Человек впервые увидел капли ртути много тысячелетий назад, и тогда ей дали название, которое и сегодня кажется удивительно точным: «живое серебро». [1], [4]. Оно и действительно похоже на серебро, но движется, разделяется на капли и снова соединяется, будто обладает волей. Несмотря на современное понимание его природы, внешняя «живость» ртути и сейчас производит сильное впечатление.

Однако за этой подвижностью скрыта строгая внутренняя физическая логика. Ртуть остаётся жидкой при температурах, когда любые другие металлы давно твердеют. При -38,83 °C она кристаллизуется, но даже тогда сохраняет характерный металлический блеск. При 356,7 °C ртуть начинает кипеть — и её пары становятся особенно токсичными, о чём человечество узнало не сразу и слишком дорогой ценой. [2]

Почему ртуть жидкая?

Среди всех металлов ртуть выделяется тем, что её атомы образуют необычно слабую металлическую связь. Причина в электронной структуре: внешние электроны «пригнаны» к ядру сильнее, чем у цинка или кадмия, и почти не участвуют в создании общего электронного облака, скрепляющего кристаллическую решётку. [2], [3].

В результате частицы ртути удерживаются друг с другом хуже, чем это происходит у других металлов, и вещество остаётся жидким даже при морозах, которые разрушают сталь.

Почему гвоздь всплывает?

Плотность: Одно из впечатляющих свойств ртути — её плотность 13,6 г/см³ . Это самый плотный из всех жидких элементов при нормальных условиях.

Для сравнения, литровая бутылка ртути весит более 13 килограммов, в то время как литр воды имеет массу всего 1 кг. (плотность воды 1г/ см³). Ещё более наглядным примером служит поведение тел, помещённых в ртуть. Плотность железа — лишь 7,9 г/см³. Поэтому если опустить обычный гвоздь, гайку или даже небольшой металлический груз в сосуд с ртутью, предметы всплывут. Закон Архимеда в данном случае работает предельно наглядно: жидкость вытесняет более лёгкое тело, создавая силу, удерживающую его на поверхности. [1], [3].

В связи с этими свойствами, именно ртуть дала толчок развитию точных измерительных приборов. Её высокая плотность и устойчивость к окислению сделали возможным создание ртутных барометров и термометров , которые на протяжении веков служили эталоном точности. Как уже было сказано, температура её затвердевания настолько низкая, что в большинстве климатических условий она остаётся жидкой, что позволяет использовать такие приборы почти везде. Однако в экстремальном холоде ртуть превращается в серебристый кристаллический металл, который при ударе может даже раскалываться -редкая особенность, почти не встречающаяся среди металлов. [1], [3].

Откуда берётся ртуть?

Среднее содержание ртути в земной коре — около 0,08 мг на килограмм. Но в некоторых местах природа собрала её в удивительно богатые залежи. Основной минерал ртути — киноварь (HgS), ярко-красный камень, из которого люди извлекали ртуть на протяжении тысячелетий и уже в IV тысячелетии до н. э. красили стены и ткани. В Китае эпохи Хань из неё делали пигменты для императорских гробниц. [1], [6].

Интересно то, что ртутные месторождения нередко соседствуют с зонами древней вулканической активности: горячие газы переносят её соединения ближе к поверхности, превращая глубинные ресурсы в доступные для добычи.

Самые знаменитые рудники прошлого находились:

– в Альмадене (Испания) — очень большое месторождение, добыча на котором велась более двух тысяч лет

– в Италии, Австрии, США и Мексике

– а также в Центральной Азии, где киноварь из Зарафшанских гор использовалась как краситель ещё во времена Ахеменидов (VI–IV вв. до н. э.). [4], [6].

В природе

В природе ртуть не просто существует — она участвует в сложных химических циклах. В водных системах она может переходить в органические соединения, например, метилртуть — чрезвычайно токсичное вещество, способное накапливаться в живых организмах [5], [7]. Именно это свойство привело к знаменитым историческим катастрофам, включая массовые случаи отравлений в прибрежных поселениях, где рыба становилась источником незаметной опасности.

