Quecksilber mit dem Schwerpunkt Toxikologie

INHALTSVERZEICHNIS

1. Das Hutmachersyndrom - Eine Quecksilbervergiftung

2. Eigenschaften
2.1. Physikalische und atomare Eigenschaften
2.2 Chemische Eigenschaften

3. Vorkommen, Herstellung, Nachweis und Gewinnung
3.1 Vorkommen
3.2 Herstellung
3.3 Nachweis
3.4 Verwendung

4. Namensherkunft und Geschichte
4.1 Namensherkunft
4.2 Geschichte

5. Toxikologie
5.1 Aufnahme und Wirkung im Körper
5.2 Symptome
5.3 Therapie

6. Quecksilber als aktuelles Problem am Beispiel der Minamata-Krankheit

7. Literatur- und Quellenverzeichnis

8. Abbildungsverzeichnis (Stand: 07.11.2016)

1. Das Hutmachersyndrom - Eine Quecksilbervergiftung

Es ist eine der bekanntesten Szenen aus Alice im Wunderland: Während der Teeparty sitzt der Hutmacher am Tisch mit Märzhase, Haselmaus und Alice. Er redet in wirren Sätzen, ist unfreundlich, eigensinnig, hibbelig und sprichwörtlich ,,mad as a hatter‘‘. Doch warum wurden Hutmacher oftmals als verrückt bezeichnet? Der Grund dafür ist, dass für das Gerben des Filzes für die Zylinder das hochgiftige Quecksilber verwendet wurde. Der Hutmacher leidet also an einer chronischen Quecksilbervergiftung. Die Folgen dieses Hutmachersyndroms sind unter anderem Nervenschäden, Unruhe, Halluzinationen, Wesensveränderungen und eine nachlassende Intelligenz. [i1] [i2]

Abb. 1: Teeparty in Alice im Wunderland (für Publikation entfernt)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quecksilbervergiftungen gibt es aber nicht nur im Film, sondern auch in der Realität.

Im Folgenden sollen nun zuerst die Eigenschaften von Quecksilber erläutert werden und anschließend seine Bedeutung in der Geschichte. Da Quecksilber ein Schwermetall ist, wird im fünften Punkt die Toxikologie, also Aufnahme, Wirkung und Symptome, erklärt. Es folgt die Beschreibung von Therapiemöglichkeiten, zum Beispiel mit Hilfe des Gegenmittels Dimercaptopropansulfonsäure. Abschließend soll die Frage der Problematik von Quecksilber beantwortet werden.

2. Eigenschaften

2.1. Physikalische und atomare Eigenschaften

Quecksilber (Symbol: Hg) ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 80. Es befindet sich in der 2. Nebengruppe (,,Zinkgruppe‘‘) und ist ein Metall. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist glänzt es silbern.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Elementares Quecksilber

In seinen Eigenschaften unterscheidet sich Hg sehr von den im Periodensystem senkrecht über dem ihm stehenden Metallen Cadmium und Zink. Hg zeigt mehr Verwandtschaft mit den Edelmetallen. Die Ursache dafür ist, dass es sich in der Spannungsreihe rechts von Wasserstoff befindet. Der Dampfdruck von Hg ist vergleichsweise hoch; in [2] ist er bei 20°C mit 0,0017 mbar angegeben. Die Elektronegativität liegt bei 1,9. [i7]

Das Atomgewicht von Hg beträgt 209.59. Hg hat eine sehr hohe Dichte (13,534 g/cm3 bei 25°C) [2]. Sie ist circa sechsmal so hoch wie die von Wasser; Hg wird deshalb von Wasser nicht benetzt. [1]

Beim Vergleich der Oberflächenspannung bei 20 °C von Quecksilber (476,00 in mN/m) und Wasser (72,75 in mN/m) wird deutlich, fällt auf, dass diese ebenfalls fast sechsmal so groß ist. Selbst Eisen schwimmt auf Hg. [i23]

Die Wärmeleitfähigkeit ist mit 8,3 die niedrigste unter den Metallen [i17], und auch die Stromleitfähigkeit ist eher schlecht.

Der Schmelzpunkt liegt bei -38,84° C und der Siedepunkt bei 356,5° C. Quecksilber ist bei Raumtemperatur also flüssig ist, gibt aber dennoch giftige Dämpfe ab. [2]

Doch warum ist der Schmelzpunkt so niedrig (zum Vergleich: der Schmelzpunkt von Gold liegt bei 1064°C)?

Der Grund ist die Elektronenstruktur des Quecksilbers, die sich mit der speziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein erklären lässt. Mit dieser Theorie beschreibt Einstein die Eigenschaften von sehr schnell bewegter Materie. Das trifft auch für das Hg-Atom zu. Die 80 Elektronen kreisen um den schweren Kern; besonders schnell sind dabei die 26 Elektronen auf den inneren Schalen. Einstein besagt: je schneller sie kreisen, desto mehr Masse gewinnen sie. Die Folge ist, dass diese Elektronen die positive Ladung des Kerns besser nach außen abschirmen. Dadurch verändert sich die Elektronenstruktur und die Elektronen können nur noch schwer von einem niedrigen Orbital auf ein höheres springen. Letztendlich verhindert dies, dass sich stabile Bindungen zwischen Quecksilberatomen ausbilden, und erklärt, warum es das einzige bei Raumtemperatur flüssige Metall ist. [i3]

,,Ohne diese [relativistischen] Effekte läge der Schmelzpunkt von kristallinem, sprich festem Quecksilber um 105 Grad Celsius höher und es wäre bei Raumtemperatur nicht flüssig, sondern fest. “, erklärt der Heidelberger Wissenschaftler Michael Wormit. [i4]

2.2 Chemische Eigenschaften

Die drei Erscheinungsformen von Hg sind das gediegene Metall, ein- oder zweiwertige anorganische Verbindungen und organische Verbindungen. [3]

Hg kommt in seinen Verbindungen in den Oxidationsstufen +1 und +2 vor.

