Metal, który jest cieczą, czyli o właściwościach rtęci i jej ..., Publikacje z Transport

Pobierz Metal, który jest cieczą, czyli o właściwościach rtęci i jej ... i więcej Publikacje w PDF z Transport tylko na Docsity!

Metal, który jest cieczą, czyli o właściwościach rtęci

i jej zastosowaniach

Wprowadzenie Przeczytaj Animacja Sprawdź się Dla nauczyciela

Czy wiesz, że rtęć to jedyny ciekły metal w temperaturze pokojowej? Nazywano ją żywym srebrem. Czy wiesz, że znana jest już od ponad 2000 lat p.n.e.? Miała znaczenie religijne w alchemii hinduskiej, której bóstwem był sziwa. Czy wiesz, że rtęci przypisywano właściwości przedłużania życia, leczenia złamań oraz utrzymywania człowieka w dobrym zdrowiu? Była nawet stosowana do mumifikacji. Czy wiesz, że średniowieczni alchemicy uważali ją za materię, z której powstały wszystkie metale? Czy wiesz, że używano jej także do produkcji maści i kosmetyków? Siarczek rtęci(II) był głównym składnikiem czerwonej farby, którą stosowano do szminek. Czy wiesz, że przedmioty z rtęci używane były w domach jako zabawki? Wiadomo, że jest to pierwiastek zanieczyszczający środowisko przyrodnicze. Jednak wciąż możemy znaleźć rtęć (w formie wolnej oraz związanej) w rolnictwie (pestycydy), w farmacji (np. thimerosal w szczepionkach dla dzieci), w elektronice czy w stomatologii.

Twoje cele

Poznasz właściwości rtęci. Wymienisz zastosowania rtęci. Wskażesz źródła rtęci. Określisz, jakie związki rtęci oraz w jakiej formie są toksyczne. Poznasz sposoby postępowania w sytuacji rozlania rtęci.

Rtęć znana jest z takich zastosowań, jak wypełnienie termometrów, barometrów oraz manometrów. Źródło: Franz von Duns, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.

Metal, który jest cieczą, czyli o właściwościach rtęci i jej

zastosowaniach

Przeczytaj

Właściwości fizykochemiczne rtęci

Rtęć. Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie Mizerski W., Tablice chemiczne, Wydawnictwo Adamantan, Warszawa 2008, licencja: CC BY-SA 3.0.

Rtęć jest ciężkim, srebrzysto‐białym ciekłym metalem i jest substancją toksyczną.

Piktogramy dotyczące rtęci. Od lewej:

• substancja toksyczna;

-substancja rakotwórcza;

• substancja szkodliwa dla środkowiska. Źródło: dostępny w internecie: hp://www.unece.org/, domena publiczna.

W porównaniu z innymi metalami, jest słabym przewodnikiem ciepła, ale dobrym przewodnikiem elektryczności. Ma temperaturę krzepnięcia wynoszącą -38,83°C i temperaturę wrzenia o wartości 356,73°C. Zestalona rtęć jest plastyczna i ciągliwa, więc można ciąć ją nożem. Rtęć nie reaguje z większością kwasów, takich jak choćby rozcieńczony kwas siarkowy(VI). Chociaż kwasy utleniające, np. stężony kwas siarkowy(VI) i kwas azotowy(V) lub także woda królewska roztwarzają ją. Podobnie jak srebro, rtęć reaguje z atmosferycznym siarkowodorem, ale i z płatkami siarki, węglem aktywnym oraz sproszkowanym cynkiem. Te związki wykorzystuje się do pochłaniania jej oparów czy zebrania, gdy się rozlała. Rtęć rozpuszcza wszystkie metale z wyjątkiem żelazowców i platynowców. Złoto, srebro i cyna rozpuszczają się w niej, tworząc amalgamaty już w temperaturze pokojowej, a pozostałe metale w temperaturze podwyższonej. Rtęć jest tak gęsta (gęstość 13,5336 ), że nawet ołów pływa po jej powierzchni. Jest 13,6 razy cięższa niż woda.

Rtęć Źródło: A, dostępny w internecie: wikipedia.org, domena publiczna.

