Giftig, eklig, feurig: Die 10 gefährlichsten Chemikalien
Die meisten Verbindungen, mit denen man in chemischen Labors oder Industrieunternehmen arbeitet, sind – solange man die nötigen Sicherheitsmaßnahmen einhält – trotz ihrer oft Furcht erregenden Gefahrenkennzeichnung recht harmlos. Doch einige Chemikalien sind so giftig, flüchtig oder explosiv, dass selbst laborgestählte Fachleute einen großen Bogen um sie machen und nur wenige ausgewiesene Spezialisten mit ihnen arbeiten dürfen. Wenn überhaupt.
Weder besonders giftig noch explosiv noch anderweitig gefährlich – und doch einer jener Stoffe, deren Entstehung man unbedingt vermeiden sollte. Thioaceton hat den Ruf, die Substanz mit dem durchdringendsten Geruch in der gesamten Chemie zu sein. Die Substanz betrat die Weltgeschichte im Jahr 1889, als sie in Freiburg zu häufigen Beschwerden über den "bestialischen Gestank" aus dem wissenschaftlichen Institut führte; Lokalmedien berichteten von Übelkeit, Erbrechen und erbosten Anwohnern.
Ein Bericht aus Großbritannien von 1890 bezeichnet den Geruch als "Furcht einflößend". Chemiker der Firma Esso führen das in einem längeren Bericht näher aus und vermelden, dass schon ein Tropfen eines Lösungsmittels mit Thioaceton darin, in einem geschlossenen Arbeitsbereich mit eigener Abluft auf eine Glasplatte geträufelt, sofort noch in mehreren hundert Metern Entfernung zu riechen war. Verdünnung hilft gegen den Geruch nach Angaben der Arbeitsgruppe praktisch überhaupt nicht, und selbst Spuren von Thioaceton an der Kleidung machen jeden sozialen Kontakt unmöglich.
Das – und seine vergleichsweise einfache Produktion – ist auch der Grund, weshalb es seit den 1930er Jahren in diversen Ländern der Welt als militärische Biowaffe produziert wurde. Allerdings ist es schwer effektiv auszubringen und zerfällt an der Luft relativ schnell. Sicherheitsfachleute sehen zusätzlich eine gewisse Gefahr, dass Attentäter den Stoff als Waffe einsetzen könnten. Doch ein solcher Anschlag gilt als technisch und logistisch zu aufwändig, um realistisch zu sein.
Gegen sie sind Salzsäure, Salpetersäure und sogar Schwefelsäure völlig harmlos: Fluor-Antimonsäure. Sie ist die stärkste bekannte Säure, zehn Billiarden Mal stärker als reine Schwefelsäure. Diese so genannte Supersäure entsteht, wenn man zwei unterschiedliche Typen von starken Säuren kombiniert – indem man die starke Lewis-Säure Antimon(V)fluorid in flüssigem Fluorwasserstoff auflöst, der eine starke Brønstedt-Säure ist. In diesem Extremfall fungiert er jedoch sogar als Base: Antimon(V)fluorid bildet mit dem Fluorid des Fluorwasserstoffs Hexafluoroantimonat(V) und setzt dabei ein Proton (H+) frei.
Hexafluoroantimonat(V) wiederum ist sich selbst genug und interagiert mit kaum einem anderen Stoff – eine Eigenschaft, die auch in der Technik geschätzt wird. In diesem Fall bedeutet das allerdings: Das eine Proton kann nirgendwo hin außer zum Fluorwasserstoff, der unter normalen Umständen als Säure selbst schon H+ abgeben würde. Entsprechend ist das entstehende Fluoronium-Ion H2F+ eine immens starke Säure, die sogar mit Kohlenwasserstoffen reagiert, die durch Säuren normalerweise nicht angegriffen werden.
