Реферат: Реферат по дисциплине «Геохимия» на тему: «Геохимия ртути»

Федеральное Агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский Государственный Геологоразведочный Университет имени Серго Орджоникидзе»


Кафедра Геохимии


РЕФЕРАТ
по дисциплине «Геохимия»


на тему: «Геохимия ртути»


Выполнил

Проверил работу:





Москва, 2011


Содержание:


1. Введение. История открытия элемента, значение в развитии человеческой культуры и цивилизации, использование изученность в геохимии...........................3 

2. Химические и физические свойства ртути, определяющие его миграцию…….4

3. Кристаллохимические свойства ртути…………….. …………..…....7

4. Минералы ртути..……………………………………………………...10
       
5. Кларки элемента в земной коре……………………………………….12


6. Геохимический цикл миграции………………………………………..


7. Роль и поведение ртути в различных природных процессах и системах..


8. Поведение элемента в ноосфере……………………………………….

9. Источники информации для данного реферата…………...…………15


1. Введение. История открытия элемента, значение в развитии человеческой культуры и цивилизации, использование изученность в геохимии.

Ртуть (англ. Mercury, франц. Mercure, нем. Quecksilber) была известна по крайней мере за 1500 лет до н.э., уже тогда ее умели получать из киновари. Самородная ртуть была известна народам Древней Индии и Древнего Китая. Ими же, а также греками и римлянами применялась киноварь (природная HgS) как краска, лекарственное и косметическое средство. Греческий врач Диоскорид (1 в. н. э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил ртуть в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был назван hydrargyros (от греч. hydor - вода и argyros - серебро), то есть жидким серебром, откуда произошли латинское названия hydrargyrum, а также argentum vivum - живое серебро. Последнее сохранилось в названиях ртути quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.). Происхождение русского названия ртути не установлено. Алхимики считали ртуть главной составной частью всех металлов. "Фиксация" ртути (переход в твердое состояние) признавалась первым условием ее превращения в золото. Твердую ртуть впервые получили в декабре 1759 года петербургские академики И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Ученым удалось заморозить ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о "фиксации" ртути произвело сенсацию в ученом мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что ртуть - такой же металл, как и все прочие.

В подавляющем большинстве алхимических трактатов, излагающих способы трансмутации металлов, ртуть стоит на первом месте либо как исходный металл для любых операций, либо как основа философского камня (философская ртуть). Все металлы – из ртути... В этом были убеждены многие алхимики древности и средневековья. Разницу в свойствах металлов они объясняли присутствием в металле одного из четырех элементов Аристотеля (огонь, воздух, вода и земля). Алхимики различали множество видов ртути и сопровождали ее общее название Mercurius различными эпитетами (меркурий металлов, минералов, меркурий сирой, слабый и т. д.). Происхождение русского и славянских названий металла (чешск. rtut', rdut', словенск. ortut', польск. rtec, trtec) неясно. В древнерусской литературе это слово встречается уже в ХП в. Филологи полагают, что оно связано с тюркским utarid, означающим планету Меркурий. Возможно и чисто славянское словообразование названия ртуть от руду, рудру или руда, обозначающих красный цвет, кровь, красную краску и вообще красное. Это сопоставление основывается на красной окраске киновари – соединения, из которого получали ртуть. Вопрос этот требует дополнительных исследований.


^ 2. Химические и физические свойства ртути, определяющие его миграцию

Ртуть — химический элемент побочной подгруппы II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 80. Обозначается символом Hg (лат. Hydrargyrum).

Геохимическая классификация элементов подразделяет химические элементы по признаку их геохимического сходства, т. е. по признаку их совместной концентрации в определённых природных системах. В геохимической классификации Гольдшмидта ртуть относится к халькофилам (имеет ионы с 18-электронной оболочкой, т.е. на внешней оболочке ее катионов располагаются 18 электронов). Элемент располагается на восходящих участках кривой атомных объёмов. Элемент сосредоточен в нижней мантии, входит в сульфидно-оксидную оболочку.