Rtęć w związkach chemicznych tworzy kationy rtęci(II) - , i rtęci(I) - , a także związki nieorganiczne (chlorki, azotany(V), siarczany(VI)) oraz bardzo dużą grupę związków metaloorganicznych (np. metylortęć, fenylortęć, dimetylortęć). Charakteryzują się różną aktywnością chemiczną, rozpuszczalnością i lotnością.

g cm^3

Hg2+^ Hg2+ 2

W naturze rtęć występuje jako cynober,. ( ). Jest bardzo ściśle związana z siarką, ale wietrzenie skały powoli uwalnia ją do środowiska. W węglu również są śladowe ilości rtęci. Połowa tego pierwiastka to wytwór człowieka. Największym źródłem emisji rtęci do powietrza atmosferycznego są procesy spalania paliw do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, np. spalanie węgla brunatnego czy węgla kamiennego. Jest ona naturalnym składnikiem zanieczyszczającym, obecnym w węglu w kilku formach, w którym większość jej związków występuje w połączeniu z siarką w postaci pirytu ( ) oraz siarczku rtęci ( ). Wulkany i pożary lasów są również jej źródłem. Fabryki chloru (w których stosuje się elektrolizery rtęciowe) czy kopalnie złota też przyczyniają się do jej uwolnienia. Rtęć nieorganiczna może zostać przekształcona przez bakterie w metaloorganiczny kation, znany jako metylortęć, , który bioakumuluje się w rybach, takich jak tuńczyk i miecznik.

Toksyczność rtęci

Za bezpieczną dawkę rtęci przyjęto 0,05 mg w 1 m powietrza. Długotrwały kontakt z tym pierwiastkiem prowadzi do choroby nazywanej „chorobą szalonych kapeluszników”. Nazwa wzięła się od stosowania rtęci do produkcji filcu na kapelusze – wszyscy je noszący, byli narażeni na jej opary.

Niegdyś związki rtęci stosowane były do produkcji filcu na kapelusze. Ciekawostka – Kapelusznik z Alicji w Krainie Czarów był prawdopodobnie wzorowany właśnie na postaci, która zatruła się tym pierwiastkiem. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com/pl/, domena publiczna.

HgS Hg2+

FeS 2 HgS

CH 3 Hg+

3

Długotrwały kontakt z rtęcią powodował kumulowanie się jej w organizmie, co wywoływało przewlekłe zatrucie, którego objawami były, m.in.: bezsenność, zawroty i bóle głowy, stany depresyjne, zaburzenia pamięci i koordynacji ruchów, osłabienie ostrości wzroku i słuchu, a także niestabilność emocjonalna, drżenie palców i ramion, nerwowość oraz halucynacje. Szczególną toksyczność wykazują organiczne związki rtęci – w ich przypadku nawet krótkotrwały kontakt ze skórą powoduje zatrucie organizmu. Spożycie pokarmów zatrutych rtęcią było przyczyną tragedii, takiej jak ta w Iraku w latach 1971‐72, kiedy ok. 3000 ludzi zmarło po zjedzeniu pszenicy zatrutej właśnie związkami rtęci.

W Iraku, w latach 1971-72, ok. 3000 ludzi zmarło po spożyciu pszenicy zatrutej związkami rtęci. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com/pl/, domena publiczna.

Podobne wypadki (po spożyciu ryb) miały miejsce w Japonii, Gwatemali i Pakistanie. Takie zatrucie powoduje nieodwracalną, gwałtownie przebiegającą chorobę, kończącą się śmiercią po około 10 dniach. Rtęć metaliczna, podobnie jak amalgamaty i jej nierozpuszczalne sole, nie jest groźna dla zdrowia i po połknięciu zostałaby wydalona z organizmu. Toksyczne są opary metalicznej rtęci oraz jej rozpuszczalne związki. Jeżeli rtęć metaliczna dostanie się do środowiska wodnego, mikroorganizmy metylują ją i w ten sposób powstaje związek metaloorganiczny – dimetylortęć. Jest on rozpuszczalny w tłuszczach, a zarazem bardzo toksyczny i trwały – to główna postać rtęci, która przedostaje się do organizmów żywych i tam się kumuluje. Rtęć w postaci dimetylortęci była przyczyną kilku przypadków masowego skażenia środowiska. Ostre zatrucie parami rtęci wywołuje zapalenie płuc i oskrzeli, co prowadzi niekiedy do śmiertelnej niewydolności oddechowej. Innymi objawami są: krwotoczne zapalenie jelit, niewydolność krążenia, zapalenie błony śluzowej jamy ustnej. Uszkodzeniu ulegają również nerki i układ nerwowy. Przypadkowo rozlana rtęć powinna być starannie zebrana, a jej resztki

Rtęć w termometrach i barometrach

Właściwości rtęci pozwalają na jej zastosowanie w miernikach poziomu wody oraz ciśnienia i wysokich temperatur.

Zasada działania termometru rtęciowego Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zaletami rtęci stosowanej w termometrach jest niska temperatura krzepnięcia i wysoka temperatura wrzenia, dlatego termometr działa w szerokich zakresach temperatur. Ponadto zależność rozszerzalności (zmiana objętości rtęci) w reakcji od zmian temperatury jest liniowa. Rtęć nie wywiera siły kapilarnej na rurkę w termometrze, nie zwilża jej powierzchni, a tym samym nie tworzy się menisk dolny jak w przypadku wody.