Aflatoxine sind eine Gruppe Substanzen, die Schimmelpilze der Gattung Aspergillus produzieren. Es gibt mindestens 20 von ihnen, unter denen Aflatoxin B1 für Menschen wohl am giftigsten ist. Es gehört zu den am stärksten krebserregenden Substanzen überhaupt. Verantwortlich ist Aflatoxin B1 vor allem für Leberzellkarzinome, eine der tödlichsten Krebsarten weltweit. Zusätzlich ist bei Hepatitis-Infizierten das Krebsrisiko durch Aflatoxine noch einmal um etwa das 30-Fache erhöht. Die Leber allerdings ist nicht das einzige Organ, das bedroht ist: Lungenkrebs kann ebenfalls auf Aflatoxine zurückgehen, genauer gesagt auf Schimmelpilzsporen, die man zusammen mit Staub einatmet und die das Gift ebenfalls enthalten.
Dabei ist es gar nicht das Aflatoxin selbst, das so gefährlich ist – schuld ist der Körper, der die Substanz zu einem hochgiftigen Stoffwechselprodukt reagieren lässt. Aflatoxin B1 besitzt eine Doppelbindung, aus der in der Leber ein so genanntes Epoxid entsteht, ein Dreiring aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Diese Konfiguration steht allerdings unter Spannung und ist sehr instabil: Sobald das Epoxid auf DNA trifft, geht es mit ihr eine chemische Bindung ein, so dass bei der nächsten Teilung der Zelle gefährliche Mutationen auftreten.
Stickstoffhaltige Chemikalien machen gute Sprengstoffe, das weiß man seit Nitroglyzerin. Doch richtig interessant wird es, wenn in einem Molekül Stickstoff an Stickstoff gebunden ist – und besonders, wenn das gleich dreimal hintereinander der Fall ist. Solche Substanzen nennt man Azide, und sie sind sehr reaktiv. Das Silberazid mit der Formel AgN3 zum Beispiel kennt man völlig zu Recht unter dem Namen Knallsilber.
Wirklich spannend wird es aber dann, wenn es um organische Substanzen geht. In die kann man nämlich noch viel mehr Stickstoff hineinquetschen als in anorganische Salze. Bisheriger Rekordhalter ist der Stoff C2N14, der in zwei Varianten vorkommt, dem offenkettige Isocyanogentetraazid und einem Isomer, in dem sich an einer Stelle des Moleküls ein Ring gebildet hat. Letztere Variante ist die wohl explosivste bekannte Verbindung: Sie explodiert im Wesentlichen bei allem, auch bei dem Versuch, ihre Eigenschaften zu bestimmen – weswegen man bis heute nicht allzu viel über den Stoff weiß.
Der Grund für seine Reaktivität liegt quasi in der Luft: Stickstoff kommt normalerweise als zweiatomiges Gas vor und ist in dieser Form extrem stabil. Ein Molekül, in dem 14 Stickstoffatome aneinanderhängen, ist grundsätzlich nur eine winzige Provokation davon entfernt, sich zu solchen Stickstoffpaaren umzusortieren und dabei gigantische Mengen Energie freizusetzen. Was C2N14 auch bei jeder sich bietenden Gelegenheit tut.
Auf der Suche nach den unangenehmsten metallhaltigen Stoffen stößt man sehr schnell auf die Methylverbindungen. Dimethylquecksilber gelangte als Umweltgift zu Bekanntheit, Tetramethylblei hat als Antiklopfmittel viel Schaden angerichtet (und ist bis heute in Spezialkraftstoffen enthalten), doch die vermutlich unangenehmste Methylverbindung ist das Dimethylcadmium. Das liegt einerseits daran, dass Cadmium selbst schon ausgesprochen giftig ist. Das Metall ist Krebs erregend und schädigt die Leber ebenso wie eigentlich alle anderen Körperteile, mit denen es in Kontakt kommt – vor allem aber die Knochen, die durch Cadmium weich und instabil werden. Akut tödlich ist eine Cadmiumvergiftung meist durch Nierenversagen.
