Цена, распространение, извлечение и использование ртути

Ртуть (древнегреческий ὑδράργυρος Hydrageryros, жидкое серебро ', производное от латинского hydrargyrum (Hg), названного так Диоскуридом; латинское argentum vivum и mercurius; англ. Ртуть и ртуть) - химический элемент с символом Hg и атомным номером 80. Хотя он имеет закрытую d-оболочку, его часто причисляют к переходным металлам. В периодической таблице он находится во 2-й подгруппе или 12-й группе IUPAC, которую также называют группой цинка. Это единственный металл и, кроме брома, единственный элемент, который при стандартных условиях находится в жидком состоянии. Из-за высокого поверхностного натяжения ртуть не смачивает свою инертную основу, а скорее образует линзовидные капли из-за своей сильной когезии. Как и любой другой металл, он электропроводен.

этимология

Первоначально Меркурий означает «живое серебро», то есть быстрое - см. Английский быстро - или движущееся или живое серебро (от ahd. Quëcsilabar, quëchsilper, mhd. Quëcsilber, këcsilber до германского kwikw, [быстрое] живое ») как перевод синонима латинского argentum. vivum, «живое серебро», например Б. Плиний

Серные спирты известны как меркаптаны («поглотители ртути»), потому что они могут реагировать с ртутью с образованием сульфидов ртути.

история

Меркурий известен как минимум с древних времен. Об этом уже упоминалось в трудах Аристотеля, Теофраста Эресского, Плиния Старшего и других писателей античности. С древних времен до 20 века он использовался в качестве лекарственного средства (из-за его токсичности, о которой впервые сообщил врач и эмпирик Гераклид из Таранто, но с соответствующими отрицательными последствиями).

В древности ртуть получали, натирая киноварь с уксусом или нагревая киноварь с помощью процесса сублимации. Витрувий уже был знаком со сплавом ртути с золотом. Это использовалось для золочения предметов огнем, в результате чего ртуть испарилась. В V веке нашей эры сублимат (хлорид ртути (II)) был известен как соединение ртути. Парацельс был первым врачом, который выделил осадки и основные соли ртути и использовал их в качестве лечебных средств. Начиная с XVI века ртуть стала экономически важной, поскольку она была необходима для извлечения серебра из серебряных руд путем образования амальгамы.

В конце 19 века ртуть считалась подходящим лекарством от гинекологических проблем, поэтому иногда ее вводили в токсичных количествах.

С конца 15-го до начала 20-го века препараты ртути, такие как серая ртутная мазь или асурол, широко использовались для лечения сифилиса (в последнее время также в сочетании с соединениями мышьяка, такими как арсфенамин; см. Также органическую биометаллическую химию). Для лечения ртутью ртуть обычно наносили на кожу, вводили инъекциями или иногда даже вдыхали, что во многих случаях приводило к симптомам отравления. Сифилис считался популярным заболеванием, и упоминания о симптомах сифилиса и связанного с ним отравления ртутью можно найти во многих литературных произведениях того времени.

В тот же период металлическая ртуть использовалась для лечения непроходимости кишечника. Пациент принял внутрь несколько килограммов металлической ртути, чтобы преодолеть препятствие в кишечнике. Если бы он пережил лечение, металл естественным образом покинул бы его тело без дальнейших симптомов интоксикации.

В прошлом хлорид ртути (I) применялся наружно, например, против пятен на роговице или генитальных бородавок, а также часто внутрь и до 1990-х годов в качестве спермицида в форме вагинальных суппозиториев для контрацепции. В прошлом почти все препараты Мерфена, включая пастилки, содержали в качестве активного ингредиента органическое соединение ртути фенилртутиборат, эффективность которого была обнаружена примерно в 1951 году, тогда как сегодня все они не содержат ртути. Мербромин также имел антисептический эффект в составе меркурохрома, который был одобрен только до 2003 года.

Голландский физик Хайке Камерлинг-Оннес впервые открыл явление сверхпроводимости в ртути в 1911 году. Электрическое сопротивление полностью исчезает ниже 4,183 Кельвина (-268,967 ° C). Близость к точке кипения гелия способствовала открытию, но это чисто случайное совпадение.

В Древней Греции ртуть символизировала как бога Гермеса, так и принадлежащую ему планету. Позже римляне и алхимики приняли его для обозначения приравненного к нему бога Меркурия. Таким образом, на латинском языке mercurius и на английском языке mercury одновременно обозначают ртуть, а также планету и бога. Однако в английском языке ртуть также используется как альтернативный термин для металла.

Ртуть использовалась в алхимии для очистки металлов. Например, добавление ртути должно превратить медь в серебро. Целью также было отверждение ртути, например, fixatio mercurii (описанного в 15 веке Гансом Клюге) путем физико-химической обработки смеси ртути с купоросом, к которому добавлялись другие добавки, такие как винный камень, селитра и стеклянный порошок. добавлен.

Вхождение

Ртуть встречается в природе в чистом виде и является единственным жидким веществом, которое традиционно считается минералом IMA. Ртуть также является минералом-компаньоном в каменном угле.

Месторождения ртути есть, в частности, в Сербии, Италии, Китае, Алжире, России и Испании. В основном он встречается в виде минерала в виде киновари (HgS) в районах с бывшей вулканической активностью. Ртуть также встречается реже, чем обычно. Самые большие месторождения киновари на земле находятся недалеко от испанского города Альмаден. Производство закончилось в 2003 году, и шахта Альмаден была преобразована в шахту для посетителей. Гораздо более редкими минералами ртути являются монтройдит (HgO), парашахнерит, шахнерит, евгенит, луанхейт и мошелландсбергит (все AgHg). Другой минерал - Белендорфит (CuHg).

Большое количество ртути также связано с мерзлой биомассой вечномерзлых грунтов северного полушария. В них хранится примерно вдвое больше ртути, чем во всех других почвах, атмосфере и океанах вместе взятых. Если вечная мерзлота будет таять более интенсивно, как ожидается в результате антропогенного глобального потепления, начнутся процессы биологической деградации, в результате которых ртуть, возможно, попадет в окружающую среду, где она может нанести вред арктическим экосистемам, водным организмам в океанах и т. Д. здоровье человека, среди прочего.

Ртуть традиционно продается в металлических бочках (англ. Flask) по 76 фунтов (34,473 кг) и котируется на товарной бирже в единицах «FL» = колба.

Из-за длительного существования элементарной ртути в атмосфере от нескольких месяцев до года выбросы в атмосферу приводят к средней концентрации в воздухе от 1,2 до 1,8 нг / м3 в северном полушарии и около 1,0, что является относительно постоянным для всей атмосферы Земли. 3 нг / мXNUMX в южном полушарии.

Извлечение и презентация

Чистая ртуть получается путем взаимодействия ртутной руды киновари (HgS) с кислородом (процесс обжига). Продуктами реакции являются элементарная ртуть и диоксид серы:

Около миллиона тонн металлической ртути было извлечено из киновари и других руд во всем мире за последние пять столетий. Примерно половина этого произошла до 1925 года (по состоянию на 2000 год).

Свойства

Ртуть - серебристо-белый жидкий тяжелый металл. Иногда его все еще считают драгоценными металлами, но он гораздо более реактивен, чем классические драгоценные металлы (например, платина, золото), относящиеся к тому же периоду. Он образует сплавы со многими металлами, так называемые амальгамы. Ртуть - плохой проводник электричества по сравнению с другими металлами. Помимо благородных газов, это единственный элемент, который является одноатомным в газовой фазе при комнатной температуре.

При плотности 13,5 г / см3 ртуть примерно в 13,5 раз плотнее воды, так что, согласно принципу Архимеда, ее пропускная способность также в 13,5 раз выше; таким образом, железный куб (плотность 7,9 г / см3) также плавает в ртути. Недавно проведенное моделирование методом Монте-Карло показывает, что плотность ртути также подвержена релятивистским эффектам. Нерелятивистские расчеты предполагают плотность 16,1 г / см3.
проводимость

Металлическая связь в ртути создается делокализованными электронами. Эти электроны занимают определенные дискретные уровни энергии в зонах, которые создаются расширением атомных состояний в результате взаимодействия. В жидких металлах, таких как ртуть, нет периодической структуры. Следовательно, квазиимпульс не является хорошим квантовым числом, и конфигурация электронной зоны не может быть представлена ​​в зоне Бриллюэна, как это обычно бывает для твердых металлов. Согласно принципу Паули, электроны постепенно заполняют энергетические состояния, только зона проводимости остается не полностью занятой. Электроны в этой зоне делокализованы и образуют электронный газ. Электропроводность также можно классически объяснить этими электронами.

Физическое состояние

Ответ на вопрос, почему ртуть находится в жидком состоянии при комнатной температуре, можно найти, рассмотрев связь между атомами ртути. Прежде всего, ртуть имеет особую электронную конфигурацию. Как элемент 12-й группы PSE, атомы ртути полностью заполнили орбитали s- и d-атомов, что означает очень стабильное и энергетически выгодное созвездие. Таким образом, зона проводимости пуста. В случае более легких гомологов цинка и кадмия, которые находятся в той же группе PSE, что и ртуть, но являются твердыми при комнатной температуре, энергетическая разница между валентной зоной и зоной проводимости настолько мала, что электроны могут легко выпрыгнуть из валентная зона к зоне проводимости, возникает металлическая связь.

Особенность ртути заключается в том, что орбиталь 14f полностью заполнена 4 электронами. Из-за сжатия лантаноидов и релятивистского эффекта происходит увеличение массы и менее эффективное экранирование заряда ядра. Только недавно с помощью моделирования методом Монте-Карло удалось продемонстрировать, что аномалия точки плавления ртути на самом деле возникает из-за релятивистских эффектов. Без релятивистских эффектов можно было бы ожидать, что температура плавления будет на 105 К выше, чем наблюдаемая экспериментально.

Таким образом, занятые орбитали приближаются к ядру, как и валентная зона ртути. Однако незанятые орбитали, такие как зона проводимости, не смещаются к сердцевине, что приводит к особенно большой разнице энергий между валентной зоной и зоной проводимости, которая значительно ниже для цинка и кадмия. Вряд ли какие-либо электроны могут покинуть валентную зону и достичь зоны проводимости, что делает металлическую связь необычайно слабой. Это также объясняет летучесть и нетипично плохую проводимость ртути для металлов.

Изотоп

О ртути известно 34 изотопа и 9 ядерных изомеров с массовыми числами от 175 до 208. Семь из этих изотопов стабильны (с массовыми числами 196, 198, 199, 200, 201, 202 и 204). Из радиоактивных изотопов только 194Hg имеет относительно длительный период полураспада - 444 года (520 лет по более поздним данным). У других изотопов и основных изомеров период полураспада составляет от 1,1 миллисекунды до 46,612 дней.

Использовать

По сравнению с другими жидкостями тепловое расширение ртути чуть менее чем на порядок ниже, но показывает ошибку линейности всего около 0 процентов в диапазоне от 180 ° C до 2 ° C:

Кроме того, ртуть не смачивает стекло и ее легко обнаружить визуально. Поэтому он подходит для использования в жидкостных термометрах и контактных термометрах. Однако в качестве наружного термометра в очень холодных регионах его можно использовать только в ограниченном объеме из-за его температуры плавления (-38,83 ° C).

Из-за его высокой токсичности его использование в настоящее время ограничено научной областью; В зависимости от диапазона температур, ртуть может быть частично заменена цветными наполнителями из спирта, нефти, пропиленкарбоната, пентана, толуола, креозота, изозамилбензоата, гидрогенизированного минерального масла или галинстана, а также электронными термометрами.

Первый пригодный для использования ртутный термометр был разработан Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом около 1720 года. Термометр содержит в среднем 150 мг ртути. В клиническом градуснике количество может доходить до 1 г. Это примерно соответствует бусинке диаметром 5,2 мм.

С 3 апреля 2009 г. размещение на рынке новых ртутьсодержащих клинических термометров, барометров и тонометров запрещено в ЕС; Это не относится к измерительным приборам для научных или медицинских целей, а также к старым и бывшим в употреблении приборам.

Манометр / барометр

Классическая конструкция манометра («измеритель перепада давления») представляет собой U-образную трубку, концы которой соединены линиями с двумя атмосферными давлениями. По сей день ртуть широко используется в качестве жидкости для манометра. Преимущества ртути: высокая плотность, несмачиваемость стекла и незначительное давление пара. Ртуть бесцветна, но непрозрачна.

Самая простая и старая конструкция барометра представляет собой устойчивую одностороннюю закрытую стеклянную трубку с внутренним диаметром около 4–6 мм, которая до краев заполнена ртутью закрытым концом вниз, а затем закрывается большим пальцем. перевернутый вверх дном и с большим пальцем ниже уровня ртути в широкой, наполовину полной чашке опускается до того, как большой палец покажет отверстие внизу.

Столбик ртути в трубе опускается только до тех пор, пока сила давления воздуха за пределами трубы и вес ртути в трубе не будут уравновешены. При нормальном давлении (1 атмосфера) это 760 мм «ртутного столба». Старая спецификация в единицах измерения Торр для давления воздуха соответствует высоте ртутного столба в миллиметрах, 1 мм ртутного столба соответствует 133,21 Паскаля.

Переключение

Благодаря своей электропроводности и очень высокому поверхностному натяжению (0,476 Н / м при 20 ° C) ртуть идеально подходит для использования в качестве контактного материала в ранее используемых ртутных переключателях. Из-за проблем с утилизацией электронного лома использование ртути в выключателях запрещено в большинстве областей применения в ЕС (директива RoHS) с 2005 года. В специальных приложениях до сих пор используются контакты, смоченные ртутью, для достижения особенно низкого контактного сопротивления или предотвращения дребезга контактов (например, ртутные реле).

Благодаря силе тяжести ртутные переключатели наклона работают аналогично спиртовому уровню на спиртовом уровне; Подвижная капля ртути в изогнутой или прямой стеклянной трубке открывает и закрывает электрический контакт между двумя металлическими штырями, расплавленными в стекле, в зависимости от наклона. Такие переключатели наклона иногда встречаются в реле времени на старых лестничных клетках, в термостатах котлов, в реле давления бытовых водяных насосов и в качестве защиты от грохота в стиральных машинах. В ранее использовавшихся турбо-инверторах ртутный луч использовался в качестве «переключающего пальца».

Лампы на парах ртути

Видимая часть спектра ртути. Фиолетовая линия едва заметна глазу. Особенно сильные линии находятся в последующем невидимом УФ (слева).

Газоразрядная трубка Hg

Ртуть используется в разрядных сосудах (ртутных лампах) газоразрядных ламп (люминесцентные лампы, «энергосберегающие лампы», лампы с холодным катодом, ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления, солнечные лампы, кварцевые лампы, так называемые «черные». световые лампы »).

амальгама

Ртуть самопроизвольно образует сплавы со многими другими металлами, называемые амальгамами. Амальгамы - это з. Б. используется в качестве зубного наполнителя. Смесь ртути и порошка металлов, таких как серебро, можно вдавить в просверленное отверстие в зубе на некоторое время, и вскоре она затвердеет, образуя амальгаму. В то время как материал зуба с годами сжимается в результате бактериально-химической атаки, амальгама имеет тенденцию к пластическому расширению в результате высокого жевательного давления как металл и имеет побочный эффект, заключающийся в подавлении роста бактерий. Если кусок алюминиевой фольги плотно прижать к начинке из амальгамы во время жевания - возможно, случайно, как это типично для шоколадной упаковки - образуется гальванический элемент и протекает соответствующий постоянный электрический ток, который воспринимается как неприятный металлический раздражитель в зубе. нерв.

В марте 2017 года Европейский парламент принял постановление, которое существенно ограничивает использование амальгамы. С июля 2018 года молодые люди в возрасте до 15 лет, а также беременные и кормящие женщины больше не смогут получать зубные пломбы из амальгамы. По сути, с этого момента необходимо также использовать предварительно приготовленные смеси, чтобы поддерживать оптимальное содержание ртути. В этом случае также требуются сепараторы амальгамы в трубопроводе сточных вод. К 2020 году исследование должно прояснить, следует ли полностью запретить использование амальгамы в стоматологии к 2030 году. Также были введены ограничения на промышленное использование ртути.

Поскольку ртуть разрушает защитную оксидную пленку алюминия за счет образования амальгамы алюминия, ношение ртутьсодержащих устройств (например, клинических термометров) в самолетах не запрещено, но ограничено в соответствии с Правилами перевозки опасных грузов ИАТА (1 место на пассажира и обязательно в защитной упаковке). крышка - ДГР 2.3). Ртуть отнесена к 8 классу опасных грузов - коррозионные материалы. Коррозионное воздействие оказывают почти все металлы, в том числе цинк, магний и алюминий, которые используются в авиастроении.

Дезинфицирующие и травильные средства

В дезинфицирующем средстве меркурохрома для ран активным ингредиентом была органическая соль ртути. Раствор меркухрома йода, доступный сегодня, представляет собой раствор йода повидона. Мерфен, еще одно дезинфицирующее средство, раньше содержал борат фенилртути. HgCl2 (сублимат) ранее использовался в качестве дезинфицирующего средства в больницах. Тимеросал - это органическое соединение ртути, которое в очень низких концентрациях используется в качестве бактерицида для сохранения вакцин.

В традиционном сельском хозяйстве соединения ртути используются в качестве протравы для семян. Это запрещено в Германии с 1984 года. В Ираке в 1971–1972 годах произошло массовое отравление в результате употребления в пищу семян.

Хлорид ртути (II) ранее использовался в качестве дезинфицирующего и травильного средства, а также для консервации древесины и трупов.

электролиз

В количественном отношении ртуть играла важную роль в производстве каустической соды и хлора хлорно-щелочным электролизом с использованием процесса амальгамы. Во время электролиза восстановленный металлический натрий переносится в виде амальгамы, натрий-ртутного сплава, в отдельную ячейку, разлагатель, чтобы предотвратить образование взрывоопасного газообразного хлора и нежелательного монооксохлората натрия (гипохлорита натрия) в резервуаре. электролизер. В настоящее время большая часть немецких и европейских предприятий, работающих с процессом амальгамы, переводится на альтернативные безртутные процессы (мембранные процессы) с целью сокращения выбросов ртути.

Промывка золота

В одном процессе добычи золота ртуть используется для разрыхления мелкой золотой пыли, создавая золотую амальгаму (см. Амальгамация). Поскольку ртуть становится жидкой при низких температурах, она образует сплавы, которые особенно легко плавятся. Во время промывки и последующего отжига для извлечения чистого золота ртуть выделяется в окружающую среду. Это основная причина высокого уровня загрязнения окружающей среды, вызванного этим типом добычи золота (см. Также выбросы в окружающую среду ниже). Следует продвигать альтернативы процессу амальгамы. Золото для немецких речных золотых дукатов, отчеканенных между 17 и 19 веками, также добывалось или очищалось путем амальгамирования, чтобы его расплавить.

искусство

Говорят, что в могиле первого китайского императора Цинь Шихуанди протекали реки ртути. Почва в этом районе была научно исследована, и было обнаружено неестественно высокое содержание ртути. Но одно это еще не доказывает правоту легенды.

Мексиканские археологи обнаружили жидкую ртуть под пирамидой храма майя Кецалькоатля. Исследователи подозревают, что это ритуальное изображение реки подземного мира майя, сопоставимое с древнегреческим Стиксом.

Американский художник Александр Колдер построил ртутный фонтан в 1937 году в память о жертвах добычи ртути. Примерно в 1000 году во дворцах халифов Кордовы (Медина аз-Захра), Каира и Багдада были бассейны, наполненные ртутью, которые использовались для игры со световыми эффектами, а также ртутные пруды в больших порфировых раковинах. (для Каира 50 локтей в квадрате, т.е. примерно 26 м × 26 м).

Огненное золочение издавна использовалось в ремеслах. Как и в золотодобыче, здесь использовалось легкое образование амальгамы и термическое разделение золота и ртути. Этим методом можно также золочить листы меди, что применялось, например, для куполов Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге в XIX веке.

Другое использование

• Металл используется в кнопочных элементах и ​​батареях. В то же время на Тайване есть только один производитель; импорт в ЕС больше не разрешен.
• Выпрямитель паров ртути излучает свет во время работы
• В прошлом он также использовался в некоторых электронных лампах, таких как выпрямители на ртутных парах, игнитроны, экситроны и тиратроны.
• В астрономии ртуть используется для создания относительно недорогих телескопов с большой зеркальной поверхностью (см. Жидкое зеркало): ртуть помещается в пластинчатый несущий воздух держатель зеркала, который затем приводится во вращение. В результате вращения ртуть тонким слоем распределяется по всей поверхности опоры зеркала и образует почти идеальное параболическое зеркало. Недостатком этих телескопов является то, что они могут смотреть только вертикально вверх (в зенит), поскольку только тогда в результате силы тяжести возникает подходящий параболоид вращения. Без вращения зеркала ртутные зеркала использовались в метрологии как эталон плоскостности.
• Свойство ртути вести себя как несмачивающая жидкость (исключения: амальгамообразователи, такие как медь, серебро, золото, алюминий) является основой для порозиметрии ртути. Здесь ртуть вдавливается под давлением (от 0 до 4000 бар) в поры разного размера. Заявления о природе, форме, распределении и размере пор и полостей могут быть сделаны с помощью приложенного давления и необходимого количества ртути. Этот метод используется, в том числе, в минералогии, фармации и керамических науках.
• В прошлом производители шляп использовали соли ртути, особенно для изготовления касторовых шляп из меха бобра, что было очень модно в 18 веке. Английское выражение «mad as a hatter» («сумасшедший, как шляпник») (см. Также синдром производителя шляп), вероятно, восходит к применению. Он также был популяризирован персонажем Безумного Шляпника в «Алисе в стране чудес» Льюиса Кэрролла.
• В прошлом ртуть использовалась вместе с водой в качестве рабочего тела на паровых электростанциях. Пар металла достиг температуры 500 ° C при давлении 10 бар. Несмотря на свои термодинамические преимущества, этот процесс не получил признания из-за токсичности металла.
• Первые ядерные реакторы типа «размножитель на быстрых нейтронах» охлаждались ртутью (например, реактор «Клементина» в Лос-Аламосе / США в 1946–1952 гг. И аналогичные реакторы в Советском Союзе). Однако из-за серьезных проблем с коррозией и сложного обращения с ядовитой ртутью компания вскоре перешла на жидкий натрий. Хотя реактор Клементина был демонтирован к 1970 году, это еще не сделано для российских реакторов с ртутным охлаждением, которые были выведены из эксплуатации более 50 лет назад.
• Уже несколько лет известно, что примерно с 1955 года кипящая ртуть использовалась в военном проекте HERMEX для отделения оружейного плутония от отработавших тепловыделяющих элементов реактора. Более 1000 тонн плутонийсодержащей ртути из этого выведенного из эксплуатации проекта HERMEX все еще хранятся в Национальной лаборатории Окриджа.
• Также в Окриджской национальной лаборатории с 1950 по 1963 год осуществлялся обширный проект по извлечению трития для водородных бомб с использованием около 11.000 тонн ртути. Около 3% ртути было выброшено в окружающую среду.
• Ртуть используется (или использовалась в основном в прошлом) в качестве рабочего тела в диффузионных насосах для создания безмасляного высокого вакуума.
• Пары ртути использовались для проявления изображения в дагерротипе, первом практическом процессе фотографии. Полученная фотография представляла собой осадок ртути на посеребренной медной пластине.
• В конце 17 века врач Антон Нак ввел инъекцию ртути в анатомические образцы.
• Ртуть используется в мощных источниках расщепления в качестве мишени для генерации нейтронов, например B. SNS / США или JSNS / Япония. Примерно 20 тонн ртути бомбардируют пучком протонов с энергией частиц около 1 ГэВ. Ядра атомов ртути разрушаются, и на каждый облученный протон выделяется около 20 нейтронов. Предполагается, что в Европейском источнике скалывания ESS, запланированном в Лунде (Швеция), ртуть не будет.

Отклонение приложения и извлечения

Орхусский протокол по тяжелым металлам к Конвенции ЕЭК ООН 1979 года о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния вступил в силу в 2003 году и направлен на сокращение выбросов тяжелых металлов, свинца, кадмия и ртути.

С 9 (день аптеки) по 25 октября 2007 года в рамках кампании Министерства жизни и Палаты фармацевтов Австрии один миллион ртутных термометров был получен из частных домов через аптеки и доставлен на подземный склад в Германии через фармацевтические препараты. оптовые торговцы и компания по утилизации отходов Saubermacher. Это количество соответствует одной тонне ртути. В качестве стимула на каждую возвращенную вещь был предоставлен цифровой клинический термометр (стоимостью около 1 евро). Инициаторы ожидали только 50.000 200.000 термометров и должны были поставить XNUMX XNUMX цифровых термометров.

В 2009 году Швеция приняла решение запретить использование ртути в целом. Запрет означает, что использование амальгамы в зубных пломбах будет прекращено, а ртутьсодержащие продукты больше не будут допущены к продаже в Швеции. По данным Министерства окружающей среды Швеции, запрет является «сильным сигналом для других стран и вкладом Швеции в цели ЕС и ООН по сокращению использования и выбросов ртути». Этому предшествовал запрет на использование ртути в 2008 году. в Норвегии. В 2010 г. в Стокгольме была проведена конференция ООН по этой теме. В Швейцарии количество импортированной ртути резко упало после 2008 года с более чем 3000 кг до примерно 600 кг в год в период 2009–2013 годов и далее до 70 кг в 2016 году. Ртуть, предназначенная для стоматологической продукции, составляет большую часть этого объема.

«Стратегия Сообщества по ртути» ЕС от 28 января 2005 г. направлена ​​на сокращение выбросов, предложения и спроса на ртуть. Необходимо управлять существующими количествами, защищать людей от воздействия, создавать понимание и поощрять меры. Согласно директиве ЕС от сентября 2006 года, содержание ртути в батареях и аккумуляторах было ограничено до 0,0005 процентов по весу (однако кнопочные элементы - 2%).

Постановление ЕС о запрете на экспорт ртути и некоторых соединений, а также о безопасном хранении ртути от 22 октября 2008 г. запретило экспорт ртути и содержащих ртуть, за исключением исключений, из ЕС с 15 марта 2011 г. В тот же день ртуть, которая вышла из строя в хлорно-щелочной промышленности, в частности, из-за изменения процессов, должна обрабатываться как опасные отходы и должна храниться и контролироваться в подземных зонах повышенной безопасности, таких как заброшенная соль. мины. До сих пор Европа была основным производителем ртути в мире. Запасы ртути, особенно в хлорно-щелочном электролизе, сосредоточенном в Германии, составляют около 1000 т.

Мировое производство ртути снизилось с максимального уровня в 1970 г. с 10.000 1992 т / год до 3.000 г. на XNUMX XNUMX т / год.

В Управляющем совете Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде Организация Объединенных Наций с 2001 года включила ртуть в список веществ, вызывающих глобальное загрязнение.

Спустя десять лет после импульса со стороны Швейцарии и Норвегии, 140 государств подписали Минаматскую конвенцию 19 января 2013 года в Женеве после длительных переговоров, первое имеющее обязательную силу соглашение об ограничении добычи и сдерживания выбросов ртути. Конвенция регулирует производство, использование и хранение ртути, а также обращение с отходами, содержащими ртуть; соблюдение требований контролируется консультативной комиссией. Новые рудники не могут быть построены, существующие должны быть закрыты в течение 15 лет, чтобы ртуть была доступна только для переработки. Согласно докладу ООН, за последние 100 лет люди удвоили концентрацию ртути в верхних 100 м Мирового океана.

утилизация

Пролитую ртуть можно собрать специальными щипцами для ртути или прижать лопатой два листа бумаги с подходящим слоем друг к другу. Небольшие остатки могут быть объединены с цинковой пластиной или цинковым порошком или преобразованы в сульфид с помощью серы, а затем сметены вместе отвердевшими. Отходы ртути следует собирать как опасные отходы и утилизировать специальным образом.

В лабораторной практике следует избегать попадания ртути в трещины в полу, откуда она будет выбрасываться в окружающую среду в результате испарения в течение многих лет.

Связи

Здесь важны либо соединения ртути (I) (также диккурий (I)), либо соединения ртути (II):

• Диметил ртути
• Ацетат ртути (II)
• Амид хлорид ртути (II) (D0602Z)
• Хлорид ртути (I) (минеральная каломель)
• Хлорид ртути (II) (возгонка)
• Ртуть (II) молниеносная (огненная ртуть)
• Йодид ртути (II) (реакция Неслера)
• Нитрат ртути (II)
• Оксид ртути (II)
• Сульфид ртути (II) (минерал циннабарит, киноварь)

Аналитикa

• Классические реакции обнаружения неорганических веществ
• Образец амальгамы
• Образец амальгамы

Соли ртути можно обнаружить с помощью образца амальгамы. Раствор соляной кислоты выливают на медный лист, и остается твердое серебристое пятно амальгамы. Ионы серебра могут мешать обнаружению и поэтому осаждаются в виде AgCl.

Образец светящейся трубки

Еще одно доказательство наличия ртути - образец светящейся трубки. Анализируемое вещество смешивают с примерно таким же количеством карбоната натрия (соды) и поджигают в вытяжном шкафу. Элементарная ртуть осаждается в виде металлического зеркала на стенке пробирки.

Качественное доказательство в процессе разделения

В процессе качественного разделения ртуть можно обнаружить как в группе HCl, так и в группе H2S. После добавления HCl образуется каломель Hg2Cl2, который после добавления раствора аммиака вступает в реакцию с мелкодисперсной ртутью и амидохлоридом ртути (II). После введения H2S двухвалентная ртуть выпадает в осадок в виде черной киновари, HgS, и ее можно обнаружить с помощью образца амальгамы.

Инструментальный анализ ртути

Существует ряд методов анализа следов ртути и ее органических производных. Однако в литературе постоянно представлены новые или улучшенные методы. Подготовка проб - это проблема, которую нельзя недооценивать.

Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС)

Из различных методов ААС наилучшие результаты для неорганических и металлоорганических соединений ртути обеспечивают методы с кварцевой трубкой и графитовой трубкой. Кварцевую кювету нагревают электрически до температуры выше 900 ° C, и образец распыляется. Затем измеряют поглощение при 253,7 нм. Примером может служить предел обнаружения для CH3HgCl 100 мкг / л. Другой популярный метод обнаружения элементарной ртути или ртутного органилена - это генерация холодного пара в сочетании с ААС. При очень низких концентрациях летучие аналиты изначально обогащаются за счет образования амальгам на поверхностях золота или серебра, помещенных в графитовую кювету. Затем его распыляют при 1400 ° C и измеряют абсорбцию. Таким образом был достигнут предел обнаружения 0,03 нг.

Атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС)

В AES зарекомендовали себя микроволновая плазма (MIP) и индуктивно-связанная плазма (ICP). С помощью этого метода обнаружение также происходит при 253,65 нм и 247,85 нм. С помощью MIP-AES были найдены абсолютные пределы обнаружения 4,4 нг / г образца. Предел обнаружения ICP-AES составляет от 20 до 50 нг / мл.

Масс-спектрометрия (мс)

Всего у Меркурия семь стабильных изотопов разного содержания. Однако для масс-спектрометрии часто используются только 201Hg (13,22%) и 202Hg (29,80%). С помощью ICP-MS можно определить неорганические соединения ртути и ее органилы, такие как метилртуть, CH3Hg, с пределом обнаружения до 2,6 нг / г.

Нейтронно-активационный анализ (NAA)

НАА основан на ядерной реакции AHg (n, γ) A + 1Hg (облучение ртути нейтронами). Это создает радиоактивные нуклиды ртути. Интенсивность результирующего характеристического гамма-излучения определяется детектором из высокочистого германия. Он пропорционален количеству присутствующих активированных ядер, и количественные оценки могут быть сделаны с помощью внутренней калибровки. Часто обнаруживается 197mHg с периодом полураспада 2,7 дня при 77,3 кэВ.

вольтамперометрии

Анодная вольтамперометрия (ASV) лучше всего подходит для электрохимического определения следов Hg. Вольтамперометрическому измерению предшествует период восстановительного обогащения золотого измерительного электрода. Фактическое определение затем следует путем измерения тока окисления при сканировании окна напряжения от 0 В до 600 мВ. Высота пика окисления при 500 мВ коррелирует с количеством присутствующей ртути. Пределы обнаружения 12 пМ (2,4 нг / л) ртути были достигнуты в морской воде после времени обогащения 2 минуты. Кроме того, может использоваться обратная вольтамперометрия на золотых, платиновых или угольных электродах.

Автоматизированная аналитика

Теперь есть автоматизированные анализаторы для рутинного анализа ртути. Обычно они основаны на принципе термического разложения с последующим амальгамированием и последующим измерением атомной абсорбции (см. AAS). С помощью таких устройств для анализа твердые и жидкие образцы можно исследовать на содержание ртути в течение нескольких минут. Эти коммерчески доступные устройства очень чувствительны и соответствуют требованиям национальных стандартов обеспечения качества, таких как метод US EPA 7473 и метод ASTM D-6722-01.

Выбросы в окружающую среду

Ртуть в больших количествах выбрасывается в результате деятельности человека. По оценкам, около 2200 тонн ртути выбрасывается в атмосферу в виде газообразной ртути каждый год, а также в значительных количествах в почве и воде. Общие выбросы в окружающую среду в результате деятельности человека с момента зарождения цивилизации до 2010 года оцениваются в 1,1–2,8 миллиона тонн.

Существенными источниками выбросов являются:

• (мелкомасштабная) добыча золота (Artisanal Small Scale Mining). По оценкам, от 20 до 30 процентов добываемого в мире золота добывается за счет непромышленных геологоразведочных работ, то есть золотоискателей. Если бы все золотодобытчики в мире использовали экологически чистый процесс производства буры, можно было бы избежать выбросов около 1.000 тонн ртути, что составляет около 30% глобальных выбросов ртути.
• Энергетическая промышленность, особенно угольные электростанции: выбросы ртути в энергетике в 2010 году во всем мире оцениваются примерно в 859 тонн, из которых около 86% приходится на сжигание угля. Продолжающееся расширение угольных электростанций в Китае будет означать, что сжигание угля станет крупнейшим источником выбросов в будущем. Ртуть присутствует в следовых количествах только в каменном угле и лигните, но большое количество угля, сжигаемого во всем мире, приводит к значительным выбросам. В Германии с 1995 года энергетическая промышленность постоянно выбрасывает около 7 тонн ртути.
• Цементные работы (из-за наличия ртути в известняке и при использовании отходов / осадка сточных вод в качестве топлива),
• Производство цветных металлов (из-за содержания ртути в рудах, особенно при добыче золота, меди, цинка и свинца),
• Производство стали (особенно при использовании лома),
• Производство хлора, водорода и каустической соды (хлорщелочной электролиз амальгамным способом).

В атмосферных выбросах ртути из Германии (10257 кг в 2013 г.) энергетическая промышленность составила 68% (6961 кг) за счет угольных электростанций, выплавки металлов 11% (1080 кг) и цементной и минеральной промышленности. 6% (609 кг). Германия, выбросив около 10 тонн ртути, занимает первое место в Европе вместе с Польшей и Грецией.

В январе 2016 года исследование, проведенное по заказу Зеленых, показало, что предельные значения ртути, действующие в США для 2015 угольных электростанций с апреля 1100 года, не соблюдаются ни одной угольной электростанцией в Германии. поскольку отсутствуют соответствующие строгие законодательные требования. Если бы применялись те же предельные значения выбросов ртути, что и в США (в среднем за месяц, конвертированном примерно в 1,5 мкг / м³ для электростанций, работающих на каменном угле, и 4,4 мкг / м³ для электростанций на буром угле), из 53 отчетных источников энергии на угле В Германии можно было использовать только ту электростанцию, которая с тех пор была остановлена. Даты (блоки 1–3) остаются в сети. Уже несколько лет Федеральное агентство по окружающей среде рекомендует снизить предельное значение для выхлопных газов угольных электростанций до 3 мкг / м³ в среднем за день и до 1 мкг / м³ в среднем за год. При реализации Европейской директивы о промышленных выбросах федеральное правительство и большая часть Бундестага в конце октября 2012 г. приняли решение для угольных электростанций иметь предельные значения 30 мкг / м³ в качестве среднесуточных значений и (для существующей растений с 2019 г.) 10 мкг / м³ в среднем за год. На экспертном слушании в Комитете по окружающей среде Бундестага 15 октября 2012 г. была рекомендована корректировка предельных значений США. В июне 2015 года рабочая группа, возглавляемая Европейской комиссией, в которую вошли представители государств-членов, промышленных и экологических ассоциаций, определила, что среднегодовые значения выбросов ртути ниже 1 мкг / м³ могут быть достигнуты на угольных электростанциях с использованием специфичных для ртути технологий. . Низкие выбросы ртути могут быть достигнуты за счет добавления активированного угля, использования осадителя в скруббере дымовых газов или специальных фильтрующих модулей. Катализаторы и добавка солей брома могут улучшить разряд ртути, поскольку они превращают элементарную ртуть в ионную ртуть. Увеличение затрат на производство электроэнергии, связанное с этими процессами, оценивается менее чем на 1 процент.

Например, угольная электростанция в Люнен-Штуммхафене, каменноугольная электростанция в Вильгельмсхафене, каменноугольная электростанция в Верне, каменноугольная электростанция в Хамм-Уэнтропе, каменноугольная электростанция в Хамм-Уэнтропе, Power завод в Гроскроценбурге недалеко от Ханау и электростанция на буром угле в Оук-Гроув (Техас / США).

Продукты, содержащие ртуть, запрещены в Норвегии с 2008 года и в Швеции с 2009 года.

Из-за известной опасности высвобожденной ртути Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) составила международное соглашение («Минаматское соглашение»), которое в октябре 2013 года подписали 140 стран. Цель состоит в том, чтобы сократить выбросы ртути в результате горнодобывающей промышленности, производственных процессов, продуктов и отходов во всем мире. Соглашение стало обязательным после ратификации 50-м государством-участником 18 мая 2017 года и вступило в силу 16 августа 2017 года.

Американский институт кузнецов определил 2006 самых загрязненных мест на земле с 10 года. Здесь ртуть часто является одним из загрязнителей в «назначенных» местах.

Экспорт ртути или ртутьсодержащих веществ с концентрацией ртути более 95% из ЕС в страны, не входящие в ЕС, запрещен.

Ущерб здоровью от ртути

Ртуть - ядовитый тяжелый металл, выделяющий пары даже при комнатной температуре. Чистая металлическая ртуть сравнительно безвредна при всасывании через пищеварительный тракт, но вдыхаемые пары очень токсичны.

Однако органические соединения ртути чрезвычайно токсичны, поскольку, в отличие от элементарной ртути, они жирорастворимы. Они могут попадать в организм с пищей, а также через кожу. Они легко проникают сквозь большинство защитных перчаток. Они почти полностью всасываются и включаются в жировую ткань. Они возникают в пищевой цепи в результате биометилирования ртути (или солей ртути) до метилртути. Основным источником воздействия метилртути на человека является потребление морской рыбы. Об отравлении органическими соединениями ртути стало известно во всем мире в середине 1950-х годов благодаря сообщениям о болезни Минамата. Когда дело доходит до воздействия неорганической ртути, основными ее источниками являются попадание внутрь через пищу и через зубную амальгаму.

В зависимости от приема возможно как острое, так и хроническое отравление. Примером может служить падение английского корабля Triumph в 1810 году, на котором более 200 человек отравились, когда протекла бочка с ртутью. В 2007 и 2015 годах внимание привлекли аюрведические средства с высоким содержанием ртути.

 

Цены на ртуть

Цена на Меркурий -> Стратегические цены на металлы