Zdjęcia przedstawiające porównanie zjawiska kapilarnego dla rtęci i wody względem powierzchni polarnej, takiej jak szkło. Dla szklanej kapilary umieszczonej w ciekłej rtęci menisk jest wypukły, a poziom cieczy wewnątrz rurki jest niższy niż poziom cieczy na zewnątrz rurki. W przypadku wody obserwuje się menisk wklęsły, ponieważ woda silnie przylega do polarnej powierzchni szkła, podczas gdy rtęć, która nie przylega do szkła, posiada menisk wypukły. Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niestety rtęci nie można użyć w termografach , ze względu na jej wolną reakcję na temperaturę. Z kolei termometry rtęciowe w praktyce nie działają w temperaturze poniżej -390°C, a opary tego pierwiastka są przecież trujące (obecnie termometry rtęciowe są usuwane z użycia i już się ich nie produkuje).

Rtęć w katalizie

Właściwości katalityczne rtęci wykorzystywane są w procesie wytwarzania polimerów, chloru i sody kaustycznej oraz podczas wydobywania złota z rudy, ponieważ złoto rozpuszcza się w rtęci, tworząc amalgamat.

Rtęć w oświetleniu

parowej. W czasie tej terapii, chory przebywał w toksycznych oparach rtęci przez kilka tygodni. Istniały także terapie działające od wewnątrz – podawane były syropy rtęciowe i przeprowadzane były lewatywy.

Tiomesal, organiczny związak rtęci, jest wykorzystywany jako konserwujący składnik szczepionek. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com/pl/, domena publiczna.

Rtęć w dezynfekcji

Metylortęć ( ) używana jest w fungicydach i pestycydach , stąd małe ilości tego pierwiastka znajdują się w warzywach, owocach i ziarnach. Główną drogą ich wchłaniania z żywności jest przewód pokarmowy. Z kolei chlorek rtęci(II) ( ) to znany środek dezynfekujący, insektycyd.

CH 3 Hg

HgCl 2

Związki rtęci wchodzą w skład niektórych pestycydów i fungicydów. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com/pl/, domena publiczna.

Rtęć w pirotechnice

Jest surowcem stosowanym do produkcji środków wybuchowych ze względu na swoje dobre właściwości fizykochemiczne. Dobrym przykładem będzie piorunian rtęci(II) (rtęć piorunująca) , który był pierwszym środkiem wykorzystywanym do produkcji spłonek, czyli małego ładunku wybuchowego, inicjującego eksplozję właściwego materiału.

Słownik

termograf

przyrząd mierzący temperaturę i rejestrujący jej zmiany w funkcji czasu

aqua regia, woda królewska

mieszanina stężonego kwasu solnego i azotowego(V) w stosunku objętościowym 3:1; ma bardzo silne właściwości utleniające, roztwarza złoto, platynę, pallad i inne metale szlachetne oraz inne odporne chemicznie metale

galinstan

Hg(CNO) 2

Friend J. N., Człowiek i pierwiastki chemiczne, Warszawa 1959.

Kabata‐Pendias A., Trace elements in soils and plants, New York 2011.

Kabata‐Pendias A., Mukherjee A. B., Trace elements from soil to human, Berlin 2007.

Pirrone N., Mason R., Mercury Fate and Transport in the Global Atmosphere, New York

Animacja

Polecenie 1

Rtęć jest metalem i jako jedyny spośród znanych pierwiastków metalicznych występuje w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej. Czy wiesz, jakie właściwości ma ten metal? Czy potrafisz podać przykłady zastosowania rtęci? Zapoznaj się z animacją, a następnie wykonaj ćwiczenia.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1FyglqEz Animacja pt. „Rtęć – niezwykły metal” Źródło: GroMar Sp. z o. o., Małgorzata Ambroziak, licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału związanej z rtęcią.

Ćwiczenie 1

Amalgamat to:

minerał, w którym rtęć występuje naturalnie w przyrodzie.

metoda wydobycia złota.

stop rtęci z innymi metalami.

kompleks rtęci z grupami -SH.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Który z poniższych związków chemicznych nosi nazwę "cynober"? Wskaż poprawną odpowiedź.

HgCl

Hg Cl

HgS

HgSO

2

2 2

4

Ćwiczenie 2

Wybierz poprawne dokończenia poniższego zdania.

Rtęć nie tworzy amalgamatów z:

cynkiem.

glinem.

złotem.

żelazem.

Ćwiczenie 3

Który z poniższych związków rtęci jest stosowany w pirotechnice? Wskaż poprawną odpowiedź.

kalomel

siarczek rtęci(II)

siarczan(VI) rtęci(II)

piorunian rtęci(II)

Ćwiczenie 4

Wskaż zalety lamp rtęciowych.

niska toksyczność

odporność na zniszczenie

długa żywotność

energooszczędność