Quecksilber

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
¹⁹²Hg	{syn.}	4,85 h	ε	0,700	¹⁹²Au
¹⁹³Hg	{syn.}	3,80 h	ε	2,340	¹⁹³Au
¹⁹⁴Hg	{syn.}	444 a	ε	0,040	¹⁹⁴Au
¹⁹⁵Hg	{syn.}	9,9 h	ε	1,510	¹⁹⁵Au
¹⁹⁶Hg	0,15 %	Hg ist stabil mit 116 Neutronen
¹⁹⁷Hg	{syn.}	64,14 h	ε	0,600	¹⁹⁷Au
¹⁹⁸Hg	9,97 %	Hg ist stabil mit 118 Neutronen
¹⁹⁹Hg	16,87 %	Hg ist stabil mit 119 Neutronen
²⁰⁰Hg	23,1 %	Hg ist stabil mit 120 Neutronen
²⁰¹Hg	13,18 %	Hg ist stabil mit 121 Neutronen
²⁰²Hg	29,86 %	Hg ist stabil mit 122 Neutronen
²⁰³Hg	{syn.}	46,612 d	β^-	0,462	²⁰³Tl
²⁰⁴Hg	6,87 %	Hg ist stabil mit 124 Neutronen
²⁰⁵Hg	{syn.}	5,2 min	β^-	1,531	²⁰⁵Tl
²⁰⁶Hg	{syn.}	8,15 min	β^-	1,308	²⁰⁶Tl

NMR-Eigenschaften

	¹⁹⁹Hg	²⁰¹Hg
Kernspin	1/2	-3/2
gamma / rad/T	4,769 · 10⁷	1,765 · 10⁷
Empfindlichkeit	0,00567	0,00144
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	35,7 M Hz	13,2 M Hz

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Das chemische Element Quecksilber ist ein Metall. Es ist das einzige Metall und neben Brom das einzige Element, das bei Raumtemperatur und -druckverhältnissen flüssig ist. Aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung benetzt Quecksilber seine Unterlage nicht, sondern bildet abgeplattete einzelne Tröpfchen (Kohäsion). Es ist wie jedes andere Metall elektrisch leitfähig.

Quecksilber bedeutet ursprünglich lebendiges Silber (althochdeutsch quecsilbar zu germanisch kwikw „lebendig“). Das chemische Symbol des Quecksilbers ist Hg. Das ist die Abkürzung von hydrargyrum, zusammengesetzt aus den griechischen Wörtern hydor „Wasser“ und argyros „Silber“, sowie dem lateinischen Suffix -um. Der Ausdruck ist somit latinisiertes Griechisch und kann mit „flüssiges Silber“ übersetzt werden.

Die Frage, warum Quecksilber flüssig ist, findet sich in der Betrachtung der Bindung zwischen den Quecksilberatomen. Quecksilber hat eine einmalige Elektronenkonfiguration, die keine stabile Bindung zwischen den einzelnen Atomen zulässt. Die Atome aller anderen bei Raumtemperatur festen Metalle werden durch das sogenannte Elektronengas elektrostatisch zusammengehalten, welches aus delokalisierten Elektronen der äußeren Schale der Atome besteht. Die Metallbindung kommt durch sogenannte Bänder zustande, welche sämtliche Elektronen eines Energieniveaus enthalten. Solche Bänder werden benötigt, um das Pauli-Prinzip zu erfüllen. Bei der metallischen Bindung springen Elektronen vom Valenzband, dem energetisch am höchsten liegenden mit Elektronen vollbesetzte Band, ins Leitungsband, dem nicht komplett aufgefüllten Band, und zurück. Durch diese Wechselwirkung werden die Atome zusammengehalten. Als Element der 12. Gruppe des PSE besitzen Quecksilberatome komplett gefüllte s- und d-Orbitale, was eine sehr stabile und energetisch günstige Konstellation bedeutet. Das Leitungsband ist leer. Bei Zink und Cadmium, die in der selben Gruppe des PSE wie Quecksilber stehen, jedoch bei Raumtemperatur fest sind, ist der energetische Unterschied zwischen dem Valenzband zum Leitungsband so gering, dass Elektronen problemlos vom Valenz- ins Leitungsband springen können. Es kommt zu einer metallischen Bindung. Die Besonderheit bei Quecksilber liegt in dem zusätzlichen f-Orbital, was Zink und Cadmium nicht besitzen. Während Zink und Cadmium jeweils 12 Elektronen in der äußersten Schale haben, hat Quecksilber 26 darin. Aufgrund der Lanthanoidenkontraktion und des relativistischen Effekts kommt es zu einem Massezuwachs und einer besseren Abschirmung der Kernladung. Besetzte Orbitale werden so näher an den Kern herangezogen, so das Valenzband des Quecksilbers. Unbesetzte Orbitale, das Leitungsband, werden nicht näher an den Kern gezogen, was zu einer gewaltigen Energiedifferenz zwischen Valenz- und Leitungsband führt, die bei Zink und Cadmium nicht auftritt. So können kaum Elektronen das Elektronengas, also auch keine genügsame Bindung, ausbilden. Dies erklärt zugleich auch die leichte Flüchtigkeit und die für Metalle schlechte Leitfähigkeit des Quecksilbers.

