Почему ртуть, в отличие от всех металлов, в том числе, и соседей по таблице Менделеева, жидкая?
Ртуть — один из самых интересных металлов, который достаточно давно занимает умы ученых. Неспростра в древности алхимики считали ее составной частью всех металлов, а медики назначали пить ртуть от заворот кишок. Этот металл, в отличие от всех, при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Ключевое в этом предложении — «при комнтаной температуре». Ртуть также бывает и жидкая и газообразная, как и все металлы. Однако при комнатной температуре (20-25°C) она жидкая, что позволяет использовать ее для измерения температуры, например.
Температуры плавления и кипения материалов определяются их внутренней структурой. Во многом эти показатели зависят от силы связей между молекулами (или атомами в случае ртути), а также расстояния между ними. Атомы ртути не могут в достаточной степени воздействовать друг на друга, чтобы индуцировать образование связи между ними. Из-за этого элемент №80 не может при комнатной температуре выстроить стабильную кристаллическую решетку и оказывается в жидком состоянии.
Ртуть, однако, может перейти и в пар, благодаря тому, что связи между атомами в жидком состоянии слабы и могут порваться, давая атомам свободу уйти в газовую фазу. А пары ртути очень ядовиты! Поэтому, если вы разбили градусник, ртуть нужно срочно удалить, либо аккуратно собрав ее частицы (что довольно трудно), либо нейтрализовав ее марганцовкой или хлорсодержащими отбеливателями.
Дело не в том, что ртуть жидкая, а в том, что человек может непосредственно наблюдать ее жидкую форму, в комфортных для себя условиях. То есть при комнатной температуре порядка 20 °C и атмосферном давлении. Ее температура плавления -39 °C.
Все остальные металлы также могут принимать жидкую форму, однако, для этого требуется высокая температура.
Есть еще один интересный металл, который плавится, если его просто взять в руку -- галлий. Его температура плавления 29 °C.
Температуры плавления зависят от связей между атомами вещества, а они, в свою очередь, зависят от строения атома (количества в нем протонов, нейтронов и электронов).
Как ни странно, благодаря эффектам теории относительности!Здесь играет роль конфигурация электронных облаков. Неимоверная скорость электронов приводит к релятивистским эффектам, в том числе и сокращению размеров у электронного облака. В итоге это не позволяет образовать устойчивую металлическую связь при комнатных температурах.
(Это если нужно, чтоб чисто на пальцах и без сложных заковыристых слов с формулами : ) )
Наиболее точно и по существу, на мой взгляд, ответил мой коллега Артем Коржиманов, и к его ответу я хотел бы добавить еще одну деталь.
Дело в том, что для ртути характерна склонность к образованию ковалентно связанных "квазимолекул" Hg2+. В результате образования таких "квазимолекул" количество электронов, отдаваемых на образование металлической связи, уменьшается до 1 электрона на два атома ртути, что уменьшает прочность металлической связи. И все эти факторы -- описанные Артемом Коржимановым и образование "квазимолекул", снижают температуру плавления ртути до уникально низкой.
Ртуть находится в жидком состоянии при 20°C. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделева агрегатное состояние вещества указывается при t = 20°C. У ртути есть возможность находиться во всех трёх агрегатных состояниях (кроме плазмы), но при других температурах. Такое свойство не только у ртути: металлы галлий и цезий, к примеру, указаны в ПСХЭ как твёрдые, но при небольшом нагреве начинают плавиться и приобретать состояние жидкое.
Подводя итоги, хочу сказать, что ртуть — обычный металл с относительно низкой температурой плавления. Только у неё есть ряд других уникальных свойств, к примеру, возможность смачивать металлы и образовывать амальгаму, но к её агрегатному состоянию они относятся косвенно.
Точный ответ на этот вопрос можно дать только путём достаточно сложных квантовомеханических расчётов, однако основные причины можно понять и на основе знаний школьного курса физики и химии.
Главной причиной такой аномалии является то, что на атомном уровне ртуть обладает полностью заполненными электронными уровнями, последние из которых — 4f 5d 6s. Из химии хорошо известно, что если у элемента полностью заполнены все электронные уровни, то такой элемент является химически более инертным, чем его соседи. Классический пример: благородные газы — гелий, неон, аргон. Атомы инертных элементов с трудом образуют связи между собой, поэтому кристаллическая решётка ртути разрушается тепловым движением уже при относительно малых температурах.
Но есть и ещё одна причина, которая отличает ртуть от двух других обладающих аналогичной структурой металлов — цинка (3d 4s) и кадмия (4d 5s). Эти металлы, хотя и обладают относительно невысокими температурами плавления и кипения, всё-таки при нормальных условиях являются твёрдыми телами. Дело в наличии заполненного f-слоя, находящегося по энергии ниже 6s-слоя.
В f-слое орбитали электронов имеют сложную форму и большой размер, поэтому плохо экранируют заряд ядра. Это приводит к тому, что удерживающие силы, действующие на электроны в 6s-слое, относительно велики, и этот слой более стабилен.
))) ПАТАМУШТА))) Смеюсь, конечно))) Для каждого вещества свои наборы физических и химических свойств, Не может ртуть в нормальных условиях образовать кристаллическую решётку, ну что с этим поделать? Понизим температуру - и вот вам твёрдый металл, слишком велики расстояния электронов от ядра в атомах ртути. Как говорится, что имеем, тем и пользуемся)))
У металлов большие радиусы поэтому последний электрон легко отрывается из-за ослабления связи с центром. У ртути расстояние между атомами запредельно большое что при нормальных условиях делает связь между атомами слабой и поэтому она ведет себя как жидкость.
- С золота идут релятивист. эффекты в электронных оболочках, в том числе стабилизация 6s2, у 2 атомов образующих связь и молекулу Hg2. Это особый 2-атомно-молекулярный металл.
- Более лёгкие гомологи Zn, Cd тоже заметно летучие металлы, у них завершено заполнение d-подоболочек и произошло 3d- и 4d-сжатие атомов, и галлий тоже 2-атомно-молекулярен, Ga2, плавится при +30, из-за очень слабого металлического перекрытия зон проводимости и валентности у внешних электронов, и слабых металлических связей. У ртути сильное суммарное 4f+5d-сжатие и похожий эффект, она также плохо проводит ток и химически малоактивна, по обеим причинам.
ртуть ничем не отличается от других металлов.Все они обладают способностью быть и жидкими и газообразными и твёрдыми. но в определённых условиях.