Амальгама — это сплав ртути с другим металлом . Это может быть жидкость, мягкая паста или твердое вещество, в зависимости от пропорции ртути. Эти сплавы образуются посредством металлической связи , [1] при этом электростатическая сила притяжения электронов проводимости работает над связыванием всех положительно заряженных ионов металла вместе в структуру кристаллической решетки . [2] Почти все металлы могут образовывать амальгамы с ртутью, заметными исключениями являются железо , платина , вольфрам и тантал . Амальгамы серебра и ртути важны в стоматологии , а амальгама золота и ртути используется при извлечении золота из руды . Стоматология использовала сплавы ртути с такими металлами, как серебро, медь, индий, олово и цинк.
Амальгама цинка находит применение в органическом синтезе (например, для восстановления Клемменсена ). [3] Это восстановитель в редукторе Джонса , используемом в аналитической химии. Раньше цинковые пластины сухих батарей амальгамировались с небольшим количеством ртути, чтобы предотвратить ухудшение при хранении. Это бинарный раствор (жидкость-твердое тело) ртути и цинка.
Для щелочных металлов амальгамация является экзотермической, и можно идентифицировать различные химические формы, такие как KHg и KHg 2 . [4] KHg представляет собой соединение золотистого цвета с температурой плавления 178 °C, а KHg 2 — соединение серебристого цвета с температурой плавления 278 °C. Эти амальгамы очень чувствительны к воздуху и воде, но с ними можно работать в сухом азоте. Расстояние Hg-Hg составляет около 300 пикометров , Hg-K около 358 пм. [4]
Известны также фазы K 5 Hg 7 и KHg 11 ; известны и изоструктурны ундекамеркуриды рубидия , стронция и бария . Амальгама натрия (NaHg 2 ) имеет другую структуру, в которой атомы ртути образуют гексагональные слои, а атомы натрия — линейную цепочку, которая вписывается в отверстия в гексагональных слоях, но атом калия слишком велик для того, чтобы эта структура работала в KHg 2 .
Амальгама натрия получается как побочный продукт хлорщелочного процесса и используется как важный восстановитель в органической и неорганической химии. С водой она разлагается на концентрированный раствор гидроксида натрия , водород и ртуть, которые затем могут снова возвращаться в хлорщелочной процесс. Если вместо воды использовать абсолютно безводный спирт, то вместо щелочного раствора получается алкоголят натрия.
Алюминий может образовывать амальгаму посредством реакции с ртутью. Амальгаму алюминия можно приготовить либо путем измельчения алюминиевых гранул или проволоки в ртути, либо путем реакции алюминиевой проволоки или фольги с раствором хлорида ртути . Эта амальгама используется в качестве реагента для восстановления соединений, таких как восстановление иминов до аминов . Алюминий является конечным донором электронов, а ртуть служит посредником в переносе электронов. [5] Сама реакция и отходы от нее содержат ртуть, поэтому необходимы специальные меры предосторожности и методы утилизации. В качестве более экологически чистой альтернативы для достижения того же синтетического результата часто можно использовать гидриды или другие восстановители. Другой экологически чистой альтернативой является сплав алюминия и галлия, который аналогичным образом делает алюминий более реактивным, предотвращая образование оксидного слоя.
В середине XIX века амальгаму олова использовали в качестве отражающего зеркального покрытия . [6]
Известно множество амальгам, представляющих интерес, главным образом, в исследовательском контексте.
В стоматологии использовались сплавы ртути с такими металлами, как серебро, медь , индий , олово и цинк . Амальгама является «превосходным и универсальным реставрационным материалом» [9] и используется в стоматологии по ряду причин. Она недорога и относительно проста в использовании и манипуляциях во время размещения; она остается мягкой в течение короткого времени, поэтому ее можно уплотнить для заполнения любого нерегулярного объема, а затем она образует твердое соединение. Амальгама обладает большей долговечностью по сравнению с другими прямыми реставрационными материалами, такими как композит. Однако эта разница уменьшилась с постоянным развитием композитных смол.
