Majoritatea elementelor metalice se topesc la temperaturi de sute de grade, dar pentru mercur este de -38,9 °C (-38,0 °F). Deci, de ce este acest metal diferit de altele? Totul este despre electronii cei mai îndepărtați și o combinație de factori care fac conexiunea lor neobișnuit de slabă.
Primul lucru de remarcat este că întrebarea din titlu poate să nu fie complet exactă. Pot exista două elemente transuranice, care nu apar în natură, deoarece se descompun prea repede pentru a supraviețui formării lor în supernove sau kilonova care sunt lichide la temperatura camerei. Același timp de înjumătățire scurt care înseamnă că trebuie produse artificial înseamnă că nu avem mult timp pentru a le studia. Copernicium și Fleurophium sunt suspectate a fi lichide la temperatura camerei, dar din moment ce unul durează câteva secunde înainte de a se dizolva, iar celălalt mai puțin, există un grad de incertitudine în acest sens. Cu siguranță nu am făcut mare lucru pentru a studia.
Lăsând la o parte aceste lucruri ciudate, mercurul iese în evidență printre elementele stabile. La cel mai simplu nivel, motivul este că electronii cei mai exteriori ai mercurului nu sunt legați foarte puternic, ceea ce slăbește atracția dintre un atom de mercur și altul. Această slăbiciune înseamnă că, odată ce mercurul preia o cantitate modestă de energie, organizarea solidului se descompune și atomii încep să se miște mai liber.
Un alt mod de a privi acest lucru este că atunci când atomii se leagă împreună, o parte din energia lor cinetică este convertită în… Energie legată. Există atât de puțină energie în legăturile mercurului cu el însuși, încât nu este nevoie de multă mișcare pentru a-l desprinde. Deoarece energia cinetică aleatorie la nivel atomic se ridică la căldură, mercurul nu trebuie să fie cald, darămite fierbinte, pentru a deveni lichid, dar alte metale, cu mai multă energie stocată în legăturile lor, fac.
Starea lichidă a lui Mercur este cunoscută de mai bine de trei mii de ani, dar acest lucru nu ar fi putut fi prezis dacă elementul ar fi fost descoperit doar în timp ce completarea tabelului periodic. Cele mai multe lichide cunoscute au densități foarte scăzute, așa că întâlnirea unui lichid atât de mult sub tabelul periodic este complet contrar așteptărilor noastre. Vecinii săi de pe tabelul periodic, aurul și taliul, se topesc la temperaturi de peste 1.000 și, respectiv, 300 de grade Celsius. Cu toate acestea, este util: combinația de densitate a mercurului și a fi lichid este motivul pentru care este potrivit pentru termometre, barometre și măsurători ale tensiunii arteriale.
Deci, ce face ca electronii cei mai exteriori ai mercurului să conducă la o legătură mult mai slabă decât alte metale? Se dovedește că mercurul se află într-un punct dulce pe masă, unde trei influențe se reunesc. Primul este că carcasa sa electronică exterioară este plină. Este mult mai ușor pentru electronii dintr-un înveliș parțial umplut să scape, devenind parte din ceața electronilor de valență care leagă atomii împreună. Metalele care au electroni se împart de obicei mai ușor Puncte de topire mai maricu siguranță mult mai mare decât temperatura camerei.
Cu toate acestea, mercurul nu este singurul metal cu acoperire completă, așa că acesta nu poate fi singurul motiv. Ambii alți factori fac ca electronii cei mai exteriori ai atomilor afectați să rămână mai aproape de nucleele lor, interferând cu capacitatea lor de a se lega de alți atomi.
Membrii seriei de elemente lantanide, care au în comun a șasea perioadă cu mercurul din tabelul periodic, experimentează ceea ce este cunoscut sub numele de „contracția lantanidelor”. Electronii 4f subshell nu protejează electronii departe de sarcina pozitivă a nucleului ca alți electroni, determinând ca electronii cei mai exteriori să fie atrași spre interior. Astfel, majoritatea elementelor din perioada 6 au raze atomice de dimensiuni similare cu cele din perioada de deasupra lor, rezultând o densitate mult mai mare.
În plus, electronii cei mai îndepărtați ai mercurului experimentează o contracție relativistă și se mișcă atât de repede încât efectele care se apropie de viteza luminii joacă un rol important. Acesta este ceva care contează cu adevărat doar în cazul elementelor mai grele, deoarece o masă mai mare accelerează mai mult electronii. Așa cum planeta Mercur se mișcă mai repede în jurul Soarelui decât obiectele aflate mai departe de acesta, electronii atrași în apropierea nucleului se mișcă mai repede, în cazuri precum cel al lui Mercur suficient de rapid pentru a exercita efecte relativiste.
Combinația acestor două efecte interferează cu legătura dintre atomii de mercur. Pe lângă faptul că îl mențin lichid la temperatura camerei, ele asigură că atunci când sunt încălzite până la punctul în care formează un gaz, atomii de mercur nu se perechează, ca majoritatea gazelor elementare (gândiți-vă că H.2sau2 Sau n2). În schimb, atomii de mercur se mențin ca gazele nobile.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”