Dimethylcadmium ist zudem noch flüchtig, so dass man es leicht einatmen oder anderweitig aufnehmen kann, und zu guter Letzt ausgesprochen reaktiv mit Sauerstoff, das heißt, der Dampf kann sich spontan entzünden und einen hochgiftigen Nebel aus hochgiftigem Cadmiumoxid freisetzen. Alternativ reagiert der Stoff auch langsam mit Sauerstoff, aber das macht es nicht besser. Dabei entstehen nämlich Reaktionsprodukte, über die man kaum etwas weiß, außer dass sie bei Berührung oder Reibung heftig explodieren und hochgiftige Stäube freisetzen. Das ist auch der Grund dafür, dass man kaum etwas über sie weiß.
Ein ebenfalls sehr unangenehmer Stoff ist Selenophenol. Es wirkt ähnlich wie Senfgas und verursacht bei Hautkontakt schwer heilende Blasen, die nach dem Abheilen einen Rückstand von Selen unter der Haut hinterlassen. Trotzdem ist Selenophenol ein recht weit verbreitetes Reagens, das man sogar im Handel kaufen kann. Allerdings raten alle, die das Vergnügen hatten, nachdrücklich davon ab. Selen ist in der gleichen chemischen Gruppe wie Schwefel, dessen Verbindungen für unangenehme Gerüche berüchtigt sind. So hat das Schwefelanalogon zum Selenophenol, das Thiophenol, bereits einen sehr intensiven und unangenehmen Geruch nach verbranntem Gummi. Im Duft von Selenophenol ist verbranntes Gummi eher eine der erträglicheren Noten – eine Beschreibung, die dem Geruch wirklich gerecht würde, gibt es nicht, aber viele eloquente Versuche. Selenophenol rieche, schrieb ein Wissenschaftler, "wie zwei Stinktiere, die man in Gummi eingewickelt und dann angezündet" habe.
Die meisten giftigen Chemikalien sind gleichsam nur als Nebeneffekt toxisch, doch einige Stoffe wurden auch extra für ihr tödliches Potenzial entwickelt. Der giftigste dieser chemischen Kampfstoffe ist das (eigentlich flüssige) "Nervengas" [2-(Diisopropylamino)ethyl]-O-ethylmethylphosphonothioat, bekannt unter dem Kürzel VX. Man geht davon aus, dass schon ein mit bloßem Auge gerade eben sichtbarer Tropfen auf der Haut tödlich ist. VX ist etwa zehnmal so giftig wie das besser bekannte Sarin, ähnelt diesem aber chemisch.
Wie alle Nervengase hemmt auch VX ein Enzym namens Acetylcholinesterase, das die Muskelaktivität steuert, indem es den Neurotransmitter Acetylcholin abbaut. Wenn das nicht passiert, können sich die Muskeln nicht mehr entspannen und sind gelähmt. "Urvater" von VX war das Pestizid Amiton, das 1954 als Mittel gegen Milben auf den Markt kam, aber kurz darauf wegen seiner Giftigkeit zurückgezogen wurde.
VX ist nicht nur das giftigste, sondern auch das am wenigsten flüchtige Nervengas. Oberflächen, die mit der Chemikalie in Kontakt kommen, sind über mehrere Tage gefährlich, in der Umwelt verbleibt der Stoff unter Umständen Wochen bis Monate. Der Dampf ist schwerer als Luft, so dass er sich in Bodensenken sammeln kann. Der Stoff wird außerdem im Körper schlecht abgebaut und reichert sich an, so dass auch kleine Mengen VX in der Umwelt auf Dauer schädlich sind. Wegen dieser Dauerhaftigkeit hat der Kampfstoff auch heute noch potenzielle militärische Bedeutung als so genannte Area-Denial-Waffe: Großflächig mit VX kontaminierte Gebiete sind für eine vorrückende Armee ein ernsthaftes Hindernis, weil Schutz und Reinigung sehr aufwändig sind.