Gefahrenhinweis

Quecksilber ist ein äußerst giftiges Schwermetall. Direkter Hautkontakt ist unbedingt zu vermeiden. Besonders gefährlich sind aber auch Quecksilberdämpfe, die schon bei Raumtemperatur entstehen. Zu weiteren Gefahrenhinweisen siehe [1].

Vorkommen

Quecksilbervorkommen gibt es u. a. in Serbien, der Toskana, Italien, China und Spanien. Meist findet man es als Mineral in Form von Zinnober. Die Berichte über einen See aus gediegenem Quecksilber in Russland sind nicht belegbar. In Sibirien in der Nähe der Stadt Aktash gab es bis 1993 betriebene Quecksilberbergwerke. In etwa drei Kilometern Entfernung liegt der "Seelensee", der durch einen Fluss mit Abwassern aus der Quecksilbergewinnung verseucht wurde. Die Vegetation am Ufer des Sees zeigt deutlich die starke Umweltschädigung.

Verwendung

Thermometer

Die thermische Ausdehnung des Quecksilbers ist recht hoch und zwischen 0 °C und 100 °C direkt proportional zur Temperatur. Außerdem benetzt Quecksilber Glas nicht. Daher wird es gerne zum Einsatz in Thermometern benutzt. Bedingt durch seine starke Toxizität ist der Einsatz heutzutage auf den wissenschaftlichen Bereich beschränkt. Das erste Quecksilberthermometer wurde um 1720 von Daniel Gabriel Fahrenheit entwickelt. In einem Thermometer befinden sich im Schnitt 150 mg Quecksilber.

Barometer

Die alte Bauform des Barometers ist ein u-förmiges, aufrecht stehendes Rohr, welches auf einer Seite oben geschlossen ist. Eine Quecksilbersäule in der geschlossenen Hälfte sinkt nur soweit ab, bis der Luftdruck und die Gewichtskraft des Quecksilbers sich im Kräftegleichgewicht befinden. Die alte Maßeinheit Torr für den Luftdruck ist daher die Höhe der Quecksilbersäule, wobei 1 mm Quecksilbersäule 133,21 Pascal entsprechen.

Amalgam

Quecksilber bildet mit anderen Metallen spontan Amalgame. Amalgame werden verbreitet als Zahnfüllmittel eingesetzt. Näheres unter: Amalgam

Homöopathie

Quecksilber-Verbindungen finden sich in manchen hömöopathischen Präparaten. Verwendet werden dort typischer Weise lateinische oder griechische Bezeichnungen der Verbindungen.

