Металл исключений

Вряд ли есть в природе более загадочный и противоречивый металл. Загадочный — потому что это металл алхимиков, даосских магов, художников, врачей и отравителей. Согласитесь, эти профессии прямо-таки нашпигованы загадками и тайнами. Противоречивый — потому что ртуть жидкая. Единственный металл, который плавится при t = -38,87°С и кипит при t = 356,58°С. Единственный металл, который активно испаряется даже в твёрдом агрегатном состоянии, при t = -50°С. Единственный металл, легко сплавляющийся с другими металлами при комнатной температуре (см. главу Амальгама). Ртуть буквально состоит из исключений.
элемент ртуть металл
На протяжении нескольких тысячелетий ртуть считали чем угодно — от очень специальной воды до особой стихии! — но не металлом. Даже Ломоносов не был полностью уверен на сей счёт. И лишь когда в 1759 г. петербургский академик И.А. Браун её впервые заморозил, Михайло Васильевич признал за «квэкзильбером» металлический статус — «замёрзшая» (а на деле — просто отвердевшая) ртуть проявляла весь набор свойств, положенных любому порядочному металлу.

Имя

Традиционное английское название ртути — mercury — восходит, разумеется, к римскому Меркурию, который, в свою очередь, был отражением Гермеса. А среди множества качеств Гермия-лукавого, бога воров, была и неуловимость. Не тот вор, кто украл, а тот, кого не поймали. К чему бы это? А вы попробуйте поймать руками каплю ртути. Нет-нет, дома это проделывать не стоит! Но… «быстрый, как ртуть» — эта метафора есть во многих языках. Или — неуловимый, как ртуть.
ртуть, mercury, quicksilver
Второе английское название ртути — quicksilver — имеет саксонские корни и переводится как «быстрое (подвижное) серебро». Русское название «ртуть», скорее всего, происходит от праславянского причастия «*rьtǫtь» («катиться»), в свою очередь восходящего к санскритскому «rátha» («колесница»).
Наконец, латинское hydrargyrum имеет греческое происхождение (Ύδραργυρος) и состоит из корней «гидрос» («вода») и «аргирос» («серебро»). Смысл — «жидкое серебро».

Открытие и применение

Ртуть, как и большинство других веществ, присутствующих в природе в чистом виде, человечество открыло давно. Первое достоверное обнаружение — Древний Египет конца II тысячелетия до н. э. Правда, в Китае ртуть, скорее всего, знали примерно в то же время. И умели получать её отжигом киновари (HgS). Ртуть у древних китайцев считалась источником жизненных сил и даже бессмертия — по легенде, у даосских магов был тайный рецепт киноварной пилюли, проглотив которую, можно «законсервироваться» в том возрасте, в котором ты это сделал.

Неизвестно, сколько даосов нашли преждевременную смерть от своих пилюль, но явно не один. По непроверенным пока данным — гробница ещё не вскрыта — Цинь Шихуан-ди, первый Император Китая, скончался от похожих экспериментов, ибо всерьёз интересовался даосскими методиками. Точно известно, что Шихуан во дворце обустроил зал с картой своей империи, где вместо воды в реках текла ртуть. Для наглядности.
Также в Египте, Греции и Риме ртуть входила в состав косметики. Что при этом чувствовали бедные женщины, лучше не представлять.
Впрочем, не всё так печально обстояло с «быстрым серебром». Мощнейшие асептические свойства сулемы (HgCl2) открыли также до нашей эры. А в составе противовоспалительных мазей и противопаразитарных препаратов соли ртути используют и по сей день. Наконец, в сельском хозяйстве соли ртути применяют в качестве фунгицидов.

Минерал иконописцев

Киноварь — (древнегреческое κιννάβαρι, латинское cinnabari), — HgS — минерал, сульфид ртути (II). Самое распространённое в природе ртутное соединение. Благодаря ярко-алому цвету применялась в составе красителей: в быту — для тканей, а в канонической иконописи — для любых красных деталей картины. Также долгое время считалась единственным средством против венерических болезней (правда, нередко вместе с микробами убивало и носителя). Одно из красивейших месторождений киновари находится на Чукотке (месторождение «Пламенное»): большая сопка, почти целиком состоящая из киновари.

Амальгама

Амальгамой называют жидкий либо твёрдый сплав ртути с другими металлами. Ещё одно уникальное свойство ртути, особенно, если учесть, что немало металлов образует амальгаму при комнатной температуре.
Способность ртути к амальгамированию обнаружили, скорее всего, в Древней Греции. Во всяком случае, именно там впервые применили амальгамацию серебряных и золотых руд с последующим выпариванием ртути. Голь на выдумки хитра: у греков никогда не было под рукой богатых россыпных месторождений драгоценных металлов, и метод оказался как нельзя кстати.

Старинные зеркала также покрывали амальгамой: 2/3 олова на 1/3 ртути. Но главное применение на протяжении минимум тысячи лет (это если не считать Китай) hydrargyrum получил в другой отрасли…
Древние греки, как и древние римляне, были прагматичными людьми. Если что-то работает, зачем это менять? «Жидкое серебро» помогает добыть золото и настоящее серебро из бедной руды? Отлично! Вот и будем добывать. В античный период мировоззрение изменилось: учёные задались вопросом «а почему, собственно?». И нельзя ли кое-что доработать?

***
Идея трансмутации веществ родилась из ртути. Точнее, именно из её способности амальгамировать другие металлы.
Что видим мы, когда кусок меди, золота или свинца опускаем в ртуть? Правильно: второй металл растворяется и исчезает в ртути бесследно. Но если амальгаму нагреть, ртуть выкипает, а вместо неё чудесным образом остаётся тот самый металл, который вроде бы исчез.
Какой вывод? Не забываем: до Ломоносова ещё три тысячи лет, для нас все эти металлы не столько вещества, сколько материалы, принадлежащие одной стихии. Мы понятия не имеем об атомах и соединениях. И вообще Земля на черепахе стоит, а Солнце по небу Гелиос тащит…
Словом, в рамках тогдашней концепции ртуть неизбежно получалась чем-то вроде праматери всех металлов. И то, что железо она не растворяла, лишь добавляло железу мистической ауры. Ну, а если праматерь — значит, можно положить один металл, а путём долгих и сложных манипуляций вытащить совсем другой…
Именно так родилось учение о трансмутации металлов, занимавшее умы многих учёных на протяжении более чем тысячи лет. Кто-то искал философский камень, кто-то пробовал Нестираемые Имена из книги «Зогар», а кто-то — например, Роджер Бэкон — заложил основы экспериментальной химии.

Алхимия считается изобретением позднеантичной Греции. За её возникновение отвечает Александрийская школа (II-VI века н. э.). Храм Сераписа в Александрии Египетской стал центром европейской алхимической мысли. В начале и середине 200-х годов Болос Демокритос и Зосим Панополит заложили теоретический фундамент учения о природе элементов, а также подвели идеологическую базу под трансмутацию. Похоже, сделали они это весьма основательно, потому что уже в 296 году римский император Диоклетиан приказал весь александрийский архив, относящийся к алхимии, сжечь, а недовольных (которых набралось достаточно для полноценного восстания) — сделать довольными по традиционной методике римских цезарей. Впрочем, было поздно: «Изумрудная скрижаль» Гермеса Трисмегиста огня избежала. И кружным путём, через арабский Восток, алхимия почти на тысячелетие прочно обосновалась в Европе.
Даже Инквизиция не помогла.

Принципиальное отличие европейской алхимии от китайской — в предмете, который надлежало получить. Сперва античные греки, затем арабы, после них европейцы — все они на основании учения о трансмутации искали методы превращения неблагородных металлов в золото. А даосские алхимики искали возможность усовершенствовать человека путём замены в теле недолговечных элементов на вечные (металлы). Но и та и другая алхимии возникли из наблюдений за свойствами одного металла — ртути.

Самое необычное свойство ртути — конечно, её температура плавления и кипения. Впрочем, есть и другое — необычно высокая испаряемость даже при комнатной температуре. Про амальгамирование (ещё одно уникальное свойство) уже сказано. Наконец, у «жидкого серебра» аномально высокий для металлов коэффициент температурного расширения — почти как у воды при t = 20°С (0,181×10−3 К−1). Твёрдые металлы имеют коэффициент расширения в среднем на два порядка ниже. При этом коэффициент у ртути, в отличие от такового у воды, почти не «скачет» в зависимости от температуры (у воды при t = 60°С он увеличивается впятеро, а у ртути при той же температуре остаётся почти на прежнем уровне).
Наконец, пары ртути в вакууме при пропускании через них электротока излучают свет в «холодном» диапазоне, вплоть до чистого ультрафиолета.
Из химических свойств ртути наиболее важны способность её солей к катализу и комплексообразованию.

Уникальные свойства определяют современное применение ртути. Стабильно высокий коэффициент температурного расширения в сочетании большим удельным весом делает «жидкое серебро» прекрасным наполнителем для измерительных приборов — термометров, барометров, манометров. Даже одна из единиц измерения давления носит «ртутное имя». Правда, у всех этих приборов есть ограничение: они не могут работать при температуре ниже -38,87°С (температура плавления). Однако здесь помогает способность ртути к амальгамированию: сплав «ртуть+таллий», сохраняя коэффициент температурного расширения, затвердевает при -60° С.

***
Ртуть до сих пор обширно применяется в военной отрасли. Так, большинство капсюлей стрелковых и артиллерийских боеприпасов несёт в себе фульминат ртути («гремучая ртуть») Hg(CNO)2. Гремучая ртуть используется в качестве инициирующего состава благодаря высокой температуре взрыва и скорости детонации. Правда, в последние годы её заменяют азидом свинца, но до полной замены ещё далеко.
Зато почти незаменима ртуть в качестве позиционного взрывателя. Мины, оснащённые таким взрывателем, срабатывают от изменения положения. При сотрясении или наклоне ртуть в колбе взрывателя смещается и замыкает контакты. Конструкция давнишняя, простая, зато очень эффективная. Впрочем, датчики положения, использующие этот же принцип, широко применяют и в мирных целях.
***

В 1916 г. Ирвинг Ленгмюр создал вакуумный насос, в котором для создания разреженной среды применил испарение и конденсацию ртути. Остаточное давление в вакуумной камере получалось в сотни миллионов раз меньше атмосферного. Нынешние ртутно-диффузионные насосы дают разрежение на несколько порядков выше.
Наконец, с применением паров ртути в качестве люминофора каждый из нас сталкивается ежедневно. Сегодняшние люминесцентные лампы активно вытесняют лампы накаливания из всех бытовых осветительных приборов. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) в 5-6 раз экономнее по относительному расходу энергии и примерно в столько же раз «живучее».
Наконец, у ртути есть будущее, связанное с освоением Космоса. Один из вариантов рабочего тела в ионных двигателях — ртутно-цезиевый сплав. В качестве планетарных двигателей ионные малопригодны из-за слабой тяги. А вот для межпланетных рейсов без посадки на поверхность они подходят просто-таки отлично.

Польза ртути бесспорна. Но не менее бесспорен и её вред. Ртуть сама по себе не ядовита, но её пары и (особенно!) соединения — источник такого количества отравлений и смертей, что поневоле усомнишься во всей вышеописанной пользе «быстрого серебра».
И без того опасное воздействие ртути на организм усугубляется её крайне медленным выведением. В результате при регулярном проникновении ртути она накапливается в тканях. Например, разбитый бытовой термометр даёт около 2 г ртути. Если её тут же не собрать и не обезвредить (см. ниже), эти два грамма, разбившись на мельчайшие капли, способны дать от полутора до трёх квадратных метров площади испарения. Этого вполне достаточно для серьёзного отравления — по счастью, разового. Однако же, ртуть, впитываясь в большинство стройматериалов, создаёт «депонент», испарение которого может происходить уже годами.
ртуть из градусника

Предельно допустимые уровни загрязнённости металлической ртутью и её парами:
ПДК в населённых пунктах (среднесуточная) 0,0003 мг/м³
ПДК в жилых помещениях (среднесуточная) 0,0003 мг/м³
ПДК воздуха в рабочей зоне (макс. разовая) 0,01 мг/м³
ПДК воздуха в рабочей зоне (среднесменная) 0,005 мг/м³
ПДК сточных вод (для неорг. соед-ний в пересчёте на 2-валентную ртуть) 0,005 мг/мл
ПДК водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования, в воде водоёмов 0,0005 мг/л
ПДК рыбохозяйственных водоёмов 0,00001 мг/л
ПДК морских водоёмов 0,0001 мг/л

Если концентрация паров ртути в помещении не превышает 0,25 мг/м³, она попадает в организм только через лёгкие. При более высоких концентрациях впитывать начинает и вся поверхность тела. В этом случае развивается острое отравление. При меньших концентрациях, но постоянном воздействии возникает меркуриализм (хроническое отравление ртутью). Его симптомы очень достоверно описаны, как это ни парадоксально, у Льюиса Кэрролла. Безумный Шляпник из «Алисы в Стране Чудес» безумен не просто так: он болен меркуриализмом, иначе «болезнью шляпника». Для размягчения фетра вплоть до ХХ века применяли нитрат ртути, который никак не мог похвастать чистотой — в нём было много металлической ртути, дающей пары. И шляпных дел мастера получали за жизнь очень серьёзную дозу.

Ещё один вид отравления, даже более опасный, нежели вдыхание паров — отравление органическими комплексонами ртути. И в первую очередь — метилртутью, которая образуется в придонных слоях водоёмов после выброса в них неорганических соединений ртути. За её образование отвечают бактерии. Но, поскольку ртуть (и метилртуть — тоже) — кумулятивный яд, из организмов бактерий она передаётся по пищевой цепочке. И чем выше в этой цепочке стоит животное, тем больше у него в организме ртути. Хищные рыбы, например, накапливают до 40 мг/кг, а устрицы (питающиеся как раз фильтруемыми микроорганизмами) — до 100 мг/кг. Такая еда — уже форменный яд. А если ею питаться регулярно…
ртуть и метилртуть: опасная рыба
Увы, отравление метилртутью необратимо — в отличие от металлической ртути и неорганических соединений, которые всё-таки можно вывести (см. ниже). Необратимо и большинство последствий: даже если прекратить поступление метилртути в организм, то, что уже туда попало, продолжит свою вредоносную деятельность. Полураспад метилртути длится около 50 дней, а полный распад может тянуться годами. И всё это время яд поражает центральную нервную систему.
Сегодня более половины общепланетного выброса ртути — на совести людей. Остальное традиционно сбрасывают вулканы. Первый «человеческий» крупный выброс в истории связан с калифорнийской «золотой лихорадкой» — золото очищали фактически по той же методике, что и в Древней Греции, но масштабы…

Именно метилртутью отравились жители города Минамата в Японии в 1956 году. Крупнейшее в мире отравление произошло из-за компании Chisso, которая сбрасывала в залив Минамата отходы производства уксусного альдегида — на катализаторе (сульфат ртути) образовывалось небольшое количество метилртути. И компания ничего лучше не придумала, как сбрасывать их в море.
Придонный бентос накапливал метилртуть почти без переработки, и в результате начали умирать рыбаки, питающиеся почти исключительно морскими продуктами. Смертность при болезни Минамата составляла 36%, а за счёт кумулятивного эффекта оказались поражены даже не родившиеся ещё дети. Клиническая картина: онемение и слабость мышц, усталость, необратимая потеря слуха, утрата членораздельной речи, двигательная дискоординация. В наиболее сложных случаях люди сходили с ума, теряли сознание и умирали в течение месяца.

Всё-таки не так страшен этот быстрый серебристый чёрт, как может показаться. Разумеется, от метилртути спасения нет, но можно просто уменьшить её поступление в организм, не питаясь донными и/или хищными рыбами (а именно — камбалой, палтусом из донных; и акулой, тунцом, марлином, щукой, окунем и судаком — из хищных). Не стоит есть и двустворчатых моллюсков из районов заведомо многонаселённых побережий (Япония, Тайвань, Средиземноморье).
От поражений парами металлической ртути может уберечь простая аккуратность. Не роняйте термометры на пол и не используйте их там, где их легко разбить. Не выбрасывайте отработанные люминесцентные лампы в мусоропровод. Не пытайтесь разобрать старые приборы, содержащие ртуть. Всё просто.

Ртуть, выбрасываемую в атмосферу промышленностью, мы волей-неволей поглощаем. Конечно, её не так много, но всё-таки она есть. Однако есть и средство от неё. Ртуть (а также многие другие металлы — кадмий, хром, висмут, медь, цинк, никель) умеют выводить из организма несколько веществ, входящих с состав разных медицинских препаратов и добавок:
— EDTA (ЭДТА, Этилендиаминтетрауксусная кислота) или Na2-ЭДТА (дигидрат двунатриевой соли, комплексон III, трилон Б). Довольно жёсткое средство, очень сильно выводит из организма ионы кальция.
— DMPS (натрия 2,3. димеркаптопрона сульфанат, или Унитиол, Димавал, «Зорекс» в аптеках РФ; в США и Канаде не одобрен официально и не используется)
— DMSA (димеркаптосукциновая кислота, торговое имя Сукцимер, Хемет; используется также для выведения из организма свинца). Выводит ртуть из организма, но не из мозга
— ALA (альфа-липоевая кислота) — выводит ртуть и из организма, и из мозга; некоторые врачи рекомендуют перед применением ALA некоторое время применять DMSA.
Процедура эта называется хелированием, и хотя бы раз в год её рекомендуется проводить даже здоровым людям. И тогда романтический и противоречивый металл не сможет навредить, а польза от него и так никуда не денется.

Наиболее эффективный и безвредный способ демеркуризации помещений: стены и пол обработать 1 % раствором йода (на 1 л воды 100 мл 10 % раствора йода, брать в любой аптеке).
Через 30 минут площадь обработать следующим раствором: медный купорос CuSO4 (на 1 л воды 30 г медного купороса), сульфит натрия Na2SO3•7H2O (180 г на 1 л воды) и гидрокарбонат натрия NaHCO3 (пищевая сода, 40 г на 1 л воды). Раствор готовить так: сначала растворить медный купорос и сульфит натрия до полного исчезновения осадка, и только потом добавить пищевую соду.

Текст: Яр Соболев