80, Quecksilber (Hg)

Hydrargyrum, gr. hydor = Wasser, argentum = Silber, Wassersilber

Das Element Quecksilber:

         
  Ag Cd In  
  Au Hg Tl  
  Rg Cn Nh  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Quecksilber (Nukleosynthese): Quecksilber hat sieben natürlich vorkommende Isotope mit Massenzahlen zwischen 196 und 204, von denen nach heutigem Kenntnisstand sechs stabil, und eines sehr schwach radioaktiv ist.

Die Bildung von Hg-196 kann nur durch γ-Prozess aus Pt-196 heraus erklärt werden, zudem das Isotop nur mit 1,5 g/kg (0,15%) im Isotopengemisch vorkommt. Es gehört also zu den so genannten p-Kernen. Hg-198 (9,97% im nat. Isotopengemisch) wird vornehmlich mittels s-Prozessen in massereichen Roten Riesen fusioniert. Die Isotope Hg-199 (16,87%), Hg-200 (23,1%), Hg-201 (13,18%), Hg-202 (29,86%) und Hg-204 (6,87%) werden sowohl infolge s-Prozessen als auch nach Supernova-Explosionen durch r-Prozesse fusioniert.

Die Quecksilber-Synthese
196Hg-Synthese
(γ-Prozess):

196Pt + 821 keV → 196Hg + 2β-

198Hg-Synthese
(nur s-Prozess):

197Au + n → 198Hg + β- + 7,89 MeV

199Hg-Synthese
(s-, oder r-Prozess):

198Hg + n → 199Hg + 6,66 MeV

56Fe + 143n → 199Hg + 54β- + 1123 MeV

200Hg-Synthese
(s-, oder r-Prozess):

199Hg + n → 200Hg + 8,03 MeV

56Fe + 144n → 200Hg + 54β- + 1131 MeV

201Hg-Synthese
(s-, oder r-Prozess):

200Hg + n → 201Hg + 6,23 MeV

56Fe + 145n → 201Hg + 54β- + 1137 MeV

202Hg-Synthese
(s-, oder r-Prozess):

201Hg + n → 202Hg + 7,75 MeV

56Fe + 146n → 202Hg + 54β- + 1145 MeV

204Hg-Synthese
(s-, oder r-Prozess):

202Hg + 2n → 204Hg + 13,49 MeV

56Fe + 148n → 204Hg + 54β- + 1159 MeV



Ein Kilogrammm Quecksilber mit natürlicher Isotopenzusammensetzung hat eine Aktivität von ca. 1 Becquerel. Es ist also 31.000 mal schwächer radioaktiv als Kalium mit natürlicher Isotopenzusammensetzung. Daher kann die Aktivität als völlig ungefährlich bezeichnet werden.
Vorkommen von Quecksilber: Im Universum hat Quecksilber durchschnittlichen Anteil von 1 μg/kg Materie (Rang 61). Auf der Erde ist das Element ungefähr um den Faktor 8 angereichert worden; so beträgt sein Anteil am Gesamtaufbau unseres Planeten durchschnittlich 7,9 μg/kg (Rang 75), was es zu einem der seltensten nichtradioaktiven Elemente macht. Das meiste Quecksilber findet sich dabei in der Erdkruste, wo es durchsnittlich mit 850 μg/kg zu finden ist (Rang 67). Es ist damit in etwa so häufig wie das Silber.

Quecksilber-Mineralien. Das weitaus meiste Quecksilber kommt sulfidisch als HgS, Zinnober (auch Cinnabarit genannt) vor. Daneben findet man es seltener gediegen und noch seltener an Sauerstoff gebunden als Montroydit (HgO). Andere Quecksilbermineralien spielen faktisch keine Rolle. Im Übrigen ist Zinnober ungiftig, da HgS weder in Wasser noch in Säuren (Magensäure!) löslich ist.

