Quecksilber

Die Metallbindung in Quecksilber kommt durch delokalisierte Elektronen zustande. Diese Elektronen nehmen bestimmte, diskrete Energieniveaus in Bändern ein, die durch die Verbreiterung atomarer Zustände durch Wechselwirkung entstehen. In flüssigen Metallen wie Quecksilber existiert keine periodische Struktur. Daher ist der Quasiimpuls keine gute Quantenzahl und die elektronische Bandkonfiguration nicht in der Brillouin-Zone darstellbar, wie sonst für feste Metalle üblich. Durch das Pauli-Prinzip füllen die Elektronen dennoch nach und nach die Energiezustände auf, nur das Leitungsband bleibt unvollständig besetzt. Die Elektronen in diesem Band sind delokalisiert und bilden das Elektronengas. Auch klassisch lässt sich die elektrische Leitfähigkeit durch diese Elektronen erklären.[54]

Quecksilber ist bei Raumtemperatur flüssig. Ursache dafür sind die Eigenschaften der Bindungen zwischen den Quecksilberatomen. Zunächst hat Quecksilber eine sehr spezielle Elektronenkonfiguration. Als Element der 12. Gruppe des Periodensystems besitzen Quecksilberatome komplett gefüllte s- und d-Atomorbitale, was eine sehr stabile und energetisch günstige Konstellation bedeutet. Das Leitungsband ist dadurch leer. Bei den leichteren Homologen Zink und Cadmium, die in derselben 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, wodurch eine Metallbindung zustande kommt.

Die Besonderheit bei Quecksilber liegt in dem mit 14 Elektronen vollständig gefüllten 4f-Orbital. Aufgrund der Lanthanoidenkontraktion und des relativistischen Effekts kommt es zu einem Massezuwachs und einer weniger effizienten Abschirmung der Kernladung. Erst kürzlich konnte mittels Monte-Carlo-Simulation nachgewiesen werden, dass die Schmelzpunktanomalie des Quecksilbers tatsächlich relativistischen Effekten geschuldet ist. Ohne relativistische Effekte wäre ein Schmelzpunkt zu erwarten, der um 105 K höher liegen würde als der experimentell beobachtete.[53]

Besetzte Orbitale werden dadurch näher an den Kern herangezogen, ebenso das Valenzband des Quecksilbers. Unbesetzte Orbitale wie das Leitungsband werden jedoch nicht Richtung Kern verlagert, was zu einer besonders großen Energiedifferenz zwischen Valenz- und Leitungsband führt, die bei Zink und Cadmium deutlich geringer ist. So können kaum Elektronen das Valenzband verlassen und das Leitungsband erreichen, wodurch die Metallbindung außergewöhnlich schwach ausfällt. Dies erklärt zugleich auch die Flüchtigkeit und die für Metalle untypisch schlechte Leitfähigkeit des Quecksilbers.

Der für Quecksilber angegebene Schmelzpunkt von -38,836 °C basierte auf der IPTS-68 (The International Practical Temperature Scale of 1968). Nachdem die ITS-90-Werte die IPTS-68 ablösten, mussten die Schmelz- und Siedepunkte angepasst werden. Nach der ITS-90 liegt der Tripelpunkt von Quecksilber bei -38,8344 °C (einer der Fixpunkte für die Definition der ITS-90[55]), wenn der Druck etwa 10⁻³ Pa beträgt. Mit der Korrektur für den Normaldruck beträgt der Schmelzpunkt bei 0,101325 MPa also -38,8290 °C.[56]

Bei steigendem Druck tritt eine Schmelzpunkterhöhung auf.[57] Die Druckabhängigkeit des Schmelzpunkts wurde anhand kleiner Proben mit 4,8 + 0,2 mK bar⁻¹ ermittelt.[58] Weitere wichtige Größen beim Übergang zwischen den Aggregatzuständen sind die Siedetemperatur unter Normbedingung von 356,6183 °C, der Tripelpunkt bei −38,8344 °C[59] und 0,000165 Pa, sowie der kritische Punkt bei 1764 ± 1 K und 167 ± 3 MPa.[52] Verunreinigungen verändern jedoch alle Phasenumwandlungstemperaturen.