Verbindung	Formel	griechisch	lateinisch
Quecksilber(II)-cyanid	Hg(CN)₂	Hydrargyrum cyanatum	Mercurius cyanatus Mercuricyanid
Quecksilber(II)-jodid	HgJ₂	Hydrargyrum bijodatum rubrum	Mercurius bijodatus Mercurius jodatus ruber
Quecksilber(I)-chlorid Quecksilberchlorür Calomel	Hg₂Cl₂	Hydrargyrum chloratum	Mercurius dulcis Mercurius chloratus
Quecksilber(II)-chlorid Sublimat	HgCl₂	Hydrargyrum bichloratum	Mercurius sublimatus corrosivus Mercurius corrosivus
Quecksilberamidonitrat (Mercuroamidonitrat), Quecksilber, Quecksilber(I)-oxid	NH₂Hg₂NO₃, Hg, Hg₂O	Hydrargyrum oxydulatum nigrum (Hahnemanni)	Mercurius solubilis (Hahnemanni)
Quecksilber(II)-sulfid Zinnober	HgS	Hydrargyrum sulfuratum rubrum	Mercurius sulfuratus ruber

Präparate: Otovowen.

Elektrolyse

Weiter spielt es eine große Rolle bei der Herstellung von Erdalkalimetallen. Während der Elektrolyse wird das reduzierte Erdalkalimetall durch Quecksilber in einem Amalgam gebunden, damit es nicht sofort wieder eine chemische Bindung eingeht (Chloralkali-Elektrolyse). Das Amalgam wird später thermisch aufgebrochen.

Goldwäsche

Bei der Goldwäsche wird Quecksilber verwendet um den feinen Goldstaub zu lösen, wodurch Goldamalgam entsteht (siehe Amalgamation). Beim Waschen und bei anschließendem Glühen zur Gewinnung reinen Goldes gelangt das Quecksilber in das Wasser beziehungsweise die umgebende Luft. Dies ist der Hauptgrund für die hohe Umweltverschmutzung bei dieser Art der Goldgewinnung. Früher wurde u.a. im Harz auf diese Weise auch Silber gewonnen. Siehe auch: Amazonas

Sonstige Anwendungen

Bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts war Quecksilber ein weit verbreites Mittel zur Behandlung der Syphilis. Dazu wurde das Quecksilber in der Regel auf die Haut aufgetragen oder gelegentlich sogar inhaliert, wobei es in vielen Fällen zu Vergiftungserscheinungen kam. Syphilis galt als Volksseuche und Anspielungen auf die Symptome der Syphilis sowie der damit einhergehenden Quecksilbervergiftung finden sich in vielen literarischen Werken der damaligen Zeit.

In manchen Ländern werden/wurden quecksilber-organische Verbindungen zum Beizen von Saatgut verwendet. Dabei kam es im Irak 1971-1972 zu Massenvergiftungen infolge des Verzehrs von Saatgut.

Verwendung findet das Metall weiterhin in Knopfzellen, Quecksilberdampflampen, Energiesparlampen. Früher wurde es auch in manchen Röhren der Elektronik wie Quecksilberdampfgleichrichtern, Ignitrons, Excitrons usw. verwendet. Daneben wird es auch in Neigungsschaltern und Neigungsmessern eingesetzt.

Quecksilber wurde in der Vergangenheit neben Wasser als Arbeitsmittel in Dampfkraftwerken verwendet. Der Dampf des Metalles erreichte dabei eine Temperatur von 500 °C bei einem Druck von 10 bar. Trotz seiner thermodynamischen Vorteile setzte sich das Verfahren wegen der Giftigkeit des Metalles nicht durch.

Quecksilber findet (bzw. fand vor allem in der Vergangenheit) auch Verwendung als Arbeitsmittel in Diffusionspumpen zur Erzeugung von Hochvakuum.

In der Astronomie wird Quecksilber zum Bau relativ preisgünstiger Teleskope mit großer Spiegelfläche verwendet: Quecksilber wird in einen tellerförmigen, luftgelagerten Spiegelträger gefüllt der dann in Rotation versetzt wird. Durch die Rotation verteilt sich das Quecksilber auf der gesamten Spiegelträgerfläche in dünner Schicht und bildet einen nahezu perfekten Spiegel.