Wichtige Quecksilber-Mineralien

Zinnober, HgS[1]

Gediegen Hg auf Zinnober[2]

Montroydit, HgO[1]


Quecksilber-Gewinnung:
Quecksilber wird durch Rösten von Zinnober in Schachtöfen gewonnen. Dabei entweicht das Quecksilber zusammen mit dem Schwefeldioxid gasförmig nach oben. Es wird an wassergekülten Röhrenkondensatoren niedergeschlagen und in wassergefüllten Eisenfallen gesammelt. Das so erhaltene Quecksilber hat eine sehr hohe Reinheit, da es kein anderes Element gibt, das sich im Prozess ebenso verhält wie das Quecksilber.

Ein Teil des gebildeten Quecksilbers sammelt sich jedoch in der Flugasche an, dem so genannten Stupp (Staub). Dieser wird gesammelt und in einer eisernen Presse (Stupp-Presse) abgepresst, wodurch ein Großteil des darin enthaltenen Quecksilbers entweicht. Dieses wird in Salpetersäure gereinigt, im Vakuum destilliert, und dem abkondensierten Quecksilber hinzugefügt. Der gepresste Stupp wird zusammen mit frischem Zinnober dem Prozess wieder zugeführt.


Hg-Gewinnung[6]
Chemie von Quecksilber: Quecksilber hat die Elektronenkonfiguration [Xe] 6s2 4f14 5d10. Neben dem abgeschlossenen d-Orbital ist auch der Zustand eines 6s-Orbitals mit 2 Elektronen energetisch begünstigt. Es liegt in seinen Verbindungen entweder in der Oxidationsstufe +1 oder +2 vor. Mit stärksten Oxidationsmitteln werden unter drastischen Bedingungen auch Verbindungen mit Hg(IV) gebildet.

Verhalten an der Luft: Quecksilber ist gegenüber Luft vollkommen beständig. Quecksilberoxid (HgO), welches durch Oxidation von Hg bei 350°C oder Zersetzung von Hg(NO3)2 gewonnen werden kann, zerfällt oberhalb 500°C wieder in die Elemente.

2Hg + O2 → 2HgO + 181.6 kJ


Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen. Gegenüber Wasser und Wasserdampf widersteht Quecksilber. Von nichtoxidierenden, luftfreien Säuren wird es nicht angegriffen. So widersteht es konzentrierter Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure. Von oxidierenden Säuren wird es langsam aufgelöst. So wird es von Salpetersäure unter NO2-Entwicklung zu Hg(NO3)2 gelöst. In wässrigen Alkalilaugen reagiert es nicht. Mit Alkalischmelzen findet gleichsam keine Reaktion statt, da sich das Hg hierbei verflüchtigt. HgO lässt sich nur in konzentrierten, heißen Alkalihydroxid-Lösungen zu Trihydroxidomercurat(II) auflösen.

Reaktionen mit Halogenen und Schwefel. Mit Fluor reagiert das flüssige Metall bei Erwärmen zu HgF2. Unter Druck bei sehr tiefen Temperaturen kann aus HgF2 und F2 HgF4 dargestellt werden. Es ist die bisher einzige Quecksilberverbindung mit Hg(IV). Mit Chlor, Brom und Iod reagiert Quecksilber leicht zu Halogeniden [Hg2]X2 und HgX2. Durch Verreiben mit Schwefelblüte reagiert Quecksilber zu Quecksilbersulfid (HgS).

