Živa

 

Živa je poznata najmanje iz vremena antike. Tako naprimjer spomenuta je već u djelima Aristotela, Teofrasta iz Erozosa, Plinija Starijeg i drugih antičkih pisaca. U srednjem vijeku koristila je i kao ljekovito sredstvo (mada je zbog svoje otrovnosti djelovala suprotno). U to vrijeme živa se dobijala utrljavanjem cinabarita u sirće ili zagrijavanjem cinabarita preko procesa sublimacije. Vitruvije je poznavao legure žive i zlata. To se koristilo za pozlaćivanje predmeta pri čemu je živa isparavala. U 5. vijeku spoznalo se da je sublimat živa(II)-hlorida zapravo živin spoj. Paracelsus je bio prvi ljekar koji je izradio bazične živine soli i komplekse i njih koristio kao ljekovito sredstvo. Od 16. vijeka živa postaje sve značajnija, jer je bila neophodna za dobijanje srebra iz srebrenih ruda zbog stvaranja amalgamskih spojeva. Holandski fizičar Heike Kamerlingh Onnes otkrio je 1911. godine po prvi put fenomen superprovodljivosti kod žive.^[7] Na temperaturi od 4,2 K (-268,9 °C) potpuno nestaje električni otpor žive.

 

Živa je na latinskom nazivana argentum vivum (doslovno živo srebro). U germanskim jezicima (njemačkom, švedskom, danskom i drugima) i danas se njen naziv izvodi iz latinskog (Quecksilber, Kvicksilver), dok je engleski mercury te slični nazivi u romanskim jezicima povezani su sa rimskim božanstvom Merkurom. Ruski naziv rtut' izveden je iz praslavenskog rьtǫtь u značenju kotrljanja. U južnoslavenskim jezicima njen naziv također označava njenu osobinu da teče, da se kreće kao da je živa.

U grčkoj antici živu je simboliziralo božanstvo Hermes, koji je također bio zadužen i za planetu Merkur. Tu mitologiju su preuzeli Rimljani i alhemičari, te su stvorili svoj pandan u obliku božanstva Merkura. Stoga engleski naziv mercury i danas označava oba pojma: živu i planetu Merkur. Kao alternativni naziv za živu u engleskom jeziku koristi se i riječ Quicksilver. Za srednjevjekovne alhemičare, živa, sumpor i kuhinjska so su bila tri osnovna elementa. Mitološka životinja jednorog je simbolizirao živu.

 

Živa je srebrenobijeli, tečni teški metal. Još samo ponegdje se ubraja u plemenite metale ali je mnogo reaktivnija od klasičnih plemenitih metala (poput platine i zlata), a nalaze se u istoj periodi. Gradi legure sa brojnim metalima koji se nazivaju amalgami. Živa u odnosu na druge metale dosta slabije provodi električnu struju. Ona je jedini element pored plemenitih plinova koji je jednoatomni na sobnoj temperaturi u gasnoj fazi.^[8] Živa je oko 13,5 puta gušća od vode, tako da je po Arhimedovom zakonu njena nosivost 13,5 puta viša od vode. Stoga na živi pliva i željezna kocka (željezo je oko 7,87 puta gušće od vode). Nedavno uvedena Monte Carlo simulacija pokazuje da i gustoća žive podliježe relativističkim efektima. Nerelativističkim izračunima došlo se do procjene gustoće od oko 16,1 g/cm³.^[9]

Odgovor na pitanje zašto je živa tečna na sobnoj temperaturi može se razmatrati na osnovu veza između atoma žive. Atom žive ima jednu izuzetnu i jedinstvenu konfiguraciju elektrona, koja je ne dopušta nikakve stabilne veze između pojedinih atoma. Atome svih drugih metala, koji su na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju, na okupu drži putem elektrostatike takozvani elektronski gas koji se sastoji iz delokaliziranih elektrona iz vanjskih orbitala atoma. Metalne veze elemenetarnih metala se javljaju zbog takozvanih modela elektronskih traka, gdje su sadržani određeni elektroni nekog energetskog nivoa. Takve trake su neophodne da bi se ispoštovao Paulijev princip. Kod metalnih veza elektroni iskaču iz valentne trake, koja je energetski najviša traka potpuno ispunjena elektronima, te uskaču u provodnu traku, koja nije potpuno ispunjena elektronima, i nazad. Tim procesom od atoma metala nastaje jedna vrsta slabih kationa, koji se drže na okupu putem negativnog naboja udaljenih elektrona, kao i tzv. elektronskog gasa. U isto vrijeme elektroni su dovoljno pokretljivi da mogu služiti i kao nosioci naboja za električnu struju, što objašnjava i električnu provodljivost metala.