Самый известный такой трагический пример — болезнь Минамата (1956, Япония), когда отходы химического завода привели к образованию метилртути в море, который накопился в подводных жителях, и сотни людей отравились и заболели, многие погибли. [5], [8]. Научные исследования показали, что даже малые концентрации в водных системах способны вызывать эффект каскада: рыбы поглощают ртуть, затем птицы и люди — и концентрация растёт от уровня к уровню пищевой цепи.

В связи с этим в 2013 году была принята Минаматская конвенция, ограничивающая использование и производство ртути по всему миру. [8]

Химические особенности: При обычной температуре ртуть довольно инертна. Но при нагревании она активно взаимодействует с кислородом, превращаясь в оксид HgO . Ещё она легко образует сплавы с различными металлами. Например, если ртуть соединяется с золотом или серебром, она образует амальгамы : сплавы, в которых благородные металлы теряют твёрдость.

Неудивительно, что древние серебряных дел мастера пользовались этим свойством раньше, чем понимали его природу. Было даже время, когда амальгамирование применяли для извлечения золота из руд, соединяя с ртутью, а после выпаривая её, получая желаемое. Но к сожалению, не всё так просто, ведь процесс оказался опасен и для человека, и также для окружающей среды.

Именно с помощью амальгам английский химик Гемфри Дэви получил впервые чистые барий, стронций и магний: он образовывал их амальгамы, а затем отделял ртуть нагреванием. [4]

С ртутью связан и один удивительный эксперимент: если её очень долго встряхивать в закрытом сосуде, она постепенно превращается в тёмный порошок. Стоит порошку нагреться — и частицы снова соединяются в блестящую жидкость. Такой «круговорот» прекрасно демонстрирует нестойкость кристаллических структур ртути [1].

Истории, которые невозможно забыть

Позолота купола Исаакиевского собора

В XIX веке для позолоты огромного купола Исаакиевского собора в Петербурге использовали амальгаму золота и ртути. Масса нанесённого золота превысила 100 кг.

Мастера покрывали медные листы смесью золота и ртути, а затем нагревали их, чтобы ртуть испарилась. Лёгкий голубоватый дымок казался безобидным — но каждая частица содержала ядовитые пары. Несмотря на попытки защиты, многие рабочие погибли. Трагедия позолоты стала символом того, как невежество относительно токсичности ртути приводило к человеческим потерям [1], [7].

Иван Грозный

Учёные обнаружили в костях Ивана Грозного высокие концентрации ртути. В те времена ртутные мази использовали для лечения суставных болей. Есть версия, что длительное применение таких средств вызывало приступы ярости, один из которых привёл к гибели сына от его рук. Это историческая гипотеза, но она согласуется с медицинскими знаниями о хроническом воздействии ртутных соединений [7].

Как ртуть использовали раньше: Ещё в древности ртуть считали лекарственным средством. Однако на практике её применение нередко причиняло больше вреда, чем пользы.

– В исторических источниках описаны случаи, когда людям вводили в желудок стакан ртути для «восстановления проходимости кишечника». Разумеется, такие методы приводили к серьёзным отравлениям и смертельным исходам.

– Также она использовалась в различных сферах: для производства зеркал, золочения амальгамой и как лекарство от всевозможных заболеваний и в качестве антисептика. Многие больные погибали не от болезни, а от так называемого «лечения» [4].

Особенно опасны были пары ртути, выделяющиеся при обработке фетровых шляп, что приводило к профессиональным заболеваниям у шляпников и давало повод ассоциировать их с известными персонажами, как, например, безумный шляпник из «Алисы в стране чудес» Льюиса Кэрролла.

Ртуть долгое время была не просто металлом, а почти что «повседневным веществом», пока человечество не осознало, насколько она опасна.