Der Charakter von Quecksilber-Verbindungen. In mancherlei Hinsicht erinnert Quecksilber von seinem Verhalten her an ein Edelgas und nicht an ein Metall. So ist sein Dampf einatomig. Keine Quecksilberverbindung ist oberhalb von 645°C noch thermisch beständig, dies ist durchaus mit dem Verhalten der Xenonverbindungen vergleichbar. Die meisten Quecksilberverbindungen sind kovalent aufgebaut, auch jene mit Sauerstoff, Chlor, Brom oder Iod. Echte Quecksilber-Ionen bilden nur die Fluoride und einige Verbindungen mit wenig basischen Anionen (Nitrate, Perchlorate usw.) aus. So lässt sich beispielsweise Quecksilber(II)chlorid (Sublimat) aus der Reaktion einer Aufschlämmung von Quecksilberoxid und Natriumchlorid herstellen (wobei neben dem Quecksilber(II)chlorid freies Natriumhydroxid entsteht). Die Löslichkeit von Hg(OH)2 ist weit geringer als die von HgCl2, weswegen diese Reaktion so nicht stattfinden dürfte, wenn Ionen dabei im Spiel wären. Dies kann nur bedeuten, dass HgCl2 eine Moleküverbindung ist, da sonst kein Natriumhydroxid entstehen könnte.

Verschiedene Quecksilberverbindungen. Alle Quecksilberverbindungen mit Ausnahme von Quecksilbersulfid sind stark giftig. Es gibt zwei Reihen von Verbindungen: Einmal Verbindungen, die Quecksilber(II) enthalten, und zum anderen "Quecksilber(I)"-Verbindungen, die jedoch aus Diquecksilber-Clustern bestehen [Hg:Hg]2+.
  • Kalomel ist Quecksilber(I)chlorid (Hg2Cl2). Es färbt sich beim Zugeben von Ammoniak unter Ausscheidung elementarem Quecksilbers schwarz, da es hierbei zu Hg und Hg2+ disproportioniert.

  • Sublimat ist Quecksilber(II)chlorid (HgCl2). Es zeigt wie bereits erwähnt einige Reaktionen, die es als Moleküverbindung kennzeichnen.

  • Quecksilber(II)oxid, ein orangefarbenes Pulver, dass sich oberhalb von 500°C in Quecksilber und Sauerstoff zersetzt.

  • Quecksilber(II)nitrat ist eines der wenigen, leichtlöslichen, eher ionogen aufgebauten Hg-Verbindungen.

  • Zinnober ist Quecksilber(II)sulfid. Es stellt ein rotes Pulver dar, welches die einzige Quecksilberverbindung ist, die als ungiftig angesehen werden kann: Es ist in Wasser und Salzsäure sehr schwerlöslich (das Löslichkeitsprodukt von 10-52 zeigt, dass sich nur einzelne Ionen pro Liter Wasser lösen können).

  • Schmelzbares Präzipitat bezeichnet Diamminquecksilber(II)chlorid, Hg(NH3)2Cl2. Es kann durch Überleiten von Ammoniakgas über HgCl2 erhalten werden.

  • Unschmelzbares Präzipitat bezeichnet Quecksilber(II)amidchlorid, Hg(NH2)Cl. Es entsteht beim Versetzen einer Quecksilber(II)chlorid-Lösung mit Ammoniakwasser.

  • Die Millonsche Base und ihre Salze. Durch die Reaktion von Quecksilber(II)oxid mit Ammoniak entsteht die Millonsche Base, Nitridodiquecksilberhydroxid, [Hg2N]OH. Auch die Reaktion von Quecksilberhalogeniden, (Chlorid, Bromid, Iodid, nicht Fluorid) (Hg2X2 oder HgX2) oder Quecksilberhalogenidokomplexen (HgX42-) mit Ammoniak führt zu Salzen der Millonschen Base; im Falle der Chloride erst beim Kochen, im Falle der Iodide auch schon bei Zimmertemperatur. Neßlers Reagenz enthält K2HgI4, welches selbst mit geringsten Spuren von Ammoniak durch Ausfällung von braunem [Hg2N]I reagiert.
Amalgame nennt man die Legierungen zwischen Quecksilber und anderen Metallen. Hg legiert sich mit den meisten Metallen. Nicht legierbar ist es mit Vanadium, Chrom, Niob, Tantal, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Wolfram, Rhenium, Osmium und Iridium. Daher kann man Quecksilber in Stahlflaschen aufbewahren kann.

