Rtuť

Rtuť, Hg, je toxický, těžký, kapalný kov s velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. Je základní složkou amalgámů (slitiny kovů s rtutí), využívá se v teploměrech a barometrech a v elektronice, např. v rtuťových spínačích.

Obsah

Atomové číslo	80	Počet stabilních izotopů	6
Atomová hmotnost	200,59	Elektronová konfigurace	[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s²
Teplota tání [°C]	-38,83	Teplota varu [°C]	356,73
Elektronegativita	2,00	Hustota [g.cm^-3]	13,534

Vlastnosti rtuti

Byla prvním kovem, u kterého byla pozorována supravodivost (v roce 1911).

Izotopy

Rtuť se skládá ze sedmi stabilních izotopů, známe dále 40 radioizotopů.

Izotop	Zastoupení [%]
¹⁹⁶Hg	0,15
¹⁹⁸Hg	10,0
¹⁹⁸Hg	16,9
²⁰⁰Hg	23,1
²⁰¹Hg	13,2
²⁰²Hg	29,7
²⁰⁴Hg	6,82

Stabilní izotopy rtuti

²⁰³Hg

Tento izotop se přeměňuje mechanismem β^– na ²⁰³Tl, poločas přeměny je 46,59 dne:

$$^{203}_{\ \ 80}\textrm{Hg}\ \rightarrow\ ^{203}_{\ \ 81}\textrm{Tl}\ +\ \beta^-$$

Připravuje se v reaktoru ostřelováním oxidu rtuťnatého neutrony:

$$^{202}_{\ \ 80}\textrm{Hg}\ +\ ^1_0\textrm{n}\rightarrow\ ^{203}_{\ \ 80}\textrm{Hg}\ +\ \gamma$$

Využívá se pro studium chování rtuti v životním prostředí a její interakce s živými organismy.[7]

Výskyt a získávání

Rtuť byla známa již před naším letopočtem, získávala se z cinabaritu (HgS) a hlavním využitím byla extrakce kovů. Byla velmi oblíbená mezi alchymisty, kteří ji využívali převážně pro transmutaci kovů.

Dnes se rtuť získává také z cinabaritu, ale dokonalejšími postupy než v minulosti.

HgS + O₂ → Hg + SO₂

Chemické vlastnosti

Rtuť nereaguje s neoxidujícími kyselinami, rozpouští se v koncentrované kyselině dusičné a horké, koncentrované kyselině sírové. Produktem jsou rtuťnaté soli. Její elektrodový potenciál je kladný, jako prvek je relativně nereaktivní. Velmi dobře rozpouští kovy, za vzniku slitin (amalgámů), na videu můžete vidět amalgamaci povrchu hliníku.

Mimo rtuťnatých sloučenin tvoří rtuť i sloučeniny ve formálním oxidačním stavu +I, kde je vždy přítomna skupina (Hg-Hg)²⁺. Nejznámějším zástupcem je kalomel Hg₂Cl₂. Atomy rtuti jsou spojeny jednoduchou vazbou, která je tvořena překryvem orbitalů 6s. Známe i další případy polykationtů rtuti, např. oxidací kovové rtuti pomocí fluoridu arseničného v kapalném oxidu siřičitém získáme sloučeninu Hg₄[AsF₆]₂, kation Hg₄²⁺ je téměř lineární, délka vazby Hg-Hg se pohybuje okolo 260 pm.[4]

Dusičnan rtuťnatý, Hg(NO₃)₂, se využívá jako činidlo v merkurimetrii.

Thiokyanatan rtuťnatý

Srážením rtuťnatých solí thiokyanatanem draselným získáme bílý thiokyanatan rtuťnatý:

Hg(NO₃)₂ (aq) + 2 KSCN (aq) → Hg(SCN)₂ (s) + 2KNO₃ (aq)

Jeho zapálením získáme efekt označovaný jako faraonovi hadi. Při hoření vzniká velké množství plynů a vznikající pevná látka je nadýchaná a připomíná hada. Hoření můžeme popsat rovnicí:

2 Hg(SCN)₂ + 5 O₂ → 2 HgO + 2 SO₂ + 2 CO₂ + N₂

Ukázku můžete vidět na videu:

Sonochemickou reakcí kovové rtuti s redukovaným grafenoxidem ve vodě se povedlo připravit kompozitní materiál, který je za laboratorní teploty pevný.

Polykationty rtuti

Rtuť vytváří větší množství kationtů s vazbou Hg–Hg, nejznámější je rtuťný kation, Hg₂²⁺, který najdeme např. v kalomelu (Hg₂Cl₂).[5]

Známe i další polykationty rtuti, např. Hg₃²⁺ a Hg₄²⁺. První získáme reakcí komproporcionační reakcí rtuti a chloridu rtuťnatého s chloridem hlinitým:

2 Hg + HgCl₂ + AlCl₃ → Hg₃[AlCl₄]₂

Oxidací rtuti pomocí fluoridu arseničného získáme kation se čtyřmi atomy rtuti:[4]

Kation	Délka vazby Hg–Hg [pm]
Hg₂²⁺	249–256
Hg₃²⁺	251–255
Hg₄²⁺	259–267

Organokovové sloučeniny

Organokovové sloučeniny rtuti jsou zpravidla silně toxické, RHgX jsou krystalické látky, R₂Hg jsou kapaliny nebo nízkotající látky. Zajímavou strukturu má o-fenylhydrargium, které vytváří trimerní molekuly, viz obrázek dole.

Využití

Kovová rtuť je kapalný vodič, to určuje jeden směr jejího využití. I v dnešní době se můžeme potkat s rtuťovými spínači, ty umožňují spínání a rozepínání obvodu v závislosti na poloze spínače. Historicky byly důležité rtuťové usměrňovače, které umožňovaly usměrňování vysokých napětí (až 150 kV) a proudů (až 10 kA) ještě před objevem polovodičových prvků.

Rtuťový usměrňovač. Zdroj: PetrS/Commons

S rtutí se můžeme potkat i v (nejen) laboratorních barometrech, i když se od jejich používání pomalu upouští. Díky nim máme i jednu jednotku tlaku, mm Hg sloupce. Atmosférickému tlaku odpovídá 760 mm Hg sloupce.

Rtuťový barometr. Zdroj: Hannes Grobe/Commons

NMR

Rtuť má celkem sedm stabilních izotopů, dva z nich jsou NMR aktivní. Pro měření je výhodnější jádro ¹⁹⁹Hg, ²⁰¹Hg je kvadrupolární a poskytuje velmi široké signály. Obě jádra jsou málo citlivá. Standardem je roztok Me₂Hg. Interakční konstanta ¹J_199Hg,13C = 686,2 Hz pro Me₂Hg. Dimethylrtuť je ovšem velmi jedovatá a je s ní potřeba zacházet velmi opatrně! Jako alternativní standard lze využít chloristan nebo chlorid rtuťnatý.[6]

	¹⁹⁹Hg	²⁰¹Hg
Spin	1/2	3/2
Zastoupení v přírodě [%]	16,9 %	13,2 %
Rozsah chemických posunů	-3000 – 500 ppm
Citlivost vzhledem k ¹H	1,00.10^-3	1,97.10^-4
Citlivost vzhledem k ¹³C	5,89	1,16
Rezonanční frekvence v poli 1 T	16,87	13,18
Jaderný magnetický moment	+0,5058855	-0,5602257

Chemické posuny

Organortuťnaté sloučeniny	500 – -1500	HgCl₂	-1500
HgBr₂	-2000	Hg(NO₃)₂	-2500
HgI₂	-3000