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為何水銀是液體,而其他金屬卻不是?

2018年10月05日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 2 ℃ 次

維基百科上說可以用相對論解釋,但是不知道怎麼用相對論解釋?希望能夠從相對論的角度解釋。謝謝!

鏈接:zh.wikipedia.org/wiki

【鋼盅郭子的回答(8票)】:

會用維基百科,不會用谷歌搜索??

不過我也要感謝這個問題,讓我有動力學到知識

以下摘自 ?

baike.baidu.com/view

常溫下呈液態原因

原子中,電子在核的一旁飛快地運動。在核電荷數很大的原子即重原子中,強大的核電荷役使內層電子運動速度快到堪與光速相比,相對論效應影響隨即而生。不過,由於原子、分子的化學性質主要由價電子決定,以致直到1970 年之前人們還普遍認為相對論純屬於物理界的事,同化學沒什麼關係。

70 年代末,出現了超級計算機,含相對論效應的量子化學計算方法頓作勁疾發展。從此相對論同化學之間的直接聯繫得以洞識,人們的看法也為之一改。本文所介紹的一些研究結果旨在表明:相對論效應對重原子以及含重原子的分子、原子簇的化學、光譜性質具有實質影響。

相對論效應源自重原子內層電子的運動速度。當內層s 電子的運動速度達到堪與光速相比的程度時, 根據Einstein 相對論公式,電子的質量會相應增加並引起內層電子軌道收縮。

例如:金的1s 電子的運動速度達到了光速的65%。相對論效應造成1s 軌道的收縮同時致使外層的6s 軌道也發生收縮並趨於穩定。正是由於6s 軌道的收縮及穩定化使得金的5d 同6s 之間的能帶間隙變狹到僅為214eV ,而銀的4d 同5s 的能帶間隙卻高達315eV 。於是,金在可見光範圍內吸收藍光,閃爍出黃燦燦的金色。這迥異於一般金屬的金黃色正是相對論效應造成6s 軌道收縮從而對金的顏色起了重要影響的反映。

表現出相對論效應影響的另一例子是汞的狀態。作為金屬的汞在常溫下卻離奇地以液態存在。

上述的相對論收縮效應理論能為這一不尋常的現象提供解釋。與金相仿,汞的6s 軌道在收縮的同時並趨於穩定化導致了一種稱之為「惰性對」效應:汞的6s2 殼層在成鍵過程中呈現惰性。可以看到汞的6s26p激發能遠遠超過鎘和鋅的相應激發能。按照一般週期規律 能量間隔(n s2) 1S- (n s1np 1) 1P 應隨主量子數增加而減小。

所以,由鋅到鎘能量間隔變小原在預料之中。然而由鎘到汞該能量間隔一反而陡然增加。

這裡可以再次看到正是相對論收縮效應致使全滿的6s2 殼層安然穩定,於是汞的6s26p 能量間隔驟增。只要得不到所需的激發能,具有惰性6s2 殼層的汞原子之間就無法形成強鍵。基態Hg2 僅靠范德華力相互維繫,所以金屬汞在常溫下呈液態。

【Sah Lee的回答(3票)】:

因為熔點低。

【西歐洪的回答(0票)】:

結構決定性質,可以從結構方面來考慮

標籤:-化學 -物理學 -理論物理 -量子物理 -鋼盅郭子 -金屬 -時見疏星 -失重 -原子


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