Ртуть и её соединения. Общая характеристика

ртуть характеристика, основные представители или соединения,активность,пути попадания в пищевые продукты

Ртуть и её соединения. Общая характеристика

Ртуть (Hg) – химический элемент II группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; атомный номер 80, относительная атомная масса 200,59; в состав природной ртути входят 7 стабильных изотопов с массовыми числами: 196 (распространенность 0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Природная ртуть характеризуется относительно устойчивым изотопным соотношением. Тем не менее в ней в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы. Искусственно получено более 20 короткоживущих изотопов, из которых практическое значение имеют (метки в медицине, в аналитике, в технологических процессах) ²⁰³Hg (период полураспада 46,6 дня) и ¹⁹⁷Hg (64,1 ч). Ртуть в обычных условиях представляет собой блестящий, серебристо-белый тяжелый жидкий металл. Удельный вес ее при 20^оС 13,54616 г/см³; температура плавления = –38,89^оС, кипения 357,25^оС. При замерзании (–38,89^оС) она становится твердой и легко поддается ковке.

Даже в обычных условиях ртуть обладает повышенным давлением  насыщенных паров и испаряется с  довольно высокой скоростью, которая  с ростом температуры увеличивается. Это приводит к созданию опасной  для живых организмов ртутной  атмосферы. Например, при 24^оС атмосферный воздух, насыщенный парами ртути, может содержать их в количестве около 18 мг/м³; такой уровень в 1800 раз превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию) ртути в воздухе рабочей зоны и в 60000 раз ПДК в атмосферном воздухе. Ртуть способна испаряться через слои воды и других жидкостей. Кроме благородных газов, ртуть является единственным элементом, образующим пары, которые при комнатной температуре одноатомные (Hg^o). В нормальных условиях растворимость паров ртути в воде, свободной от воздуха, составляет около 20 мкг/л.

При действии на ртутные  пары вольтовой дуги, электрической  искры и рентгеновских лучей  наблюдаются явления люминесценции, флюоресценции и фосфоресценции. В вакуумной трубке между ртутными электродами при электрических  разрядах получается свечение, богатое  ультрафиолетовыми лучами, что используется в технике при конструировании  ртутных ламп. Это же явление легло  в основу спектрального метода определения  малых количеств ртути в различных  объектах. Ртуть характеризуется  очень низкой удельной теплоемкостью. Это ее свойство находило применение в ртутно-паросиловых установках. Еще одно замечательное свойство ртути связано с тем, что при  растворении в ней металлов образуются амальгамы - металлические системы, одним из компонентов которых  является ртуть. Они не отличаются от обычных сплавов, хотя при избытке  ртути представляют собой полужидкие смеси. Соединения, получающиеся в результате амальгамирования, легко разлагаются  ниже температуры их плавления с  выделением избытка ртути, что нашло  широкое применение при извлечении золота и серебра из руд. Амальгамированию подвержены металлы, смачиваемые ртутью. Стали, легированные углеродом, кремнием, хромом, никелем, молибденом и ниобием, не амальгамируются.

В соединениях ртуть проявляет  степень окисления +2 и +1. В специальной  литературе в таких случаях обычно указывается соответственно Hg(II) или Hg(I). Обладая высоким потенциалом ионизации, высоким положительным окислительным потенциалом, ртуть является относительно стойким в химическом отношении элементом. Это обусловливает ее способность восстанавливаться до металла из различных соединений и объясняет частые случаи нахождения ртути в природе в самородном состоянии. Обычно самородная ртуть содержит небольшие количества других металлов, в том числе золото и серебро, т. е., по сути, является амальгамой. Известны минералы ртути, в которых содержания благородных и других металлов очень высоки (ртутистое серебро, ртутистое золото, ртутистый палладий, ртутистый свинец, амальгамид золота и др.). Ртуть весьма агрессивна по отношению к различным конструкционным материалам, что приводит к коррозии и разрушению производственных объектов и транспортных средств. Так, в 1970-е гг. довольно актуальной была проблема загрязнения самолетов, в конструкции которых попадала ртуть, вызывающая жидкометаллическое охрупчивание алюминиевых сплавов. Самолеты направлялись на капитальный ремонт и даже снимались с эксплуатации.

На воздухе ртуть при  комнатной температуре не окисляется. При нагреве до температур, близких  к температуре кипения (300-350^оС), она соединяется с кислородом воздуха, образуя красный оксид двухвалентной ртути HgO, который при дальнейшем нагревании (до 400^оС и выше) снова распадается на ртуть и кислород. Желтый оксид ртути HgO получается при добавлении щелочей к водному раствору соли Hg(II). Существует и оксид ртути черного цвета (Hg₂O), нестойкое соединение, в котором степень окисления ее равна +1. В соляной и разбавленной серной кислотах и в щелочах ртуть не растворяется. Но она легко растворяется в азотной кислоте и в царской водке, а при нагревании – в концентрированной серной кислоте. Металлическая ртуть способна растворяться в органических растворителях, а также в воде, особенно при отсутствии свободного кислорода. Растворимость ее в воде зависит также от рН раствора. Минимальная растворимость наблюдается при рН=8, с увеличением кислотности или щелочности воды она увеличивается. В присутствии кислорода ртуть в воде окисляется до ионной формы Hg²⁺ (создавая концентрации до 40 мкг/л).

Ртуть реагирует с галогенами (хлор, йод, фтор, бром), серой, селеном, фосфором и другими неметаллами. Практическое значение имеют йодная ртуть HgJ, хлористая ртуть (каломель) Hg₂Cl₂ и хлорная ртуть (сулема) HgCl₂. При взаимодействии ртути с серой образуется сульфид ртути HgS – самое распространенное в природе ее соединение, в форме которого добывается почти вся ртуть. Оно известно в трех модификациях: красная (идентичная минералу киноварь), черная (черный сульфид ртути, или метациннабарит) и β-киноварь (в природных условиях не обнаружена). Из других соединений ртути известны такие, как гремучая ртуть Hg(ONC)₂, нитрат Hg(NO₃)₂, сульфат (HgSO₄) и сульфит (HgSO₃) ртути, красный и желтый йодид ртути и др. При воздействии на соли ртути аммиака образуются комплексные соединения (белый плавкий преципитат HgCl^.2NH₃, белый неплавкий преципитат HgNH₂Cl и др.).

Существует большое количество ртутьсодержащих органических соединений, в которых атомы металла связаны  с атомами углерода. Среди них  выделяют две основных группы: 1) арилртутные соединения, как правило синтетические, характеризующиеся присутствием в их молекуле радикала ароматических углеводородов; 2) алкилртутные (метил- и диметилртутные) соединения, имеющие в своем составе однозамещенный углеводородный радикал и образующиеся в природных условиях (например, ион метилртути СH₃-Hg⁺). Химическая связь углерода и ртути очень устойчива. Она не разрушается ни водой, ни слабыми кислотами, ни основаниями. С позиций опасности для живых организмов (т. е. с позиций токсикологии – науки о ядах) наиболее токсичными из металлоорганических соединений ртути являются алкилртутные соединения с короткой цепью, прежде всего, метилртуть.

2. Токсичные элементы  – ртуть. Пути возникновения,  попадания в продукты питания  и организм, биологическое воздействие

Наибольшую опасность для здоровья человека представляют тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий. Развитие промышленности, автотранспорта, агрохимии привело  к глобальной проблеме загрязнения  этими веществами окружающей среды (воды, почвы, атмосферы).

Загрязнение почвы солями тяжелых  металлов в зоне промышленных предприятий  и транспортных магистралей обнаружено в 9% проб, а в селитебной зоне —  в 7%. В некоторых местностях, например в Минске, Брестской области, превышение предельно допустимых концентраций этих загрязнителей на территории жилой застройки достигло 13— 16%. Ежегодно в окружающую среду выбрасывается около 50 000 т тяжелых металлов.

По пищевым цепочкам токсические  химические элементы оказываются в  продовольственном сырье и продуктах  питания и преимущественно таким  путем попадают в организм человека.

Источников попадания ртути  в окружающую среду много —  промышленные отходы (производство бумаги, пластмасс и др.), сельскохозяйственное производство (для протравливания семян) и другие. Эффективный фунгицид метилртуть— одно из наиболее токсичных веществ для теплокровных животных и человека. Метилртуть чрезвычайно стабильна, поэтому накапливается в почве и особенно в воде. Это вещество попадает из воды в рыбу и морепродукты, из них — в мясо и яйца водоплавающих птиц; из протравленного зерна — в мясо и яйца птиц; из почвы — в растения, из них — в мясо и молоко животных. Заключительным звеном любого этапа этих пищевых цепей является человек, использующий в питании и рыбу, и птицу, и яйца, и растительные продукты. Примерно половину всего количества ртути, поступающей с пищей, мы получаем с продуктами животного происхождения и одну треть — с растительными продуктами. Наиболее интенсивно накапливается этот металл в организме долгоживущих рыб-хищников — тунца, меч-рыбы, палтуса, поэтому загрязненность метилртутью водоемов (включая пресноводные) вызывает особую озабоченность в связи с повышенной опасностью ртутного отравления людей.

Если человек потребляет рыбу даже с умеренным содержанием метилртути, но в больших количествах, то можно ожидать возникновения у него симптомов ртутного отравления. Так, содержание ртути в волосах в концентрации 50 мг/кг обычно совпадает с появлением клинических признаков отравления, а концентрация около 300 мг/кг указывает на прямую опасность для жизни. Если ртуть не поступает в организм вновь, то содержание ее в волосах снижается за счет отрастания новых, «чистых» волос, а в «старых» металл так и остается. Количество ртути в волосах, не превышающее 10 мг/кг, служит показателем относительно безопасного ее уровня в организме.

С учетом высокой токсичности и  достаточно широкого распространения  этого металла в водной среде  содержание ртути в водоемах и  рыбе строго контролируется.

При поступлении в организм из окружающей среды ртуть распределяется по органам  и субклеточным структурам. В организме  ртутные соединения проникают в  различные органы и ткани, но больше всего их обнаруживают в крови, печени, почках и головном мозгу. В клетках наблюдается неравномерное распределение ртути: 54% накапливается в растворимой фракции, 30% - в ядерной, 11% - в митохондриальной, 6% - в микросомальной.

В крови снижается количество эритроцитов, в печени и почках развиваются  дегенеративные изменения. В желудочно-кишечном тракте возникают сильные воспалительные процессы. При остром отравлении ртутными соединениями отмечаются характерный  металлический вкус во рту, слюнотечение, боли в деснах, зубах, животе, жидкие выделения из желудка, содержащие кровь. В дальнейшем вследствие поражения  почек наступает полное прекращение  мочеотделения, в организме накапливаются  вредные вещества, усугубляющие тяжелое  состояние, что приводит к смертельному исходу через 5-6 дней, а иногда и ранее.

Выделение ртути из организма осуществляется различными путями, но очень медленно: через желудочно-кишечный тракт (18-20%), почками (40%), слюнными железами (20-25%) и  т.д.

Кодексным комитетом объединенной комиссии ФАО и ВОЗ установлена недельная безопасная доза присутствия общей ртути - 5 мкг, т. е. пять миллионных долей грамма (!) на каждый килограмм массы человеческого тела. Допустимая концентрация металлической ртути в воздухе - 0,0001 мг на один литр. Что же касается метилртути, то ее доля еще меньше - всего 3,3 мкг/кг массы тела. Метилированная форма ртути из-за большей растворимости в жирах быстрее проходит через биологические мембраны по сравнению с неорганической ртутью. Например, метилированная ртуть легче проникает через плаценту, в результате чего воздействует на развивающиеся эмбрион и плод. Выявлены случаи высокой концентрации метилртути в крови новорожденных, в то время как содержание ртути в материнской крови соответствовало норме

Как снизить уровень  воздействия источников ртути на человека?

Существует несколько  способов предотвращения неблагоприятных  последствий для здоровья, включая  стимулирование использования чистых источников энергии, прекращение использования  ртути в добыче золота, прекращение  добычи ртути и снятие с производства неосновных продуктов, содержащих ртуть.

Стимулировать использование  чистых источников энергии, не сжигающих  угля

Сжигание угля для получения  энергии и тепла является основным источником ртути. Уголь содержит ртуть  и другие опасные загрязнители, высвобождающиеся в воздух при сжигании угля. Почти  половину выделяемой в воздух ртути  производят угольные электростанции, промышленные бойлеры и домашние печи.

Прекратить добычу ртути и использование ртути  в добыче золота и других промышленных процессах.

Ртуть является элементом, который  нельзя уничтожить; поэтому, ртуть, уже  находящуюся в пользовании, можно  повторно использовать в других важных областях без дальнейшей необходимости  добычи ртути. Использование ртути  в добыче золота непромышленным способом и в мелких масштабах особенно опасно, а последствия для здоровья уязвимых групп населения значительны. Необходимо продвигать и применять  технологию добычи золота без использования  ртути (бесцианидную технологию), а там, где ртуть все еще используется, для предотвращения ее воздействия необходимо применять более безопасные практические методики работы.

Снять с производства неосновные виды продукции, содержащие ртуть, и осуществлять безопасное обращение, использование и утилизацию остающейся продукции, содержащей ртуть.

Ртуть содержится во многих продуктах, включая следующие:

• гальванические элементы;
• измерительные приборы, такие как термометры и барометры;
• электрические переключатели и реле в оборудовании;
• лампы (включая некоторые типы электрических лампочек);
• амальгама для зубных пломб;
• продукты для осветления кожи и другие косметические средства;
• фармацевтические средства.

Проводится ряд действий для снижения уровня содержания ртути  в продуктах или для снятия с производства продуктов, содержащих ртуть. В области здравоохранения  амальгама для зубных пломб используется почти во всех странах. В 2009 г. консультация экспертов ВОЗ пришла к заключению, что глобальное запрещение амальгамы  в ближайшем будущем будет  проблематично для общественного  здравоохранения и сектора стоматологии, но необходимо способствовать постепенному сокращению ее использования путем  профилактики болезней и поощрения  альтернативных возможностей; проведения научных исследований и разработок эффективных по стоимости альтернативных вариантов; подготовки специалистов в области стоматологии и повышения общественной осведомленности.