Quecksilber-(I)-Verbindungen enthalten die Einheit [Hg-Hg]+2 mit einer kovalenten Hg-Hg-Bindung. Diese Ionen disproportionieren sehr leicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Beispiel: Quecksilber-(I)-Halogenoide

Sie besitzen die Form X-Hg-Hg-X, sind linear gebaut und oft toxisch (siehe 4. Toxizität).

Ein Beispiel ist HgCl2 (Kalomel). Außer Hg2F2 sind sie in Wasser schwer löslich. [1]

Quecksilber-(II)-Verbindungen bevorzugen kovalente Bindungen, nur Hg2F2 ist ein richtiges Salz. [2]

Beispiel: Zinnober

Eine in der Natur vorkommende Modifikation von HgS ist der rote Zinnober. Er besteht aus [Hg-S]-Ketten. Die Synthese von HgS ist: Hg2++S2 → HgS (schwarz)

Durch Erhitzen von schwarzem Zinnober entsteht roter Zinnober. [2]

Die Legierung aus Quecksilber und einem anderen Metall wie Blei, Cadmium, Gold, Kalium, Kupfer, Natrium, Silber, Zink oder Zinn nennt man Amalgam. [i5] Eine Ausnahme bildet Blei, da dieses nicht in Hg löslich ist. Es wird deshalb oft als Behältermaterial verwendet. Amalgame sind je nach Quecksilberanteil flüssig oder fest. [i6]

3. Vorkommen, Herstellung, Nachweis und Gewinnung

3.1 Vorkommen

Der Anteil des Quecksilbers an der obersten Erdkruste beträgt circa 5 × 10-5 %, es ist somit das 62. häufigste Element. Das wichtigste Hg-Mineral ist der Zinnober. Andere Verbindungen wie Kalomel (Hg2Cl2) und Coloradoit (HgTe) oder ,,gediegenes‘‘ elementares Hg sind seltener. [2] Quecksilbervorkommen gibt es meist an Stellen mit erloschenen Vulkanen, zum Beispiel in Russland, China, USA, Algerien, Mexiko, Brasilien, Peru, Tschechien, Rumänien und in der Türkei. Die größte Zinnober-Lagerstätte der Welt, die auch schon seit der Antike bekannt ist, befindet sich in Almadén in Südspanien. [i7]

3.2 Herstellung

Reines Quecksilber wird durch das Erhitzen von Quecksilbersulfid während ständiger Luftzufuhr bei über 400°C hergestellt. Es entstehen dabei die beiden Gase Quecksilber und Schwefeldioxid:

HgS + O2 → Hg + SO2

Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung mit gebranntem Kalk oder mit Eisenspänen:

4 HgS + 4 CaO → 4 Hg + 3 CaS + CaSO4

HgS + Fe → FeS + Hg [i7]

Die Quecksilberdämpfe werden in wassergekühlten Röhren aufgefangen und verdichtet und anschließend in Behältern gesammelt. Das Quecksilber hat eine Reinheit von 99,9%. Zur Reinigung von Schwermetallen wird das Quecksilber mehrmals durch eine dicke Schicht verdünnter Salpetersäure (HNO3) gegossen. Des Weiteren lässt man es im Labor durch fein durchlöchertes Papier oder Leder fließen, um feste Verunreinigungen zu entfernen. [2]

3.3 Nachweis

Quecksilber-Ionen werden mit der Amalgamprobe nachgewiesen. Dabei reduziert Kupfer Quecksilbersalze bei Zugabe einer Säure zu metallischem Quecksilber. Wenn tatsächlich Hg2+ vorhanden ist, bildet sich ein silbriger Amalgamfleck. Die Reaktionsgleichung dieser Redoxreaktion ist wie folgt:

Hg+2 + Cu → Hg + Cu+2 [i14]

3.4 Verwendung

Quecksilber wurde und wird noch immer auf vielfältige Weise genutzt. Im Folgenden werden einige Beispiele dargestellt. Quecksilber eignet sich sehr gut als Füllmittel für Thermometer, da seine Wärmeausdehnung zwischen 0°C und 100 °C direkt proportional zur Temperatur ist und das Glas nicht benetzt wird. [2] Wegen seiner Giftigkeit wird es heute aber kaum noch in handelsüblichen Thermometern, Barometern und Blutdruckmessern verwendet, sondern nur noch in der Wissenschaft, wenn sehr genaue Messungen erforderlich sind. [i7] Ein weiterer Nachteil von des Schwermetalls ist der Schmelzpunkt bei -38,84°C, sodass diese Thermometer in sehr kalten Regionen nicht funktionsfähig sind.

In der Industrie spielt Quecksilber in Form einer Natrium-Quecksilber-Legierung bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse als Kathodenmaterial eine große Rolle. Auch hier wird nach weniger toxischen Alternativen gesucht, um die Umweltemissionen zu senken.

Seit 2009 dürfen statt Glühbirnen nur noch Energiesparlampen verkauft werden. Das sind Quecksilberdampflampen, bei denen durch das Anlegen einer Hochspannung hauptsächlich UV-Licht entsteht. Dem niedrigeren Energieverbrauch steht entgegen, dass die Lampen als Sondermüll entsorgt werden müssen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Amalgamfüllung

[...]