Quecksilber ist ein flüchtiges Element, dessen Synthese hauptsächlich den s-Prozess (langsame Neutroneneinfang) in Sternen des asymptotischen Riesenasts (AGB) involviert. Es gehört zu den sogenannten "mäßig flüchtigen" Elementen, was bedeutet, dass es sich bei relativ niedrigen Temperaturen während der Planetenbildung kondensiert. Diese Flüchtigkeit erklärt teilweise seine Verteilung im Sonnensystem: Es ist in den erdähnlichen Planeten (wie der Erde) im Vergleich zu den solaren Häufigkeiten deutlich verarmt, da ein großer Teil während der Akkretion gasförmig blieb und vom jungen Sonnenwind weggeblasen wurde.
Die kosmische Häufigkeit von Quecksilber beträgt etwa 1,5×10⁻¹¹ mal die von Wasserstoff in der Anzahl der Atome, was es mit Selen und Brom vergleichbar macht. Auf der Erde ist es in der Kruste relativ selten (etwa 0,08 ppm). Seine Anwesenheit auf anderen Himmelskörpern ist faszinierend: Der Planet Merkur (der nur zufällig seinen Namen trägt) besitzt eine Exosphäre, die Spuren von atomarem Quecksilber enthält, das wahrscheinlich durch den Einschlag von Mikrometeoriten auf seiner Oberfläche freigesetzt wurde. Kometen und einige eisreiche Asteroiden könnten ebenfalls Quecksilber in Form von Organoquecksilberverbindungen oder Sulfiden enthalten.
Auf der Erde durchläuft Quecksilber einen komplexen Kreislauf, der die Atmosphäre, die Ozeane, die Erdkruste und die Biosphäre umfasst. Seine elementare Form (Hg⁰) ist flüchtig und kann große Entfernungen in der Atmosphäre zurücklegen, bevor sie oxidiert und abgelagert wird. Dieser globale atmosphärische Transport erklärt, warum Quecksilberverschmutzung ein weltweites Problem ist, das selbst die entlegensten Regionen wie die Arktis betrifft. Die Untersuchung von Eiskernen ermöglicht es, die Geschichte der Quecksilberemissionen im Zusammenhang mit menschlichen Aktivitäten (Bergbau, Kohleverbrennung) über Jahrtausende zurückzuverfolgen.
Quecksilberanomalien wurden in marinen Sedimenten an der Grenze mehrerer Massenaussterbeereignisse (Perm-Trias, Trias-Jura, Kreide-Paläogen) identifiziert. Diese Spitzen könnten mit massiver vulkanischer Aktivität (Trapps) zusammenhängen, die enorme Mengen flüchtigen Quecksilbers in die Atmosphäre freigesetzt hat und so zur Vergiftung der Ökosysteme beitrug. Quecksilber dient daher auch als geologischer Tracer für die großen Umweltveränderungen der Vergangenheit.
Das chemische Symbol Hg stammt vom lateinischen "hydrargyrum", das wiederum vom altgriechischen ὕδωρ ἄργυρος (hýdōr árgyros) abgeleitet ist und "flüssiges Silber" bedeutet. Dieser Name beschreibt sein Aussehen perfekt: ein Metall, das wie Silber glänzt, aber flüssig ist. Der französische Name "mercure" leitet sich vom römischen Gott Merkur (bei den Griechen Hermes) ab, dem schnellen Boten der Götter, möglicherweise in Anspielung auf die Beweglichkeit und Flüchtigkeit des flüssigen Metalls.
Natürliches Quecksilber (in Form von Zinnober, HgS) war bereits in der Antike bekannt. Die Chinesen und Ägypter verwendeten es als Zinnoberpigment und in der Medizin (oft mit verheerenden Folgen). Die Alchemisten maßen Quecksilber eine grundlegende Bedeutung bei und sahen es zusammen mit Schwefel und Salz als eines der drei Grundprinzipien der Materie an. Sie glaubten, es sei der Schlüssel zur Umwandlung von Metallen in Gold. Seine Fähigkeit, Gold zu lösen (Amalgam-Bildung) und zu verdampfen, um sich dann unverändert wieder zu kondensieren, faszinierte die Geister und nährte mystische Theorien.
Im 18. Jahrhundert spielte Quecksilber eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Thermometrie (Fahrenheit- und Celsius-Thermometer) und der Barometrie (Torricellis Experiment von 1643, das die Existenz des atmosphärischen Drucks mit einer Quecksilbersäule nachwies). Die Entdeckung seiner giftigen Verbindungen wie Kalomel (Hg₂Cl₂) und Sublimat (HgCl₂) markierte auch den Beginn der pharmazeutischen und industriellen Chemie.
Die Hauptquelle für Quecksilber ist Zinnober (Quecksilbersulfid, HgS), ein scharlachrotes Erz. Wichtige Vorkommen wurden in Almadén (Spanien, die größte historische Mine), Idrija (Slowenien) und am Monte Amiata (Italien) abgebaut. Heute ist die primäre Bergbauproduktion aufgrund der Toxizität und Umweltbeschränkungen stark zurückgegangen. China und Kirgisistan gehören zu den letzten bedeutenden Produzenten.