Asbest, Schamottsteine, Glas – einige Materialien gelten als völlig unbrennbar. Das aber ist oft nicht ganz richtig, denn es gibt einen Stoff, der sogar Ziegelsteine in Brand setzt: Chlortrifluorid (ClF3). Bei einem Unfall in den 1950er Jahren lief etwa eine Tonne des Stoffs auf den Betonfußboden und brannte sich durch 30 Zentimeter Beton und einen weiteren Meter Sand und Geröll des Fundaments, bevor die Chemikalie aufgebraucht war. Chlortrifluorid reagiert mit fast allem hypergol. Das heißt, es geht beim bloßen Kontakt sofort in Flammen auf, ohne dass Energiezufuhr nötig wäre, um die Reaktion zu starten.
Hintergrund der bemerkenswerten Aggressivität ist, dass Chlortrifluorid ein stärkeres Oxidationsmittel ist als Sauerstoff selbst. Deswegen greift es auch die normalerweise unbrennbaren Oxide an, wie eben die Silikate in Steinen oder Glas. Nur einige Metalle widerstehen dem Stoff – weil sich an ihrer Oberfläche eine dünne Schicht Metallfluorid bildet, die den Rest des Metalls schützt. Allein dank dieser so genannten Passivierung kann man ClF3 überhaupt lagern und transportieren.
Erstaunlicherweise gibt es eine industrielle Anwendung für Chlortrifluorid: In der Chipherstellung reinigt man mit dem Gas die Apparaturen für die Gasabscheidung von Halbleiterschichten. Einst testete man Chlortrifluorid als Raketentreibstoff und Munition für Flammenwerfer, nahm davon allerdings wegen der notorisch schwierigen Handhabung bald wieder Abstand. ClF3 ist bei Raumtemperatur ein Gas, verflüssigt sich jedoch schon unter etwa elf Grad Celsius und wird deswegen gekühlt transportiert, und zwar bevorzugt in sehr kleinen Mengen. Denn dass Chlortrifluorid bei nahezu jeder sich bietenden Gelegenheit sofort in Flammen aufgeht, ist nur der Anfang der Probleme: Bei der Verbrennung entstehen Produkte, die selbst so hochgiftig und aggressiv sind, dass sie einen Platz auf dieser Liste verdient hätten.
Nickel ist ein giftiges und vermutlich Krebs erregendes Metall; eine Vergiftung mit Kohlenmonoxid kann schnell tödlich enden. Kombiniert bilden beide die Komplexverbindung Nickeltetracarbonyl, die noch einmal ein ganzes Stückchen unangenehmer ist als die Einzelkomponenten zusammengenommen. Die Substanz ist eine Flüssigkeit, die aber schon bei etwa 40 Grad Celsius siedet und deswegen bereits bei gängigen Zimmertemperaturen langsam verdunstet. Das ist unpraktisch, weil das schwere Gas nicht nur eines der stärksten bekannten Inhalationsgifte ist, sondern auch gut durch die Haut aufgenommen wird.
Im Körper macht sich eine weitere Eigenschaft des Nickeltetracarbonyls bemerkbar: seine Instabilität. Die Kohlenmonoxidmoleküle hängen nur sehr schwach am Nickel und tauschen es bereitwillig gegen andere Metalle – in den meisten Fällen das Eisen im Hämoglobin. Insofern entspricht eine Vergiftung mit Nickeltetracarbonyl einer Kohlenmonoxidvergiftung, mit dem Unterschied, dass jedes Molekül viermal so viel Kohlenmonoxid enthält. Wer das überlebt, muss sich mit den Auswirkungen des zusätzlichen Nickels herumschlagen, das zum Teil im Blut zirkuliert und zum Teil als Metallschicht die Innenseiten der Lungenbläschen bedeckt. In die Luft sprengen kann man sich mit Nickeltetracarbonyl übrigens auch: Solche metallhaltigen Gase sind recht schwer und sammeln sich am Boden an. Wenn das passiert ist, sollte das Nickeltetracarbonyl nicht wärmer als 60 Grad Celsius werden oder gar mit Oxidationsmitteln in Kontakt kommen. Denn dann explodiert es und verteilt feinen, Krebs erregenden Nickelstaub im ganzen Raum.
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