Введение Hg в ЭВП или ИС

Ртуть

Щелочные металлы (Na, K, Cs, Li, Rb)

Naи Kполучают методом электролиза расплавленных гидроокисей. Хранят в виде блоков в несколько см³ в керосине. Для использования в ЭВП и ИС отрезают в керосине (металл как воск), промывают в бензоле (2 раза) и сушат фильтровальной бумагой, очищают от Н₂ и С_nH_m путём дистилляции. Вводят в приборы перегонкой или в маленьких стеклянных ампулах. Сухой воздух и кислород не действуют на Na, но он воспламеняется даже на мокрой фильтровальной бумаге, а с водой бурно реагирует с образованием H₂ и NaOH. С ртутью Na соединяется с большим количеством тепла и света, образуя твёрдую амальгаму Na. Сплав NaHg плавится в зависимости от содержания Na (39,5% Na – при 21,5^оС; 5,5% Na – при 335^оС). В натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) натрий дозируется в виде амальгамы (μ_Na:μ_Hg = 0,65:0,35 – атомные доли), при этом Р_Na (700^oC) = 100мм рт.ст., а Р_Hg =1500мм рт.ст.

Обработка щелочных металлов (ЩМ) из-за их воспламеняемости требует тщательных мер безопасности. Необходимо пользоваться защитными очками, для тушения применять песок (Н₂О не может применять- ся -!). Нельзя (!) пользоваться огнетушителями с CCl₄ и СО₂. Промывка ЩМ проводится в сухом подогретом (до 35^оС) эфире или бензоле, нельзя (!) промывать в четырёххлористом углероде и трихлорэтилене. Очистка проводится методом дистилляции в вакууме. Хранить без доступа кислорода воздуха – под слоем жидкости или в откачанных стеклянных ампулах.

Свойства Hg, обеспечивающие её широкое применение: 1) жидкое состояние (от -36^оС) со свойствами металла (теплопроводность, электропроводность и др.); 2) инертность к ряду агрессивных сред, в том числе к О₂; 3) способность образовывать амальгамы со многими металлами; 4) низкое давление паров (P_Hg) по сравнению с Н₂О – использование в качестве теплоносителя; 5) высокий удельный вес; 6) отсутствие смачивания стенок из стекла, некоторых металлов и ряда других веществ; 7) высокое P_Hg по сравнению с другими металлами – широкое использование в источниках света и в вакуумной технике; 8) благоприятный спектр излучения – широкое применение в плазменных источниках оптического излучения низкого и высокого (сверхвысокого) давления.

Области применения Hg: 1) Металлургия: А) извлечение Au (процесс известен более 2000 лет) амальгамным методом для получения чернового золота; Б) получение Ti амальгамно-электролизным методом из TiCl₄: TiCl₄ + СаHg + Na₂Hg → NaCl + CaCl₂ + TiHg + Hg, фильтрация и дистилляция → получается титановая губка; В) получение чистых металлов и сплавов (амальгамная металлургия) с применением электролиза с Hg катодом; Г) металлокерамика (порошковая металлургия); 2) Использование Hg в химии и электрохимии (аналитическая химия, анализ малых количеств примеси, получение металлов с большой чистотой – электролизом на Hg катоде, катализатор ряда реакций, теплоноситель в виде низкопроцентных амальгам для высокотемпературной теплофикации различных процессов); 3) Использование Hg в электровакуумной и электронной технике (ртутные диоды, триоды, газотроны и тиратроны, Hg-реле, Hg-насосы и др.); 4) Теплоноситель в энергетике, атомной и химической промышленности: 5) В различных областях научных исследований (измерение давления и температуры, металлы и сплавы особой чистоты, изучение интерметаллических соединений, анализ кристаллографической структуры, исследование явления сверхпроводимости (Hgβ, HgIn, HgTl и др.); 6) В различных отраслях (медицине, фармакологии, стоматологии, физиотерапии, лечение глазных и кожных заболеваний, как антисептик, даже в сельском хозяйстве); 7) В оборонной технике (гремучая ртуть как детонатор: HgC₂N₂O₂ → Hg + + 2CO+N₂ – 1кг гремучей ртути выделяет 314л газов).

Hg получают из киновари (HgS) путём прогрева руды в воздухе (при 500^оС) при прохождении реакции: HgS + О₂ → Hg + SO₂, испарившаяся Hg улавливается и конденсируется в камерах с большим количеством примесей (Pb, Bi, Zn, Sn). Затем она проходит несколько этапов: 1) продувка сухим воздухом (150÷160^оС) – очистка полностью от Pb; 2) заливка Hg чистой HCl для удаления шлама и вновь продувка горячим (160^оС) воздухом в течение 12 часов, затем пропускание через сосуд с дымящей HCl – очистка от Sn; 3) часто используется предварительная очистка Hg 10% раствором HNO₃ (потери Hg ~ 4%) – здесь важно получить большой контакт Hg с жидкостью (струя Hg разбивается о стенку, о кольца Рашига и др. [1, т. 1]; 4) электролитическая очистка Hg; 5) перегонка Hg в вакууме (нагрев до 180÷200^оС) – получается Hg высокой чистоты; 6) перегонка Hg в вакууме (нагрев до 500^оС) - чистота Hg ниже, чем по п.5, но производительность процесса выше.

Химические свойства Нg: 1) Hg не взаимодействует с сухим воздухом (не содержащем S), только при 350^оС начинается взаимодействие с воздухом; 2) образование тонких чёрных плёнок на стекле, в том числе кварцевом, в ртутных разрядных приборах свидетельствует о наличии в них О₂; 3) Hg с большинством металлов образует амальгамы (растворяются в Hg): Zn, Sb, Pb, Cd, Ag, Mg, чистая Cu, Al, Pt, щелочные и щелочноземельные металлы, Na и К образуют амальгамы с большим выделением тепла, может быть воспламенение при наличии О₂ (приготовление таких амальгам необходимо осуществлять в защитной атмосфере Ar в кварцевых сосудах, охлаждаемых водой); 4) Fe и W не взаимодействуют с Hg; 5) Hg растворяется в концентрированных HCl, H₂SO₄ и царской водке, остальные кислоты с Hg не взаимодействуют.

Меры предосторожности при работе с Hg.

Проникновение Hg в организм человека приводит к его отравлению, которое выражается в повышении слюнотечения, ослаблении памяти, общем утомлении, опухании дёсен, выпадении зубов, заболеваниям почек и печени [9]. При попадании Hg в пищеварительный тракт её поглощение незначительно вследствие образования каломели, а вдыхание паров Hg очень опасно – именно попадание Hg в органы дыхания приводит к её поглощению и переносу кровью в другие органы, что приводит к указанным выше последствиям.

Одной из мер предосторожности является недопущение разлива Hg, отсутствие открытых поверхностей Hg и хранение её в толстостенных сосудах под слоем парафинового масла или йодированного угля. Столы, на которых проводятся работы со Hg, должны быть деревянными и иметь предохранительные буртики для предотвращения скатывания капелек Hg на пол. Большие сосуды с Hg должны быть окружены защитной оболочкой. Выхлопные газы вакуумных систем с парортутными насосами должны поступать в системы очистки от паров Hg, а не в помещение откачного участка (зала). В случае попадания Hg в помещение должна быть проведена его демеркуризация: все капельки Hg должны быть собраны с помощью ватного томпона, смоченного крутым раствором марганцовки (марганцово-кислого калия – KMnO₄), а поверхности возможного попадания Hg протёрты этим же раствором или раствором хлорного железа; помещение должно быть хорошо проветрено.

Качественное определение наличия Hg в помещении: активированный желтый порошок SeS₂ нанести тонким слоем на бумагу и оставить его на несколько часов – при наличии паров Hg в помещении (при давлении 10^-4 ÷ 10^{-5 мм рт.ст.) порошок приобретает чёрный цвет.}

Защитные мероприятия против отравления ртутью: 1) хорошее проветривание помещения; 2) хорошее питание, особенно молоко; 3) тщательная общая гигиена; 4) недопустимость приёма пищи и курения в помещении, в котором ведутся работы с Hg; 5) в атмосфере с парами Hg применять защитные маски с фильтрами из активированного угля с примесью 5% йода.

Введение Hg в связанном состоянии в ЭВП или ИС: 1) в виде амальгам (высокотемпературных и низкотемпературных); 2) в виде порошка меркурида титана (γ фаза Ti₃Hg): в виде порошка, приваренного на подложку из феррохромистой стали; в виде спрессованного штабика в негерметичной ампуле; 3) в виде порошка НgO или спрессованного из него штабика и газопоглотителя для поглощения кислорода, выделяющегося при разложении НgO.

Дата добавления: 2014-01-06