Почему ртуть жидкая а все металлы твердые

Обновлено: 30.06.2024

При комнатной температуре кинетическая энергия движения атомов ртути больше, чем потенциальная энергия сцепления атомов ртути в кристаллическую решетку. Поэтому атомы ртути без проблем преодолевают силы их взаимного сцепления при комнатной температуре.

Ртуть (лат. hydrargyrum) — химический элемент II группы дополнительной (побочной) подгруппы периодической системы элементов Менделеева с атомным номером 80 и атомной массой 200,59, обозначается символом Hg. Простое вещество при комнатной температуре представляет собой тяжёлую серебристо-белую заметно летучую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл) , простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй элемент — бром) . В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Чаще всего ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала — киновари.
Физические свойства
Цвет оловянно-белый. Блеск сильный металлический. Температура кипения 357 °C. Единственный жидкий минерал при обычной температуре. Затвердевает, приобретая кристаллическое состояние при −38°С. Плотность 13,55. На огне легко испаряется с образованием ядовитых паров.

Ртуть (лат. hydrargyrum) — химический элемент II группы дополнительной (побочной) подгруппы периодической системы элементов Менделеева с атомным номером 80 и атомной массой 200,59, обозначается символом Hg. Простое вещество при комнатной температуре представляет собой тяжёлую серебристо-белую заметно летучую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл) , простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй элемент — бром) . В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Чаще всего ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала — киновари. Применяется для изготовления измерительных приборов, вакуумных насосов, источников света и в других областях науки и техники. Жидкое состояние ртути при комнатной температуре объясняется тем, что атомы ртути расположены друг от друга на большее расстояние, чем прочие металлы

Из-за высокой неустойчивость кристаллической связи между атомами. Кстати слышал нет, есть металл такой литий - он ваще тает от тепла руки

жидкое, твёрдое или газообразное состояние любого вещества зависит только от окружающей температуры и характеристик этого материала. при большом минусе ртуть твердая. и ещё. на Земле любое вещество находится в естественном состоянии только в одном виде (жидком, твёрдом или газообразном). и только вода находится на Земле сразу во всех трёх состояниях.

Это обусловлено её кристаллической структурой. У ртути в узлах кристаллической решётки находятся не отдельные атомы, а два атома (Hg-Hg),соединённых между собой. Это вызывает некоторую схожесть в физических свойствах с молекулярной кристаллической решёткой. А для веществ с молекулярной структурой характерны более низкие температуру плавления, так как межмолекулярное взаимодействие (сила Ван-дер-Ваальса) слабее электростатического взаимодействия. То есть связка двух атомов в узле кристаллической решётки ведёт себя как молекула. Поэтому ртуть жидкая.

Причастность ртути к славному клану металлов долгое время была под сомнением. Даже Ломоносов колебался, можно ли считать ртуть металлом, несмотря на то, что и в жидком состоянии она обладает почти полным комплексом металлических свойств: тепло- и электропроводностью, металлическим блеском и так далее. "Кластерная теория
Одной из современных теорий служит «Кластерная теория» . В её основе заключена идея, что жидкость представляется как сочетание твёрдого тела и газа. При этом частицы твёрдой фазы (кристаллы, двигающиеся на короткие расстояния) располагаются в облаке газа, образуя кластерную структуру. Энергия частиц отвечает распределению Больцмана, средняя энергия системы при этом остаётся постоянной (при условии её изолированности) . Медленные частицы сталкиваются с кластерами и становятся их частью. Так непрерывно изменяется конфигурация кластеров, система находится в состоянии динамического равновесия. При создании внешнего воздействия система будет вести себя согласно принципу Ле Шателье. Таким образом, легко объяснить фазовое превращение:

При нагревании система постепенно превратится в газ (кипение)
При охлаждении система постепенно превратится в твёрдое тело (замерзание). "

Почему ртуть жидкая?

