Γιατί ο υδράργυρος είναι υγρός;

Γιατί ο υδράργυρος είναι μέταλλο υγρό σε θερμοκρασία δωματίου;

Το στοιχείο υδραργύρου είναι ένα πυκνό αργυρόχρωμο υγρό σε θερμοκρασία δωματίου επειδή τα ηλεκτρόνια
σθένους του έχουν τόσο μεγάλη ενέργεια ώστε να ακολουθούν τη θεωρία της σχετικότητας.

By Bionerd - Own work, CC BY 3.0, Wikimedia Commons

Υπό Anne Marie Helmenstine, Ph.D. στο ThoughtCo άρθρο "Γιατί ο υδράργυρος είναι υγρός;"

Eνημερώθηκε στις 04 Φεβρουαρίου 2019

Ο υδράργυρος είναι το μόνο μέταλλο που είναι υγρό σε κανονική θερμοκρασία και πίεση. Αλλά, γιατί ο υδράργυρος είναι υγρό; Τι κάνει αυτό το στοιχείο τόσο ξεχωριστό; 

Βασικά, είναι επειδή ο υδράργυρος είναι πολύ απρόθυμος στο να μοιράζεται ... ηλεκτρόνια. 

Για να γίνει σαφέστερο:

Τα περισσότερα άτομα μετάλλων μοιράζονται εύκολα τα ηλεκτρόνια σθένους με άλλα άτομα. Όμως τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο υδραργύρου συνδέονται πιο στενά στον πυρήνα από ότι συνήθως. Στην πραγματικότητα, τα s ηλεκτρόνια κινούνται τόσο γρήγορα και κοντά στον πυρήνα που παρουσιάζουν σχετικιστικές επιδράσεις (θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν). Έτσι συμπεριφέρονται σαν να έχουν μεγαλύτερη μάζα από τα συνήθη ηλεκτρόνια που κινούνται πιό αργά. Χρειάζεται πολύ λίγη θερμότητα για να ξεπεραστεί η ασθενής σύνδεση μεταξύ των ατόμων του υδραργύρου . Λόγω της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σθένους, ο υδράργυρος έχει χαμηλό σημείο τήξης, είναι ένας κακός ηλεκτρικός και θερμικός αγωγός και δεν σχηματίζει διατομικά μόρια υδραργύρου στην αέρια φάση.

Φλερόβιο - Καλιτεχνική απεικόνηση.
Έχουν συντεθεί λιγότερα από 100 άτομα φλερόβιου με
χρόνο ημιζωής 2,6 δευτερόλεπτα για το σταθερότερο.
Αν ποτέ συντεθεί μεγάλη ποσότητα αναμένεται να έχει
σημείο ζέσεως -60°C, δηλαδή θα είναι αέριο σε
θερμοκρασία δωματίου, ένα αέριο μέταλλο.

Φωτο από την Royal Chem Soc.

Το μόνο άλλο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα που είναι ένα υγρό σε θερμοκρασία δωματίου και πίεση είναι το αλογόνο βρώμιο. Ενώ ο υδράργυρος είναι το μόνο υγρό μέταλλο σε θερμοκρασία δωματίου, τα στοιχεία γάλλιο με σημείο τήξεως 29,8°C, καίσιο με σημείο τήξεως 28,5°C και ρουβίδιο με σημείο τήξεως 38,9°C τήκονται υπό ελαφρώς θερμότερες συνθήκες. Όλα αυτά λιώνουν στην παλάμη του χεριού μας. Εάν οι επιστήμονες συνθέσουν ποτέ επαρκή ποσότητα φλεροβίου (Fl), υπερβαρές στοιχείο με ατομικό αριθμό 114 και το Κοπερνίκιο (Cn) επίσης υπερβαρές στοιχείο με ατομικό αριθμό 112, τα στοιχεία αυτά αναμένεται να έχουν ακόμη χαμηλότερο σημείο βρασμού (και ίσως σημείο τήξης) από τον υδράργυρο.

Για το Φλερόβιο έχουν συντεθεί λιγότερα από 100 άτομα φλερόβιου με χρόνο ημιζωής 2,6 δευτερόλεπτα για το σταθερότερο. Αν ποτέ συντεθεί μεγάλη ποσότητα αναμένεται να έχει σημείο ζέσεως -60°C, δηλαδή θα είναι αέριο σε θερμοκρασία δωματίου, ένα αέριο μέταλλο.

Πηγή

Norrby, L.J. (1991). "Why is mercury liquid? Or, why do relativistic effects not get into chemistry textbooks?". Journal of Chemical Education. 68 (2): 110. doi:10.1021/ed068p110

Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. "Why Is Mercury a Liquid?" ThoughtCo, Feb. 4, 2019, thoughtco.com/why-is-mercury-a-liquid-608454.

Η Δρ. Helmenstine είναι κάτοχος διδακτορικού διπλώματος στις βιοϊατρικές επιστήμες και είναι επιστημονικός συγγραφέας, εκπαιδευτικός και σύμβουλος. Έχει διδάξει μαθήματα φυσικών επιστημών στο γυμνάσιο, σε κολέγιο και σε πανεπιστημιακό επίπεδο.