汞(水銀)為什麼是液態的金屬呢?愛因斯坦是這樣解釋的。

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汞在週期表中位於金和鉈元素的中間,但與它的左鄰右舍不同,汞是液態金屬,這到底是怎麼回事?

汞的2個外層電子位於、亞層,該亞層只能容納2個電子,因此汞的電子外層已經飽和了。

汞(水銀)為什麼是液態的金屬呢?愛因斯坦是這樣解釋的。

金元素的外層只有1個電子,因此處於半飽和狀態。通過重疊它們的s亞層,2個金原子能分享它們的外層電子,這樣它們彼此的s亞層就都飽和了。而分享電子在金原子間構成了個強鍵,金保持在固體狀態。

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鉈元素多了1個外層電子,該電子遠離原子核的程度甚至超過了金和汞中的狀況。這個孤單的電子可用於構成化學鍵,因此鉈也是固體。


汞的2個外層電子當然也能構成化學鍵把它轉變為固體,只有一件事除外:週期表中越靠下的元素,其原子核中的質子越多,增加的質子提供的額外吸引力導致所有電子運動速度加快,尤其是內層電子。汞在週期表中,位於穩定性元素(非放射性元素)的最低所在行,電子運動的速度極快,其和光速間的比例已經達到不能忽略的程度。

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阿爾伯特・愛因斯坦發現,物質的移動速度越接近光速,就會變得越重。較重的電子不會像輕一些的電子那樣,遠離原子核。因此,汞比起它正上方的鎘,它把這兩個外層電子抓得更牢,更難分享,不容易形成化學鍵。汞中的原子彼此間形成的化學鍵比它的鄰居們更弱,這就是汞是液體的緣故。

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這是用了愛因斯坦的狹義相對論來解釋液態汞的成因。與此類似,相對論性收縮效應解釋了金、銀和銫元素的顏色。內層電子吸收光後會從內層移動到外層,這是物質有顏色的原因。電子移動需要吸收的能量越多,光就越藍。大多數金屬所吸收的光位於人類的視覺範圍之外,換句話說就是不吸收可見光,因此它們對可見光的反射性能良好,呈現出白色、銀色和灰色。但銅吸收藍光,因此看起來是紅色的。

銀強烈地吸收近紫外線,剛剛超過人類的視黨範圍。蜜蜂能看到紫外線,在它眼中,銀可能是顏色最紅的金屬。但如果沒有電子層的相對性收縮,即便蜜蜂眼中的銀也是銀白色的。在金元素中,該效應表現得更加明顯。金對光的吸收進入到可見光區,從紫光光區一直到綠光,都被金吸收。因此,金反射的藍和紫遠遠少於其他色光,在人類的視覺中,它就呈現出黃色。

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