Вчера участвовал в заседаниях в течении 4 часов. Но это никому не интересно. Интересно, что во втором заседании справа по борту от меня висела таблица химических элементов Д.И.Менделеева. И я от тоски и безысходности тупо её изучал снова.
И чего-то меня потянуло в 6 период в побочную или b-подгруппу.
Золото от ртути отличается всего лишь на один протон и два нейтрона в ядре , что на фоне восьмидесяти протонов и 120 нейтронов практически ничто - составляет менее 1% отличия по массе; и на один электрон во внешней оболочке - у золота 79 электронов, а у ртути 80. Небольшие различия. Но как сильно различаются их свойства. Ртуть - это жидкость при комнатной температуре. Что для металлов - нонсенс! А про золото вы и так многое знаете, что это за "фрукт".
Почему такие радикальные отличия ртути от других металлов и, особенно, от ближайшего соседа золота? Я как-то об этом серьёзно не задумывался - ну отличаются и отличаются: такова химия и физика. Ответ удовлетворяющий всех школьников и студентов. А сейчас задумался. И не понял!
У атома золота на внешней орбитали находится один s-электрон, а у атома ртути два s-электрона. С химической точки зрения разница большая и определяющая различие химических свойств элементов первой и второй групп. Это хорошо известно. Но почему же серебро и кадмий или медь и цинк не отличаются по своим металлическим свойствам также как и золото от ртути? Разница количества протонов, нейтронов и электронов у них точно такая же как и у золота и ртути!
По логике проще всего получить золото из ртути - достаточно убрать из атома ртути один протон и два нейтрона. Алхимики это "чувствовали" и пытались это проделать. Но против науки не попрёшь. Большие энергии нужны для этого - ядерные энергии. Это к слову.
Почему же ртуть жидкая при нормальных условиях? Я не понимаю.
Буду думать.
Объяснить можно практически всё! А понять?
Вот моё объяснение. Газообразное, жидкое и твёрдое состояния обуславливаются разницей между кинетической энергией атомов и молекул вещества в данном состоянии (температура) и энергией их взаимодействия (потенциальная энергия): у газа кинетическая энергия движения атомов и молекул много больше их потенциальной энергии притяжения и атомно-молекулярные частицы могут независимо двигаться в любую сторону; у жидкостей эти величины сопоставимы при небольшом преобладании энергии связи - возникают устойчивые ассоциаты атомов и молекул; у твёрдых тел энергия связи молекул и атомов намного превышает их кинетическую энергию движения и они большее время проводят рядом друг с другом, возникают агломераты.
Раз ртуть жидкая, то это свидетельствует об ослаблении металлической связи между атомами по сравнению с другими металлами. Почему? Потому что почему-то атомы ртути в меньшей мере склонны к образованию делокализованной металлической связи посредством обобществления внешних электронов.
Строение атома ртути можно представить следующей схемой Hg)2)8)18)32)18)2. Числа показывают количество электронов, находящихся на электронных оболочках(энергетических уровнях) вокруг ядра атома ртути. Все электронные оболочки предельно заполнены и химически активными электронами у атома ртути являются только 2 внешних, так называемых, s-электрона ( буковка s означает, что электроны сферически симметрично распределены вокруг атома, а раз их два на одной орбитали, то их магнитные моменты (спины) противоположно ориентированы, что обеспечивает их взаимосвязь магнитными полями как у двух магнитиков).
Строение атома золота выглядит следующим образом: Au)2)8)18)32)18)1. Как видно разница состоит только в отсутствии одного s-электрона на внешней орбитали. И эта разница приводит к таким большим последствиям в разнице физических свойств золота и ртути.
Теплопроводность и электропроводность металлов уменьшается в ряду:
Ag, Cu, Au, Zn, Ni, Fe, Pt, Hg. Ртуть, как видно, обладает наименьшей теплопроводностью и электропроводностью в этой последовательности металлов. Электропроводность и теплопроводность ртути в 40 раз меньше, чем у золота и в 60 раз меньше, чем у серебра.
Только у висмута и германия электропроводность меньше, чем у ртути.
Теплопроводность и электропроводность металлов обуславливаются одной причиной: наличием мобильных, свободных электронов (не локализованных только на орбиталях отдельных атомов) в веществе по причине возникновения так называемой "металлической" связи: делокализованные электроны по всему объёму металла. Это обстоятельство отражается законом Бидемана-Франца: отношение теплопроводности к электропроводности есть величина постоянная, мало изменяющаяся с изменением природы металла.
Чем больше электронов делегируется в зону проводимости - зону свободного перемещения электронов по всей массе вещества, зону делокализации электронов (это такое энергетическое состояние электронов, когда они перестают принадлежать отдельным атомам и начинают участвовать в проводимости и теплопроводности всего вещества - то есть перемещаться под действием электрического или градиента термического поля) - тем больше теплопроводность и электропроводность этого вещества.
У ртути, судя по всем её тепло-электрическим характеристикам, явная проблема с долей электронов, переходящих в зону проводимости и, соответственно, прочностью металлической связи. Такая слабость металлической связи и приводит к очень низкой для металлов температуре плавления ртути ( -39 С), температуре её кипения (358 С), теплоте плавления (12 кДж/кг), низкой электропроводности и теплопроводности. У ближайшего соседа ртути золота, температура плавления 1063 С, температура кипения 2850 С, а теплопроводность и электропроводность в 40 раз больше чем у ртути.
Все эти факты наводят на представление о том, что химические связи между атомами ртути определяются не только металлической связью - делокализованными электронами, - но и ковалентными: перекрыванием атомных электронных орбиталей атомов ртути.
Это приводит к тому, что у атомов ртути относительно меньшая доля металлической связи по сравнению с другими металлами. А ковалентная связь - это всегда локализованная между атомами, направленная, и насыщенная связь посредством пары электронов - по одному от каждого атома. Поэтому атомы ртути склонны к димеризации и полимеризации за счёт ковалентных связей. Такая особенность связи между атомами ртути приводит, также, к тому, что у ртути самое высокое значение энергии ионизации атомов (потенциал ионизации - энергия отрыва электрона от атома): 10,44 эВ! У золота, к примеру, 9,23 эВ , а у серебра - 7,58 эВ. Эти цифры свидетельствуют о более сильном удержании электрона атомами ртути по сравнению с другими металлами.
Действительно, для ртути характерно образование химических соединений состава 2:2, которые считаются соединениями одновалентной ртути. Но в таких соединениях атомы ртути имеют две связи: они связаны не только с другими элементами, но и между собой ковалентной связью: X-Hg-Hg-X. Такое строение "одновалентной" ртути доказано рентгенографически и кондуктометрически. Электропроводность, например, нитрата ртути(I) обуславливается переносом ионов Hg-Hg(+2), а не Hg(+1).
Все эти факты свидетельствуют об особом энергетическом состоянии двух 6-s электронов в атоме ртути. У этих электронов повышенная связанность между собой на орбитали за счёт магнитных свойств. Поэтому участие этих электронов в образовании металлической связи затруднено по сравнению с другими аналогичными металлами: кадмием и цинком. И именно это приводит к тому, что ртуть жидкость при комнатной температуре - доля металлической связи в межатомных взаимодействиях понижена и недостаточна для обеспечения твёрдого, кристаллического состояния. Склонность атомов ртути к димеризации и полимеризации и определяет её низкую теплопроводность и электронную проводимость. Мала концентрация свободных электронов.
Ртуть относится к, так называемым, "полублагородным" металлам ("благородные" - это рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина и золото).
Стандартный электрохимический потенциал ртути имеет положительное значение (она не растворяется соляной, разбавленной серной кислотами, не вытесняет водород из кислот), но его величина меньше чем у золота и платины (поэтому ртуть менее химически устойчива и более электрохимически активна чем золото и платина). Ртуть реагирует, хотя довольно не активно с типичными электроноакцепторными химическими соединениями (окислителями), то есть, она гораздо менее инертна чем золото и элементы платиновой группы.
Уникальность ртути состоит ещё и в том, что она легко растворяет другие металлы сохраняя фазовое состояние - образуются так называемые амальгамы. Это отдельная интересная тема про ртуть. Ещё любопытный факт о ртути: именно на этом металле был открыт эффект сверхпроводимости при низких температурах. Её удобно было размещать в стеклянных капиллярах.
Так почему же именно ртуть, а не её аналоги по таблице Менделеева - кадмий и цинк, - жидкая при комнатной температуре?
Причины, приводящие к этому, можно описать следующим образом: ослабление возможности внешних электронов атомов ртути участвовать в образовании металлической связи между атомами из-за относительно значительного магнитного взаимодействия между собой внешних s-электронов. Это обуславливается размером внешней 6s орбитали атома ртути, величиной энергии связи внешних s-электронов этой орбитали с ядром, величиной электронной плотности на этой орбитали. Все эти факторы приводят к возрастанию вклада и значения ковалентных связей в межатомных связях атомов ртути. Что ослабляет интегральную, коллективную металлическую связь атомов ртути.
Исходя их этого, логично предположить, что следующий аналог ртути - 112 элемент будет также легкоплавким. Хотя у этого элемента довольно большая масса ядер атомов и это может увеличить склонность данного вещества к твёрдому, кристаллическому состоянию при атмосферном давлении. Но температура плавления и кипения этого вещества явно должны быть сравнительно небольшими. Это можно проверить только опытным путём.
Критерий истины - практика!

Спасибо, интересная тема.. а ртуть жидкая лишь при положительной температуре, вроде при минус 39 градусов она замерзает.. оставляя в себе первый класс опасности.

Всё это Вы прекрасно знаете и без всякой мелочи, понимаю). А вот почему ртуть при нормальных условиях жидкая -не отвечу, походу судьба такая. Я просто искала информацию в интернете - что же будет с ртутью при высоком давлении, потому как таблица Менделеева при высоком давлении теряет свой смысл. Ну и наткнулась на Вашу миниатюру-размышление. Слушая лекцию А.Р.Оганова, узнала что натрий при высоком давлении вообще стекло. А ртуть..- тут уже просто принципиальный интерес)

Приятно Вас читать. Ольга.

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Почему ртуть жидкая? (внутри).

..в бытность мою студентом химического факультета, никто их ведущих профессоров ответа на этот вопрос дать не мог.
С тех пор я химией лет пять не интересовался. может что изменилось?
Хотя вряд ли.
Оттого и непознанная категория.

P.S. а может просто рванём в Золотой Фонд по взаимной рекомендации. или ответы, не дублированные в Википедии там не приветствуются.
/это риторический вопрос, разумеется.. меня лишь проблематика агрегатного состояния ртути интересует../

добрый вечер, Максимилиан. когда ВЫСШИЕ СИЛЫ когда-то преберирали разнообразные варианты внутреннего посторения и смотрели и хохотали что получалось при различных "колбасных" наборах.. и вот.. именно такой набор . создал такой элемент. ведь иногда увеличение колличества чего-либо.. а где-то его же уменьшение. создает новое качество.. .

"Иванов (spark)
Про ртуть я прочитал и отвечу вам такой цепочкой объяснений.

Ртуть жидкая, потому что молекулы ртути плохо очень связываются друг с другом, и достаточно очень небольшого по сравнению с другими металлами тепла, чтобы расшатать кристаллическую решетку и превратить кристалл в жидкость.

Связываются молекулы ртути друг с другом плохо потому, что электронная структура атома ртути состоит целиком из полностью заполненных оболочек: [Xe].4f14.5d10.6s2.
Вы наверно знаете, что полностью заполненные оболочки отличаются особенной инертностью, нежеланием создавать связи.

Это свойство характерно для всех металлов той же группы, цинка и кадмия.
Однако у ртути есть еще и дополнительное ослабление.
Валентные электроны -- т. е. те, которые по идее должны создавать связь, это 6s-электроны. В пространстве они сидят глубже, ближе к ядру, чем 5d-электроны и 4f-электроны. Т. е. для того, чтоб 6s-оболочке провзаимодействовать с кем-то, ей надо "вылезти" из под толпы 10-ти d и 14-ти f электронов.

У того же кадмия ситуация похожая (5s сидят глубже, чем 4d), но у него нет толпы f электронов, мешающих взаимодействию. (Кстати, вообще-то у кадмия температура плавления 321.07 °C.) Поэтому этим 5s электронам в кадмии связываться легче, чем ртути. Т. е. можно сказать, что ртуть легкоплавкая -- потому что ей впервые из всех элементов начали мешать f электроны.

Наконец, последний факт: почему 6s оболочка сидит так глубоко. Это, увы, такие свойства решения уравнений для электронов в атоме. Релятивистские эффекты и т. п. --это только замутняет изложение. Не надо это в голову брать.

Такой ответ устраивает?

К мнению химиков о глубинном объяснении свойств вещества я всегда отношусь, скажем так, с осторожностью. "

МатушкаВСЕЯ РУСИ Императрица Просветленный (30447) просто химия и физика ядра элемента - вещи разные..а здесь без физики не разобраться. а что ВЫ не поняли? Это же для детей объяснение ..простое..доступное:)) одни мешают другим. тем. которые вступают в прочные связи сделать это. вставая ни их пути..вот и все. изменение количества чего-то приводит к новому качеству.

Вряд ли нужно доказывать, что ртуть – металл своеобразный. Это очевидно хотя бы потому, что ртуть – единственный металл, находящийся в жидком состоянии в условиях, которые мы называем нормальными. Почему ртуть жидкая – вопрос особый. Но именно это свойство, вернее сочетание свойств металла и жидкости (самой тяжелой жидкости!) , определило особое положение элемента №80 в нашей жизни. О ртути можно рассказывать много: жидкому металлу посвящены десятки книг. Причастность ртути к славному клану металлов долгое время была под сомнением. Даже Ломоносов колебался, можно ли считать ртуть металлом, несмотря на то, что и в жидком состоянии она обладает почти полным комплексом металлических свойств: тепло- и электропроводностью, металлическим блеском и так далее. При охлаждении ртути до –39°C становится совсем очевидным, что она – одно из «светлых тел, которые ковать можно»

Ангелочек Гуру (3257) То что он к вам попал судьба))) Я думаю,что он действительно опасен.Тем не менее самый загадочный и опасный металл-это ртуть)))

Жидкая она в связи со строением своей кристаллической решётки и сверхподвижностью атомов в её крайних точках.

Мир тебе возлюбленный !
Ртуть значит. Господи, о чем только не подумаешь. когда встретишься с тобой. Хорошо, думаю о ртути!)))) )
Для воды, стакан-бремя неволи!
Свобода-лужа на полу!

Исходя из этого, я вдруг подумала. .

Для ртути лужа-очень примитивна!
И так противна!
А вот свобода так нужна!
Так что же делать?
Нужно тело!)) )
И вот она его приобрела!))) )
Шар-идеальной формы!
Всегда он собран и подвижен!
Желание-оно исполнено сполна!
Ртуть -ГЕНИАЛЬНА!

Почему то так захотелось ответить на этот вопрос. Нашла в абсурдопедии интереснейшее определение: "Красная ртуть - жидкий металл тёмно-красного цвета, очень текуч. Напоминает кровь робота. По желанию потребителя обладает магнитными свойствами, что делает возможным её использование в качестве жидких снарядов для гауссовской винтовки. Красная ртуть, как правило, 234-й элемент XIV дополнительной подгруппы таблички Менделеева с атомной массой что-нибудь вроде 1234,56. При нагревании до желаемой температуры красная ртуть вступает в реакцию со всеми доступными элементами, что вызывает быструю неконтролируемую цепную реакцию и причиняет взрыв, по мощности равный трёмстам вакуумным бомбам. При нагревании до температур выше 700 градусов Кельвина, красная ртуть превращается в золото, а при температурах свыше 1000 К - в платину.

Ртуть — химический элемент II группы дополнительной (побочной) подгруппы периодической системы элементов Менделеева с атомным номером 80 и атомной массой 200,59, обозначается символом Hg. Простое вещество при комнатной температуре представляет собой тяжёлую серебристо-белую заметно летучую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл) , простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй элемент — бром) . В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Чаще всего ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала — киновари. Применяется для изготовления измерительных приборов, вакуумных насосов, источников света и в других областях науки и техники.

Макс. . право. . восхищена вопросом.. !

и таких. . просто море.. )
Почему вода мокрая.. ?
Почему тупость твердая.. ?
Почему огонь обжигает.. ?
Почему свет светит.. ?
Почему ученье не учит.. ?

море. . море таких вопросов. .

но достаточно того. . что Ртуть. . Жидкая. .
и опасная. .
но не для всех..). .
Прозрачному Стеклу. . она придает Смысл. .
например.. )
да и нам пользу. .

хм. . вот и подвергла я сомнению. .
свою собственную. . аксиому. .
что "Форма сути не меняет"..
выходит. . МЕНЯЕТ. .

хороший вопрос.. ) право. .
ну. . а про валентность. . и электронные уровни. .
написали. . ну или напишут.. )

Галлий тоже плавится на ладони - при 28,5 градусах. Дело не в том, почему она жидкая при комнатной температуре, а в том, почему она имеет низкую температуру плавления. Наверное, потому, что склонна к образованию ковалентной связи (Hg-Hg в Hg2Cl2).
s-элементы - типичные металлы, p-элементы - типичные неметаллы, а sp-гибридизация - нечто среднее между этим.. .
С другой стороны, франций, цезий и т. п. - тоже низкоплавкие.. .
Наверное, все эти эффекты "складываются", а главное - какая возникает кристаллическая решетка. Например, не кубическая, а.. . А тут я умолкаю.))

а что вы делали на лекциях и что это за профессора которые не могли дать ответ. и ртуть не единственный элемент при нормальных условиях жидкий. и даже не единственный металл. франций. но мало кто знает. жидкий и твердый- это условность. агрегатное состояние. низкая температура плавления обусловлена слабыми связями атомов. проходят в средней школе.

Не, это вряд ли. хотя пил ртуть в детстве, кстати.. и ничего)).

Говорят, металлическую ртуть можно литрами пить, без вреда для здоровья.

Вот испарения - это да.

Лет в десять на газовой конфорке сплавлял ртуть со свинцом постоянно.. с тех пор голова болит).

Почему ртуть жидкая Она же металл!

- каждый металл МОЖЕТ СУЩЕСТВОВАТЬ как минимум В ДВУХ СОСТОЯНИЯХ: ТВЕРДОМ И ЖИДКОМ!

- у каждого метала, есть такая характеристика, как ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ!

- ДЛЯ ВСЕХ металлов КРОМЕ РТУТИ она ВЫШЕ 0 град С!

Жидкий металл
Ртуть оказала науке огромные услуги. Как знать, насколько задержался бы прогресс техники и естественных наук без измерительных приборов – термометров, манометров, барометров и других, действие которых основано на необыкновенных свойствах ртути. Какие это свойства?

Во-первых, ртуть – жидкость.

Во-вторых, тяжелая жидкость – в 13,6 раза тяжелее воды.

В-третьих, у ртути довольно большой коэффициент температурного расширения – всего в полтора раза меньше, чем у воды, и на порядок, а то и два больше, чем у обычных металлов.

Есть и «в-четвертых» , «в-пятых» , «в-двадцатых» , но вряд ли нужно перечислять все.

Еще любопытная деталь: «миллиметр ртутного столба» – не единственная физическая единица, связанная с элементом №80. Одно из определений ома, единицы электрического сопротивления, – это сопротивление столбика ртути длиной 106,3 см и сечением 1 мм2.

Все это имеет отношение не только к чистой науке. Термометры, манометры и другие приборы, «начиненные» ртутью, давно стали принадлежностью не только лабораторий, но и заводов. А ртутные лампы, ртутные выпрямители! Все то же уникальное сочетание свойств открыло ртути доступ в самые разные отрасли техники, в том числе в радиоэлектронику, в автоматику.

Ртутные выпрямители, например, долгое время были наиболее важным и мощным, наиболее широко применяемым в промышленности типом выпрямителей электрического тока. До сих пор их используют во многих электрохимических производствах и на транспорте с электрической тягой, хотя в последние годы их постепенно вытесняют более экономичные и безвредные полупроводниковые выпрямители.

Современная боевая техника тоже использует замечательные свойства жидкого металла.

К примеру, одна из главных деталей взрывателя для зенитного снаряда – это пористое кольцо из железа или никеля. Поры заполнены ртутью. Выстрел – снаряд двинулся, он приобретает все большую скорость, все быстрее вращается вокруг своей оси, и тяжелая ртуть выступает из пор. Она замыкает электрическую цепь – взрыв.

Нередко с ртутью можно встретиться и там, где меньше всего ожидаешь. Ртутью иногда легируют другие металлы. Небольшие добавки элемента №80 увеличивают твердость сплава свинца со щелочноземельными металлами. Даже при паянии бывает подчас нужна ртуть: припой из 93% свинца, 3% олова и 4% ртути – лучший материал для пайки оцинкованных труб.

Любое вещество может находиться в трёх состояниях - жидкоё, твёрдое, газообразное. Физика, 4 или 5 класс.

Потомучто - амальгамма!
А водород кстати ещё не ясно - метал или нет, до сих пор не могут опредилить в какую его групу ставить : в первую(лужных металов), или 6-ю.

Почему ртуть жидкая? Потому же, почему заводятся машины!

Если вы подписаны на нашу инсту, вы, наверняка, видели наши периодические тематические дни, когда вы задаете нам любые вопросы по определенному предмету, а мы весь день отвечаем на них.

Недавно, во время химической пятницы, кто-то спросил: «А почему ртуть жидкая?»

Ртуть - единственный жидкий металл при комнатной температуре

Нам очень понравился этот вопрос – действительно, а почему ртуть жидкая? Изначально, админы нашего химического сообщества предположили следующее:

Для начала, нужно понять: а почему другие металлы твердые? Вообще, любые атомы/молекулы предпочли бы газообразное состояние – когда у них максимальное количество степеней свободы (а значит и энтропия максимальна, если вам это о чем-то говорит). Но, есть маленькая проблема – зачастую между частицами действуют межмолекулярные силы притяжения или эти молекулы собираются в какие-нибудь металлические или ионные структуры. В случае металлических решеток – нужны неспаренные электроны. Т.е. и без них можно обойтись, но чем больше неспаренных электронов – тем лучше. Именно поэтому пик по температурам плавления в переходном блоке приходится на элементы посередине этого блока: V, Cr, Mn, Nb, Mo, W. Конечно, есть и другие факторы, которые влияют на температуру плавления – такие как тип кристаллической решетки, но все равно тренд определенно есть.

А ртуть как раз находится в конце d-блока с конфигурацией 4f14 5d10. И тут вы спросите, но ведь цинк и кадмий тоже находятся в конце блока, но они не жидкие металлы. И да, совершенно, верно. Только стоит заметить, что и у цинка, и у кадмия довольно низкие температуры плавления. Чем же особенна ртуть?

Изначально, мы сказали, что наверняка здесь играет роль размер – мол, из-за большого количества электронных слоев эффективный заряд ядра довольно низкий и соответственно энергия образования металлической решетки пониже. Возможно в этом есть правда, но мы совершенно забыли про один очень интересный эффект, связанный с элементами 6-го периода.

Вопрос почему ртуть жидкая очень близок по своей природе к вопросу: почему углерод предпочитает образовывать оксиды +4, а свинец +2?

Итак, возьмитесь покрепче за ручки ваших кресел – ответ лежит в специальной теории относительности. Ртуть жидкая, а ваши машины заводятся благодаря специальной теории относительности.

Обо всем по порядку.

Специальная Теория Относительности

Специальная Теория Относительности (СТО) – это крайне важная, экспериментально подтвержденная, теория, впервые представленная Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Она основывается всего на двух постулатах:

Законы физики одинаковы во всех системах исчисления (frame of reference)
Скорость света одинакова во всех системах исчисления

Тут же возникает вопрос – а что такое система исчисления (правильней добавить, что речь идет только о инерциальных системах исчисления). Инерциальная система исчисления – это набор координатов, которые можно использовать для описания наблюдателя, движущегося с нулевым ускорением (как только появляется ускорение – нужно обращаться к общей теории относительности). Грубо говоря, вы все знаете координатную плоскость – вы используете ее на уроках математики. А теперь в зависимости от того, где в пространстве вы поставите начало координат и будет ли эта точка зависеть от времени (если да, то скорость ее передвижения должна быть постоянной) вы получите разные системы исчисления.

Прелесть СТО в том, что используя простейшие алгебраические вычисления (теорему Пифагора, например), применяя их к далеко неочевидным мысленным экспериментам, можно прийти к выводу, что наблюдатели в разных системах исчисления измеряют разные временные и пространственные интервалы между двумя событиями. Иными словами, движущиеся часы замедляются, а движущиеся линейки становятся короче.

Простые мысленные эксперименты позволяют вывести неочевидные и крайне удивительные следствия из двух постулатов. Картинка Steemit.

Мы не будем вдаваться в вывод математических формул, которые мы используем чуть ниже, а просто скажем, что любой заинтересованный, может пройти сюда – там действительно очень простые, но долгоиграющие вычисления.

Но как специальная теория относительности применима к нашему случаю?

Модель атома

Как ни странно, но у нас до сих пор нет теоретической модели, которая могла бы описывать многоэлектронные атомы. Да, у нас есть уравнение Шредингера (и квантовая механика в целом) – но мы можем решить это уравнение только для водородоподобных атомов (т.е. тех, у кого 1 электрон и у которых не нужно учитывать отталкивание электронов друг от друга). Если мы добавим хоть один электрон – пиши пропало – надо использовать математические приемы (и суперкомпьютеры) для примерной оценки решений этих уравнений.

А для водородоподобных атомов у нас есть еще теория Бора, которая строится на двух тождествах: электрон испытывает Кулоновское притяжение к ядру и центробежную силу (за счет кругового движения), находясь в состоянии покоя (иными совами, эти силы равны). Второе тождество – о квантовании углового импульса, иными словами, угловой импульс (angular momentum) может принимать лишь определенные значения (а именно натуральные множители приведенной постоянной Планка). Так вот, скорость 1s электрона (единственного) в водородоподобном атоме с зарядом ядра Z равна:

Возьмем, к примеру, ртуть (Z = 80). Лоренц-фактор (больше информации о нем - здесь) для частицы с такой скоростью равен 1.23.

Иными словами, масса 1s электрона у ртути на 23% выше, чем масса электрона в состоянии покоя. Увеличенная масса приводит к уменьшенному радиусу орбиты (тоже в 1.23 раза). Иными словами, мы имеем дело с сжатием электронной орбитали при учете релятивистских эффектов (релятивистский эффект – эффект, описываемый теорией относительности). У нас нет теоретической модели, которая позволяла бы также определить степень сжатия электронов на более высших электронных уровнях, но мы уже убеждены в том, что релятивистский эффект есть и он значителен.

А расчеты (и экспериментальная практика) показала, что этот эффект сжатия настолько значителен для 6s электронов (а это внешняя оболочка ртути), что эта самая электронная пара зачастую является инертной (эффект инертной электронной пары). Просто проговорю – электроны двигаются быстро, за счет этого их масса увеличивается, а радиус орбиты уменьшается, они становятся ближе к ядру, а значит сильнее к нему притягиваются и меньше готовы участвовать в образовании химической связи.

Развитие моделей Атома (а также модель Бора в исторической перспективе). Картинка CompoundChem.

Сжатие 6s орбитали имеет феноменально широкие последствия.

Во-первых, это объясняет почему ртуть жидкая. Вычисления показали, что разница в вычислениях температуры плавления ртути при учете и без учета релятивистских эффектов равна 105 градусам! Учитывая то, что температура плавления ртути -38С, эта разница решает между твердым и жидким состоянием. Снова, просто проговорю – электроны на внешней оболочке ртути гораздо сильнее притягиваются к ядру, а поэтому меньше участвуют в межатомных взаимодействиях и соответственно силы межатомных притяжений значительно меньше и удерживают ртуть в жидком, а не твердом состоянии.

Во-вторых, сжатие 6s орбитали объясняет понижение энергии этой орбитали, что приводит к уменьшению разницы в энергии между заполненной 5d орбиталью и полу-заполненной 6s-орбиталью. И что спросите вы? А то, что это объясняет желтый цвет золота! Ибо цвет – это поглощение энергии определенной длины волны при переходе с одной орбитали на другую. А еще это объясняет почему золото считается благородным (малореактивным или почти инертным металлом) – валентные 6s электроны очень сильно притягиваются к ядру.

В-третьих, это объясняет электронную конфигурацию Вольфрама (5d4 6s2). Еще на ранних стадиях изучения химии вы знакомитесь с таким феноменом, как проскок электрона (например, у хрома 3d5 4s1 вместо 3d4 4s2). А с Вольфрамом такое не прокатит из-за повышенной стабильности 6s-электронов.

В-четвертых, это объясняет повышенную нестабильность степени окисления +4 у свинца. Почему это важно? Расчеты показали, что ЭДС (электродвижущая сила) в свинцовом аккумуляторе без учета релятивистских эффектов равна 0.39В, а с учетом 2.13В (при экспериментальном значении в 2.107В). Если вы не знали, в свинцовом аккумуляторе на катоде восстанавливается свинец (+4) до свинца (+2). Иными словами, машины заводятся благодаря СТО.

Если вы хотите почитать больше о эффектах специальной теории относительности в структурной химии – я направляю вас сюда.

Хочешь получать рассылку от нас?

WRO-2019-дағы Қазақстан командасы: Робототехникада нақты нұсқаулық жоқ

Осы жылдың \(10\) қарашасында Қазақстан өзінің Халықаралық Робототехника Олимпиадасына (WRO) қатысу тарихында алғашқы рет жоғары-шығармашылық санатта жүлделі үшінші орынды иеленді. WRO-\(2019\) Венгриядағы Дьор қаласында өтті. Оған дейін Талдықорған қаласының командасы \(2014\) жылы орта-шығармашылық санатта үшінші орынға және \(2016\) жылы жоғары-шығармашылық санатта «Creativity Award» (креативтілік үшін) жүлдесіне ие болған. Талдықорған

V дегеніміз вакцина

Иммунитеттің қызметі неде? Вакциналар қалай жұмыс істейді? Әртүрлі вакциналар арасындағы айырмашылық қандай? Вакциналар сіздің ДНК-ңізді өзгертеді ме?

[Математика ғажабы] Пифагор теоремасы

«Пән ғажабы неде» жобаның барлық мақалалары «Математика ғажабы» циклдың басқа мақалалары Визуалды дәлелдемелер Байес теоремасы Ойлаудың көркемдігі Сымдарды кесеміз Геометриямен жасырынбақ ойнау Шексіздік Математика тек формулалар ғана емес. Математика — бізді қоршайтын барлық нәрселер. Онда теоремалар мен аксиомаларды білу ғана емес, фундаментал қағидаларды түсініп, сезе білу де маңызды. Мұндай фундаментал білім

Если не указано иначе, все текстовые материалы блога ОФ Beyond Curriculum лицензированы под CC BY-NC-SA 4.0

Читайте также: