Ortuť je jediný kov, ktorý je pri bežnej izbovej teplote kvapalný. Alchymisti v nej videli kľúč k premene kovov, obchodníci na čiernom trhu v nej videli červenú látku pre jadrové zbrane a chemici v nej našli jeden z najpodivnejších kovov periodickej tabuľky. Čo z toho je pravda?
Prečo je ortuť tekutá
Ortuť sa topí pri −38,8 °C. Jedným z hlavných dôvodov sú relativistické efekty. V ťažkom atóme ortuti sa 6s orbitál relativisticky sťahuje a energeticky stabilizuje, čím sa oslabuje kovová väzba medzi atómami. Podľa relativistických výpočtov tieto efekty znižujú teplotu topenia ortuti približne o 105 K. Bez nich by mala ortuť podstatne vyššiu teplotu topenia a pri izbovej teplote by bola pevná. Relativita však nie je jediným faktorom, ktorý určuje jej teplotu topenia.
Duša kovov a kameň mudrcov
V stredovekej alchýmii sa rozšírila predstava, že kovy vznikajú spojením dvoch princípov, síry a ortuti. Táto teória, spájaná aj s dielami pripisovanými arabskému alchymistovi Džábirovi ibn Hajjánovi, vysvetľovala rozdiely medzi kovmi ich čistotou a pomerom oboch princípov. Ak by sa ich podarilo dokonale očistiť a spojiť v správnom pomere, mohlo by podľa alchymistov vzniknúť zlato.
Hľadanie zlákalo aj mocných. Edward Kelley a John Dee prišli do Prahy v roku 1584. Kelley získal priazeň cisára Rudolfa II. prísľubmi transmutácie kovov a svojimi experimentmi. Neskôr skončil vo väzení a podľa tradovaných správ v roku 1597 zomrel po páde, ku ktorému došlo pri pokuse o útek. Zlato nevyrobil nikto.
Zaujímavé
Ortuť mala aj temnú stránku. V čínskej alchýmii sa rumelka (HgS) spájala s elixírmi nesmrteľnosti. Podľa historických záznamov užíval elixíry s ortuťou aj prvý čínsky cisár Čchin Š’-chuang-ti, a niektorí historici preto uvažujú, že jeho smrť súvisela s otravou. Historik Sima Čchien opísal v jeho hrobke rieky ortuti. Výskumy pôdy a ortuťových pár v okolí mauzólea zaznamenali zvýšené koncentrácie ortuti, no samotná pohrebná komora zostáva neotvorená.
Keď z červeného prášku vznikol kyslík
Jeden z významných míľnikov prechodu k modernej chémii súvisel s červenou zlúčeninou ortuti. V roku 1774 zahrieval Joseph Priestley červený oxid ortutnatý (HgO) sústredenými slnečnými lúčmi a získal plyn, v ktorom sviečka horela výrazne jasnejšie. Nazval ho „odflogistónovaný vzduch“. Nezávisle od neho pripravil kyslík aj Carl Wilhelm Scheele, pravdepodobne už skôr, hoci jeho výsledky vyšli tlačou až v roku 1777. Antoine Lavoisier neskôr vysvetlil úlohu plynu pri horení, ukázal, že je jednou zo zložiek vzduchu, a dal mu meno kyslík. Jeho presné merania zároveň významne prispeli k formulovaniu zákona zachovania hmotnosti.
Červená ortuť: legenda, ktorá nechce zomrieť
V 80. a 90. rokoch 20. storočia sa po svete začala šíriť povesť o „červenej ortuti“, tajnej látke z čias studenej vojny. Mala vraj umožniť výrobu miniatúrnych jadrových zbraní a vzorky sa podľa dobových správ ponúkali za obrovské sumy.
V niektorých opisoch legendy sa objavoval aj vzorec Hg₂Sb₂O₇, patriaci zlúčenine obsahujúcej ortuť a antimón. Jej existencia však nijako nepotvrdzuje tvrdenia o tajnej jadrovej technológii. Dôveryhodné dôkazy o látke s takýmito vlastnosťami neexistujú. Analýza jedného predávaného predmetu identifikovala v kapsule kovovú ortuť, pričom samotná kapsula bola zo zliatiny železa, chrómu a niklu. Antimón sa nezistil. Ide o jeden analyzovaný prípad, nie o dôkaz o všetkých ponukách na trhu. Tento konkrétny prípad však ukazuje, ako sa pri predaji údajnej červenej ortuti mohli skutočné látky a odborné názvy využívať na vytváranie dojmu tajnej technológie. Rumelka aj HgO sú naozaj červené, ale červená farba o jadrových vlastnostiach nič nehovorí.
Dva atómy, jedna väzba
Ortuť(I) sa v zlúčeninách nevyskytuje ako stabilný samostatný ión Hg⁺, ale typicky ako dvojatómový katión Hg₂²⁺ s väzbou Hg–Hg. V kalomele (Hg₂Cl₂) sa nachádzajú lineárne jednotky Cl–Hg–Hg–Cl. Kalomel sa v 19. storočí používal ako liek, napriek svojej toxicite. Jeho názov sa tradične odvodzuje z gréckeho „krásna čierna“.
Čerň má jednoduché chemické vysvetlenie. Amoniak reaguje s kalomelom za vzniku kovovej ortuti a amidochloridu ortutnatého:
Hg₂Cl₂ + 2 NH₃ → Hg + HgNH₂Cl + NH₄Cl
Pri tejto reakcii sa ortuť(I) disproporcionuje na ortuť(0) a ortuť(II). Vznikajúci amidochlorid ortutnatý je biely, no jemne rozptýlená kovová ortuť spôsobuje čierne sfarbenie reakčnej zmesi. Reakcia zároveň ukazuje, že stabilita zlúčenín ortuti(I) závisí od chemického prostredia: ak sa ortuť(II) viaže do stabilnej zlúčeniny, disproporcionácia sa podporí.
Cena, ktorú sme zaplatili
Ortuť je vysoko toxická. V 50. rokoch 20. storočia ochoreli v japonskej Minamate tisíce ľudí po konzumácii rýb a mäkkýšov kontaminovaných metylortuťou. Tá sa do zálivu dostávala v odpadových vodách priemyselného podniku Chisso, kde vznikala ako vedľajší produkt pri výrobe acetaldehydu. V potravinovom reťazci sa hromadila a spôsobovala vážne neurologické poškodenia. Po Minamate je pomenovaný aj medzinárodný Minamatský dohovor (prijatý 10. októbra 2013, platný od 16. augusta 2017). Upravuje celý rad aspektov životného cyklu ortuti, od jej ťažby, obchodu a používania vo výrobkoch až po emisie, odpad a kontaminované lokality.
Kam zmizol ortuťový teplomer?
Prvý ortuťový teplomer zostrojil Daniel Gabriel Fahrenheit v roku 1714. Ortuť bola na tento účel veľmi vhodná: zostáva kvapalná v širokom rozsahu teplôt, má pomerne pravidelnú tepelnú rozťažnosť a nezmáča sklo, čo umožňuje presné odčítanie jej hladiny.
Problém nastáva pri rozbití. Bežný klinický teplomer obsahuje približne 0,6 gramu ortuti. Z rozliatych kvapôčok sa postupne uvoľňujú pary, ktoré sú pri vdýchnutí toxické. Ortuť preto nikdy nezametáme metlou ani nevysávame, mohli by sme ju rozptýliť a zvýšiť množstvo pár vo vzduchu. Miestnosť treba vyvetrať a ďalej postupovať podľa pokynov príslušných úradov.
Nejde len o domácu nehodu. Ak sa ortuťové prístroje nesprávne vyhadzujú, ortuť sa môže dostať do odpadu a životného prostredia. Ako prvok sa nerozkladá, no môže sa premieňať na rôzne chemické formy a vstupovať do potravinových reťazcov. Práve takýmto únikom sa snaží predchádzať aj Minamatský dohovor.
Od 3. apríla 2009 platí v Európskej únii obmedzenie uvádzania ortuti na trh v klinických teplomeroch a ďalších meracích prístrojoch určených širokej verejnosti. Minamatský dohovor stanovil od roku 2020 zákaz výroby, dovozu a vývozu väčšiny dotknutých neelektronických meracích zariadení vrátane teplomerov. Opatrenie má výnimky, napríklad pre niektoré špecifické použitia, pri ktorých nie je dostupná vhodná bezortuťová alternatíva.
Dnes ortuťové teplomery nahrádzajú digitálne, infračervené a iné bezortuťové prístroje. Ortuť, ktorá stáročia pomáhala merať teplotu, sa tak postupne vytráca z bežného života, nie však z environmentálnych problémov, ktoré po sebe zanechala.
Záver
Alchymisti hľadali zlato a nenašli ho. Experimenty s ortuťou a jej zlúčeninami však pomohli otvoriť cestu k novým chemickým poznatkom. Zo zahrievania oxidu ortutnatého vzišiel jeden z významných míľnikov objavu kyslíka a neskorší výskum priniesol lepšie pochopenie horenia, hmotnostných bilancií aj redoxných rovnováh. Prípad Minamaty zároveň ukázal, aké vážne následky môže mať nesprávne nakladanie s ortuťou. Skutočné vlastnosti ortuti sú napokon fascinujúcejšie než legendy, ktoré sa okolo nej vytvorili.
Zdroje
- Calvo, F., Pahl, E., Wormit, M., Schwerdtfeger, P. (2013). Evidence for Low-Temperature Melting of Mercury Owing to Relativity. Angewandte Chemie Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201302742
- Newman, W. R. (2014). Mercury and Sulphur among the High Medieval Alchemists. Ambix, 61(4), 327–344. DOI: 10.1179/1745823414Y.0000000004
- Chang, Y., Li, T. (1985). Application of mercury survey technique over the mausoleum of emperor Qin Shi Huang. Journal of Geochemical Exploration, 23(1), 61–69. DOI: 10.1016/0375-6742(85)90016-0
- Zhao, G., Zhang, W., Duan, Z., Lian, M., Hou, N., Li, Y., Zhu, S., Svanberg, S. (2020). Mercury as a Geophysical Tracer Gas – Emissions from the Emperor Qin Tomb in Xi’an Studied by Laser Radar. Scientific Reports, 10, 10414. DOI: 10.1038/s41598-020-67305-x
- Obhođaš, J., Sudac, D., Blagus, S., Valković, V. (2007). Analysis of an object assumed to contain “Red Mercury”. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, 261(1–2), 922–924. DOI: 10.1016/j.nimb.2007.04.015
- American Chemical Society: Joseph Priestley and the Discovery of Oxygen. Dostupné online
- Greenwood, N. N., Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2. vyd.). Butterworth-Heinemann.
- United Nations Environment Programme (2019). Minamata Convention on Mercury: Text and Annexes. Dostupné online
- Smernica Európskeho parlamentu a Rady 2007/51/ES o obmedzení uvádzania na trh určitých meracích zariadení obsahujúcich ortuť. Dostupné online na EUR-Lex
- Nariadenie (ES) č. 1907/2006 (REACH), príloha XVII, položka 18a. Dostupné online na EUR-Lex
- U.S. EPA: What to Do If a Thermometer Breaks. Dostupné online
