горячий мыльно-содовый раствор, смешав 30 г соды и 40 г тертого мыла на один литр воды, и промыть пол им. Оставшиеся пары улетучатся во время проветривания помещения. Одежду, ковер и другие вещи, которые контактировали с ртутью, придется выбросить.
Затем нужно позвонить на телефон доверия регионального управления МЧС России или в местное управление по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям, которые обязаны забрать банку с шариками ртути и отправить на утилизацию.
Подобное серьезное отношение к вероятности получить вред вызвало запрет на ртутные термометры в странах ЕС. Вместо них там используются жидкостные, сделанные на основе подкрашенного спирта или галинстана — сплава олова, индия и галлия, или электрические термометры. В 2020 году планируется запретить градусники с ртутью и другие приборы, в которых содержится это вещество, и в России. А пока, как вариант, можно пользоваться термометром с защитным полимерным покрытием, которое не даст стеклу разбиться.
Ртуть — минерал, природная металлическая ртуть. Переходный металл, при комнатной температуре представляющий собой тяжёлую серебристо-белую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл), простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй такой элемент — бром). Иногда содержит примесь серебра и золота.
СТРУКТУРА
Сингония тригональная, гексагонально-скаленоэдрическая (ниже -39°С).
СВОЙСТВА
Цвет оловянно-белый. Блеск сильный металлический. Температура кипения 357 °C. Единственный жидкий минерал при обычной температуре. Затвердевает, приобретая кристаллическое состояние при −38°С. Плотность 13,55. На огне легко испаряется с образованием ядовитых паров. В древности вдыхание этих паров было единственным доступным средством лечения сифилиса (по принципу: если больной не умрёт, то поправится. Является диамагнетиком.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Ртуть — относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако ввиду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % ртути. Основная форма нахождения ртути в природе — рассеянная, и только 0,02 % её заключено в месторождениях. Содержание ртути в различных типах изверженных пород близки между собой (около 100 мг/т). Из осадочных пород максимальные концентрации ртути установлены в глинистых сланцах (до 200 мг/т). В водах Мирового океана содержание ртути — 0,1 мкг/л. Важнейшей геохимической особенностью ртути является то, что среди других халькофильных элементов она обладает самым высоким потенциалом ионизации. Это определяет такие свойства ртути, как способность восстанавливаться до атомарной формы (самородной ртути), значительную химическую стойкость к кислороду и кислотам.
Одно из крупнейших в мире ртутных месторождений находится в Испании (Альмаден). Известны месторождения ртути на Кавказе (Дагестан, Армения), в Таджикистане, Словении, Киргизии (Хайдаркан — Айдаркен) Украине (Горловка, Никитовский ртутный комбинат).
В России находятся 23 месторождения ртути, промышленные запасы составляют 15,6 тыс. тонн (на 2002 год), из них крупнейшие разведаны на Чукотке — Западно-Палянское и Тамватнейское.
Ртуть получают обжигом киновари (сульфида ртути(II)) или металлотермическим методом. Пары ртути конденсируют и собирают. Этот способ применяли ещё алхимики древности.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Ртуть присутствует в большинстве сульфидных минералов. Особенно высокие её содержания (до тысячных и сотых долей процента) устанавливаются в блёклых рудах, антимонитах, сфалеритах и реальгарах. Близость ионных радиусов двухвалентной ртути и кальция, одновалентной ртути и бария определяет их изоморфизм во флюоритах и баритах. В киновари и метациннабарите сера иногда замещается селеном или теллуром; содержание селена часто составляет сотые и десятые доли процента. Известны крайне редкие селениды ртути — тиманит (HgSe) и онофрит (смесь тиманита и сфалерита).
ПРИМЕНЕНИЕ
Ртуть используется как рабочее тело в ртутных термометрах (особенно высокоточных), так как обладает довольно широким диапазоном, в котором находится в жидком состоянии, её коэффициент термического расширения почти не зависит от температуры и обладает сравнительно малой теплоёмкостью. Сплав ртути с таллием используется для низкотемпературных термометров.
Парами ртути заполняют люминесцентные лампы, поскольку пары светятся в тлеющем разряде. В спектре испускания паров ртути много ультрафиолетового света и, чтобы преобразовать его в видимый, стекло люминесцентных ламп изнутри покрывают люминофором. Без люминофора ртутные лампы являются источником жёсткого ультрафиолета (254 нм), в каковом качестве и используются. Такие лампы делают из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолет, поэтому они называются кварцевыми.