Kao element 12. grupe periodnog sistema elemenata atomi žive imaju potpuno ispunjene s- i d-orbitale, što znači da imaju veoma stabilnu i energetski vrlo povoljnu konfiguraciju. Zbog toga je provodna elektronska traka kod nje prazna. Kod lakših homolognih elemenata poput cinka i kadmija koji se nalaze u istoj grupi PSE kao i živa, a na sobnoj temperaturi su ipak u čvrstom stanju, energetske razlike između valentne i provodne trake su dosta manje tako da elektroni bez problema mogu skakati iz valentne u provodnu traku, čime nastaju metalne veze. Posebnost žive je da sa 14 elektrona ima potpuno popunjenu 4f-orbitalu, koja se nalazi i kod cinka i kadmija, ali kod njih ona nije popunjena. Dok cink i kadmij imaju u vanjskoj ljusci po 12 elektrona, živa ima 26. Iz razloga lantanoidne kontrakcije i relativističkog efekta dolazi do porasta masa i manje efikasnog pokrivanja naelektrisanja jezgre. Tek nedavno se došlo do dokaza putem Monte Carlo simulacije da je anomalija niske tačke topljenja kod žive povezana sa relativističkim efektom. Bez tog efekta moglo bi se očekivati da talište žive iznosi oko 105 K iznad onog koje je eksperimentalno dokazano.^[9]

Na taj način, zauzeta orbitala se privlači bliže jezgra, kao što je slučaj kod valentne trake kod žive. Nezauzeta orbitala, provodna traka, se ne privlači blizu jezgra, što dovodi do posebno velike razlike u energijama između valentne i provodne trake, koja je značajno manja kod cinka i kadmija. Na taj način, valentnu traku elektroni gotovo da ne mogu napustiti, što se manifestira da se metalna veza izuzetno slabo drži. Ovim se može objasniti tekuče stanje kod žive kao i činjenica da ima neuobičajeno slabu električnu provodljivost.

Živa rastvara metale (izuzetak su: željezo, platina, volfram i molibden). Prag bezbjednosti žive u zraku iznosi 0,05 mg Hg m^-3 zraka, zato prosuta živa predstavlja potencijalnu opasnost od trovanja.

Poznato je ukupno 34 izotopa žive i 9 nuklearnih izomera sa masenim brojevima između 175 i 208. Sedam ovih izotopa su stabilni, sa masenim brojevima 196, 198, 199, 200, 201, 202 i 204. Od radioaktivnih izotopa jedino izotop ¹⁹⁴Hg ima relativno dugo vrijeme poluraspada od 444 godine (po novijim podacima 520 godina^[13]). Drugi izotopi i jezgreni izomeri imaju vremena poluraspada između 1,1 milisekunde i 46,612 dana.

 

Živa se može pronaći u čistom obliku u prirodi i jedina je tečna supstanca tradicionalno svrstana u minerale od strane Međunarodne mineraloške asocijacije (IMA).^[14] Najveći depoziti rude žive nalaze se između ostalih u Sloveniji, Španiji, Srbiji (rudnik "Šuplja stena" na Avali^[15]), Italiji, Kini, Alžiru i Rusiji. Na području Bosne i Hercegovine ruda žive se nekad kopala na području Fojnice u rudniku Čemernica,^[16] a ležišta žive nalaze se i u Draževićima u blizini Srednjeg, ali rudnik nije otvoren zbog slabe potražnje na međunarodnom tržištu.^[17] Rude žive se uglavnom javljaju u mineralnom obliku kao cinabarit (HgS), najviše na mjestima nekadašnje vulkanske aktivnosti. Mnogo rjeđe, živa se javlja i u samorodnom obliku. U španskom mjestu Almadén nalazi se najveće ležište cinabarita na Zemlji. Od 2003. godine njegova eksploatacija je zaustavljena a rudnik je preinačen u turističku atrakciju.^[18] U slovenskom gradu Idrija se nalazio drugi po veličini rudnik žive na svijetu, ali je nedavno zatvoren. Danas postoji inicijativa da se rudnici u Idriji i španskom Almadénu uvrste na UNESCO-ov spisak svjetske baštine.^[19] Nešto rjeđi minerali žive su montroydit (kao HgO), paraschachnerit^[20], schachnerit^[21], eugenit, luanheit i moschellandsbergit (svi kao AgHg). Donekle drugačijeg sastava je i mineral belendorffit (kao CuHg).

