Warum hat Quecksilber niedrige Schmelz- und Siedepunkte?

Merkur ist anders! Es ist nicht so reaktiv wie seine Nachbarn im Periodensystem, es leitet keine Wärme und Elektrizität sowie andere Metalle, und es ist eine Flüssigkeit im Gegensatz zu anderen Metallen. Die elektronische Struktur von Quecksilber ist $ \ ce { 4f ^ {14} 5d ^ {10} 6s ^ 2} $, also ist das erste, was wir bemerken, dass alle seine Orbitale voll sind, es gibt keine ungepaarten Elektronen in Quecksilber. Dies erklärt die Zurückhaltung von Quecksilber, mit anderen Materialien zu reagieren oder Bindungen mit anderen Quecksilberatomen einzugehen. Die meisten Metallatome teilen ihre äußeren Elektronen mit anderen Metallatomen, tatsächlich existieren alle diese „gemeinsamen“ Metallelektronen als diffuses „Meer“ von Elektronen. Es ist die ausgedehnte Natur dieses Teilens, die Metalle zu guten Wärme- und Stromleitern macht. Die Tatsache, dass die Metallelektronen geteilt werden, sorgt für eine starke Bindungswechselwirkung zwischen Metallatomen, die Metallen ihre feste Struktur verleiht. Nichts davon gilt für Quecksilber. Mit seiner gefüllten Schalenelektronenkonfiguration ist es sehr zurückhaltend, Bindungen auch mit anderen Quecksilberatomen zu bilden.

Ein zusätzlicher, interessanter Effekt macht Quecksilber noch zögerlicher, seine Elektronen zu teilen. Die spezielle Relativitätstheorie legt nahe, dass sich Elektronen bei größeren Kernen (und Quecksilber mit der Ordnungszahl 80 ist groß genug, damit der Effekt angewendet werden kann) näher an die Lichtgeschwindigkeit annähern. Im Gegenzug wird ihre Masse zunehmen und mit zunehmender Masse nimmt der Orbitalradius ab. Das Elektron ist näher am Kern, mehr vom Kern angezogen und weniger für die Bindung verfügbar. Hier ist eine nette Referenz, die diesen relativistischen Effekt erklärt und wie er auf Merkur zutrifft, in einfachem Englisch und etwas detaillierter.

Diese beiden Effekte, die gefüllte äußere Elektronenhülle und die Kontraktion des äußeren Orbitals näher am Kern, führen dazu, dass Quecksilber selbst mit anderen Quecksilberatomen nur ungern Bindungen bildet. Es ist dieser Mangel an Elektronenbindung zwischen Quecksilberatomen, der es bei so niedrigen Temperaturen schmelzen und kochen lässt.

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