Ртуть и сплавы на её основе используются в герметичных выключателях, включающихся при определённом положении.
Ртуть используется в датчиках положения.
Иодид ртути(I) используется как полупроводниковый детектор радиоактивного излучения.
Фульминат ртути(II) («гремучая ртуть») издавна применяется в качестве инициирующего ВВ (Детонаторы).
Бромид ртути(I) применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (атомно-водородная энергетика).
Перспективно использование ртути в сплавах с цезием в качестве высокоэффективного рабочего тела в ионных двигателях.
До середины 20 века ртуть широко применялась в барометрах, манометрах и сфигмоманометрах (отсюда традиция измерять давление в миллиметрах ртутного столба).
Соединения ртути использовались в шляпном производстве для выделки фетра.
Ртуть (англ. Mercury) — Hg
| Молекулярный вес | 200.59 г/моль |
| Происхождение названия | от латинского алхимического названия этого элемента hydrargyrum (от др.-греч. ὕδωρ «вода» и ἄργυρος «серебро») |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.02-10 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AD.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.10.1 |
| Dana (8-ое издание) | 1.1.7.1 | Hey’s CIM Ref | 1.12 |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | оловянный белый |
| Цвет черты | не может быть взята |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | нет |
| Твердость (шкала Мооса) | не может быть измерена |
| Излом | нет |
| Плотность (измеренная) | 13.596 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | |
| Магнетизм | диамагнетик |
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Люминесценция в ультрафиолетовом излучении | не флюоресцентный |
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Точечная группа | 3m (3 2/m) — гексагональная-скаленоэдрическая |
| Пространственная группа | R3m |
| Сингония | тригональная |
| Параметры ячейки | a = 3.463Å, c = 6.706Å |
| Морфология | жидкие глобулы или сферы |
mineralpro.ru
04.08.2016
Крылатый дракон, пожирающий свой хвост (некоторые называют его Уроборос, что не совсем верно — понятие «Уроборос» имеет несколько широких толкований), людям немного знакомым с алхимией сразу дает понять, что речь идет о меркурии. Правда не о ближайшей планете к Солнцу, а о химическом элементе более известном, как ртуть.
Источник изображения: shutterstock.com
Находится этот элемент в таблице Менделеева сразу вслед за золотом и обозначается Hg, что расшифровывается как hydrargyrum. Это слово имеет древнегреческое происхождение и состоит из 2 частей: вода или «жидкость» и «серебро», что можно понимать как «жидкое (подвижное, живое) серебро».
Как и любой другой природный элемент, ртуть имеет некоторые свойства, отличающие ее от других веществ. Часть этих свойств настолько необычна, что на них стоит остановиться подробнее.
Металлическая жидкость
Из жизненного опыта каждому человеку известно, что любой металл имеет определенную форму, которую изменяет не очень охотно (ковкой или резкой) и прочность, и еще он совсем не текуч. А вот ртуть нарушает привычные представления, поскольку хоть и является при комнатной температуре очень подвижной жидкостью, это не мешает ей оставаться металлом.
Источник изображения: tn.com.ar
Все дело в низкой температуре плавления в -39°C, что делает ее единственным жидким металлом при комнатной температуре (тут, правда, возможно и есть ошибка — у открытого в 1939 году крайне радиоактивного франция точка плавления находится между 18 и 21°C (определить точнее не удалось), а комнатной температурой считается 20°C).
Электропроводность
То, что хорошей электропроводностью обладают все металлы хорошо известно каждому школьнику. Но вот получить пары находящихся в твердом агрегатном состоянии металлов дело довольно сложное. А ртуть, она ведь жидкая изначально, и ее пары несложно получить и при невысоких температурах.
Ртутные лампы. Источник изображения:marchenotizie.it
Это свойство уже довольно давно используется (с неплохой экономией электроэнергии) в лампах дневного света, где под действием электричества светятся пары ртути. Правда, эти лампы обязательно нужно правильно утилизировать.
Линейное расширение
Под воздействием тепла каждое вещество расширяется (имеются редкие исключения — вода в промежутке от 0 до 4°C имеет тенденцию сжиматься). Беда в том, что многие вещества расширяются в одном температурном промежутке быстрее, а в другом медленнее. А вот ртуть расширяется практически линейно (равномерно), что делает этот металл практически идеальным для измерения температуры.
Ртутный термометр. Источник изображения: istockphoto.com
Ртутные термометры даже несколько точнее спиртовых, но обращаться с ними надо аккуратно, т. к. ртуть — вещество I класса опасности, а разбитый градусник — это самая распространенная причина попадания паров ртути в воздух помещений. О том как действовать в случае, если у вас разбился ртутный термометр можно ознакомиться в рекомендациях МЧС России.
Низкая температура плавления
Ртуть плавится при -39°C, что значительно ниже, чем у всех остальных металлов. Если в средней полосе ртутные термометры замерзают крайне редко (можно вспомнить разве что первые 2 года Великой Отечественной войны), то в высоких широтах в зимнее время их применение довольно ограничено. Там нужно применять термометры на спиртовой основе. Это свойство ртути было блестяще обыграно великим французским писателем Жюлем Верном в его романе «Путешествие и приключения капитана Гаттераса». Именно пулей, сделанной из замерзшей в термометре ртути, герои убили медведя, добыв таким образом себе пропитание.
Амальгама
Ртуть с легкостью создает сплавы со многими металлами, которые называются амальгамами. Правда, с железом ртуть не взаимодействует, почему ее и перевозят в стальных цистернах. Большая польза этих амальгам, что при обычных условиях такие сплавы устойчивые, но несложными действиями ртуть можно из сплава восстановить. Таким образом и покрывали в былое время различные вещи тонким слоем золота.
Источник изображения:anvari.org
И у зеркал на тыльной поверхности ранее был тонкий слой амальгамы. Теперь просто небольшое количество серебра.
Высокая плотность
Человеческая жизнь связана с водой. На интуитивном уровне плотность различных веществ сравнивается с плотностью самой распространенной жидкости на планете — тонет или не тонет. А литр ртути в 13,6 раза тяжелее литра воды, что кажется просто удивительным для жидкости.
В ртути будет спокойно плавать чугунное ядро, как будто шар из пробки на поверхности воды.
Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
Ртуть в количестве 17 килограммов 322 грамма случайно найдена на дамбе реки Днестр между селом Карагаш и городом Слободзея, сообщил в пятницу местный телеканал со ссылкой на министерство госбезопасности (МГБ) непризнанной республики.
Ртуть (Hg) – химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжелый металл, жидкий при комнатной температуре.
Ртуть – один из семи металлов, известных с древнейших времен. Несмотря на то, что ртуть относится к рассеянным элементам и в природе ее очень мало (примерно столько же, сколько и серебра), она встречается в свободном состоянии в виде вкраплений в горные породы.
Кроме того, ее очень легко выделить при обжиге из основного минерала – сульфида (киновари). Пары ртути легко конденсируются в блестящую, как серебро, жидкость. Ее плотность настолько велика (13,6 г/куб. см), что ведро с ртутью обычный человек даже не оторвет от пола.
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 другие соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами).
В домашних условиях ртуть может оказаться в дверном звонке, лампах дневного света, медицинском термометре.
Металлическая ртуть высокотоксична для любых форм жизни. Основную опасность представляют пары ртути, выделение которых с открытых поверхностей возрастает при повышении температуры воздуха. При вдыхании ртуть попадает в кровь. В организме ртуть 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 ртуть выводится через почки, кишечник, потовые железы и др.
Острые отравления ртутью и ее 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 десен каймы сине-черного цвета; поражение десен (разрыхленность, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту.
При отравлениях органическими соединениями ртути (диэтилмеркурфосфатом, диэтил-ртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефало-полиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек.
Основная мера предосторожности при работе с ртутью и ее соединениями – исключение попадания ртути в организм через дыхательные пути или поверхность кожи.
Пролитую в помещении ртуть надо собирать самым тщательным образом. Особенно много паров образуется в том случае, если ртуть рассыпалась на множество мельчайших капелек, которые забились в различные щели, например, между плитками паркета. Все эти капельки необходимо собрать.
Лучше всего это сделать с помощью оловянной фольги, к которой ртуть легко прилипает, или же промытой азотной кислотой медной проволочкой. А те места, где ртуть еще могла бы задержаться, заливают 20%-ным раствором хлорного железа. Хорошая профилактическая мера против отравления парами ртути – тщательно и регулярно, в течение многих недель или даже месяцев, проветривать помещение, где была пролита ртуть.
Экологические последствия заражения парами ртути проявляются, прежде всего, в водной среде – подавляется жизнедеятельность одноклеточных морских водорослей и рыб, нарушается фотосинтез, ассимилируются нитраты, фосфаты, соединения аммония и т. д. Пары ртути фитотоксичны, ускоряют старение растений.