Kvikksølv

Kvikksølv er et kjemisk grunnstoff med symbol Hg og atomnummer 80. Grunnstoffets symbol er en forkortelse av hydrargyrum, etter hydr, vann, og argyros, sølv. Kvikksølv er eneste metall som er flytende ved standard trykk og temperatur; det eneste av de andre grunnstoffene som er flytende under disse betingelsene, er brom. Med et frysepunkt på -38,83 °C og et kokepunkt på 356,73 °C, er kvikksølv et av metallene med minst differanse mellom frysepunkt og kokepunkt, og har således et av de minste spekter for temperaturforskjeller i flytende tilstand av alle metaller. Som et sølvfarget metall med høy massetetthet, og tilhørende i periodesystemets d-blokk, er kvikksølv et av de fem metalliske grunnstoffene som er flytende ved eller i nærheten av romtemperatur og atmosfærisk trykk, hvor de andre er cesium, francium, gallium og rubidium.
På verdensbasis er naturlige kvikksølvforekomster vanligvis bundet i sinober (kvikksølvsulfid). Det røde fargepigmentet vermilion blir vanligvis framstilt ved utvinning fra sinober. Sinober er meget giftig ved inntak eller innånding av dets støv. Kvikksølvforgiftning kan også forårsakes av eksponering av vannløselige kvikksølvforbindelser (som kvikksølvklorid og metylkvikksølv), innånding av kvikksølvdamp, eller inntak av sjømat forurenset med kvikksølv.
Kvikksølv har blitt benyttet i termometre, barometre, manometre, blodtrykksmålere, flottører brukt til nivåregulering, enkelte elektriske brytere, og andre vitenskapelige instrumenter. Bekymringer i forbindelse med grunnstoffets toksisitet har ført til at kvikksølvbaserte termometre og blodtrykksmålere i stor grad er faset ut for bruk i kliniske omgivelser til fordel for alkoholfylte, digitale eller termistor-baserte instrumenter. Kvikksølv er fortsatt i bruk i vitenskapelige forskningsapplikasjoner og i amalgam brukt til tannfyllinger, samt til elektrisk belysning: elektrisitet som passerer kvikksølvdamp i et fosforrør, slik det gjør i lysrør, produserer kortbølget ultrafiolett lys som gjør at fosforet sender ut lys i synlig bølgelengde.
Kvikksølv har blitt funnet i egyptiske gravsteder datert til 1500 f.Kr.
I Kina og Tibet ble kvikksølv benyttet i den hensikt å forlenge livet, lege benbrudd og opprettholde en generelt god helsetilstand. Qin Shi Huang Di, som var første keiser for et forent Kina, ble angivelig gravlagt i et gravkammer med elver av flytende kvikksølv, lagt til i en modell av landet han regjerte over, hvor de skulle representere Kinas elver. Keiseren selv døde etter å ha drukket kvikksølv og spist en pulverblanding av blant annet knust jade, noe som angivelig skulle gi ham evig liv.
Antikkens grekere brukte kvikksølv i salver; Oldtidens egyptere og romerne brukte det i kosmetikk, noe som noen ganger kunne forårsake deformasjoner i ansiktet. I Lamanai, som en gang var en av de større byene i Maya-sivilisasjonen, er det gjort funn av kvikksølv under en markør i en meso-amerikansk ballhall. Omtrent 500 f.Kr. var kvikksølv i bruk til framstilling av amalgamer (Middelalderlatin amalgama, «kvikksølvlegering») sammen med andre metaller.
Alkymister trodde at kvikksølv var «prima materia», basis for alle stoff. De mente at ulike metaller kunne dannes ved å tilsette ulik kvalitet og kvantitet av svovel. Det edleste av disse var gull, og kvikksølv ble benyttet i forsøkene på å forvandle uedle (eller ikke rene) metaller til gull, noe som også var mange alkymisters store mål.
Hg er det moderne kjemiske symbolet for kvikksølv. Det stammer fra hydrargyrum, en latinisering av det greske ordet ὑδράργυρος, hydrargyros, som er en kombinasjon av ordene vann og sølv - siden det er flytende som vann og har et utseende som ligner sølv. Grunnstoffets engelske navn mercury, kommer fra den romerske guden Merkur, budbringeren. Det er også forbundet med planeten Merkur. Det astrologiske symbolet for planeten er det samme som det alkymistiske tegnet for kvikksølv, og et indisk ord for alkymi er Rasavātam, som betyr «kvikksølvet vei» (eller måte). Kvikksølv er det eneste metallet hvis alkymiske, planetariske navn ble det vanligvis brukte navn, men imidlertid bare i deler av verden.