Die thermische Ausdehnung des Quecksilbers ist, verglichen mit anderen Flüssigkeiten, knapp eine Größenordnung niedriger, zeigt aber im Bereich zwischen 0 °C und 180 °C nur etwa 2 Prozent Linearitätsfehler:

${\displaystyle V(\theta )=V_{0}\left(1+1{,}82\cdot 10^{-4}{\frac {\theta }{^{\circ }\mathrm {C} }}+7{,}8\cdot 10^{-9}{\frac {\theta ^{2}}{^{\circ }\mathrm {C} ^{2}}}\right).}$

Außerdem benetzt Quecksilber Glas nicht und ist visuell gut zu erfassen. Daher eignet es sich zum Einsatz in Flüssigkeitsthermometern und Kontaktthermometern. Als Außenthermometer in sehr kalten Regionen kann es aber auf Grund seines Schmelzpunktes (−38,83 °C) nur bedingt verwendet werden.

Bedingt durch seine starke Toxizität ist der Einsatz heutzutage auf den wissenschaftlichen Bereich beschränkt; Quecksilber kann teilweise – je nach Temperaturbereich – durch gefärbte Füllungen aus Alkohol, Petroleum, Propylencarbonat, Pentan, Toluol, Kreosot, Isosamylbenzoat, hydriertem Mineralöl oder Galinstan sowie durch elektronische Thermometer ersetzt werden.

Das erste brauchbare Quecksilberthermometer wurde um 1720 von Daniel Gabriel Fahrenheit entwickelt. In einem Thermometer befinden sich im Schnitt 150 mg Quecksilber. In einem Fieberthermometer kann die Menge bis zu 1 g betragen. Dies entspricht in etwa einem Kügelchen von 5,2 mm Durchmesser.

Seit dem 3. April 2009 ist das Inverkehrbringen von neuen quecksilberhaltigen Fieberthermometern, Barometern und Blutdruckmessgeräten innerhalb der EU verboten; ausgenommen hiervon sind Messgeräte für den wissenschaftlichen oder medizinischen Gebrauch sowie Alt- und Gebrauchtgeräte.[61]

Manometer mit Quecksilbersäule

Die klassische Bauform eines Manometers („Druckdifferenzmessers“) ist ein U-Rohr, dessen Enden mit den beiden Druckatmosphären über Leitungen verbunden sind. Bis in die heutige Zeit ist Quecksilber als Manometerflüssigkeit weit verbreitet. Die Vorteile von Quecksilber sind: hohe Dichte, das Nichtbenetzen von Glas und der vernachlässigbare Dampfdruck. Quecksilber ist zwar farblos doch undurchsichtig.

Die einfachste und älteste Bauform des Barometers ist ein stabiles einseitig geschlossenes Glasrohr von etwa 4–6 mm Innendurchmesser, das mit dem geschlossenen Ende nach unten gehalten randvoll mit Quecksilber gefüllt, dann mit dem Daumen verschlossen, umgekehrt aufgerichtet und samt dem Daumen unter den Quecksilberspiegel in einen breiten, halbvollen Becher getaucht wird, bevor der Daumen die nun untenliegende Öffnung wieder freigibt.

Die Quecksilbersäule im Rohr sinkt nur soweit ab, bis die Kraft des Luftdrucks außerhalb des Rohrs und die Gewichtskraft des Quecksilbers im Rohr sich im Gleichgewicht befinden. Bei Normaldruck (1 Atmosphäre) sind dies 760 mm „Quecksilbersäule“. Die alte Angabe in der Maßeinheit Torr für den Luftdruck entspricht der Höhe der Quecksilbersäule in Millimetern, 1 mm Quecksilbersäule entsprechen 133,21 Pascal.