Амальгаму обычно сравнивают с композитами на основе смол, поскольку многие области применения у них схожи, а многие физические свойства и стоимость сопоставимы.
Амальгама для стоматологических пломб была изучена и в целом считается безопасной для человека, [10] [11] хотя обоснованность некоторых исследований и их выводы были поставлены под сомнение. [12]
В июле 2018 года ЕС, принимая во внимание постоянное загрязнение окружающей среды и токсичность ртути, содержащейся в амальгаме, запретил использование амальгамы для лечения зубов у детей младше 15 лет, а также беременных и кормящих женщин. [13]
Ртуть использовалась в добыче золота и серебра из-за удобства и легкости, с которой ртуть и драгоценные металлы будут амальгамироваться. В россыпной добыче золота, в которой мельчайшие частицы золота промываются из песчаных или гравийных отложений, ртуть часто использовалась для отделения золота от других тяжелых минералов.
После того, как весь практический металл был извлечен из руды, ртуть была распределена по длинному медному желобу, который образовал тонкий слой ртути на внешней стороне. Отходы руды затем были перемещены вниз по желобу, и золото в отходах смешивалось с ртутью. Это покрытие затем соскабливалось и очищалось испарением, чтобы избавиться от ртути, оставляя после себя довольно высокочистое золото.
Впервые ртутная амальгамация была применена к серебряным рудам с разработкой процесса патио в Мексике в 1557 году. Также были созданы дополнительные процессы амальгамации для переработки серебряных руд, включая пан-амальгамацию и процесс Уошо .
Золотая амальгама оказалась эффективной там, где мелкие частицы золота («золотая мука») не могли быть извлечены из руды гидромеханическими методами. Большие объемы ртути использовались в россыпной добыче , где отложения, состоящие в основном из разложившегося гранитного шлама, разделялись в длинных проходах «коробок с рифлями», при этом ртуть сбрасывалась в начало прохода. Образовавшаяся амальгама представляет собой тяжелую твердую массу тускло-серого цвета. (Использование ртути в россыпной добыче в 19 веке в Калифорнии, ныне запрещенное, вызвало обширные проблемы загрязнения в речной и эстуарной среде, продолжающиеся и по сей день.) Иногда значительные куски амальгамы находят на дне рек и ручьев ниже по течению шахтеры -любители в гидрокостюмах , ищущие золотые самородки с помощью моторного водяного пылесоса/драги, установленного на поплавке.
В то время как для дробления золотосодержащей руды до мелочи использовались штамповые мельницы , часть процесса извлечения включала использование смоченных ртутью медных пластин, над которыми промывалась измельченная мелочь. Периодическое соскабливание и повторное меркурирование пластины приводило к образованию амальгамы для дальнейшей обработки.
Амальгаму, полученную в результате любого из этих процессов, затем нагревали в дистилляционной реторте, извлекая ртуть для повторного использования и оставляя золото. Поскольку это приводило к выбросу паров ртути в атмосферу, этот процесс мог вызвать неблагоприятные последствия для здоровья и долгосрочное загрязнение.
Сегодня ртутная амальгамация была заменена другими методами извлечения золота и серебра из руды в развитых странах. Опасности ртутных токсичных отходов сыграли важную роль в постепенном отказе от процессов ртутной амальгамации. Однако ртутная амальгамация по-прежнему регулярно используется мелкими золотоискателями (часто нелегально), особенно в развивающихся странах.
Соли ртути, по сравнению с металлической ртутью и амальгамами, являются высокотоксичными из-за их растворимости в воде. Присутствие этих солей в воде можно обнаружить с помощью зонда, который использует готовность ионов ртути образовывать амальгаму с медью. Азотнокислый раствор исследуемых солей наносится на кусок медной фольги, и любые присутствующие ионы ртути оставят пятна серебристой амальгамы. Ионы серебра оставляют похожие пятна, но легко смываются, что делает это средством различения серебра и ртути.
Окислительно-восстановительная реакция , в которой ртуть окисляет медь, выглядит следующим образом:
Медиа, связанные с Амальгамой на Wikimedia Commons
Словарное определение амальгамы в Викисловаре