《无机化学》课程教学资源（文献资料）03 汞在常温下是液态的原因

汞在常温下是液态的原因 原子中，电子在核的一旁飞快地运动。在核电荷数很大的原子即重原子中， 强大的核电荷役使内层电子运动速度快到堪与光速相比，相对论效应影响随即 而生。不过，由于原子、分子的化学性质主要由价电子决定，以致直到1970年 之前人们还普遍认为相对论纯属于物理界的事，同化学没什么关系。 70年代末，出现了超级计算机，含相对论效应的量子化学计算方法顿作劲 疾发展。从此相对论同化学之间的直接联系得以洞识，人们的看法也为之一改 本文所介绍的一些研究结果旨在表明：相对论效应对重原子以及含重原子的分 子、原子簇的化学、光谱性质具有实质影响。 相对论效应源自重原子内层电子的运动速度。当内层$电子的运动速度达 到堪与光速相比的程度时，根据Einstein相对论公式，电子的质量会相应增加 并引起内层电子轨道收缩。 例如：金的1s电子的运动速度达到了光速的65%。相对论效应造成1s轨 道的收缩同时致使外层的6s轨道也发生收缩并趋于稳定。正是由于6s轨道的 收缩及稳定化使得金的5d同6s之间的能带间隙变狭到仅为214eV,而银的 4d同5s的能带间隙却高达315eV。于是，金在可见光范围内吸收兰光，闪烁 出黄灿灿的金色。这迥异于一般金属的金黄色正是相对论效应造成6s轨道收缩 从而对金的颜色起了重要影响的反映。 表现出相对论效应影响的另一例子是汞的状态。作为金属的汞在常温下却离 奇地以液态存在。 上述的相对论收缩效应理论能为这一不寻常的现象提供解释。与金相仿，汞 的6s轨道在收缩的同时并趋于稳定化导致了一种称之为“惰性对”效应：汞的 6s2壳层在成键过程中呈现惰性。可以看到汞的6s26即激发能远远超过镉和锌 的相应微发能。按照一般周期规律，能量间隔(ns2)1S-(ns1np1)1P应随主量 子数增加而减小。 所以，由锌到镉能量间隔变小原在预料之中。然而由镉到汞该能量间隔一反 而陡然增加。 这甲可以再次看到正是相对论收宿效应政使全满的6s2壳层安然隐定于 是汞的6s26即能量间隔骤增。只要得不到所需的激发能，具有惰性6s2壳层的 汞原子之间就无法形成强键。基态Hlg2仅靠van der Waal力相互维系，所以金 属汞在常温下呈液态。 PDF文件使用”pdfFactory Pro”试用版本创建w,fineprint.com,cn

汞在常温下是液态的原因 原子中, 电子在核的一旁飞快地运动。在核电荷数很大的原子即重原子中, 强大的核电荷役使内层电子运动速度快到堪与光速相比, 相对论效应影响随即 而生。不过, 由于原子、分子的化学性质主要由价电子决定, 以致直到 1970 年 之前人们还普遍认为相对论纯属于物理界的事, 同化学没什么关系。 70 年代末, 出现了超级计算机, 含相对论效应的量子化学计算方法顿作劲 疾发展。从此相对论同化学之间的直接联系得以洞识, 人们的看法也为之一改。 本文所介绍的一些研究结果旨在表明: 相对论效应对重原子以及含重原子的分 子、原子簇的化学、光谱性质具有实质影响。 相对论效应源自重原子内层电子的运动速度。当内层 s 电子的运动速度达 到堪与光速相比的程度时, 根据 Einstein 相对论公式, 电子的质量会相应增加 并引起内层电子轨道收缩。 例如: 金的 1s 电子的运动速度达到了光速的 65%。相对论效应造成 1s 轨 道的收缩同时致使外层的 6s 轨道也发生收缩并趋于稳定。正是由于 6s 轨道的 收缩及稳定化使得金的 5d 同 6s 之间的能带间隙变狭到仅为 214eV , 而银的 4d 同 5s 的能带间隙却高达 315eV 。于是, 金在可见光范围内吸收兰光, 闪烁 出黄灿灿的金色。这迥异于一般金属的金黄色正是相对论效应造成 6s 轨道收缩 从而对金的颜色起了重要影响的反映。 表现出相对论效应影响的另一例子是汞的状态。作为金属的汞在常温下却离 奇地以液态存在。 上述的相对论收缩效应理论能为这一不寻常的现象提供解释。与金相仿, 汞 的 6s 轨道在收缩的同时并趋于稳定化导致了一种称之为“惰性对”效应: 汞的 6s2 壳层在成键过程中呈现惰性。可以看到汞的 6s26p 激发能远远超过镉和锌 的相应激发能。按照一般周期规律, 能量间隔(n s2) 1S- (n s1np 1) 1P 应随主量 子数增加而减小。 所以, 由锌到镉能量间隔变小原在预料之中。然而由镉到汞该能量间隔一反 而陡然增加。 这里可以再次看到正是相对论收缩效应致使全满的 6s2 壳层安然稳定, 于 是汞的 6s26p 能量间隔骤增。只要得不到所需的激发能, 具有惰性 6s2 壳层的 汞原子之间就无法形成强键。基态 Hg2 仅靠 van der Waal 力相互维系, 所以金 属汞在常温下呈液态。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿwww.fineprint.com.cn