Ordet «kvikksølv» stammer fra norrønt, kviksilfr. Dette ordet har den samme betydningen som gresk ὑδράργυρος (hydrargyros, betyr flytende sølv) og latin argentum vivum (betyr levende sølv).
Kvikksølv er et sølvhvitt metall med høy massetetthet. Sammenlignet med andre metaller, har det dårlige varmeledningsevne, men leder elektrisitet relativt bra.
Kvikksølv har et uvanlig lavt smeltepunkt for et d-blokkmetall å være. En komplett forklaring på dette vil kreve en dypere redegjørelse ved hjelp av kvantefysikk, men kan forklares slik: kvikksølv har en unik elektronkonfigurasjon, hvor underskallene 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d og 6s er fylt opp med elektroner. Da en slik konfigurasjon motstår fjerning av elektroner, opptrer kvikksølv på lignende måte som edelgassene, som former svake bindinger og dermed smelter lett. Stabiliteten av 6s-skallet skyldes at 4f-skallet allerede er fylt opp. Et f-skall forhindrer i liten grad atomladingen som oppstår som et resultat av samspillet mellom 6s-skallet og atomkjernen. Fraværet av et fylt f-skall er årsaken til at kadmium har et betydelig høyere smeltepunkt. Metaller som gull har et elektron mindre i 6s-skallet enn man finner i kvikksølv. Elektronene i gull faller lettere bort, slik at det dannes relativt sterke metallbindinger.
Ved smeltepunktet (−38.86 °C) har kvikksølv en massetetthet på 13,534 g/cm³.
Kvikksølv løses opp og danner amalgamer med gull, sink, og mange andre metaller. Da jern er et unntak, har flasker av jern tradisjonelt blitt brukt til oppbevaring av kvikksølv. Andre metaller som ikke danner amalgamer i kontakt med kvikksølv, er tantal, wolfram og platina. Når varmet opp, reagerer kvikksølv med oksygen i luften, slik at kvikksølvoksid dannes, en forbindelse som kan dekomponeres ved videre oppvarming.
Da kvikksølv ligger over hydrogen i den elektrokjemiske spenningsserien, reagerer ikke kvikksølv med de fleste syrer, som fortynnet svovelsyre, men kvikksølv løses opp i konsentrerte, oksiderende, sterke syrer som konsentrert svovelsyre, salpetersyre og kongevann, hvor det dannes salter av kvikksølv og henholdsvis sulfater, nitrater og klorider. Som med sølv, reagerer kvikksølv med hydrogensulfid under normaltrykk. Kvikksølv reagerer også med svovel i pulverform, som brukes blant annet i sett for bruk ved kvikksølvsøl for å absorbere kvikksølvdamp (settene inneholder også aktivt kull og sinkpulver).
Viktige kvikksølvsalter inkluderer:
I disse forbindelsene finner man kvikksølv med oksidasjonstilstandene +1 og +2. Oksidasjonstilstanden +1 involverer det dimeriske kationet Hg2. Løsninger med Hg2 er i likevekt med Hg og metallisk kvikksølv:
Denne likevekten betyr at løsninger med Hg2-ioner også har en liten andel Hg. Ved å la Hg inngå i en annen reaksjon, som ved danning av komplekse forbindelser med sterke ligander eller ved felling av et ikkeløselig salt, vil likevekten forskyves slik at Hg2 blir omdannet til Hg og kvikksølv i ren tilstand.
Foruten Hg2 kan kvikksølv også inngå i andre komplekse ioner, som Hg3.
Høyere oksidasjonstilstander for kvikksølv ble bekreftet i september 2007, da kvikksølv(IV)fluorid (HgF4) ble framstilt ved hjelp av matrix isolasjonsteknikker.
Laboratorieforsøk har vist at elektriske utladninger får edelgasser til å inngå forbindelser med kvikksølvdamp. Disse forbindelsene holdes sammen av van der Waalske krefter, med henholdsvis Hg·Ne, Hg·Ar, Hg·Kr og Hg·Xe som resultat (se excimer). Organiske kvikksølvforbindelser er også viktige. Metylkvikksølv er en farlig forbindelse som ofte inngår som forurensning i innsjøer og elver.
Kvikksølv lar seg lett kombinere med aluminium i dannelsen av kvikksølv-aluminiumamalgam, når metallene i ren tilstand kommer i kontakt. Dersom aluminiumamalgamen kommer i kontakt med luft, oksiderer imidlertid aluminiumen, og ren kvikksølv blir dannet igjen. Oksidet flakes av, og ny aluminiumamalgam eksponeres i kontakt med luft, og prosessen gjentas. Prosessen fortsetter inntil all kvikksølvamalgamen er oppløst. Fordi prosessen frigjør kvikksølv, kan en liten mengde kvikksølv tære gjennom et større stykke aluminium over tid, ved progressivt å danne amalgam, for så å tære av aluminiumen som oksid.
Aluminium i kontakt med luft er vanligvis beskyttet av et molekyltynt lag med sin egen oksid, som hindrer oksygen i å reagere med selve metallet. Kvikksølv i kontakt med oksidet er ikke skadelig, men dersom ren aluminium skulle være eksponert, kan kvikksølvet blande seg med dette, og aluminiumen kan skades. Det er derfor restriksjoner på bruk og håndtering av kvikksølv i nærheten av aluminium. Kvikksølv er i særdeleshet ikke tillatt medbragt på fly under de fleste omstendigheter, på grunn av faren for at det skal danne amalgam med eksponerte flydeler av aluminium.
Naturlig forekommende kvikksølv består av 7 stabile isotoper: Hg (0,15 %), Hg (9,97 %), Hg (16,87 %), Hg (23,1 %), Hg (13,18 %), Hg (29,86 %) og Hg (6,87 %). I tillegg finnes 33 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper hvorav de mest stabile er Hg med halveringstid 444 år, Hg med halveringstid 46,612 døgn, Hg med halveringstid 64,14 timer og Hg med halveringstid 41,6 timer. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 døgn, og de fleste kortere enn 1 time.
CAS-nummer: 7439-97-6
Kvikksølv kan i sjeldne tilfeller forekomme i ren form naturlig, men finnes hovedsakelig i mineralet sinober (HgS). Dette mineralet forekommer vanligvis i områder med tidligere vulkansk aktivitet. Andelen av kvikksølv i jordskorpen er omtrent 0,08 ppm. Forekomster finnes blant annet i Serbia, Italia, Kina, Algerie, Kirgisistan og Spania. Fordi Italia og Spania omtrent ikke produserer kvikksølv, har disse to landene 2/3 av all verdens forekomster. De rikeste kvikksølv-malmene kan inneholde opptil 2,5 % kvikksølv.
Den vanligste fremstillingsmetoden av kvikksølv er ved kjemisk reduksjon av mineralet sinober med oksygen (O2). I 2007 var Kina verdens ledende produsent med 1 100 tonn fulgt av Kirgisistan med 250 tonn. På verdensbasis er det anslått at verdensproduksjonen i 2007 var 1 500 tonn.
Mer enn 100 000 tonn kvikksølv ble utvunnet i Huancavelica i Peru i over 300 år etter oppdagelsen av forekomstene i 1563; kvikksølv fra Huancavelica var avgjørende for sølvproduksjonen i de spanske koloniene i Sør-Amerika.
Kvikksølv blir brukt i termometre, barometre, manometre, blodtrykksmålere, flottørbrytere og andre vitenskapelige instrumenter. Bekymringer knyttet til kvikksølvets giftighet, har ført til en utfasing av bruken av grunnstoffet til fordel for alkoholfylte, digitale eller termistorbaserte instrumenter. Et alternativ til kvikksølv i medisinske termometre er legeringen «Galinstan» (etter Gallium, Indium, Stannum (tinn)) som har smeltepunkt på -19 °C. Kvikksølv har imidlertid fortsatt en rekke bruksområder, spesielt innen forskning og til vitenskapelige instrumenter.
Et nytt atomur, som benytter kvikksølv istedenfor cesium, har blitt utviklet. Nøyaktighet er ventet å være omkring et sekund pr 100 000 000 år.
Kvikksølvforbindelser finnes i atmosfæren og i vann som følge av både industrielle og naturlige utslipp. Som mange andre tungmetall akkumuleres det i levende organismer, noe som fører til at konsentrasjonen øker jo høyere i næringskjeden det kommer. Predatorer på toppen av de marine næringskjedene, som for eksempel isbjørn, sel, hai, makrellstørje og sverdfisk er, sammen med muslinger, særlig utsatt.
Naturlige utslipp har hovedsakelig kommet som følge av vulkanutbrudd. Disse utslippene står for omtrent halvparten av atmosfærisk kvikksølv.
Menneskeskapte utslipp kommer fra kullkraftverk, raffinering av gull og andre industrielle virksomheter. Avsig fra søppelfyllinger er også en kilde til forurensing av grunnvann og vassdrag.
Et av de verste tilfellene av kvikksølvrelaterte helseskader var dumpingen av kvikksølv i Minamata-bukten i Japan. Chisso Corporation, en petrokjemisk industribedrift, ble funnet skyldig i å ha dumpet 27 tonn kvikksølv i perioden fra 1932 til 1968. Det er anslått at over 3 000 mennesker fikk det som ble kalt Minamata-sykdom i form av varige misdannelser, alvorlige symptomer på kvikksølvforgiftning eller døde, i det som senere ble kjent som Minamata-ulykken.
Utenfor kysten av Fedje i Hordaland ligger vraket av den tyske ubåten «U 864» fra andre verdenskrig. Den ble senket i februar 1945, og ifølge tyske historiske kilder hadde den en last på mellom 65 og 70 tonn kvikksølv. Norsk institutt for vannforskning (NIVA) har undersøkt havbunnen rundt vraket, og funnet ut at det er forurenset av kvikksølv.
Et av historiens største industri-utslipp av kvikksølv var fra Colex-anlegget, et litiumisotop separasjonsanlegg i Oak Ridge i Tennessee, USA. Anlegget var i drift på 1950- og 1960-tallet. Opptegnelsene er ufullstendige, men regjeringskommisjoner har anslått at omkring 900 tonn kvikksølv ikke er gjort rede for.
Kvikksølvforgiftning kan være både akutt og kronisk. Symptomer omfattet skjelving, følelsesmessig ustabilitet, søvnløshet, demens, og hallusinasjon. Undersøkelser har vist at akutt eksponering (4-8 timer) for rent kvikksølv i konsentrasjoner fra 1,1 til 44 mg/m³ førte til brystsmerter, dyspné, hoste, blodspytting, problemer med lungefunksjon, og bevis på lungebetennelse.
Eksponering for kvikksølvsdamper kan føre til alvorlige problemer med sentralnervesystemet, inklusivt psykotiske reaksjoner som delirium, hallusinasjoner, og tendens til selvmordstanker.
Akutt kvikksølvforgiftning kan føre til funksjonelle forstyrrelser, som omfatter irritabilitet, opphisselse, blyghet, og søvnløshet. Ved fortsatt eksponering utvikles en muskelskjelving som kan forverres til voldsomme muskelkramper. Skjelvingen starter først i hender og senere i øyelokkene, leppene, og tungen. Langtidseksponering av lavere konsentrasjoner kvikksølv har blitt forbundet med svakere symptomer av tretthet, irritabilitet, hukommelsessvikt, sterke drømmer, og depresjon.
Forskning på behandling av kvikksølvforgiftning er begrenset. Medisiner som er tilgjengelig for akutt kvikksølvforgiftning omfatter chelater N-acetyl-D, L-penicillamin (NAP), dimercaprol (britisk anti-Lewisite (BAL)), dimerkaptopropansulfonsyre (DMPS), og dimerkaptoravsyre (DMSA).
På grunn av de helseskadelige effektene av kvikksølveksponering, er industri- og handelsbruk av stoffet regulert i mange land. Verdens helseorganisasjon, USAs Occupational Safety and Health Administration og NIOSH (blant andre) anser kvikksølv som yrkesrisiko, og har satt grenser for kvikksølvkonsentrasjonen i arbeidsmiljøet.
I Norge ble det fra 1. januar 2008 innført et generelt forbud mot bruk og import av kvikksølv, med mindre spesiell tillatelse foreligger.
EU vedtok i 2003 RoHS-direktivet (Restriction of Hazardous Substances Directive). Dette direktivet begrenser (blant annet) kvikksølvinnholdet i salgsvarer til 0,01 %.
Regjeringen i USA vedtok i 1990 «Clean Air Act», en lov som setter kvikksølv på en liste over miljøgifter som krever ekstra streng kontroll. Som en følge av loven måtte industribedrifter som slipper ut mye kvikksølv, gå med på å montere utstyr for utslippsovervåking (maximum achievable control technologies (MACT)). I mars 2005 ble kraftverk føyd til listen over virksomheter som skulle kontrolleres.