Ртуть - уникальный металл с необычными физическими свойствами. Одна из ее отличительных особенностей - высокая плотность, которая намного превышает плотность большинства других жидкостей и твердых веществ.
Плотность ртути
При комнатной температуре плотность ртути составляет около 13,546 г/см3, что примерно в 13,5 раз больше, чем у воды. Это делает ее самым плотным жидким металлом на Земле. Благодаря такой высокой плотности в ртути легко тонут даже такие тяжелые металлы, как свинец и золото.
Плотность ртути настолько велика, что в ней плавают такие металлы, как свинец, родий и другие тяжелые металлы.
Однако при нагревании плотность ртути заметно уменьшается. Например, при температуре 727°C (1000 К) она падает примерно до 11 830 кг/м3. Это связано с тепловым расширением ртути.
Удельная теплоемкость ртути
Еще одной важной характеристикой любого вещества является его удельная теплоемкость. Удельная теплоемкость ртути при температуре 25°C составляет около 140 Дж/(кг·К). Это означает, что для нагрева 1 кг ртути на 1°C требуется 140 Дж энергии.
В отличие от плотности, удельная теплоемкость ртути практически не зависит от температуры и лишь незначительно уменьшается при нагревании. Например, при 300 К она составляет 139 Дж/(кг·К).
Тепловое расширение ртути
Еще одно важное свойство ртути - это ее сильное тепловое расширение при нагревании, которое характеризуется коэффициентом теплового расширения (КТР). Значение КТР ртути гораздо выше, чем у большинства других металлов и материалов.
- КТЛР ртути составляет около 180·10-6 1/К.
- Для сравнения, КТЛР алюминия всего 23·10-6 1/К.
Благодаря этому свойству ртуть широко используется в изготовлении различных термометров, позволяя точно фиксировать изменения температуры.
Удельная теплоемкость ртути в различных агрегатных состояниях
Физические свойства ртути, включая удельную теплоемкость ртути, сильно меняются при переходе из жидкого состояния в газообразное и твердое. Рассмотрим их подробнее.
Удельная теплоемкость ртути в жидком состоянии
В жидком состоянии при комнатной температуре удельная теплоемкость ртути составляет 140 Дж/(кг·К), как уже было сказано выше. Это довольно высокий показатель, сопоставимый с теплоемкостью воды.
Удельная теплоемкость ртути в газообразном состоянии
При нагревании до температуры кипения ртуть переходит в газообразное состояние. В газообразном состоянии при 0°C удельная теплоемкость ртути резко возрастает и достигает значения в районе 200 Дж/(кг·К).
Удельная теплоемкость ртути в твердом состоянии
При охлаждении до температуры -39°C ртуть затвердевает. В твердом состоянии ее удельная теплоемкость также изменяется и становится равной примерно 28 Дж/(кг·К) при комнатной температуре.
Таким образом, физические свойства ртути сильно зависят от ее агрегатного состояния. Это важно учитывать при практическом использовании этого уникального металла.
Другие важные свойства ртути
Помимо высокой плотности и особенностей теплоемкости, ртуть обладает еще рядом важных свойств.
Теплопроводность
Теплопроводность ртути сильно зависит от температуры. При отрицательных температурах она достигает очень высоких значений. Например, при -180°С теплопроводность ртути составляет около 1200 Вт/(м·К), что примерно в 7 раз выше, чем у меди.
Однако при повышении температуры теплопроводность ртути резко падает. При 250 К она имеет минимальное значение - всего около 2,5 Вт/(м·К). Затем при дальнейшем нагревании теплопроводность вновь начинает расти.
Вязкость
Вязкость ртути также весьма низка по сравнению с другими жидкостями. Например, при 20°С она составляет 1,526 мПа·с, что примерно в 6 раз меньше вязкости воды.
Как и многие другие свойства, вязкость ртути уменьшается с повышением температуры. Это делает течение ртути более свободным при нагреве.
Удельное электрическое сопротивление
Ртуть обладает относительно высоким электрическим сопротивлением по сравнению с другими металлами. Однако и оно заметно понижается при нагреве.
- При 20°С удельное сопротивление ртути - 95,8 нОм·м
- При 100°С - 77,0 нОм·м
- При 200°С - 54,4 нОм·м
Это свойство ртути используется в различной электронной аппаратуре для создания точных и стабильных источников тока и напряжения.
Активная химическая деятельность
В чистом виде ртуть химически довольно инертна при комнатной температуре и слабо взаимодействует с большинством материалов и веществ.
Однако при повышении температуры свыше 150-200°С она начинает активно взаимодействовать с многими металлами и неметаллами - железом, никелем, серой, йодом и др.
Это необходимо учитывать при изготовлении различных приборов и устройств, где используется ртуть при высоких температурах.