Der Großteil des heute im Umlauf befindlichen Quecksilbers stammt aus Recycling oder ist ein Nebenprodukt anderer Aktivitäten:
Aufgrund seiner Toxizität ist der Quecksilberhandel durch das Minamata-Übereinkommen (2013) streng reguliert.
Quecksilber (Symbol Hg, Ordnungszahl 80) ist ein Übergangsmetall der 6. Periode, das in der Gruppe 12 des Periodensystems zusammen mit Zink und Cadmium steht. Sein Atom hat 80 Protonen, in der Regel 122 Neutronen (für das stabile Isotop \(^{202}\mathrm{Hg}\)) und 80 Elektronen mit der Elektronenkonfiguration [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s². Diese Konfiguration mit einer vollständigen d¹⁰-Schale und einer vollständigen s²-Schale ist der der Edelgase ähnlich und trägt zu seiner geringen Reaktivität in metallischer Form und seinem niedrigen Schmelzpunkt bei.
Quecksilber ist das einzige Metall, das bei Raumtemperatur und -druck flüssig ist. Es ist eine dichte, silberweiße, bewegliche Flüssigkeit, die sich leicht in kugelförmige Tröpfchen teilt.
Im festen Zustand ist Quecksilber duktil und kristallisiert in einer rhomboedrischen Struktur.
Quecksilber gefriert bei -38,8290 °C (234,321 K) und siedet bei 356,73 °C (629,88 K). Sein großer Temperaturbereich im flüssigen Zustand (fast 400°C) und seine lineare Ausdehnung machten es in Messinstrumenten erfolgreich.
Quecksilber ist ein relativ edles Metall. Es reagiert nicht mit nichtoxidierenden Säuren (verdünnte HCl, verdünnte H₂SO₄), löst sich aber in Salpetersäure und Königswasser. Es widersteht der Oxidation durch Luft bei Raumtemperatur, bildet aber langsam einen grauen Oxidfilm in Gegenwart von Ozon. Es reagiert mit Halogenen, Schwefel und Metallen unter Bildung von Amalgamen.
Zustand bei 20°C: Flüssig.
Schmelzpunkt: 234,321 K (-38,8290 °C).
Siedepunkt: 629,88 K (356,73 °C).
Dichte: 13,534 g/cm³.
Elektronenkonfiguration: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s².
Hauptoxidationsstufen: +1 und +2.
| Isotop / Notation | Protonen (Z) | Neutronen (N) | Atommasse (u) | Natürliche Häufigkeit | Halbwertszeit / Stabilität | Zerfall / Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Quecksilber-196 — \(^{196}\mathrm{Hg}\) | 80 | 116 | 195,96583 u | ≈ 0,15 % | Stabil | Seltenes stabiles Isotop. |
| Quecksilber-198 — \(^{198}\mathrm{Hg}\) | 80 | 118 | 197,966769 u | ≈ 9,97 % | Stabil | Stabiles Isotop. |
| Quecksilber-199 — \(^{199}\mathrm{Hg}\) | 80 | 119 | 198,968280 u | ≈ 16,87 % | Stabil | Stabiles Isotop mit Kernspin I=1/2, verwendet in der \(^{199}\mathrm{Hg}\)-NMR-Spektroskopie. |
| Quecksilber-200 — \(^{200}\mathrm{Hg}\) | 80 | 120 | 199,968326 u | ≈ 23,10 % | Stabil | Stabiles Isotop. |
| Quecksilber-201 — \(^{201}\mathrm{Hg}\) | 80 | 121 | 200,970302 u | ≈ 13,18 % | Stabil | Stabiles Isotop. |
| Quecksilber-202 — \(^{202}\mathrm{Hg}\) | 80 | 122 | 201,970643 u | ≈ 29,86 % | Stabil | Häufigstes stabiles Isotop. |
| Quecksilber-204 — \(^{204}\mathrm{Hg}\) | 80 | 124 | 203,973494 u | ≈ 6,87 % | Stabil | Stabiles Isotop. |
N.B.:
Elektronenschalen: Wie die Elektronen um den Kern organisiert sind.
Quecksilber hat 80 Elektronen, die auf sechs Elektronenschalen verteilt sind. Seine Elektronenkonfiguration [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² weist eine vollständig gefüllte 5d-Schale (10 Elektronen) und eine vollständige 6s-Schale (2 Elektronen) auf, ähnlich der Konfiguration eines Edelgases. Dies kann auch geschrieben werden als: K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(2), oder vollständig: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s².
K-Schale (n=1): 2 Elektronen (1s²).
L-Schale (n=2): 8 Elektronen (2s² 2p⁶).
M-Schale (n=3): 18 Elektronen (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
N-Schale (n=4): 32 Elektronen (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
O-Schale (n=5): 18 Elektronen (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
P-Schale (n=6): 2 Elektronen (6s²).
Quecksilber hat 2 Valenzelektronen (6s²). Aufgrund des Inert-Paar-Effekts (besonderer Stabilität des 6s²-Elektronenpaars) zeigt Quecksilber jedoch eine besondere Chemie mit zwei stabilen Oxidationsstufen: +1 und +2.
Metallisches Quecksilber (Hg⁰) ist aufgrund der Stärke der Hg-Hg-Bindung in der Flüssigkeit und der hohen Energie, die erforderlich ist, um ein 6s-Elektron auf ein höheres Niveau zu bringen, relativ reaktionsträge.
Metallisches Quecksilber oxidiert bei Raumtemperatur nicht an der Luft. Beim langsamen Erhitzen bis zum Siedepunkt bildet es schließlich rotes Quecksilber(II)-oxid (HgO): 2Hg + O₂ → 2HgO. Dieses Oxid zersetzt sich oberhalb von 400°C wieder in Quecksilber und Sauerstoff. In Gegenwart von Ozon bildet sich an der Oberfläche ein grauer Oxidfilm.
N.B.:
Königswasser, oder aqua regia, ist eine korrosive Mischung aus konzentrierter Salpetersäure (HNO₃) und konzentrierter Salzsäure (HCl) im typischen Verhältnis 1:3. Seine Fähigkeit, Gold und Platin zu lösen, die gegen einzelne Säuren resistent sind, erklärt sich durch die in situ-Bildung von Chlor (Cl₂) und Nitrosylchlorid (NOCl), die diese Metalle in lösliche Komplexionen (wie [AuCl₄]⁻) oxidieren. Seit der Alchemie zur Reinigung von Edelmetallen verwendet, spielt es nach wie vor eine entscheidende Rolle in der Metallurgie, Mikroelektronik und analytischen Chemie.
Dies ist eine charakteristische Eigenschaft: Quecksilber löst viele andere Metalle (Gold, Silber, Zinn, Zink, Natrium) auf, um Amalgame zu bilden, die Legierungen in flüssigem oder pastösem Zustand sind. Das Gold-Quecksilber-Amalgam wurde weit verbreitet in der handwerklichen Goldgewinnung (Garimpos) eingesetzt. Das Silber-Zinn-Quecksilber-Amalgam war die Grundlage für Zahnfüllungen ("Plomben"). Natrium- oder Kaliumamalgame werden als starke Reduktionsmittel in der organischen Chemie verwendet.
Die Toxizität von Quecksilber hängt stark von seiner chemischen Form ab:
Bei einem Quecksilberauslauf ist es notwendig, intensiv zu lüften, das Betreten zu vermeiden (um die Tröpfchen nicht zu verteilen) und eine spezifische Falle (Spritze, Pipette, Schwefelpulver) zu verwenden, um es aufzusammeln. Niemals einen Staubsauger verwenden (er verdampft und verteilt das Quecksilber). Eine Exposition erfordert eine dringende ärztliche Konsultation. Die Behandlung einer akuten Vergiftung kann Chelatbildner wie DMSA (Dimercaptobernsteinsäure) oder DMPS verwenden, die sich an Quecksilber binden und seine Ausscheidung über den Urin fördern.
Quecksilber ist ein persistenter Schadstoff, der einem komplexen Kreislauf folgt:
Die Quecksilberverschmutzung beeinträchtigt die Wildtiere (verminderte Fortpflanzung bei fischfressenden Vögeln, neurologische Störungen bei Meeressäugern). Beim Menschen ist der Hauptweg der Exposition der Verzehr von kontaminiertem Fisch. Die am stärksten gefährdeten Bevölkerungsgruppen sind Küstenbewohner, indigene Völker (Inuit) und schwangere Frauen (Methylquecksilber durchdringt die Plazenta und schadet der neurologischen Entwicklung des Fötus).
Das Minamata-Übereinkommen über Quecksilber, das 2013 angenommen wurde und 2017 in Kraft trat, ist ein internationales Abkommen zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt. Es schreibt vor:
Angesichts der Toxizität und Persistenz von Quecksilber ist es unerlässlich, es zurückzugewinnen und dauerhaft von der Biosphäre zu isolieren. Quecksilber kann nicht "zerstört" werden (die Atome bleiben bestehen), aber es kann in weniger gefährlichen Formen stabilisiert werden.
Die Hauptaufgaben bestehen in der schrittweisen Abschaffung der letzten Anwendungen (bestimmte chemische Prozesse, bestimmte Lampen), der Sanierung kontaminierter Standorte (alte Fabriken, Bergwerke) und dem Management von Quecksilber in umlaufenden Produkten (Millionen von Thermometern und Dentalamalgamen). Die Forschung zu biologischen Dekontaminationsmethoden (Phytosanierung) und zu nichttoxischen Alternativen in allen Bereichen, in denen Quecksilber historisch verwendet wurde, wird fortgesetzt.
Das Atom in all seinen Formen: Von der antiken Intuition zur Quantenmechanik 