– В XVIII-XIX веках соли ртути широко использовались при изготовлении тканей и косметики. Особенно популярны были фиолетовые и серебристые ткани, окрашенные с помощью соединений ртути. Дамы на балах действительно надевали платья, обработанные ртутными красителями, и при нагревании тела пары ртути испарялись. Постепенное отравление вызывало головокружение, слабость и даже смерть. Точно так же страдали портные и их кавалеры, вдыхающие ядовитые испарения [1], [7].

– В стоматологии раньше использовали амальгамы для пломб. Сейчас от этой практики почти полностью отказались.

Но при её применении происходили не только катастрофы, но и великие открытия: она стала ключом к созданию приборов, без которых невозможно вообразить становление точной науки. В 1714 году Даниэль Фаренгейт изготовил первый ртутный термометр — именно благодаря тому, что ртуть почти не меняет объём при нагревании и даёт стабильную шкалу. Позже Андерс Цельсий (1742 год) выбрал ртуть для своей шкалы по тем же причинам. Ртуть сделала возможным и развитие метеорологии: ртутный барометр Торричелли (1643) стал первым прибором, измеряющим атмосферное давление [1], [4].

Даже в лаборатории ртуть ведёт себя так, будто пытается ускользнуть из-под контроля. Её капли разбегаются по стеклу, собираются в идеально округлые шарики, скрываются в микротрещинах. По этой причине в XIX веке даже возникла специальная профессия — «собиратель ртути»: люди, которые вручную собирали микрокапли после аварийных проливов. Иронично, что именно ртуть, как было сказано, помогла человечеству создать первые точные измерительные приборы, но сама оставалась веществом, от которого защититься было сложно

Современное использование

Современное применение ртути строго контролируется. Она используется в электрохимии, аналитической химии, металлургии, сельском хозяйстве и лабораторных исследованиях. Амальгамы продолжают применяться в стоматологии, но всё чаще заменяются безопасными материалами. Соединения ртути используют как консерванты, катализаторы, пигменты и даже в детекторах радиоактивного излучения. [5]

Металл, стоящий за рамкой правил

Долгое время никто не мог уверенно сказать, можно ли считать ртуть «полноценным» металлом: ведь она не ковкая и не твёрдая. Но при охлаждении ниже -39 °C ртуть превращается в металлик с характерным блеском и способностью проводить тепло и электричество.

Её необычность — не признак исключения, а напоминание о том, насколько разнообразны свойства химических элементов. А её история — это история человеческого познания: от слепого восхищения до осознанного отношения. Сегодня мы умеем пользоваться её свойствами, не наносят вреда природе и себе — и это, пожалуй, важный шаг науки вперёд.

Литература:

1. Венецкий, С. И. Рассказы о металлах / С. И. Венецкий. –: ИД «Руда и Металлы», 2005. — 432 c. — Текст: непосредственный.
2. Менделеев, Д. И. Основы химии / Д. И. Менделеев. — Москва: Наука, 1988. — 672 c. — Текст: непосредственный
3. Глинка, Н. Л. Общая химия / Н. Л. Глинка. — Москва: Химия, 2004. — 479 c. — Текст: непосредственный
4. Киприянов, В. А. История химических элементов/В. А. Киприянов. — Москва: Наука, 1991. — 254 c. — Текст: непосредственный.
5. Вильсон, М. Д. Тяжёлые металлы и экология / М. Д. Вильсон. — Москва: Мир, 2009. — 312 c. — Текст: непосредственный.
6. Ферсман, А. Е. Очерки по геохимии ртути / А. Е. Ферсман. — Москва: Академия наук СССР, 1934. — 198 c. — Текст: непосредственный.
7. Борисов, Н. История токсикологии тяжёлых металлов / Н. Борисов. — Санкт-Петербург: Изд-во СПбГУ, 1998. — 221 c. — Текст: непосредственный.
8. Minamata Convention on Mercury / United Nations Environment Programme. — Geneva: United Nations, 2013. — 44 p. — Текст: непосредственный.
9. Hawke, E. Mercury in World History and Society / E. Hawke. — Cambridge: Cambridge University Press, 2018. — 301 p. — Текст: непосредственный.