水銀は室温で液体ですが、他の金属は固体です。水銀が特別な理由を考えたことはありますか?手短に言えば、水銀の原子は他の水銀原子と容易に電子を共有しないため、水銀は液体であるということです。これがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。
- 水銀は、電子を他の水銀原子とうまく共有できないため、液体です。基本的に、希ガスに相当する金属のように機能します。
- 原子核内の多数の陽子は、いわゆるランタニド収縮で電子を引き付けます。相対論的効果が役割を果たします。
- 充填された 4f サブシェルは、6s シェルのシールドが不十分なだけで、価電子を他の金属よりも原子核に引き寄せます。
金属が固体である理由
水銀 (およびおそらくコペルニシウムとフレロビウム) を除いて、金属である元素は室温で固体です。フランシウム、セシウム、ガリウム、およびルビジウムは、室温よりわずかに高い温度で溶けて液体になります。金属は、原子が互いに金属結合を形成するため、融点が高くなる傾向があります。基本的に、金属原子は電子を共有し、正に帯電した原子核の間に負に帯電した電子の海を形成します。
水銀が液体である理由
水銀は融点が低く、電子が原子間で共有されにくいため常温で液体です。これは、非常に多くの陽子と電子を含む水銀原子と、その電子が原子核の周りに組織化される方法の結果です.
多数の陽子を含む原子は、大きな正電荷が電子に強い引力を及ぼすため、比較的小さいです。これは、元素の融点の違いを部分的に説明する周期表の傾向です。
水銀を特別なものにしているのは、その電子配置です:[Kr] 4d 4f 5s 5p 5d 6s
満たされた 4f シェルは、価電子を正の核電荷から十分に保護しません。 6 電子は原子核に近づき、原子半径を縮小します。このような大きな核を周回するということは、電子が相対論的な速度で移動し、はるかに大規模に作用することを意味します。相対論的効果は、ランタニド収縮の約 10% を占めます。それでも、ランタニドは固体金属です。
これらの元素とは異なり、水銀原子は 6s シェルが満たされた状態にあります。非常に安定した原子価殻は、原子が電子を簡単に獲得したり失ったりしないことを意味します。価電子と原子核の間の強い引力と相まって、水銀は希ガスのように振る舞います。その原子は、室温で凝固するほど強く相互に作用しません.
その他の水銀の特性
水銀は他の水銀原子と電子を共有するのが苦手なため、他の金属ほど熱や電気を伝導しません.これが、固体水銀が柔らかい金属である理由でもあります。水銀はそれ自体と容易に化学結合を形成せず、二原子分子 (Hg2) を形成しない唯一の金属です。 ) ガスとして.
金とタリウムが液体でない理由
水銀と同様に、金とタリウム原子は低エネルギーの 6s 電子軌道を持っています。 3 つの元素すべての原子は巨大な原子核を持ち、相対論的効果を経験し、4f を満たしています。 シェル。しかし、金もタリウムも室温では（柔らかい）固体です。なんで？その答えは、これらの金属の電子配置にあります。
| 要素 | 原子量 | 電子配置 |
|---|---|---|
| ゴールド (Au) | 196.9665 | [Kr] 4d 4f 5s 5p 5d 6s |
| 水銀 (Hg) | 200.59 | [Kr] 4d 4f 5s 5p 5d 6s |
| タリウム (Tl) | 204.383 | [Kr] 4d 4f 5s 5p 5d 6s 6p |
ゴールド 6 軌道は半分しか満たされていません。だから、たとえ 6s 電子はしっかりと結合しているため、金原子は別の電子を容易に受け入れ、金属間結合に関与します。金は価電子を容易に生成しないため、比較的不活性な貴金属です。
タリウム原子は、水銀原子よりもさらに質量があります。埋められた 6 があります 軌道。しかし、1 時 6 しかありません 電子。この電子は 6 ほど原子核に近づくことができません 電子。かなり反応性が高いため、金属結合に関与し、一般に Tl イオンを形成します。
参考文献
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- Housecroft, C.E.; Sharpe、AG（2004）。 無機化学 (第 2 版)。プレンティス・ホール。 ISBN 978-0-13-039913-7.
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