为什么金属汞常温下是液体?

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为什么金属汞常温下是液体?

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最新回答 2022-07-25 22:00:22
共有6条回答
鲁超

黄金之所以是金黄色,是来自相对论效应对重元素原子内超高速电子的影响。

【在人类理解相对论之前,连黄金为什么是金黄色都理解不了哦。】

汞比金还多一个电子,6s轨道上被填满,而且6s轨道上这俩电子都由于相对论效应而向内收缩,这让汞原子的性质和惰性气体非常相似,也因此汞的化学性质非常不活泼。

【汞的最外层两个6s电子因为相对论效应而向内收缩。】


你可以这么理解,金属里的外层电子不爱待在自己家里,而是喜欢到处串门,众多电子的相互串门形成了金属键,将金属原子们牢牢的捆绑在一起,这就是铁板一块的金属。但汞原子里的外层电子由于相对论效应而变成了很重的胖子,它们要想到其他家串门就必须要多花费点能量。在同样的温度下,它们更难形成强的金属键,就只能松散一片,形成Hg2分子,依靠分子间作用力联系在一起,从宏观上看,它就是一摊液体。

甜甜向上精心创作

为什么金属汞常温下是液体?跟问:为什么酒精常温下是液体?不是一样吗?有区别吗?

感觉并没什么不同,对于酒精凝固点是-117℃,沸点是78℃,通常情况下温度不会超出这个范围,如果将酒精倒进液氮中,就会变成固体。同样道理,水银的凝固点是-39℃,沸点是257℃,一般地区的气温也不会超出这个范围,水银呈现液态不是很正常吗?如果将水银放到低温地区,比如黑龙江的漠河冬季气温可以达到-50℃以下,水银在那里也是固态。所以,冬季测量漠河的气温也不能使用水银温度计。

注意到问题中提到了金属,不能理解为是金属就得是固态。可能是因为平常见到的金属都是固态,而常见的金属的熔点都比较高,比如常见的金属中熔点最低是锡,还得232℃,远高于常温。其实,金属中还有熔点低的,比如铯(有放射性),熔点是28℃,有人说放到手心就会熔化。

个人看法,欢迎指正!

小宇堂

这个问题的解答涉及到量子力学了。汞原子的独特性就在于它有80个外层电子,而这个电子数量导致它根据量子电动力学必然具备一种独特的电子层结构。具体的解释如下:

汞原子外层具有非常独特的电子配置。

上图:根据马德隆法则电子子壳的填充顺序如上面箭头所示。

汞原子各层电子数分别为2, 8, 18, 32, 18, 2。汞原子的这80个电子填充了所有可用的1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s ,4p,4d,4f,5s,5p,5d和6s子壳。(实际上根据马德隆法则,4f子壳的填充是在6s子壳填充之后,不要把电子壳想成球面,s子壳以外都不是球面,而是某种球面谐波曲面)

子壳是主电子壳下的精细结构,由方位角量子数来描述,取值从(s=0,p=1,d=2,f=3),有四个状态。子壳能够容纳的电子数量由2(2ℓ+1)计算确定,ℓ是方位角量子数。

这样的一种电子配置结构能够很好地抵抗电子被剥夺,使得汞的表现非常类似于惰性气体,也就是说原子间的相互吸引作用很弱,基本上原子就是独立的,不像其他金属原子间形成很强的金属键,因此在低温下就容易熔化,而且很容易蒸发。

4f子壳被填满使得核电荷对外层价电子的控制能力更强

汞原子不易失电子,最根本的原因就在于电子层的结构——汞原子的6s外层子壳的稳定性实际上是由于被填满的4f子壳的存在。f子壳屏蔽核电荷作用的能力很弱,这增加了6s子壳与原子核之间的库仑力作用,使得最外层的两个电子被核电荷牢牢“攒”住。相关反例有镉和锌,这两种元素的原子的内部f子壳没有填充,因此其熔化温度偏高,虽然这两种金属熔点也不算高,此外还因此具有异常低的沸点。

上图:SPDF模型下,电子壳及子壳叠加的效果。所以传统教科书上画的那种电子层或者电子轨道的结构是不科学的。但是spdf也只是目前最受认可的理论模型,并未有完全的实验室观测证据。


总之

汞原子的特殊电子壳结构,使得它具有了独特的物理特性。

[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]

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常温下呈液态原因

原子中,电子在核的一旁飞快地运动。在核电荷数很大的原子即重原子中,强大的核电荷役使内层电子运动速度快到堪与光速相比,相对论效应影响随即而生。不过,由于原子、分子的化学性质主要由价电子决定,以致直到1970 年之前人们还普遍认为相对论纯属于物理界的事,同化学没什么关系。

70 年代末,出现了超级计算机,含相对论效应的量子化学计算方法顿作劲疾发展。从此相对论同化学之间的直接联系得以洞识,人们的看法也为之一改。本文所介绍的一些研究结果旨在表明:相对论效应对重原子以及含重原子的分子、原子簇的化学、光谱性质具有实质影响。相对论效应源自重原子内层电子的运动速度。当内层s 电子的运动速度达到堪与光速相比的程度时, 根据Einstein 相对论公式,电子的质量会相应增加并引起内层电子轨道收缩。 

例如:金的1s 电子的运动速度达到了光速的65%。相对论效应造成1s 轨道的收缩同时致使外层的6s 轨道也发生收缩并趋于稳定。正是由于6s 轨道的收缩及稳定化使得金的5d 同6s 之间的能带间隙变狭到仅为214eV ,而银的4d 同5s 的能带间隙却高达315eV 。于是,金在可见光范围内吸收蓝光,闪烁出黄灿灿的金色。这迥异于一般金属的金黄色正是相对论效应造成6s 轨道收缩从而对金的颜色起了重要影响的反映。 

表现出相对论效应影响的另一例子是汞的状态。作为金属的汞在常温下却离奇地以液态存在。  

上述的相对论收缩效应理论能为这一不寻常的现象提供解释。与金相仿,汞的6s 轨道在收缩的同时并趋于稳定化导致了一种称之为“惰性对”效应:汞的6s2 壳层在成键过程中呈现惰性。可以看到汞的6s26p激发能远远超过镉和锌的相应激发能。按照一般周期规律 能量间隔(n s2) 1S- (n s1np 1) 1P 应随主量子数增加而减小。

所以,由锌到镉能量间隔变小原在预料之中。然而由镉到汞该能量间隔一反而陡然增加。
这里可以再次看到正是相对论收缩效应致使全满的6s2 壳层安然稳定,于是汞的6s26p 能量间隔骤增。只要得不到所需的激发能,具有惰性6s2 壳层的汞原子之间就无法形成强键。基态Hg2 仅靠范德华力相互维系,所以金属汞在常温下呈液态。

好迪真好551

这是你们地球常温的缘故,我住在火星,我们这是固体!

中国一哥

因为汞是一种液体金属,常温下是液体。

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