Die Eigenschaft von Quecksilber, sich wie eine nichtbenetzende Flüssigkeit zu verhalten (Ausnahme in Verbindung mit Kupfer), ist Grundlage für die Quecksilber-Porosimetrie. Hierbei wird, vereinfacht gesagt, Hg unter Druck (0 bis 4000 bar) in Poren unterschiedlicher Größe gedrückt. Über den aufgewendeten Druck und das dabei „verbrauchte“ Hg können Aussagen über die Beschaffenheit, Form, Verteilung und Größe von Poren und Hohlräumen gemacht werden. Anwendung findet diese Methode unter anderem in der Mineralogie, Pharmazie und den Keramik-Wissenschaften.

Joan Miro hat unter anderem einen Quecksilberspringbrunnen gebaut. Um das Jahr 1000 gab es in den Palästen der Kalifen von Cordoba (Medina az-Zahra), Kairo und Bagdad mit Quecksilber gefüllte Becken, die für das Spiel mit Lichtwirkungen genutzt wurden, außerdem in großen Porphyrmuscheln angelegte Quecksilberteiche (für Kairo sind 50 Ellen im Quadrat überliefert).

Wichtige Quecksilberverbindungen

Quecksilber(I)-chlorid (Kalomel)
Quecksilber(II)-oxid
Quecksilber(II)-chlorid (Sublimat)
Quecksilber(II)-amidchlorid (D0602Z)
Quecksilber(II)-sulfid (Zinnober)
Quecksilber(II)-fulminat (Knallquecksilber))

Nachweis

Als Nachweisreaktion für Quecksilbersalze wird die Amalgamprobe durchgeführt: Die salpetersaure Lösung wird auf ein Kupferblech gegeben - zurück bleibt ein nicht abwischbarer, silbriger Amalgamfleck: $\mathrm {Hg^{2\operatorname {+} }+Cu\longrightarrow Hg+Cu^{2\operatorname {+} }}$

(Redoxreaktion: Quecksilberkationen oxidieren Kupfer zu Kupferionen und Quecksilber; letzteres bildet mit dem Kupferblech eine Legierung, Kupfer-Amalgam. Silbersalze bilden ebenfalls Flecke, jedoch ist das hier entstehende Silber fest und somit abwischbar; Silber wird daher besser mit Salzsäure als Chlorid gefällt, welches in verdünntem Ammoniak löslich ist; s.o.).

Trivia

Bei den mittelalterlichen Alchemisten symbolisierte das Einhorn das Quecksilber.

Literatur

Günther Tölg, Irmgard Lorenz: Quecksilber - ein Problemelement für den Menschen? Chemie in unserer Zeit 11(5), S. 150 – 156 (1977), ISSN 0009-2851
Klaus Brodersen: Quecksilber - ein giftiges, nützliches und ungewöhnliches Edelmetall. Chemie in unserer Zeit 16(1), S. 23 – 31 (1982), ISSN 0009-2851
Fritz Schweinsberg: Bedeutung von Quecksilber in der Umweltmedizin - eine Übersicht. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 7(5), S. 263-278 (2002), ISSN 1430-8681
Ebinghaus, Ralf et al.: Mercury Contaminated Sites - Characterization, Risk Assessment and Remediation. Springer Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63731-1
Watras, Carl J. and Huckabee, John W.: Mercury Pollution - Integration and Synthesis. Lewis Publishers, Ann Arbor 1994, ISBN 1-56670-066-3 LCCN 94-15244
Dr. med. Joachim Mutter: Amalgam - Risiko für die Menschheit. Quecksilbervergiftungen richtig ausleiten. Inhaltsangabe zum Buch Fit fürs Leben Verlag in der NaturaViva Verlags GmbH, 71256 Weil der Stadt. ISBN 3-89881-522-6

Siehe auch

Wiktionary: Quecksilber – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Minamata-Krankheit (chronische Vergiftung durch Quecksilber)
Hautaufhellung

Weblinks

Commons: Quecksilber – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien