Elohopea

Wikipedia

Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee alkuainetta. Artikkeli sarjakuvahahmosta – katso Elohopea (sarjakuvahahmo).
Kulta ← Elohopea → Tallium
Cd
↑
Hg
↓
Uub  
 
 
Hg-TableImage.png
Yleistä
Nimi Elohopea
Tunnus Hg
Järjestysluku 80
Luokka Metalli
Lohko d
Ryhmä 12, siirtymäalkuaineet
Jakso 6
Tiheys (n. 20 °C) 13,534×103 kg/m3
Väri Hopeanvalkea
Löytövuosi, löytäjä Esihistoria, Tuntematon
Atomiominaisuudet
Atomipaino 200,59 amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 150 (171) pm
Kovalenttisäde 149 pm
Van der Waalsin säde 155 pm
Orbitaalirakenne [Xe] 4f14 5d10 6s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 18, 2
Hapetusluvut +I, +II
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto Neste
Sulamispiste 234,25 K (−38,9 °C)
Kiehumispiste 629,85 K (356,7 °C)
Höyrystymislämpö 59,11 kJ/mol
Sulamislämpö 2,29 kJ/mol
Äänen nopeus 1451,4 m/s 20oC K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,9 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,140 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus 10,3 W/(m×K)
Tiedot normaalipaineessa

Elohopea (lat. hydrargyrum) on raskas metallinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Hg ja järjestysluku 80. Elohopea poikkeaa monista muista metallisista alkuaineista siinä, että sen sulamispiste on hyvin alhainen, −38,9 °C [1]. Se siis esiintyy huoneenlämmössä ja normaalissa ilmanpaineessa nestemäisenä. Muut metallit, joiden sulamispiste on lähellä huoneenlämpötilaa ovat cesium, frankium, gallium ja rubidium. Elohopea on harmaanvärinen ja sillä on metalleille ominainen kiilto. Elohopea on raskasmetalli eli sen lääketieteelliset vaikutukset ovat ihmiselle haitallisia; se ja sen yhdisteet tuhoavat aivoja, munuaisia ja keuhkoja.

Sisällysluettelo

[muokkaa] Ominaisuudet

Alhaisen sulamispisteensä takia elohopealle on löytänyt runsaasti sovelluksia teknisistä mittalaitteista. Sitä käytetään esimerkiksi lämpötilamittareissa ja painemittareissa. Tästä on peräisin myös paineen yksikkönä käytetty elohopeamillimetri (mmHg). Myrkyllisten vaikutustensa vuoksi elohopean käyttöä on pyritty lopettamaan muilla mittaustekniikoilla. Elohopeaa löytyi myös hammaspaikkausaineena käytetyssä amalgaamissa. Maankuoressa esiintyy erittäin vähän elohopeaa, sen massan osuus on 0,08 ppm. Tärkein elohopeanlähde on helakanpunainen sinooperi (α-HgS). Elohopean sulfidit ovat veteenliukenemattomia ja siksi ihmiselle periaatteessa vaarattomia. Elohopea esiintyy yhdisteissä hapetusluvuilla +I ja +II. Sen ulkoelektronit sijaitsevat 6s-orbitaalilla, joten elohopealla ei voi olla vajaata 5d-orbitaalia eikä siksi kuulu siirtymämetalleihin, vaikka löyhemmän määritelmän mukaan se voitaisiin katsoa kuuluvaksi. Elohopea sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä 12. pääryhmässä ja 6. jaksossa eli se on d-lohkon alkuaine.

Elohopean atomimassa on 200,59 atomimassayksikköä, tiheys 13,595 g/cm3, sulamispiste −38,9 °C, kiehumispiste 356,9 °C. Elohopealla on havaittu seitsemän pysyvää isotooppia, joista luonnossa yleisin on 202Hg. Alkuaineen radioisotoopeista pitkäikäisin on 194Hg (puoliintumisaika 444 vuotta), joka hajoaa elektronisieppauksen kautta.

[muokkaa] Etymologia ja historia

[muokkaa] Etymologia

Astrologien ja alkemistien käyttämä symboli Merkuriuksesta ja elohopeasta.

Elohopeasta käytetty kemiallinen lyhenne Hg on peräisin aineen muinaiskreikkalaisesta sanasta johdetusta latinannoksesta hydrargyrum (muinaiskreikaksi Ύδραργυρος, hydrargyros). Latinankielisen nimityksen aineelle antoi Neron armeijan lääkäri Dioskorides.[2] Galenos ja Plinius vanhempi käyttivät siitä nimeä argentum vivum eli elävä hopea (”elohopea”).[3] Monien germaanisten kielten elohopeaa tarkoittavat sanat ovat johdettu hopea-sanan eteen liitetty elämää tarkoittava indoeurooppalaisesta ğīv-sanasta johdettu etuliite. Esimerkkeinä ruotsin kvicksilver, saksan quecksilber ja englannin quicksilver. Niihin perustuu käännöslainana myös suomen sana elohopea.

Japanin 水銀 (ääntyy suigin) ensimmäinen merkki tarkoittaa vettä ja jälkimmäinen hopeaa, merkityksen ollen sama kuin kreikassa, "vesihopea". Itäslaavilaisissa kielissä käytettävän sanan alkuperä (ven. Ртуть, rtutʹ) alkuperä on jäänyt hieman hämäräksi, mutta se saattaa olla peräisin turkkilais-arabialaisesta utarid-sanasta, joka tarkoittaa Merkuriusta. Eteläslaavilaiset kielet, arabia ja turkki ovat omaksuneet sanan persian kielen zhivah- tai jîvah-sanoista, jotka myöskin tarkoittavat sananmukaisesti ”elävää hopeaa”.[3]

Romaanisissa kielissä sitä vastoin elohopea sana on peräisin joko suoraan roomalaisten kaupankäynnin pääjumalalta ja jumalten sanansaattajalta Mercuriukselta (Hermes) tai planeetta Merkuriukselta, eli epäsuorasti samalta jumalalta. Siihen perustuvat esimerkiksi portugalin mercúrio ja ranskan mercure, joskin ranskassa aineella on myös nimi argent-vif (elohopea). Englannissakin on quicksilver-sanan synonyyminä yleisesti käytössä myös sana mercury. Alkemistit alkoivat käyttää termiä tiettävästi 600-luvulta lähtien. Edeltävää vaihtoehtoa tuetaan Mercuriukseen liitetyillä ominaisuuksilla kuten nopeus ja liikkuvuus, joiden katsotaan liittyvän elohopean nestemäiseen olomuotoon. Jälkimmäistä etymologiaa taas tuetaan sillä, että elohopea oli alkemistien mukaan prima materia, metalli josta muut metallit ovat muodostuneet, ja muuntelemalla elohopean ja rikin määriä voitaisiin tuottaa puhtaampia metalleja, kuten kaikkein puhtaimpana pidettyä kultaa. Alkemisteilla oli tapana yhdistää tiettyjä metalleja tunnettuihin taivaankappaleisiin, esimerkiksi kulta vastasi Aurinkoa. Elohopean perustavuuteen nojaten se haluttiin yhdistää lähimpänä aurinkoa kiertävään planeettaan eli Merkuriukseen. Alkemistit omaksuivat elohopealle saman merkin kuin Merkuriuksellekin.[3]

Alkemistit käyttivät useita nimiä elohopealle, monet niistä olivat peräisin arabian sanoista. Muutamia näistä ovat azoth (tai azoq), tarith (rai ruscia), zaibac, zeida, zaibar (saibar), vener, ventus albus.[4]

[muokkaa] Historia

Ranskassa ja Espanjassa tehtyjen luolatutkimusten perusteella myöhäispaleoliittisella kaudella (30 000 vuotta sitten) luolien maalauksissa käytettiin voimakkaan punaisen aikaan saamiseksi sinooperia (HgS). Ei kuitenkaan tiedetä osasivatko he eristää elohopeaa sinooperimalmia kuumentamalla. Olmeekeista lähtien Etelä-Amerikan kulttuureissa sinooperia hyödynnettiin koristelussa. Mayakulttuurin kukoistuksen aikaan sinooperilla koristeltiin kuninkaallisten hautoja, ja inkat käyttivät sitä kosmetiikassa ja sotamaalauksissa. Kaikkein vanhimman tunnetun elohopeanäytteen löysi saksalainen arkeologi Heinrich Schliemann muinaisegyptiläisestä haudasta Kurnassa. Elohopea löytyi kookospähkinänmuotoisesta astiasta, jonka valmistusajankohdaksi onnistuttiin määrittämään 1600 eaa. Muinaisessa Egyptissä elohopea samaistettiin Thotiin, magian, tieteen ja taiteen jumalaan.[5] Löydösten perusteella elohopea tunnettiin samaan aikaan myös Kiinassa ja Intiassa.[6] Elohopea on siis tunnettu jo tuhansia vuosia, eikä sille voida nimetä yksiselitteisesti löytäjää eikä löytövuotta. Sen sijaan ranskalaiskemisti Antoine Lavoisier nimesi sen alkuaineeksi tutkiessaan ilman koostumusta, mitä varten hänen piti polttaa eri aineita, mukaan lukien elohopeaa.

Aristoteles ja hänen oppilaansa Theofrastos tunsivat elohopean nestemäisen olomuodon. Theofrastos kuvaa mineraaleja käsittelevässä De Lapidibus -teoksessa keinon valmistaa elohopeaa murskaamalla kuparihuhmareessa sinooperia viinietikan kanssa. Kiinalainen alkemisti Ko Hung tunsi vastaavan menetelmän. Lisäksi roomalaiset ja kreikkalaiset tunsivat metallin myrkylliset vaikutukset juotuna, mutta väittivät kaivostyöläisten kykenevän kasvamaan entiseen tapaan elohopea-altistumisesta huolimatta kaivosten ympäristössä. Myrkyllisyydestä huolimatta Dioskorideen mukaan elohopealta löytyy samoja terveyttä edistäviä ominaisuuksia kuin verikiveltä: se hyydyttää verenvuodon ja auttaa ihon märkärakkuloiden hoidossa. Antiikin aikana elohopeaa käyttökohteet olivat erilaiset salvat ja kosmetiikkatuotteet.

Elohopean lääketieteelliset sovellutukset jäivät kaikesta huolimatta antiikissa vähäisiksi. Sen sijaan arabioppineet kiinnostuivat sen mahdollisista terapeuttisista ominaisuuksista. Lisäksi sitä suositeltiin moniin ihosairauksiin. Ristiretkien kautta sotilaat toivat mukanaan Eurooppaan elohopeapohjaista ihonhoitoainetta nimeltä unguentum saracenicum, ja elohopealääkkeet ja -hoitokeinot säilyivät Euroopassa pitkälle uuteen aikaan saakka. Elohopeaa käytettiin erityisesti kupan hoidossa, mikä poiki sananlaskun, jonka mukaan ”yksi yö Venuksen kanssa merkitsi loppuelämää Merkuriuksen kanssa” (elohopea tunnettiin myös nimellä Mercurius). Elohopean parantava vaikutus perustui siihen, että se lisäsi hikoilua ja syljen eritystä. Keskiaikaiset hoitokeinot perustuivat ruumiin neisteiden tasapainoon eli niin sanottuun humoraalioppiiin. Elohopeaa käytettiin hoitokeinona pitkään 1800- ja 1900-luvuille saakka.

Kiinassa ja Tiibetissä elohopealla uskottiin olevan myös elämää pidentäviä sekä terveyttä edistäviä vaikutuksia. Esimerkiksi keisari Qin Shi Huangdille tarjottiin elohopean ja jaden sekoituksesta valmistettua juomaa, jonka turvin hänen uskottiin saavuttavan ikuisen elämän. Hyvistä tarkoitusperistä huolimatta keisari kärsi juoman aiheuttamista maksavaurioista ja aivokuoleman. Ajatus elohopean tuomasta iankaikkisesta elämästä löytyy myös intialaisesta alkemian kirjasta Rasavātam.

Alkemistien keskuudessa elohopealla oli keskeinen merkitys. Alkemian perimmäisenä ajatuksena on, että luonto on jatkuvassa, hitaassa kehityksessä ja pitkän ajan kuluttua kehitys päättyy, jolloin maailma on saavuttanut täydellisyyden. Metallien uskottiin puolestaan koostuvan erilaisista seossuhteista elohopeaa, rikkiä ja suolaa. Kulta oli kaikkein puhtainta mahdollista metallia. Alkemian perusajatukseen vedoten uskottiin olevan mahdollista muuttaa epäpuhtaita metalleja kullaksi muuttelemalla niiden ”seossuhteita”. Alkemistit ajattelivat nopeuttavansa tällä tavoin luonnon kehitystä.

Lämpömittari keksittiin 1600-luvun alussa. Ensimmäisen nestelämpömittrin keksi Jean Rey. Hänen keksintöäänsä paranteli Toscanan suurherttua Ferdinand tekemällä mittarista ilmatiiviin, jolloin ilmanpaineen muutokset eivät haitanneet mittauksia. Hän kokeili eri nesteitä päätyen alkoholiin, mutta myöhemmin se korvattiin elohopealla, koska sen lämpölaajeneminen osoittautui lineaarisemmaksi. Evangelista Torricelli hyödynsi myös elohopeaa keksimässään ilmapuntarissa, joka on yksinkertaisimmillaan toisesta päästä suljettu putki, joka on täytetty nesteellä. Elohopean käytön syynä on sen suuri tiheys, jolloin rakennettava laite saadaan pienempikokoiseksi. Paineen yksikköinä saatetaan käyttää elohopeamillimetriä (mmHg) eli torria.

Erästä elohopeayhdistettä käytettiin 1800-luvun puolivälistä 1900-luvun puoliväliin huopahattujen teossa. Käytöstä seurasi laajalti elohopeamyrkytystä hatuntekijöiden joukossa. Arvellaan, että myrkytysoireet kuten unettomuus, dementia, hallusinaatiot ja henkinen epätasapainoisuus ovat synnyttäneet Lewis Carrollin teoksesta Liisan seikkailut ihmemaassa tutun sanonnan ”hullu kuin hattumaakari” (engl. as mad as a hatter).[7]

[muokkaa] Yhdisteet ja reaktiivisuus

[muokkaa] Suolat

Elohopea esiintyy yhdisteissä hapetusluvuilla +I tai +II, joista jäljelmpi on edeltävää yleisempi. Jännitesarjassa elohopea on kuparia jalompi eli se kuuluu jalometalleihin. Elohopea ei siis reagoi spontaanisti normaalioloissa ilman hapen, veden tai suolahapon kanssa, mutta sitä vastoin reagoi happihappojen kuten väkevän typpihapon kanssa, vapauttaen vetyä ja muodostaen elohopeasuoloja. Elohopeaoksidia (HgO) voidaan valmistaa kuumentamalla elohopea näytettä noin 300–350 °C lämpötilaan, mutta reaktio muuttuu käänteiseksi jos lämpötila kasvaa liian suureksi (400 °C). Alkalimetallien kanssa elohopea reagoi kiivaasti. Elohopean suolat ovat lähes aina poikkeuksellisen myrkyllisiä ja aiheuttavat elohopeamyrkytyksen.

Elohopeaoksidi on kiinteä ja väriltään kellertävän punainen. Sitä käytetään grafiittiin sekoitettuna sinkki–elohopea- ja elohopeaparistojen elektrodeissa. Elohopeasulfidia on olemassa kahtatyyppiä: α-HgS ja β-HgS. Ensimmäinen (sinooperi) on voimakkaan punaisen värinsä takia paljon käytetty väriaine. Jälkimmäinen tyyppi on väriltään musta. Elohopea(I)kloridia eli kalomelia käytetään runsaasti erityyppisissä antiseptisissä voiteissa. Lääketieteessä elohopea(II)kloridia käytetään puhdistusaineena (laimennetaan veteen suhteessa 1:2  000) ja maataloudessa se on yleinen sienimyrkky. Kemianteollisuudessa elohopea(II)kloridia käytetään katalyyttinä vinyylikloridin tuotannossa.

Elohopea häiritsee veressä tapahtuvia reaktioita kuten vaikkapa vetypreoksidin hajoamista tuottaen veden ja happikaasun sijasta vettä ja elohopeaoksidia. Kudoksissa voivat menettää elohopean vuoksi toimintakykynsä ja estää entsyymien toimintaa sekä hajottaa solukalvoja.[8] Elohopea ei poistu elimistöstä vaan kertyy keskushermostoon ja rasvakudokseen.

Elohopea muodostaa muiden metallien kanssa seoksia (lejeerinkejä), joita kutsutaan amalgaameiksi. Termiä käytetään myös hopeanvärisistä hammaspaikoista (amalgaamipaikat), joiden materiaali sisältää 50 % elohopeaa.

[muokkaa] Orgaaniset yhdisteet

Orgaanista elohopeayhdistettä tiomersaalia (C9H9HgNaO2S) käytetään muun muassa rokotteiden valmistuksessa ja säilöntäaineena sekä piilolinssinesteissä.

[muokkaa] Valmistus

Elohopeaa tuotetaan teollisesti muun muassa pasuttamalla sinooperia (HgS). Sinooperin sisältämä rikki (S) palaa hapessa (O) rikkidioksidiksi (SO2) ja puhdas elohopea (Hg) höyrystyy seoksesta.

HgS + O2 → Hg + SO2

Tiivistynyt elohopeahöyry kerätään talteen. Kaivosteollisuudessa elohopeaa on käytetty myös kullan ja hopean puhdistamiseen malmeista. Menetelmässä liuotetaan kulta tai hopea elohopeaan, joka muodostaa amalgaamin. Seosta kuumennetaan, jolloin elohopea höyrystyy ja jäljelle jää kulta tai hopea. Mentelmää tunnettiin jo espanjalaisten valloitettua Etelä-Amerikan. Vuonna 1566 espanjalaisvalloittajat löysivät alkuperäiskansojen perustaman suuren Huancavelicassa sijainnen elohopeakaivoksen. Samaa menetelmää käytettiin myös Kalifornian kultaryntäyksen aikaan.

[muokkaa] Terveyssuosituksia

Elohopean myrkyllisyyden vuoksi sen käyttöä eri tarkoituksiin on selvitetty ja annettu suosituksia elohopea-altistuksen vähentämiseksi. Esimerkiksi kalan syöntiä koskien on annettu suosituksia siitä, minkä verran elohopeaa sisältävää kalaa tulee enimmillään syödä ja rokotusten säilöntäaineena käytettyä elohopeaa on huomattavasti vähennetty.

Merkittävin elohopealähde ihmisravinnossa on kalaöljy. Metyylielohopeaa (CH3Hg) syntyy saastuneiden vesistöjen pohjissa.

[muokkaa] Talous

Elohopean tuotanto vuonna 2005.

Elohopeaa louhitaan vuosittain noin 1 400 tonnia (2006).[9] Elohopeaa ei löydy luonnosta puhtaana, vaan sitä joudutaan erottamaan malmeista. Louhostoiminnan kannalta tärkeimmät elohopeaa sisältävät malmit ovat sinooperi ja livingstoniitti (HgSb4S8. Suurimmat elohopean tuottajamaat ovat Kiina, Espanja ja Kirgisia. Espanjan suurimpiin elohopealouhoksiin kuuluu Almadén, jossa oli jo Rooman valtakunnan aikaan Euroopan tärkein sinooperilouhos. Suomessa elohopeaa tuotetaan yli 20 tonnia (2006). Maapallolla elohopeavaroja on arvioitu olevan jäljellä vielä noin 600 000 tonnia.

[muokkaa] Elohopean yhdisteitä

[muokkaa] Lähteet

  1. ↑ MAOL: Matematiikka, fysiikka, kemia: Taulukot, s. 74. Otava, 1981. ISBN 951-1-05281-0
  2. ↑ Robinson, Victor: The Story of Medicine, s. 101. Kessinger Publishing, 2005. ISBN 978-141-915-431-7.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Peter van der Krogt: 801 Mercury Vanderkrogt.net. Viitattu 13.12.2008. (englanniksi)
  4. ↑ Martin Rulandus: A Lexicon of Alchemy Viitattu 13.12.2008. (englanniksi)
  5. ↑ O'Dowd, Michael J.: The History of Medications for Women, s. 116. Informa Health Care, 2001. ISBN 978-185-070-002-9.
  6. ↑ Nature’s Building Blocks, s. 258
  7. ↑ H. A. Waldron: Did the Mad Hatter have mercury poisoning? British Medical Journal 287 (6409): 1961. PubMed PMID 6418283. Viitattu 14.12.2008. (englanniksi)
  8. ↑ Kysymys: Mikä tekee elohopeasta niin myrkyllisen? Missä ja mihin elohopeaa käytetään? Helsingin yliopisto. Viitattu 17.12.2008.
  9. ↑ World Mineral Production 2002–2006 British Geology Survey. Viitattu 20.12.2008. (englanniksi)

[muokkaa] Katso myös

[muokkaa] Aiheesta muualla


Kemiatyngät Tämä kemiaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.
Voit auttaa laajentamaan myös muita samankaltaisia artikkeleita.
Haettu osoitteesta http://fi.wikipedia.org/wiki/Elohopea
Henkilökohtaiset työkalut