Einige Quecksilberverbindungen

Quecksilber(II)oxid, HgO[3]

Quecksilber(I)chlorid, Kalomel, Hg2Cl2[4]

Quecksilber(II)iod, HgI2[3]

Quecksilber(II)sulfat, HgSO4[5]

Quecksilber(II)chlorid, Sublimat, HgCl2[6]

Quecksilber(II)sulfid, Zinnober, HgS[7]
Physikalische Besonderheiten von Quecksilber bzw. von seinen Verbindungen: Warum Quecksilber flüssig ist. Ein Hg-Atom hat - wie bereits bei den chemischen Eigenschaften erwähnt - neben dem abgeschlossenen d-Orbital nur noch zwei s-Elektronen auf seiner äußerten Schale. Diese s-Elektronen sind dank relativistischer Effekte vergleichsweise stark an das Atom gebunden. Dies erschwert zum einen die Abspaltung während chemischer Reaktionen, wodurch der kovalente Charakter vieler Hg-Verbindungen erklärt werden kann. Andererseits hat Hg im Vergleich zu anderen Metallen geringe elektrische Leitfähigkeit. Auch dieser Umstand rührt von der schlechten Abspaltbarkeit der s-Elektronen her, die nur vergleichsweise schwer in das Leitungsband zwischen den Hg-Atomen zur Ausbildung einer Metallbildung übergehen: Die Bindungsenergie zwischen den Hg-Atomen in der Metallbindung beträgt gerade einmal 8,1 kJ/mol - ein Wert, der nicht wesentlich höher als die Van-der-Waals-Bindungsenergie zwischen Edelgasatomen ist. Es ist folglich nur wenig Energie nötig, um diese Bindungen zu trennen: Quecksilber schmilzt daher schon bei -39°C und siedet bei 357°C. Es ist das einzige Metall, welches bei Raumtemperatur durch Verdunstung einen einatomigen Metalldampf erzeugen kann.
Verwendung von Quecksilber und seinen Verbindungen : Quecksilber und seine Legierungen (Amalgame):
  • Quecksilberdampflampen und so genannte "Energiesparlampen" enthalten als Füllgas Quecksilberdampf. Dieser sendet bei energetischer Anregung sichtbares Licht aus.

  • Füllflüssigkeit für Thermometer. Aufgrund seines Aggregatzustandes wurde Quecksilber bis 2009 zur Füllung von Fieberthermometern verwendet.

  • Füllflüssigkeit für Manometer im wissenschaftlichen Bereich. Eine Säule aus Hg der Höhe 760mm hält dem Luftdruck die Waage (eine vergleichbare Wassersäule müsste 10,30 m hoch sein!) Daher verwendet man das Metall als Flüssigkeit für wissenschaftliche Manometer im Laborbereich.

  • Goldgewinnung. Quecksilber legiert sich mit Goldstaub zu Goldamalgam. Durch Destillieren des Quecksilbers kann daraus Gold gewonnen werden, weswegen man es zum Auswaschen goldhaltigem Gesteins benutzt, um auch feinstverteiltes Gold daraus gewinnen zu können (Goldgewinnung).

  • Zahnfüllungen aus Silberamalgam. Amalgame aus Ag und Hg härten nach ca. 5 bis 10 min aus, weswegen man sich die plastischen Eigenschaften zunutze macht, um das Amalgam zur Herstellung von sich an die Hohlräume eines von Karies befreiten Zahnes anpassenden Plomben herzustellen. Die davon ausgehenden Gesundheitsgefahren werden in der Wissenschaft seit bereits 200 Jahren kontrovers diskutiert.

  • Neigungsschalter haben einen elektrischen Kontakt aus Quecksilber, welcher beim Kippen in eine bestimmte Richtung einen Stromkreis schließt (oder öffnet).

