Амальгама - удивительный материал с уникальными свойствами. Она представляет собой сплав ртути с другими металлами и обладает ценными качествами, позволяющими использовать ее в самых разных областях. Давайте разберемся, что же это такое - амальгама, из чего она состоит и где применяется.
Определение амальгамы
Слово "амальгама" имеет латинские корни и в переводе означает "сплав". В химии этим термином называют сплавы ртути с другими металлами. Наиболее распространенным компонентом амальгам помимо ртути является серебро, однако в состав этих сплавов могут входить медь, олово, цинк, кадмий, индий, таллий и некоторые другие элементы.
История амальгам насчитывает несколько столетий. Еще в Средние века алхимики экспериментировали с этими сплавами. Официально же амальгаму впервые применили в стоматологии в 1826 году французские дантисты. А спустя 7 лет амальгамные пломбы появились и в США.
Физико-химические свойства
Амальгамы могут существовать как в жидком, так и в твердом агрегатном состоянии. Это зависит от соотношения компонентов в сплаве и температуры. Например, амальгама олова при комнатной температуре находится в твердом состоянии, а вот ртутно-цинковая амальгама жидкая.
Структура и фазовый состав амальгам довольно сложны и многообразны. В одном сплаве может сосуществовать жидкая фаза (раствор металла в ртути) и твердая фаза (химическое соединение ртути с металлом).
Температуры плавления и кипения у амальгам выше, чем у чистой ртути (t пл Hg = -38,83°C, t кип Hg = 356,73°C). Это связано с более прочной кристаллической решеткой сплавов.
По плотности амальгамы занимают промежуточное положение между легкой ртутью (ρ Hg = 13,534 г/см3) и более тяжелыми металлами. Чем выше содержание ртути в сплаве, тем ниже плотность. Вязкость амальгам тоже обычно превышает вязкость чистой ртути.
Применение амальгамы
Наиболее широко амальгамы применяются в зеркальном производстве. Именно амальгама нанесенная на стекло образует то самое зеркальное покрытие. Другое важное применение амальгам - это золочение металлических изделий. В стоматологии до сих пор используют пломбы из амальгамы серебра, несмотря на опасения по поводу токсичности.
Еще одна сфера, где амальгамы незаменимы - химический катализ и электролитическое получение редких металлов. Катоды на основе амальгам обладают высокой эффективностью и долговечностью.
Сегодня амальгамы продолжают находить применение во многих передовых областях - микроэлектронике, ядерной энергетике, авиакосмической промышленности. Уникальные физико-химические свойства этих материалов открывают большие возможности для решения научно-технических задач будущего.
Безопасность при работе с амальгамой
Несмотря на широкое применение, амальгамы требуют осторожного обращения, так как содержат токсичную ртуть. Пары ртути и ее соединения оказывают вредное воздействие на нервную систему и другие органы человека.
Существуют жесткие нормативы предельно допустимых концентраций паров ртути для воздуха рабочей зоны (ПДК). Так, для ртути металлической ПДК составляет 0,01 мг/м3, а для ее неорганических соединений - 0,005 мг/м3.
Чтобы свести риски к минимуму, производственные помещения оборудуют принудительной вентиляцией, работники используют СИЗ - респираторы, перчатки. Особо жесткие меры предосторожности должны соблюдаться при утилизации отходов, содержащих ртуть.
Альтернативы амальгаме
Несмотря на уникальность свойств, амальгамы постепенно вытесняются более безопасными материалами. Например, в зеркальном производстве все чаще используется химическое или вакуумное напыление металлов.
В стоматологии распространение получили пломбы из композитов, стеклоиономерных цементов и других полимерных материалов. Однако по своим механическим и эксплуатационным свойствам эти заменители пока уступают "классическим" амальгамам.
Перспективные области применения амальгам
Несмотря на появление альтернатив, амальгамы продолжают активно применяться в науке и высокотехнологичных отраслях промышленности. Особый интерес представляют жидкометаллические теплоносители на основе амальгам некоторых металлов.
Такие теплоносители обладают рядом ценных качеств: высокой теплоемкостью, теплопроводностью, текучестью. Все это открывает возможности создания компактных и эффективных систем охлаждения для электроники, ядерных реакторов, двигателей и другого высокотехнологичного оборудования.
Экономические аспекты производства амальгам
Несмотря на ужесточение экологических норм, масштабы производства амальгам в мире остаются весьма значительными. По оценкам экспертов, только в зеркальной промышленности ежегодно используется более 5000 тонн ртути.
Основные мировые производители амальгам сосредоточены в Китае, странах Евросоюза и США. Себестоимость этих материалов во многом зависит от цен на ртуть. В 2016-2018 годах произошел резкий рост стоимости ртути, что отразилось и на рынке амальгам.
Рынок амальгамы и перспективы
Несмотря на постепенный отказ от амальгам в некоторых областях, в целом спрос на эти материалы остается стабильным. По прогнозам, в ближайшие годы мировой рынок амальгам будет расти темпом около 3% в год.
Этому способствует расширение высокотехнологичных отраслей, активно использующих амальгамы - электроники, атомной энергетики, аэрокосмической промышленности. Также перспективным направлением являются жидкометаллические теплоносители на основе ртутьсодержащих сплавов.
Амальгамы в повседневной жизни
Хотя амальгамы воспринимаются как нечто экзотическое, на самом деле мы сталкиваемся с ними гораздо чаще, чем может показаться. Амальгамы используются при производстве зеркал, в том числе обычных бытовых.
Также амальгама в виде зубных пломб до сих пор широко применяется за рубежом при лечении кариеса. Так что многие люди имеют амальгаму прямо у себя во рту, даже не подозревая об этом.
Амальгамы в истории
Упоминания об амальгамах встречаются еще в трудах алхимиков Средневековья и античных ученых. Считается, что именно амальгамы использовались при извлечении золота в эпоху Великих географических открытий в Южной Америке.
Особую роль амальгамы сыграли в Калифорнийской золотой лихорадке 19 века, когда они применялись старателями для выделения золота из породы. Без амальгам трудно представить времена освоения Дикого Запада.
Неожиданные факты об амальгамах
Иногда амальгамы демонстрируют поистине удивительные, неожиданные свойства. Например, амальгама натрия взрывается при контакте с водой, выделяя водород!
А жидкая амальгама галлия обладает уникальной особенностью - она существенно сужает температурный интервал жидкого состояния по сравнению с чистым галлием. Физики до сих пор ломают голову, объясняя это явление.
