Какое свойство у ртути при изготовлении термометров
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.
Источник
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!
Источник
Ртуть является чрезвычайно важным металлом, который используется практически во всех производственных отраслях. Поэтому многие страны стремительно развивают ртутную промышленность и расширяют поиски ее месторождений. Какое место занимает применение ртути в современной промышленности – попробуем разобраться в этой статье.
Что представляет собой ртуть
Это химический элемент и единственный металл, который находится в жидком состоянии при нормальной температуре. Текучее вещество серого цвета – вот как выглядит ртуть, фото которой приведено ниже.
Затвердеть ртуть может только при очень низкой температуре. Средневековые алхимики никак не могли добиться отвердения этого металла. И только в 1759 году российские академики М. В. Ломоносов и И. А. Браун сумели сделать это. Дело в том, что в тот год в России были сильные морозы, и с помощью специальных смесей ученые понизили температуру до -56ºС. В таких условиях ртуть замерзла и стала похожа на металл. Спустя длительное время другие алхимики обнаружили у ртути сверхпроводимый эффект, когда понизили температуру до -270ºС.
Ртуть в истории человечества
Ртуть известна человеку еще с древних времен. Первые упоминания о ней встречаются в записях V века до н. э. Очень много исследовали ртуть в Индии и Китае. Самая древняя индийская школа по алхимии известна как «расаяна» или «путь ртути». Она занималась разработками лечебных препаратов и разных снадобий.
Древние люди находили ртуть в природе в виде киновари. Они использовали ее в качестве красного красителя. Название «киноварь» связано с древней легендой и переводится как «кровь дракона». Такая характеристика ртути связана с религиозными верованиями. В то время люди верили, что это кровь убитого в горах священного существа – дракона. Поэтому ртуть считали целебным веществом, способным лечить больных. Одним из таких лечебных средств была ртутная мазь.
Древние алхимики считали ртуть основой всех металлов и их жизненной силой. Они были убеждены, что из ртути и серы можно получить золото. Но после многочисленных опытов и экспериментов стало понятно, что ничего из этой идеи не выйдет. Сколько ученых погибло, пытаясь открыть формулу создания золота. И эти исследования продолжались до 30-х годов XX века, пока наука не начала стремительно развиваться. В результате применения радиоактивного распада, ученые получили из ртути стабильные изотопы золота, но их было очень мало. И цена такого металла очень высока.
Как добывают ртуть
Основным и практически единственным промышленным источником ртути является минерал киноварь. Он состоит на 86% из сульфида ртути, остальные составляющие – примеси других минералов. Обычно киноварь имеет вид сплошных выделений, богатых примесями, и внешне напоминает зерна неправильной формы. Редко встречаются сформированные кристаллы ромбоэдрического, бипирамидального облика. Иногда обнаруживаются двойники.
Металлическую ртуть из киновари получают путем нагрева в открытой трубке, которая обеспечивает контакт с кислородом. Во время нагревания маленькие капельки ртути стекают по холодным стенкам. Обычно рудные тела залегают на небольших глубинах и приурочены к кварцитам, известнякам, доломитам и сланцам. Самые крупные в мире месторождения ртути находятся в Испании, США, Югославии, Словении, Таджикистане, Кыргызстане. Большие кристаллы ртутной руды добывают в южной части Китая.
Основные свойства ртути
Этот минерал имеет уникальные свойства, которые сделали применение ртути в современной промышленности важным ее элементом. Ртуть считается ядовитым и опасным металлом. Но его физические и химические свойства во многих сферах человеческой деятельности незаменимы.
Физические свойства
Ртуть относится к диамагнетикам, так как может образовывать твердые сплавы с другими металлами и жидкие соединения – амальгамы. Температура затвердевания ртути составляет -38,83ºС, а кипит металл при 356,73 ºС. Испаряется она при комнатной температуре. Еще одна важная характеристика ртути – она диамагнитна. Это значит, что собрать жидкие шарики металла обычным магнитом невозможно.
Химические свойства
Как и благородные металлы, ртуть устойчива в сухом воздухе. Она взаимодействует с кислотами, солями, неметаллами. С водой, щелочами и неокисляющими кислотами ртуть не реагирует. При температуре выше 300ºС она вступает в реакцию с кислородом, образуя оксид ртути.
Применение ртути в современной промышленности
Еще в средние века жидкий металл активно применяли в медицине для амальгамирования и изготовления разных приборов. В наше время невозможно найти отрасль народного хозяйства, которая не использует ртуть. Свойства и применение этого минерала описаны учеными со всего мира в многочисленных научных трудах.
Так, ртуть используется в сельском хозяйстве для протравы семян. В химической промышленности ее применяют в качестве катализатора для получения из ацетилена уксусного альдегида. Использование ртутных катодов позволяет выделить из поваренной соли едкий натр и хлор.
Ртуть является незаменимым компонентом в производстве красок для подводной части морских судов. Дело в том, что обитающие в морской воде микроорганизмы прикрепляются к днищам судов и способствуют коррозии и износу металлических деталей. Содержащая в краске ртуть под воздействием морского хлора образует сулему, которая отравляет вредные бактерии.
Ртуть применяют даже в производстве фетра. Имеющиеся в ее составе соли отлично обезжиривают пух. Более безопасных заменителей, которые бы давали такой же эффект, пока не нашли. Также ртуть служит катализатором во время органического синтеза в процессе дубления кожи.