Živa se uobičajeno skladišti u metalnim posudama (eng. flask) težine 76 funti (34,473 kg) a na berzi metala označava se kao FL (flask).

Čista živa se dobija u procesu prženja rude žive, odnosno cinabarita (HgS) u prisustvu kisika iz zraka. Kao proizvod reakcije dobijaju se elementarna živa i sumpor-dioksid:^[22]

${\displaystyle \mathrm {{}HgS\ +O_{2}\longrightarrow {}Hg+SO_{2}} }$ 

 

Termičko istezanje žive je zapravo veoma malo, ali u gotovo svim vidovima primjene ono je gotovo direktno proporcionalno povećanju i smanjenju temperature:

V_ϑ = V_{0 °C} (1 + 1,82 × 10⁻⁴ ϑ + 7,8 × 10⁻⁹ ϑ²).

Osim toga, živa ne kvasi staklo i vrlo dobro je primjetna. Zbog toga je idealna za upotrebu kod termometara na bazi tekućine i kontaktnih termometara. Kao vanjski termometar u područjima koja imaju izuzetno hladnu klimu može se koristiti samo za mjerenje temperatura koje nisu niže od njene tačke smrzavanja odnosno -38,83°C.

Zbog otrovnosti danas je njena upotreba je dosta smanjena i ograničena još samo na naučnu oblast. U termometrima se umjesto žive danas koriste obojeni alkohol ili tečna legura galinstan a sve više se koriste elektronski termometri. Prvi živin termometar je napravio i u upotrebu uveo Daniel Gabriel Fahrenheit oko 1720. godine. U termometrima se u prosjeku nalazi oko 150 mg žive, a u nekim medicinskim termometrima količina žive može dostizati i jedan gram. To otprilike odgovara kuglici prečnika oko 5,2 mm.

Od 3. aprila 2009. godine u Evropskoj uniji je zabranjena proizvodnja i stavljanje na tržište novih medicinskih termometara, barometara i aparata za mjerenje krvnog pritiska na bazi žive, uz izuzetak mjernih uređaja koji su namijenjeni za naučnu i medicinsku upotrebu kao i starih i polovnih aparata do isteka njihovog vijeka trajanja.^[23]

 

Klasični dizajn manometra (mjerač razlike pritisaka) je u obliku U-cijevi, čiji su krajevi spojeni preko cijevi sa obje atmosfere čiji se pritisak mjeri. Sve do današnjeg vremena kao tečnost u manometrima upotrebljava se živa. Stari način izrade barometara je također jedna uspravno postavljena U-cijev čiji je gornji kraj zatvoren, te tako predstavlja posebnu vrstu manometra. Živina cijev na zatvorenom kraju se potapa sve dok pritisak zraka i težina živa ne budu u ravnoteži. Kod normalnog pritiska (npr. 1 atmosfera), visina žive iznosi oko 760 mm. Stare mjere za pritisak zraka (torr) su odgovarale visini žive u cijevi u milimetrima tako da je jedan milimetar žive u cijevi odgovarao pritisku od 133,322 paskala.

 

Zbog svoje električne provodljivosti i vrlo visokog površinskog napona (0,476 N/m na temperaturi od 20 °C) živa je idealna kao kontaktni materijal u nekada korištenim živinim prekidačima. Međutim, zbog problema oko zbrinjavanja elektronskog i električnog otpada od 2005. godine u EU (Direktiva o ograničenju upotrebe opasnih materija RoHS direktiva) je zabranjena upotreba živinih prekidača. U posebnim okolnostima, i danas se koriste kontakti koji sadrže živu, samo u slučajevima kada se nastoji dobiti posebno malehan otpor kod kontakta ili da se izbjegnu kratki spojevi u kontaktu (npr. kod živinih releja). Kod posebnih živnih prekidača, živa se kreće unutar prekidača te zatvara ili otvara strujni krug u zavisnosti od mehaničkog položaja prekidača, analogno kao kod libele (vaser-vage). Takva vrsta prekidača je našla primjenu kod starih vremenskih prekidača za osvjetljenje stepeništa, kod termostata u bojlerima, prekidača za pritisak kod pumpi za domaćinstva ili kao osigurača protiv nepoželjnog kretanja kod mašina za pranje rublja. Kod, danas zastarijelih, turbo invertora mlaz žive se koristio kao prekidač.

Velike količine žive se koriste za dobijanje srebra i zlata. Pri ispiranju zlata, živom se otapa fina zlatna prašina pri čemu nastaje zlatni amalgam. Zbog živine niske tačke topljenja, ona pravi legure koje se također vrlo lahko tope. Pri pranju i kasnijem zagrijavanju amalgama, dobija se čisto zlato, a živa pri tom procesu vrlo često dospijeva u okolinu. Ovaj proces je jedan od osnovnih uzorka velikog zagađenja područja gdje se zlato dobija na ovaj način.

Ovim načinom moguće je pozlaćivanje bakarnih predmeta i limova, a na ovaj način je pozlaćena i kupola katedrale svetog Izaka u Sankt Peterburgu iz 19. vijeka. Ranije je i srebro dobijano na ovaj način u njemačkom gorju Harz.

Živa se upotrebljava u sijalicama i lampama koje rade na principu cijevi unutar kojih se vrši električno pražnjenje kao što su štedljive lampe, katodne cijevi, živine lampe pod pritiskom i kvarcne lampe (takozvane lampe sa crnom svjetlošću). U grobnici jednog prvih poznatih kineskih careva Qin Shihuangdija navodno su tekle rijeke žive. Naučnici su pri istraživanju tla u okolini njegove grobnice pronašli neuobičajeno visoke koncentracije žive. Međutim, ovo otkriće ne daje konačni dokaz kojim bi se potvrdila legenda o rijekama žive. Američki umjetnik Alexander Calder je 1937. godine izgradio živinu fontanu u čast žrtava rudara koji su umrli pri kopanju žive. Navodno su oko 1000. godine postojali bazeni ispunjeni živom u palatama i dvorcima halife u Córdobi (Medina az-Zahra), Kairu i Bagdadu, koji su služili za stvaranje svjetlosnih efekata.

Navedeni su neki od važnijih spojeva žive(I), di-žive(I) i žive(II):

• Dimetil živa
• Živa(II)-acetat
• Živa(II)-amidhlorid
• Živa(I)-hlorid (mineral kalomel)
• Živa(II)-hlorid (sublimat)
• Živa(II)-fulminat (praskava živa)
• Živa(II)-jodid (Nesslerov reagens)
• Živa(II)-nitrat
• Živa(II)-oksid
• Živa(II)-sulfid (mineral cinabarit)

Ako živa dospije u vodenu sredinu, mikroorganizmi je prerađuju tako da nastaje organometalni spoj koji se rastvara u mastima. Mnoge tragične događaje su izazvali baš organski spojevi žive, naprimjer u Japanu, Gvatemali, Iraku, Pakistanu. Svi ti slučajevi su bili izazvani korištenjem namirnica koje su bile zatrovane živom. U Iraku je 1971-1972 pomrlo oko 650 ljudi^[24] zbog korištenja pšenice koja je u sebi sadržavala fenil-živu. Unošenjem alkalnih spojeva žive u ljudski organizam, živa pomoću krvotoka dolazi do moždanih ćelija onemogućavajući mozgu dotok krvi i izazivajući poremećaje u nervnom sistemu. Kationi žive Hg²⁺ i Hg₂²⁺ imaju različite osobine. Kation Hg₂²⁺ pripada prvoj analitičkoj grupi kationa, a kation Hg²⁺ drugoj analitičkoj grupi.

• Minamata sindrom
• Amalgam (stomatologija)