Свойства атома

Ртуть / Hydrargyrum (Hg), 80

^ Атомная масса (молярная масса) 200,59 а. е. м. (г/моль)

^ Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2

Радиус атома 157 пм


^ Химические свойства


Ковалентный радиус 149 пм

^ Радиус иона (+2e) 110 (+1e) 127 пм

Валентность в природе: +2. Одновалентной ртути нет. Широко известны такие соединения, как черная закись Hg2O или каломель Hg2Cl2. Но ртуть здесь лишь формально одновалентна. Как показали исследования, во всех подобных соединениях содержится группировка из двух атомов ртути: –Hg2– или –Hg–Hg–. Оба атома двухвалентны, но одна валентность каждого из них затрачена на образование цепочки, подобной углеродным цепям многих органических соединений. Ион Hg2+2 нестоек, нестойки и соединения, в которые он входит, особенно гидроокись и карбонат закисной ртути. Последние быстро разлагаются на Hg и HgO и соответственно H2O или CO2.


Электроотрицательность 2,00 (шкала Полинга) или 900 кДж/моль для Hg2+

^ Электродный потенциал Hg←Hg2+ 0,854 В

Катионо- и анионогенность: аморфный элемент.

Степени окисления +2, +1

^ Энергия ионизации (первый электрон) 1 006,0 (10,43) кДж/моль (эВ)

^ Ph начала осаждения гидроксидов из разбавленных растворов солей = 7.

Способность давать летучие и растворимые соединения: да, во всех системах земной коры.

^ Изотопы ртути: природная ртуть состоит из смеси семи стабильных изотопов с массовыми числами 196, 198, 199, 200, 201, 202 и 204. Наиболее распространен самый тяжелый изотоп: его доля – 29,8%. Второй по распространенности – изотоп ртуть-200 (23,13%). Меньше всего в природной смеси ртути-196 = 0,146%.
Из радиоактивных изотопов ртути, а их известно 11, практическое значение приобрели только ртуть-203 (период полураспада 46,9 суток) и ртуть-205 (5,5 минуты). Их применяют при аналитических определениях ртути и изучении ее поведения в технологических процессах.

^ Сродство ртути с другими элементами: сродством к кислороду, к сере, не образует гидроксидов. Высокая способность к комплексообразованию с органическими веществами.

Миграция в газообразном состоянии в водных растворах.


^ Термодинамические свойства простого вещества


Плотность (при н. у.) 13,546 (@ +20 °C) г/см³

^ Температура плавления 234,28 K (-38,9° С)

Температура кипения 629,73 K (357°C)

^ Теплота плавления 2,295 кДж/моль

Теплота испарения 58,5 кДж/моль

^ Молярная теплоёмкость 27,98[1] Дж/(K·моль)

Молярный объём 14,8 см³/моль


^ Физические свойства ртути


Ртуть - единственный металл, жидкий при комнатной температуре.

Удельная теплоемкость при 0°С 0,139 кДж/(кг·К) [0,03336 кал/(г·°С)], при 200°С 0,133 кДж/(кг·К) [0,0319 кал/(г·°С)];

^ Удельное электросопротивление при 0°С 94,07·10-8 ом·м (94,07·10-6 ом·см).

При 4,155 К ртуть становится сверхпроводником.

Ртуть диамагнитна, атомная магнитная восприимчивость: -0,19·10-6 (при 18 °С).

Теплопроводность (300 K) 8,3 Вт/(м·К)


^ 3. Кристаллохимические свойства ртути

Радиус атома 157 пм

^ Радиус иона (+2e) 110 (+1e) 127 пикометров

Кристаллическая решётка простого вещества:


^ Структура решётки ромбоэдрическая

Параметры решётки ahex=3,464 сhex=6,708 Å. Ромбическая сингония.

^ Температура Дебая 100,00 K

Характерный тип связи: ковалентная
Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 75,9 (ж)

В подавляющем большинстве систем ртуть рассеяна, и только в гидротермах происходит ее концентрация, образуются гидротермальные месторождения. В биосфере сорбируется глинами и илами. Ртуть относительно редкий элемент в земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако в виду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % ртути. Основная форма нахождения ртути в природе — рассеянная и только 0,02 % её заключено в месторождениях.

Близость ионных радиусов двухвалентной ртути и кальция, одновалентной ртути и бария определяет их изоморфизм во флюоритах и баритах. В киновари и метациннабарите сера иногда замещается селеном или теллуром; содержание селена часто составляет сотые и десятые доли процента. Известны крайне редкие селениды ртути — тиманит (HgSe) и онофрит (смесь тиманита и сфалерита).


^ 4. Минералы ртути

В природе известно около 20 минералов ртути (по Перельману – 16), главное промышленное значение имеет киноварь HgS (86,2 % Hg). В редких случаях предметом добычи является самородная ртуть, метациннабарит HgS и блёклая руда — шватцит (до 17 % Hg). На единственном месторождении Гуитцуко (Мексика) главным рудным минералом является ливингстонит HgSb4S7. В зоне окисления ртутных месторождений образуются вторичные минералы ртути. К ним относятся прежде всего самородная ртуть, реже метациннабарит, отличающиеся от таких же первичных минералов большей чистотой состава. Относительно распространена каломель Hg2Cl2. На месторождении Терлингуа (Техас) распространены и другие гипергенные галоидные соединения — терлингуаит Hg2ClO, эглестонит Hg4Cl. Другие минералы - кордероит (Hg3S2Cl2), тиманит (HgSe), колорадоит (HgTe).


Близость ионных радиусов двухвалентной ртути и кальция, одновалентной ртути и бария определяет их изоморфизм во флюоритах и баритах. В киновари и метациннабарите сера иногда замещается селеном или теллуром; содержание селена часто составляет сотые и десятые доли процента. Известны крайне редкие селениды ртути — тиманит (HgSe) и онофрит (смесь тиманита и сфалерита).

Ртуть присутствует в большинстве сульфидных минералов. Особенно высокие её содержания (до тысячных и сотых долей процента) устанавливаются в блёклых рудах, антимонитах, сфалеритах и реальгарах.

Киноварь: HgS – наиболее распространённый минерал ртути. Образуется в гидротермальных близповерхностных месторождениях, вместе с кварцем, кальцитом, баритом, антимонитом, пиритом, галенитом, марказитом, реже с самородным золотом.


^ 5. Кларк ртути в земной коре

Число минералов уменьшается с уменьшением кларков.


Кларк ртути 4.5 * 10-6% в земной коре. В метеоритах (возможно – и в мантии) – 3*10-4%.

Среднее содержание в главных типах горных пород:

Ультраосновные: 1–6,4 *10-6

Основные: 9–6,5 *10-6

Средние: 2,11*10-6

Кислые: 8*10-6. Граниты (по Беусу): 3,9*10-6. Гранодиориты(по Беусу): 2,9*10-6.

Кларки осадочных пород: 4.5 *10-5 (глины),6*10-5 (сланцы), 7.4*10-5 (песчаники).


Кларки концентраций (КК): отношение содержания элемента в данной системе к его кларку в земной коре.

КК ртути в рудах огромен: N*105 (содержание в богатых рудах достигает 4%).

Ртуть обладает большой способностью к концентрации.

Импульс миграции: >11.5%

Интенсивность рудообразования >11.5*10-6. Это означает, что на каждый грамм металла ежегодно добавляется в процессе рудообразования 1.5*10-6 грамм ртути.


Руды ртути образуются только в гидротермальных низкотемпературных условиях.

Высокая способность к комплексообразованию с органическими веществами.


Биофильность: Кларк концентрации ртути живого вещества: 5*10-7


^ 6. Геохимический цикл миграции. Роль и поведение элемента в различных природных процессах и системах.

Миграция и концентрация элемента в магматических породах: практически отсутствует.

Среднее содержание ртути в земной коре 8,3•10-6% (по массе). Повышенные содержания ртути характерны для осадочных пород 4•10-5% (по массе). В земной коре ртуть преимущественно рассеяна, осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды.

Ртуть обладает самым высоким потенциалом ионизации среди металлов, что при окислительно-восстановительных реакциях определяет тенденцию восстанавливаться до металлического состояния. В биосфере при взаимодействии ртути с живым веществом существенное значение приобретают биохимические процессы, приводящие к метилированию неорганической ртути в аэробных и анаэробных условиях. Фоновое содержание ртути в горных породах магматического, осадочного и метаморфического генезиса характеризуется равномерным распределением.

В горных породах вне связи с месторождениями ртуть находится в рассеянном состоянии. Она может входить в решетку отдельных минералов, сорбироваться на их поверхности, находиться в виде паров и ионов в поровом пространстве.

В мире известно около 2000 ртутных месторождений, в которых сосредоточено не более 0,02% от всей рассеянной в земной коре ртути. Большая часть мировых запасов ртути сосредоточена в осадочных терригенных породах, главным образом в песчаниках.


^ 7. Поведение элемента в ноосфере. Технофильность, проблемы охраны окружающей среды, экологический мониторинг, влияние на человека.

Технофильность (Т) – отношение ежегодной добычи элемента к его кларку в земной коре.

ТНg = 1 * 109.

В настоящее время ртуть и ее соединения широко используются в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Помимо этого присутствие данного элемента в том или ином количестве (которое, как правило, не определяется) в любом рудном и горючем минеральном сырье обусловливает неконтролируемое вовлечение ртути в самые разнообразные технологические процессы.

Основное количество техногенной ртути выбрасывается в окружающую среду через атмосферу и со сточными водами, далее происходит ее перераспределение и накопление в депонирующих средах и звеньях трофических цепочек.

Мировое производство металла достигает 10 000 т/год (2005 г), из них доля вторичной ртути составляет 20-25%. Суммарная эмиссия в воздух оценивается величиной 6000-7500 т/год, причем за счет антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступает 3600-4500 т, т.е. более 50% от общей массы. Суммарная антропогенная эмиссия во все среды 9000-10000 т/год. Сопоставление этих цифр показывает, что добыча и регенерирование ртути восполняют ее антропогенное рассеяние. Антропогенные выбросы ртути в окружающую среду связаны со следующими основными процессами:

- добыча и переработка ртутьсодержащих руд;

- сжигание и переработка ископаемого топлива;

- производство хлора и каустической соды;

- производство стойких красителей;

- военное производство;

- производство и применение пестицидов;

- производство электрических источников питания;

- производство люминесцентных ламп;

- производство лекарств, витаминов, зубоврачебное дело;

- производство электротехнических деталей и измерительных приборов;

- катализ в химической и фармацевтической промышленности;

- захоронение и переработка промышленных и бытовых отходов;

- аварийные разливы ртути внутри и вне помещений.

Вовлечение значительного количества ртути в технологический оборот неизбежно приводит к контакту людей с этим токсичным элементом.


По современной санитарно-гигиенической классификации, ртуть и ее неорганические и органические соединения относятся к первому (высшему) классу опасности.


Наиболее остро проблема ртутного загрязнения стоит в районах действия мощных источников ртути - горнодобывающих и металлургических комплексов, перерабатывающих ртутные и ртутьсодержащие руды, а также предприятий, использующих значительное количество ртути в технологических циклах (хлор-щелочное производство и другие отрасли химической промышленности).

Чрезвычайно токсичны ртутьорганические соединения, такие как алкилгалогениды и металалкильные соли, которые широко применялись в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов, пестицидов и дезинфицирующих средств. Поступая в природную среду, ртутьорганические пестициды разлагаются с образованием летучих компонентов (часть из которых токсична) и металлической ртути.

Высокая технофильность ртути приводит к тому, что на любых урбанизированных территориях отмечается высокая загрязненность ею почв и донных отложений.

В городах с развитой промышленностью, не имеющих специализированных

"ртутных" производств, данный элемент является приоритетным загрязнителем городских почв и водоемов. Крайне острой является и проблема загрязнения парами ртути воздуха

производственных, коммунальных и жилых помещений.


^ 8. Источники информации для данного реферата:


Ru.wikipedia.org – Википедия, свободная энциклопедия (определения, понятия).

Геохимия. А.И. Перельман. Москва, «Высшая школа», 1989

http://www.chem.msu.su – Химическая информационная сеть

Популярная библиотека химических элементов. Издательство «Наука», 1977. Электронная версия на n-t.ru

www.chem100.ru – электронный справочник химика

Н.Р.Машьянов, "Минерал", N 1, 1999 г. Электронная версия на ecology.iem.ac.ru – Проблемы химической безопасности.