  • Medizin. Früher wurde elementares Hg zum Öffnen von Darmverschlüssen verwendet: Hierzu nahm der Patient mehrere Kilogramm des Schwermetalls zu sich. Durch seine hohe spezifische Dichte sollte es Verschlüsse öffnen, so dass der Patient - wenn er die Anwendung überlebte - das Metall wieder ausschied und geheilt war. Elementares Quecksilber ist relativ ungiftig, da es vom Körper kaum resorbiert wird.
Quecksilberverbindungen:
  • Desinfektionsmittel zur Wundbehandlung ("Mercurochrom") enthielten bis 2003 noch Quecksilber in Form eines Fluoroescin-Komplexes. Früher wurden auch Quecksilber(II)chlorid (Sublimat) zur Desinfektion in Krankenhäusern benutzt.

  • Medizin. Früher wurden Quecksilberverbindungen gegen verschiedene Krankheiten in der Medizin benutzt. Bis in die 20er Jahre des 20. Jahrhunderts wurde die graue Salbe, deren wirksamer Bestandteil Quecksilber war, als Mittel gegen die Syphilis verwendet. Die gelbe Salbe enthielt Quecksilberoxid, und wurde als Mittel bei Hautkrankheiten, wie zur Behandlung von Ekzemen verwendet. Die weiße Salbe enthielt das "unschmelzbare Präzipitat", Hg(NH2Cl, und hatte gleiche Anwendung. Kalomel (Hg2Cl2) wurde als Abführmittel verwendet.

  • Pflanzenschutzmittel durften bis 1984 in Deutschland ebenfalls noch Quecksilberverbindungen (beispielsweise Methyl- oder Phenylqueckilber) enthalten.
Verwendung von Quecksilber und seinen Verbindungen

"Energiesparlampe"[9]

Altes Fieberthermometer[10]

Quecksilbermanometer[11]

Zahn mit Amalgamfüllung.[12]

Neigungsschalter.[13]

Mercurochrom™[6]


Biologische Bedeutung von Quecksilber: (Aus der Wikipedia)

Wirkung des Quecksilbers auf den Organismus: Im Körper kann Quecksilber (insbesondere Hg2+-Ionen) gut vom Darm resorbiert werden. In die Blutlaufbahn gelangt, können diese Ionen dann auf verschiedene Art toxische Wirkung entfalten. Hierzu zählt z.B. die Methylierung von Quecksilber durch Methyltransferasen. Hierdurch schädigt sich der Organismus selbst, indem er ein starkes Gift aufbaut (Dimethylquecksilber), das zudem besser durch Membranen transportiert werden kann als Quecksilber selbst. Dadurch ist eine schnelle Ausbreitung im Körper möglich.

Zudem besitzen Quecksilber-Ionen eine hohe Affinität zu Schwefel, der vor allem in Proteinen vorkommt. Quecksilber zerstört Proteine durch Wechselwirkungen mit deren Schwefelatomen oder spaltet Schwefelbrücken auf, die für den komplexen Bau und damit die Funktion der Proteine unverzichtbar sind. Besonders Nervengewebe ist von letzterer Interaktion stark betroffen, woraus sich die unten genannten Symptome (Störung der ZNS-Funktion) ergeben.

Akute Vergiftung: Die ersten Symptome einer akuten Vergiftung sind: Kopfschmerzen, Übelkeit, Schwindel, trockener Mund-Rachen-Raum. Es muss sofort ein Arzt aufgesucht oder eine Giftnotrufstelle kontaktiert werden, da die Schäden meist irreparabel sind, wenn nicht sofort Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Als tödlich wird eine Menge von 150–300 mg angesehen. Langzeitschäden sind oft Nieren- und Leberschäden. Aufbauend auf umfangreichen Sicherheitsuntersuchungen für die mit 20000 kg Quecksilber betriebene Spallationsneutronenquelle SNS in den USA hat die amerikanische Umweltbehörde EPA 2010 erstmals Richtwerte (Acute exposure guideline level AEGL) für akute Vergiftungen mit Quecksilberdampf veröffentlicht.

Ein berühmtes Beispiel für eine akute Vergiftung mit Dimethylquecksilber ist die US-amerikanische Forscherin Karen Wetterhahn. Bei ihr traten die ersten Symptome Monate nach dem Arbeitsunfall auf, an den sie sich erst dann erinnerte. Ein knappes Jahr später verstarb sie an den Folgen.

Bei einem zerbrochenen Quecksilberthermometer dürfte die Menge der austretenden D&amul;mpfe zu gering sein, um akute Vergiftungserscheinungen zu verursachen.

Chronische Vergiftung: Wesentlich häufiger sind chronische Vergiftungen durch geringe Dosen Quecksilber, das über die Nahrung aufgenommen wird (Minamata-Krankheit). Wird Quecksilber in einem geschlossenen Raum verschüttet, so kann es versickern und noch lange giftige Dämpfe bilden. Das in der Zahnmedizin verwendete Amalgam wird als weitere Ursache chronischer Quecksilbervergiftungen kontrovers diskutiert: Einige Wissenschaftler weisen auf seine Anfälligkeit gegenüber Verarbeitungsfehlern hin, andere stufen es als unbedenklich ein.

Im 18. Jahrhundert traten chronische Vergiftungen bei einigen Berufsgruppen auf, die häufigen Umgang mit Quecksilber- und Quecksilbersalzen hatten (→ "Hutmachersyndrom"). Zu dieser Zeit wurden noch viele und oft angewendete quecksilberhaltige Arzneimittel hergestellt; heute gibt es nur noch wenige solche Mittel und meist ausschließlich zur äußeren Anwendung (Beispiel: Thiomersal).

Ein berühmtes Beispiel für eine chronische Vergiftung ist der deutsche Chemiker Alfred Stock, der in seinem Labor sehr viel anorganisches Quecksilber hatte. Mit seinem Artikel "Die Gefährlichkeit des Quecksilberdampfes" löste er in den 1920er Jahren einen "polemischen Schlagabtausch konträr gesinnter Wissenschaftler" aus.[8]

Giftigkeit. Die größte Giftigkeit haben Quecksilber(II)salze in löslicher Form, ebenso die Dämpfe des Schwermetalls. Elementares Quecksilber in flüssiger Form wird durch den Verdauungskanal nur wenig resorbiert. Zinnober gilt als einzige Hg-Verbindung bis heute als ungiftig.
Sonstiges: Quecksilber in der Kultur. Schon von jeher waren Menschen von dem flüssigen Metall fasziniert. So galt es als Symbol von Macht und Reichtum. Im Mayareich gab es Quecksilberteiche, die für rituelle und kultische Handlungen benutzt wurden. Der Herrscher der Maya, Yax K' uk' Mo (Regierungszeit ca. 426-437) wurde in unterirdischen Grabanlagen bestattet, die von nachgebildeten Flüssen aus Quecksilber umgeben waren. Auch der chinesische Kaiser Qin Shi Huangdi (259 bis 210 v.Chr.) wurde in einer ganz ähnlichen Grabanlage bestattet.

Alchemie. Das bewegliche Quecksilber war dem römischen Handelsgott Merkur (engl. heute noch Mercury!) zugeordnet. Das Quecksilber wurde mit dem metallischen Prinzip gleichgesetzt, d.h. es sollte möglich sein, alle Metalle aus dem Quecksilber (zusammen mit Schwefel) herstellen zu können.
Quellen: [1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Rob Lavinsky. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Parent Géry. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: W. Oelen. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[4] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: David Aldridge. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[5] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Cappacio. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[6] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[7] Fotomontage durch Einfärbung von Eisenoxid. Bildquelle des Originalbildes: Wikimedia Commons. Urheber: Benjah-bmm27. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[8] Wikipedia. Artikel: Quecksilbervergiftung, gekürzt.

[9] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Ikiwaner. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[10] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Gelegenheitsautor. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[11] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Hannes Grobe. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[12] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Ulrich Birkhoff. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[13] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Medvedev. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.