Kwik

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 80 van de 118 elementen, Kwik (Hg).

Toepassingen

In de industrie wordt kwik vooral gebruikt voor elektrische en elektronische toepassingen en in allerlei verbindingen. Tot ongeveer het einde van de 20e eeuw werd kwik veel gebruikt in thermometers en barometers. Vanwege de giftigheid van dit element is het voor deze toepassing steeds meer in onbruik geraakt.

• Kwik wordt toegepast in kwikdamplampen zoals spaarlampen, zeer heldere lichtbronnen die gasvormig kwik bevatten.
• Op laboratoria wordt kwik regelmatig gebruikt voor hogetemperatuurthermometers, diffusiepompen en andere laboratoriuminstrumenten.^[2]
• Omdat kwik makkelijk verbindingen (amalgamen) vormt met goud, wordt het toegepast om goud te isoleren uit gouderts.
• Het tripelpunt van kwik (234.3156 K) is een vastliggend punt dat geldt als temperatuurstandaard van de Internationale Temperatuur Schaal ITS-90.
• Bij de productie van natriumhydroxide worden kwikcellen gebruikt.
• In de tandheelkunde worden kwikamalgamen gebruikt in tandvullingen.
• In de geneeskunde wordt de organokwikverbinding thiomersal soms gebruikt voor het conserveren van vaccins.^[3] Bij de afbraak van deze stof in het lichaam komt onder meer ethylkwik vrij.^[3]
• Kwik werd vroeger ook gebruikt om de bloeddruk van patiënten te meten. Tegenwoordig wordt hiervoor elektronische apparatuur gebruikt, maar de eenheid van bloeddruk wordt nog steeds gegeven in mm Hg, oftewel hoeveel kwik de bloeddruk kan ‘optillen’. Een bloeddruk van 120 mm Hg kan dus in een buisje 12 cm aan kwik omhoogdrukken.
• In de elektrochemie wordt kwik gebruikt in de druppelende kwikelektrode, die een eenvoudig reproduceerbare standaard is voor elektrochemische potentiaalmetingen.
• In de gezondheidszorg wordt kwik gebruikt als geleidend materiaal in kwiktouwtjes, een rubberen buisje gevuld met kwik, voor plethysmografisch onderzoek. Hiermee kunnen volumeveranderingen in lichaamsdelen gemeten worden, zoals adervernauwingen bij etalagebenen ^[4] en de ziekte van Raynaud.^[5] Het kwiktouwtje wordt om het te meten lichaamsdeel gebonden; als er een volumeverandering plaatsvindt verandert ook de lengte en doorsnede van het slangetje en daardoor ook de elektrische weerstand van het kwik daarin. Deze weerstand wordt gemeten en geeft informatie over de hoeveelheid volumeverandering.
• In vuurtorens werd (en wordt nog soms) het draaiende lenzenstelsel drijvend in een kwikbad geplaatst. Door de geringe wrijvingsweerstand kan het zware lenzenstelsel door middel van een licht aandrijfmechanisme in beweging gehouden worden.
• Andere toepassingen van kwik zijn kwikschakelaars, kwikbatterijen en pesticiden. Voor de meeste huishoudelijke doeleinden is kwik tegenwoordig verboden in verband met de giftigheid van kwikdampen.

Eigenschappen

Kwik is het enige metaal dat bij kamertemperatuur vloeibaar is, het stolt tot een witglanzend metaal bij -38,87 graden Celsius.^[2]

Elektrische geleiding en warmtegeleiding

Het metaal is een zeer goede geleider van elektriciteit, maar een slechte warmtegeleider door de overgangsweerstand.

Vorming van legeringen

Kwik vormt zeer makkelijk legeringen met vrijwel alle metalen, alleen ijzer vormt hierop een uitzondering. Een metaallegering op basis van kwik wordt een amalgaam genoemd.

Aluminium is een zeer reactief metaal dat echter beschermd wordt door een huidje van zijn eigen oxide aan de lucht. Wanneer kwik in contact komt met aluminium vormt zich echter aluminiumamalgaam. Vanuit het amalgaam kan aluminium ook oxideren, en er vormt zich aluminiumoxide aan de buitenkant. Dit oxide laat los waardoor meer amalgaam blootgesteld wordt en meer oxide gevormd wordt. Het kwik blijft achter en tast meer aluminium aan, net zolang tot het aluminium op is. Zo kan een kwikdruppel zich door een stuk aluminium heen “vreten”. Contact met het oxidelaagje kan op zich geen kwaad, maar een klein krasje dat zuiver aluminium blootlegt is al genoeg om bovengenoemd proces te doen beginnen.

Kwik is dan ook taboe aan boord van vliegtuigen. In de Tweede Wereldoorlog werden Duitse vliegtuigen wel gesaboteerd door er kwikhoudende pasta op te smeren.

Met tellurium vormt kwik een legering die snel reageert tot de nieuwe verbinding kwiktelluride. Een ander element waarmee kwik zeer makkelijk reageert is zwavel, onder vorming van kwiksulfide. Kwik dat op een moeilijk te reinigen oppervlak gemorst is kan dus met zwavelpoeder ingewreven worden, waarna het ontstane kwiksulfide eenvoudig opgezogen kan worden.

Ionen

Van de elementen uit de zinkgroep reageert kwik het minst heftig. In tegenstelling tot zink en cadmium kan kwik niet de plaats van waterstof innemen in zuren. Veel voorkomende oxidatietoestanden zijn +1 en +2. In zeldzame gevallen komt +3 voor. De zouten met eenwaardige kwikionen worden ook wel mercuro-zouten genoemd, bijvoorbeeld mercurochloride = HgCl. De zouten met tweewaardige kwikionen heten dan mercuri-zouten: mercurichloride=HgCl₂. Hoewel voor kwik(I)chloride vaak de notatie HgCl gebruikt wordt, zou het kwikgedeelte van de verbinding correcter beschreven moeten worden als Hg₂²⁺ en de verbinding dus als Hg₂Cl₂. Het optreden van relativistische effecten kan hier als oorzaak worden aangewezen.

Verschijning

Soms komt kwik in ongebonden toestand in de aardkorst voor in de vorm van kleine druppeltjes op cinnaber. De belangrijkste kwikbronnen voor commerciële winning zijn de mineralen cinnaber,^[2]corderoiet en livingstoniet. Ongeveer de helft van de totale wereldproductie is afkomstig uit Spanje en Italië.^[2] Op kleinere schaal wordt kwik gewonnen in Slovenië, Rusland, en Canada. Het kwik wordt geïsoleerd door het mineraal te verhitten in een luchtstroom waarbij het kwik verdampt en daarna condenseert in een gekoelde recipiënt.