Quecksilberschalter

Durch seine elektrische Leitfähigkeit und die sehr hohe Oberflächenspannung (0,476 N/m bei 20 °C) ist Quecksilber ideal für die Anwendung als Kontaktwerkstoff in den früher verwendeten Quecksilberschaltern. Wegen der Problematik bei der Entsorgung von Elektronikschrott ist seit dem Jahr 2005 in der EU („RoHS“-Richtlinie) der Einsatz von Quecksilber in Schaltern für die meisten Anwendungsgebiete untersagt. In Spezialanwendungen werden auch heute noch mit Quecksilber benetzte Kontakte verwendet, um besonders geringe Kontaktwiderstände zu erzielen oder das Prellen der Kontakte zu vermeiden (z. B. Hg-Relais).

Quecksilber-Neigungsschalter funktionieren dank Schwerkraft ähnlich der Libelle einer Wasserwaage; ein beweglicher Quecksilbertropfen in einem gebogenen oder geraden Glasrohr öffnet und schließt neigungsabhängig den elektrischen Kontakt zwischen zwei ins Glas eingeschmolzenen Metallstiften. Solche Neigungsschalter finden sich teilweise in alten Treppenlicht-Zeitschaltern, in Thermostaten von Heißwasserspeichern, in Druckschaltern von Hauswasserpumpen und als Rumpelsicherung in Waschmaschinen. In den früher verwendeten Turbowechselrichtern wurde ein Quecksilberstrahl als kreisender „Schaltfinger“ benutzt.

Frühe Wanderschriftanlagen basierten auf Federkontakten, darunter durchgezogenem Lochstreifen und einem Quecksilberbad.

Sichtbarer Bereich des Quecksilber-Spektrums. Die violette Linie ist gerade noch mit dem Auge sichtbar. Besonders stark ausgeprägte Linien liegen im (links) anschließenden unsichtbaren UV.

Hg-Gasentladungsröhre

Quecksilber wird in Entladungsgefäßen (Quecksilberdampflampen) von Gasentladungslampen (Leuchtstofflampen, „Energiesparlampen“, Kaltkathodenröhren, Quecksilberdampf-Hochdruck- und -höchstdrucklampen, Höhensonne, Quarzlampe, sog. „Schwarzlichtlampe“) eingesetzt.

Leuchtstofflampen und auch Schwarzlichtlampen nutzen Fluoreszenzfarbstoffe, die die starke Ultraviolett-Emission bei 254 nm nutzen. Diese Wellenlänge tritt aus dem Entladungsgefäß aus, wenn es aus Quarzglas entsprechender Qualität besteht. Die Ultraviolettstrahlung wird zum Desinfizieren (u. a. Trinkwasser) verwendet, ist gesundheitsschädlich für Haut und Augenhornhaut und nicht zu verwechseln mit therapeutisch und kosmetisch verwendeten Ultraviolettquellen.

Zahnfüllung aus Silber-Amalgam

Quecksilber bildet mit vielen anderen Metallen spontan Legierungen, die Amalgame genannt werden. Amalgame werden z. B. als Zahnfüllmittel eingesetzt. Ein Gemisch aus Quecksilber und Pulver von Metallen wie Silber ist eine Zeitlang teigig in eine gebohrte Öffnung des Zahns hineindrückbar und härtet bald unter Amalgambildung aus. Während Zahnmaterial durch bakteriell-chemischen Angriff mit den Jahren schwindet, hat Amalgam die Tendenz, sich durch hohen Kaudruck als Metall tendenziell plastisch auszudehnen und den Nebeneffekt, Bakterien im Wachstum zu hemmen. Wird – eventuell versehentlich, typisch von Schokoladeverpackung – beim Kauen ein Stück Alufolie fest auf eine Amalgamfüllung gepresst, bildet sich ein galvanisches Element aus und fließt entsprechend elektrischer Gleichstrom, der als unangenehmer metallischer Reiz im Zahnnerv empfunden wird.

Im März 2017 wurde im Europäischen Parlament die Verordnung (EU) 2017/852 beschlossen, die die Verwendung von Amalgam deutlich einschränkt. Ab Juli 2018 dürfen Jugendliche unter 15 Jahren sowie schwangere und stillende Frauen keine Zahnfüllungen aus Amalgam mehr erhalten, es sei denn, der Zahnarzt erachtet eine solche Behandlung wegen der spezifischen medizinischen Erfordernisse bei dem jeweiligen Patienten als zwingend notwendig. Grundsätzlich müssen ab dann auch vordosierte Mischungen verwendet werden, um den Quecksilberanteil optimal zu halten. Weiter sind dann Amalgamabscheider im Ordinationsabwasserstrang vorgeschrieben. Vorzugsweise bis 2030 soll Amalgam völlig aus der Zahnmedizin verschwinden.[62][63]

Da Quecksilber die schützende Oxidhaut des Aluminiums zu zerstören vermag und den Werkstoff durch Aluminiumamalgam-Bildung schädigt, ist das Mitführen von quecksilberhaltigen Geräten (z. B. Fieberthermometer) in Flugzeugen zwar nicht verboten, aber gemäß der IATA Dangerous Goods Regulations beschränkt (1 Stück / Passagier und zwingend in Schutzhülle – DGR 2.3). Quecksilber ist der Gefahrgutklasse 8 – Ätzende Materialien zugeordnet. Eine „ätzende“ Wirkung besteht auf viele Metalle, die im Flugzeugbau verwendet werden, u. a. Zink, Magnesium und Aluminium. Flüssiges Quecksilber wirkt auf Aluminium und -legierungen versprödend.

In dem Wunddesinfektionsmittel Mercurochrom war der wirksame Bestandteil ein organisches Quecksilbersalz. Die heute erhältliche Mercuchrom-Jod-Lösung ist eine Povidon-Jod-Lösung. In Merfen, einem weiteren Desinfektionsmittel, war früher Phenylquecksilberborat enthalten. HgCl₂ (Sublimat) wurde früher als Desinfektionsmittel in Krankenhäusern verwendet. Thiomersal ist eine organische Quecksilberverbindung, die in sehr geringen Konzentrationen als Bakterizid zur Konservierung von Impfstoffen verwendet wird.

Die konventionelle Landwirtschaft verwendet Quecksilberverbindungen als Beizmittel für Saatgut. Seit 1984 ist dies in Deutschland verboten. Im Irak kam es 1971–1972 zu Massenvergiftungen infolge des Verzehrs von Saatgut.

Quecksilber(II)-chlorid wurde früher sowohl als Desinfektions- und Beizmittel als auch zur Holzkonservierung und Leichenkonservierung verwendet.

Quecksilber spielte mengenmäßig eine große Rolle bei der Herstellung von Natronlauge und Chlor durch Chlor-Alkali-Elektrolyse nach dem Amalgamverfahren. Während der Elektrolyse wird das reduzierte Natriummetall als Amalgam, einer Natrium-Quecksilber-Legierung, in eine separate Zelle, den Zersetzer, überführt, um die Bildung des explosiven Chlorknallgases und des unerwünschten Natriummonooxochlorates (Natriumhypochlorit) in der Elektrolysezelle zu verhindern. Derzeit wird ein großer Teil der deutschen und europäischen mit dem Amalgamverfahren arbeitenden Einrichtungen auf alternative, quecksilberfreie Prozesse (Membranverfahren) umgestellt, um die Quecksilberemissionen zu senken.

Bei einem Verfahren zur Goldgewinnung wird Quecksilber verwendet, um den feinen Goldstaub zu lösen, wodurch Goldamalgam entsteht (siehe Amalgamation). Da Quecksilber schon bei niedrigen Temperaturen flüssig wird, bildet es Legierungen, die besonders leicht schmelzen. Beim Waschen und bei anschließendem Glühen zur Rückgewinnung reinen Goldes gelangt das Quecksilber in die Umgebung. Dies ist der Hauptgrund für die hohe Umweltverschmutzung bei dieser Art der Goldgewinnung (siehe dazu Umweltemissionen, weiter unten). Alternativen zum Amalgamverfahren sollen gefördert werden.[64] Auch das Gold für die vom 17. bis 19. Jahrhundert geprägten deutschen Flussgolddukaten wurde durch Amalgamation herausgelöst bzw. gereinigt, um es zu erschmelzen.

Früher wurde unter anderem im Harz auf diese Weise auch Silber gewonnen.

Im Grabmal des ersten chinesischen Kaisers Qin Shihuangdi soll es Flüsse aus Quecksilber gegeben haben. In der Umgebung hat man wissenschaftlich den Boden untersucht und dabei einen unnatürlich hohen Quecksilbergehalt festgestellt. Dieser allein ist aber noch kein Beleg für die Richtigkeit der Legende.[65]

Unterhalb der Tempelpyramide des Quetzalcoatl in Teotihuacán haben mexikanische Archäologen flüssiges Quecksilber gefunden. Die Forscher vermuten, dass es sich dabei um die rituelle Darstellung des Unterweltflusses der Maya – vergleichbar mit dem altgriechischen Styx – handelt.[66]

Der amerikanische Künstler Alexander Calder baute 1937 einen Quecksilber-Springbrunnen zum Gedenken an die Todesopfer des Quecksilberabbaus. Um das Jahr 1000 gab es in den Palästen der Kalifen von Córdoba (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, also ca. 26 m × 26 m überliefert).

Im Kunsthandwerk war die Feuervergoldung lange gebräuchlich (bei Vergoldung Bronze im 18. Jahrhundert als Ormolu, bis zum Verbot in Frankreich um 1830 wegen Gesundheitsgefahren für die Handwerker).[67] Hier wurde wie bei der Goldgewinnung die leichte Amalgambildung und thermische Trennung von Gold und Quecksilber ausgenutzt. Mit dieser Methode ist auch ein Vergolden von Kupferblechen möglich, was zum Beispiel bei den Kuppeln der Isaakskathedrale in Sankt Petersburg im 19. Jahrhundert angewendet wurde.

Quecksilberdampfgleichrichter im Betrieb; unten zu sehen ist der bläuliche Lichtschein der Quecksilber-Gasentladung

• Verwendung findet das Metall in Quecksilberoxid-Zink-Knopfzellen. Mittlerweile gibt es jedoch nur noch einen Produzenten in Taiwan; der Import in die EU ist nicht mehr zulässig.
• Bis 1886 wurde Quecksilber auch in großem Umfang zur Herstellung von Spiegeln verwendet. Hierzu wurde das Quecksilber auf eine dünne Zinnfolie aufgetragen und darauf eine Glasplatte aufgelegt. Das sich nach Tagen bildende Zinnamalgam bildet die spiegelnde Schicht, die im Gegensatz zu den heute üblichen Silbernitratspiegeln einen deutlich ungünstigeren Reflexionsgrad (55 bis 60 % gegenüber 90 bis 96 %) aufweist. Da das Zinnamalgam langsam korrodiert, sich vom Glas ablöst und dabei Quecksilberdämpfe an die Umgebungsluft abgegeben werden, wurde die Herstellung in Deutschland bereits im Jahr 1886 verboten. Lediglich die Restaurierung historischer Spiegel in Museen wird im Ausnahmefall noch heute praktiziert.[68]
• Früher wurde es auch in manchen Röhren der Elektronik wie Quecksilberdampfgleichrichtern, Ignitrons, Excitrons, und Thyratrons verwendet.
• In der Astronomie wird Quecksilber zum Bau relativ preisgünstiger Teleskope mit großer Spiegelfläche verwendet (siehe Flüssiger Spiegel): Quecksilber wird in einen tellerförmigen, luftgelagerten Spiegelträger gefüllt, der dann in Rotation versetzt wird. Durch die Drehung verteilt sich das Quecksilber auf der gesamten Spiegelträgerfläche in dünner Schicht und bildet einen nahezu perfekten parabolischen Spiegel. Ein Nachteil dieser Teleskope ist, dass sie nur senkrecht nach oben schauen können (Zenit), da nur dann bedingt durch die Schwerkraft ein geeigneter Rotationsparaboloid entsteht. Ohne Rotation des Spiegels wurden Quecksilberspiegel in der Metrologie als Ebenheitsnormal eingesetzt.[69]
• Die Eigenschaft von Quecksilber, sich wie eine nichtbenetzende Flüssigkeit zu verhalten (Ausnahmen: Amalgambildner wie Kupfer, Silber, Gold, Aluminium), ist Grundlage für die Quecksilberporosimetrie. Hierbei wird Quecksilber unter Druck (0 bis 4000 bar) in Poren unterschiedlicher Größe gedrückt. Über den aufgewendeten Druck und die dabei benötigte Quecksilbermenge 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.
• Früher wurden Quecksilbersalze von Hutmachern, insbesondere zur Herstellung der im 18. Jahrhundert sehr modischen Kastorhüte aus Biberfell, verwendet. Der englische Ausdruck “mad as a hatter” (deutsch: „verrückt wie ein Hutmacher“) (siehe auch Hutmachersyndrom) geht vermutlich auf die Anwendung zurück. Er wurde auch durch die Figur des verrückten Hutmachers in Lewis Carrolls Alice im Wunderland populär.
• 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.
• Die ersten Atomreaktoren vom Typ schneller Brüter wurden mit Quecksilber gekühlt (z. B. Clementine-Reaktor in Los Alamos/USA 1946–1952[70] und ähnliche Reaktoren in der Sowjetunion). Wegen großer Korrosionsprobleme und wegen der schwierigen Handhabung des giftigen Quecksilbers wechselte man jedoch bald zu flüssigem Natrium. Während der Reaktor Clementine bis 1970 zurückgebaut wurde, steht das für die russischen vor mehr als 50 Jahren stillgelegten Quecksilber-gekühlten Reaktoren noch aus.
• Seit einigen Jahren ist bekannt, dass ab ca. 1955 in den USA siedendes Quecksilber im militärischen HERMEX-Projekt zur Abtrennung von waffenfähigem Plutonium aus abgebrannten Reaktorbrennelementen benutzt wurde.[71] Mehr als 1000 Tonnen plutoniumhaltigen Quecksilbers aus diesem stillgelegten HERMEX-Projekt werden im Oak Ridge National Laboratory noch gelagert.
• Ebenfalls im Oak Ridge National Laboratory wurde 1950–1963 ein umfangreiches Projekt zur Gewinnung von Tritium für Wasserstoffbomben unter Benutzung von ca. 11.000 Tonnen Quecksilber durchgeführt. Dabei gelangten ca. 3 % des Quecksilbers in die Umgebung.[72]
• Quecksilber findet (bzw. fand vor allem in der Vergangenheit) auch Verwendung als Arbeitsmittel in Diffusionspumpen zur Erzeugung von ölfreiem Hochvakuum.
• Quecksilberdampf diente zur Entwicklung des Bildes bei der Daguerreotypie, dem ersten praktikablen Fotografie-Verfahren. Das dabei entstehende Foto bestand aus einem Quecksilber-Niederschlag auf einer versilberten Kupferplatte.
• Der Mediziner Anton Nuck führte Ende des 17. Jahrhunderts die Injektion von Quecksilber in anatomische Präparate ein.[73]
• Quecksilber wird in Hochleistungsspallationsquellen als Target zur Erzeugung von Neutronen benutzt, z. B. SNS/USA oder JSNS/Japan. Dabei werden ca. 20 Tonnen Quecksilber mit einem Protonenstrahl von ca. 1 GeV Teilchenenergie beschossen. Quecksilberatomkerne werden dadurch zertrümmert und es werden pro eingestrahltem Proton ca. 20 Neutronen frei. Die in Lund (Schweden) geplante Europäische Spallationsquelle ESS wird voraussichtlich kein Quecksilber verwenden.
• Ab ca. 1892 wurden bei wenigen Leuchttürmen die Linsensysteme auf einem Quecksilber-Flotationssystem drehbar gelagert: Hierbei schwamm der Optikunterbau nahezu reibungsfrei in einer soliden, runden, U-förmigen, bis über die Mitte mit Quecksilber gefüllten Wanne. Bei entsprechender Auslegung war das System in der Lage, Linsen mit einem Gewicht von mehreren Tonnen zuverlässig zu tragen. Um Gesundheitsschäden der Leuchtturmwärter durch Quecksilberdämpfe zu vermeiden, wurde auf das Quecksilber eine Lage Öl gegossen.[74]
• Ein nahezu baugleiches System – allerdings weit kleiner – wurde in den 1980er Jahren ersonnen, um einen bewusst schweren Plattenteller eines Plattenspielers nahezu reibungsfrei und dabei geräuschfrei drehbar zu lagern. Es blieb bei einem Prototyp; eine Serienfertigung wurde nicht aufgenommen. Vor einem Nachbau wurde – unter Hinweis auf die Giftigkeit von Quecksilber – dringend abgeraten.[75]

Amalgamprobe

Quecksilbersalze können mit Hilfe der Amalgamprobe nachgewiesen werden. Die salzsaure Lösung wird auf ein Kupferblech gegeben und es bleibt ein fester, silbriger Amalgamfleck zurück. Silberionen können den Nachweis stören und werden daher als AgCl gefällt.

${\displaystyle \mathrm {Hg^{2\operatorname {+} }+Cu\longrightarrow Hg+Cu^{2\operatorname {+} }} }$

Ein weiterer Nachweis für Quecksilber ist die Glührohrprobe. Dabei wird die zu analysierende Substanz mit etwa der gleichen Menge Natriumcarbonat (Soda) vermengt und im Abzug geglüht. Elementares Quecksilber scheidet sich als metallischer Spiegel an der Reagenzglaswand ab.

Im qualitativen Trennungsgang kann Quecksilber sowohl in der HCl-Gruppe als auch in der H₂S-Gruppe nachgewiesen werden. Nach Zugabe von HCl bildet sich Kalomel, Hg₂Cl₂, welches nach Zugabe von Ammoniaklösung zu fein verteiltem Quecksilber und Quecksilber(II)-amidochlorid reagiert. Nach Einleiten von H₂S fällt zweiwertiges Quecksilber in Form von schwarzem Zinnober, HgS, aus und kann mit Hilfe der Amalgamprobe nachgewiesen werden.

Für die Spurenanalytik des Quecksilbers und seiner Organoderivate stehen eine Reihe von Methoden zur Verfügung. Allerdings werden in der Literatur laufend neue bzw. verbesserte Verfahren vorgestellt. Ein nicht zu unterschätzendes Problem ist die Probenaufarbeitung.

Unter den verschiedenen Techniken der AAS liefern die Quarzrohr- und die Graphitrohrtechnik die besten Ergebnisse für anorganische und metallorganische Quecksilberverbindungen. Dabei wird eine Quarzküvette elektrisch auf über 900 °C erhitzt und die Probe dabei atomisiert. Anschließend wird die Absorption bei 253,7 nm gemessen. Als Beispiel sei eine Nachweisgrenze für CH₃HgCl von 100 µg/L genannt.[91] Eine weitere beliebte Technik zum Nachweis von elementarem Quecksilber oder Quecksilberorganylen ist die Kaltdampferzeugung in Verbindung mit der AAS. Bei sehr geringen Konzentrationen werden die volatilen Analytspezies zunächst unter Bildung von Amalgamen auf Gold- oder Silberoberflächen, welche in einer Graphitküvette platziert wurden, angereichert. Anschließend wird bei 1400 °C atomisiert und die Absorption gemessen. Auf diesem Wege wurde eine Nachweisgrenze von 0,03 ng erreicht.[92][93]

In der AES haben sich das mikrowelleninduzierte Plasma (MIP) und das induktiv gekoppelte Plasma (ICP) zur Atomisierung bewährt. Die Detektion findet auch bei dieser Methode bei 253,65 nm und 247,85 nm statt. Mit Hilfe der MIP-AES wurden absolute Nachweisgrenzen von 4,4 ng/g Probe gefunden. Die ICP-AES weist eine Nachweisgrenze von 20 bis 50 ng/mL auf.[94][95][96]

Quecksilber weist insgesamt sieben stabile Isotope unterschiedlicher Häufigkeit auf. Für die Massenspektrometrie sind jedoch häufig nur ²⁰¹Hg (13,22 %) und ²⁰²Hg (29,80 %) relevant. Mit Hilfe der ICP-MS können anorganische Quecksilberverbindungen und Quecksilberorganyle wie Methylquecksilber, CH₃Hg, mit Nachweisgrenzen von bis zu 2,6 ng/g bestimmt werden.[94][95]

Die NAA basiert auf der Kernreaktion ^AHg(n,γ)^A+1Hg (Bestrahlung von Quecksilber mit Neutronen). Dadurch entstehen radioaktive Quecksilbernuklide. Die Intensität resultierenden charakteristischen Gammastrahlung wird mit einem hochreinen Germaniumdetektor bestimmt. Sie ist proportional der Anzahl an vorhandenen aktivierten Kernen und es können durch interne Kalibrierung quantitative Aussagen getroffen werden. Häufig wird ^197mHg mit einer Halbwertszeit von 2,7 Tagen bei 77,3 keV detektiert.[95]

Für die elektrochemische Bestimmung von Hg-Spuren eignet sich am besten die anodische Stripping-Voltammetrie (ASV). Dabei geht der voltammetrischen Messung eine reduktive Anreicherungsperiode auf der Gold-Messelektrode voraus. Es folgt die eigentliche Bestimmung durch Messung des Oxidationsstroms beim Scannen eines Spannungsfensters von 0 V bis 600 mV. Die Höhe des Oxidationspeaks bei 500 mV korreliert mit der Menge an vorhandenem Quecksilber. Es wurden Nachweisgrenzen von 12 pM (2,4 ng/l) Quecksilber im Meerwasser nach 2-minütiger Anreicherungszeit erzielt.[97] Daneben kommt die Invers-Voltammetrie an Gold-, Platin- oder Kohleelektroden in Frage.[98]

Für die Routineanalytik von Quecksilber gibt es mittlerweile automatisierte Analysatoren. Sie beruhen üblicherweise auf dem Prinzip der thermischen Zersetzung, gefolgt von einer Amalgamierung und anschließender Messung der Atomabsorption (siehe AAS). Mit derartigen Analysengeräten können feste und flüssige Proben innerhalb von wenigen Minuten auf ihren Quecksilbergehalt untersucht werden. Diese kommerziell erhältlichen Geräte sind sehr empfindlich und genügen den Anforderungen von nationalen Qualitäts-sicherungsstandards wie der US-EPA-Methode 7473 und der ASTM-Methode D-6722-01.