Как уже упоминалось, ртуть всегда использовалась в медицине. В наши дни на ее основе выпускают антисептические и мочегонные препараты. А ртутная мазь готовилась еще в древней Индии, рецепт которой сохранился до наших дней. Из-за свойства растворять другие металлы (олово, серебро) ртуть используют для изготовления зубных пломб.
Применение ртути в промышленности связано также с ее способностью испаряться при комнатной температуре. Например, для очистки нефти. Так, выпаривание металла способствует регулировке температуры нефтеперерабатывающих процессов.
Ртутные приборы
Физико-химические свойства являются главной причиной, по которой происходит применение ртути в разных приборах и машинах. Пары металла используются в ртутных турбинах. Такие установки особенно выгодны, когда в агрегате мало воды и охлаждение механизма происходит исключительно воздухом.
В электротехнике применяют выпрямители с жидким ртутным катодом. Они позволяют преобразовать трехфазный электрический ток в постоянный. Даже в астрономических целях применяют ртутные приборы – горизонты. Они имеют специальный сосуд с жидким металлом, поверхность которого служит зеркалом во время наблюдений за космосом. Также применение ртути в современной промышленности проявляется в производстве разных диффузионных насосов, прерывателей, термометров.
Во многих отраслях медицины используют ртутно-кварцевые лампы, которые облучают ультрафиолетовыми лучами. Также незаменимым медицинским инструментом является всем известный градусник для измерения температуры тела.
Сколько стоит ртуть: цена на мировом рынке
Цена на ртуть формируется по тому же принципу, что и на другие металлы. Так, стоимость этого минерала зависит от объема поставок и чистоты предлагаемой ртути. На мировом рынке цена на ртуть за последние полгода значительно упала. Так, если ее средняя цена в конце 2014 года составляла 75 долларов США/кг, то в марте 2015 года – 55 долларов США/кг. Но свободно купить жидкий металл практически невозможно, поскольку ртуть относится к химически-опасным веществам. Даже за утилизацию разлитой ртути необходимо заплатить определенную сумму.
Что касается изделий, которые содержат ртуть, их стоимость зависит от количества используемого металла и от других производственных издержек. Например, очень дешево стоит градусник ртутный. Цена в аптеках колеблется от 25 до 50 рублей.
Опасность ртути для здоровья
Несмотря на широкое применение ртути в промышленности, она считаются довольно опасным химическим веществом. По критериям вреда для жизни и здоровья ртуть относится к первому классу опасности. Обычно ртуть попадает в организм путем вдыхания ее паров, которые не имеют запаха. Именно ртутные испарения представляют наибольшую опасность.
Чтобы вызвать тяжелое отравление и проблемы со здоровьем, достаточно воздействия небольшого количества минерала. Во время токсикации в наибольшей степени поражаются легкие, почки, иммунная, нервная, пищеварительная системы, глаза и кожа.
В зависимости от причин и характера отравления различают легкую, острую и хроническую формы. Легкая токсикация возникает при пищевом отравлении. После аварий на предприятиях химической промышленности или вследствие нарушения техники безопасности проявляется острая форма отравления. В этом случае у больного наблюдается снижение умственной активности, истощение, могут появляться судороги, потеря зрения, облысение и даже полный паралич. В тяжелых случаях острое отравление может привести к летальному исходу. Хроническое отравление развивается в результате постоянного контакта с ртутью и может проявляться долгое время после прекращения работы с ней. У людей с этой формой патологии повышается риск развития гипертонии, туберкулеза и атеросклероза. Бывают случаи, когда хроническая токсикация вызывает психические отклонения.
Особенно внимательно с ртутными приборами следует обращаться беременным женщинам. Пары ртути представляют большую угрозу для развития плода. Если в доме есть дети, лучше обычные ртутные термометры заменить электронными.
Утилизация ртутьсодержащих отходов
Широкое применение ртути способствует высокой концентрации ее паров в атмосфере крупных городов. Сейчас повсюду используют люминесцентные лампы, которые содержат от 30 до 300 мг жидкого металла. А в некоторых лампах его в несколько раз больше. Согласно статистике, ежегодно около 100 млн. таких ламп становятся непригодными и требуют переработки. Лишь небольшая их часть проходит специальную утилизацию, а остальные сразу отправляются на свалку, где из-за разрушения целостности стекла ртуть попадает в атмосферу.
Кроме того, ртуть применяется в производстве аккумуляторов и батарей, которые в основном никак не перерабатываются. Таким путем за год на свалку попадает около 40 тонн ртути. Эта цифра очень большая, поэтому проблема утилизации ртутьсодержащих предметов стоит очень остро. Бесконтрольное обращение с ртутными отходами, безответственное отношение к приборам, содержащим этот жидкий металл, создает угрозу здоровью и жизни людей. Всем известно, какие неприятности может принести обычный градусник ртутный. Цена неумелого обращения с ним может стоить даже жизни.
Сейчас правительства всех стран работают над вопросом переработки ртутьсодержащих отходов. С этой целью создаются специальные компании, которые занимаются сбором непригодных к использованию приборов и ртутных предметов. Они разделяют их на компоненты (цоколи, стекло, металл) и перерабатывают. Из каждого вида отходов формируются блоки, которые упаковываются в специальную тару (чехлы, полиэтиленовые пакеты, канистры) и доставляются на место переработки.
Источник