Rtęć – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Rtęć (symbol – Hg) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem, leżącym w VI okresie i XII grupie pobocznej układu okresowego, należy więc do grupy metali przejściowych (bloku d). Jest jedynym metalem, który w warunkach standardowych występuje w ciekłym stanie skupienia.

Symbol Hg
Nazwa w jęz. angielskim mercury
Nazwa w jęz. łacińskim  hydrargyrum
Stan skupienia (w warunkach standardowych) ciekły
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa  80
Masa atomowa [u] 200,592(3)
Numer grupy, okres, blok energetyczny XII, VI, d
Stopnie utlenienia −II, I, II
Konfiguracja elektronowa uproszczona  [Xe]4f145d106s2
Zapełnienie powłok elektronowych  2, 8, 18, 32, 18, 2
Elektroujemność wg Paulinga  2,00
Temperatura topnienia [ºC] -38,83
Temperatura wrzenia [ºC]  357
Ciepło właściwe [J/(kg•K)] 140
Gęstość  [kg/m3]  13534

Odkrycie

Historia wykorzystywania rtęci przez człowieka jest dość długa. Najstarsze znalezisko datuje się na 1500 r. p.n.e. i pochodzi z egipskich piramid. Na Dalekim Wschodzie tj. w Chinach i Tybecie rtęć była stosowana w medycynie do leczenia złamań i wydłużania życia, a Grecy, Rzymianie i Egipcjanie stosowali ją w maściach i kosmetykach. Alchemia uznawała rtęć za pierwotną materię, z której wywodzą się wszystkie pozostałe metale. Po raz pierwszy rtęć została zakwalifikowana do pierwiastków przez francuskiego fizyka i chemika Antoine Laurent de Lavoisier w 1789 r.

Występowanie

Rtęć jest bardzo rzadkim pierwiastkiem. Stanowi ok. 0,08 ppm skorupy ziemskiej. Nie ma ona zdolności do mieszania się z molekułami, stanowiącymi większość skał i minerałów, dlatego jej zawartość w rudach jest mocno skoncentrowana (od 0,1 do 2,5%). Minerałami, w których występuje rtęć, są m.in. cynober (HgS), kalomel (Hg2Cl2) i rtęć rodzima (Hg). Sole rtęci są związkami nietrwałymi, co sprawia, że jej jony mogą przenikać do atmosfery oraz wód powierzchniowych. Co więcej, rtęć ma zdolność do tworzenia związków metaloorganicznych, przez co może kumulować się w biosferze.

Otrzymywanie

Przemysłowo rtęć jest pozyskiwana z cynobru przez podgrzewanie go w tlenowej atmosferze. Proces przebiega dwuetapowo:

2HgS + 3O2 → 2HgO + 2SO2
2HgO → 2Hg↑ + O2

Rtęć można uzyskać również przez ogrzewanie minerału w obecności reduktora np. żelaza:

HgS + Fe → Hg↑ + FeS

Na mniejszą skalę rtęć można również pozyskać przez ogrzewanie jej tlenku.

Właściwości fizyko-chemiczne

Rtęć w warunkach standardowych (tj. temp. - 273,15K, ciśnienie - 105Pa)  ma postać srebrzysto szarej cieczy o gęstości 13534kg/m3. Jej temperatura topnienia wynosi -38,83ºC a wrzenia 357ºC i są to najniższe wartości wśród metali. Twardość rtęci wg skali Mohsa wynosi 1,5.

Rtęć jest słabym przewodnikiem ciepła, natomiast dobrze przewodzi elektryczność. Rtęć jest również niezwykle lotna, co zawdzięcza charakterystycznej konfiguracji elektronowej, silnie opierającej się oddaniu elektronu z powłoki walencyjnej. Bardzo podobnie zachowują się gazy szlachetne, które jak rtęć, tworzą słabe wiązania i topią się w niskich temperaturach.

Rtęć reaguje tylko z kwasami utleniającym tj. kwasem azotowym(V), stężonym kwasem siarkowym(VI) czy wodą królewską. W wyniku tych reakcji powstają kolejno azotan, siarczan oraz chlorek rtęci. Rtęć reaguje również z siarkowodorem obecnym w atmosferze.

Rtęć ma zdolność do tworzenia amalgamatów tzn. stopów z innymi metalami (nazywanych również ortęcią). Amalgamaty powstają przez rozpuszczenie się metali w rtęci w warunkach normalnych. Rtęć nie tworzy amalgamatów z żelazem, platyną, wolframem i molibdenem.

Zastosowanie i znaczenie

Rtęć znalazła zastosowanie w budowie termometrów, manometrów czy barometrów, jednak ze względu na jej toksyczne właściwości odchodzi się od tego. Rtęć jest stosowana do wydobywania metal szlachetnych jak złoto i srebro. Wykorzystuje się do tego amalgamujące właściwości rtęci. Rtęć jest stosowana również do produkcji materiałów wybuchowych, lamp rtęciowych, świetlówek  i elektrolizy litowców.

Rtęć jest substancją bardzo toksyczną. Uszkadza błony biologiczne oraz ma zdolność wiązania się z białkami, co zaburza wiele procesów metabolicznych. Jej pary mogą zostać wchłonięte przez drogi oddechowe, wniknąć do krwi i dalej do mózgu. Rtęć przenika również przez łożysko, co czyni ją niebezpieczną dla płodu. Rtęć jest tylko częściowo wydalana z moczem przez nerki, w których się kumuluje.

Izotopy

Rtęć posiada 11 izotopów z masami atomowymi od 194 do 204u. Siedem izotopów jest stabilnych – 196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg, 204Hg, Najbardziej rozpowszechnionym izotopem jest 202Hg (stanowi 29,86% tego pierwiastka w przyrodzie). 

Związki

Rtęć w związkach występuje głównie na I i II stopniu utlenienia

Chlorek rtęci(I) (Hg2Cl2, inna nazwa to kalomel) jest stabilną solą rtęci. Swoją stabilność zawdzięcza obecności wiązania Hg-Hg (wzór strukturalny kalomelu to Cl-Hg-Hg-Cl). Jest środkiem antyseptycznym, służy do zwalczania grzybów, owadów i chwastów. Jest stosowany do wyrobu elektrod kalomelowych. Pod wpływem światła i wysokiej temperatury ulega dysproporcjonowaniu:

Hg2Cl2 ⇌ Hg + HgCl2

Chlorek rtęci(II) potocznie nazywany sublimatem, jest stosowany jako katalizator w syntezie organicznej oraz środek dezynfekujący (w bardzo małym stężeniu ok. 0,1%). Otrzymywany jest m.in. przez reakcję tlenku rtęci(II) z kwasem solnym:

HgO + 2HCl → HgCl2 + H2O

Ciekawym związkiem jest piorunian rtęci (Hg(CNO)2) nazywany również rtęcią piorunującą. Jest wykorzystywany jako materiał wybuchowy – detonuje w temperaturze powyżej 100ºC. Powstaje na drodze reakcji azotanu rtęci(II) i kwasu azotowego z etanolem.

Rtęć ma również zdolność do tworzenia związków metaloorganicznych. Sole rtęci(II) potrafią reagować z pierścieniami aromatycznymi związków organicznych. Związki rtęcioorganiczne mają zazwyczaj wzór w postaci HgR2 (substancje lotne) lub HgRX (ciała stałe), gdzie R jest grupą węglowodorową a X pierwiastkiem halogenku. Związki te nie reagują z wodą. Metylortęć ([CH3Hg]+) jest uznawana za najbardziej toksyczną formę rtęci.