Proč je rtuť kapalná při pokojové teplotě? Pokud se zeptáte na tuto otázku ve školní třídě, pravděpodobně vám bude řečeno, že relativita ovlivňuje orbitaly těžkých kovů, uzavírá je a mění způsob jejich vazby. První důkaz, že toto vysvětlení je správné, byl však právě zveřejněn.

mezinárodní tým vedený Peterem Schwerdtfegerem z Massey University Auckland na Novém Zélandu použil kvantovou mechaniku k výpočtům tepelné kapacity kovu, včetně nebo vyloučení relativistických efektů. Ukázali, že pokud budou ignorovat relativity při svých výpočtech, předpokládaná teplota tání rtuti byla 82°C. Ale pokud jsou zahrnuty relativistické efekty jejich odpověď úzce odpovídající experimentální hodnoty -39°C.

teorie Relativity uvádí, že předměty těžší, tím rychleji se pohybují. V atomech je rychlost nejvnitřnějších elektronů spojena s jaderným nábojem. Čím větší je jádro, tím větší je elektrostatická přitažlivost a čím rychleji se elektrony musí pohybovat, aby se do něj nedostaly. Takže, jak jdete dolů periodickou tabulkou, tyto 1s elektrony jsou rychlejší a rychlejší, a proto těžší, což způsobuje zmenšení poloměru atomu. To stabilizuje některé orbitaly, které mají také vlastní relativistickou povahu, zatímco jiné destabilizují. Tato souhra znamená, že u těžkých prvků, jako je rtuť a zlato, jsou vnější elektrony stabilizovány. V merkuru případě, namísto vytváření vazby mezi sousedními atomy rtuti, elektrony zůstat spojena s jejich vlastní jádra, a slabší interatomic sil, jako jsou van der Waalsovy vazby drží atomy pohromadě.

dlouhá doba přichází

v roce 1960, Pekka Pyykkö, nyní na univerzitě v Helsinkách, Finsko, zjistil, že barva zlata je výsledkem relativistických efektů. Ukázal, že nižší energetické hladiny 6s orbitalu zlata znamená, že energie potřebná k excitaci elektronu z 5D pásma leží ve viditelném, nikoli UV rozsahu světla. To znamená, že zlato absorbuje modré světlo, zatímco odráží žluté a červené světlo, a to je to, co dává kovu jeho charakteristický odstín. Pokud byly energie obou pásem vypočteny bez zahrnutí relativistických účinků, potřebná energie je mnohem větší. Další výpočty následně ukázaly vliv relativity na barvu a délku vazby sloučenin těžkých kovů, stejně jako jeho význam v katalýze. Nízká teplota tání rtuti však mohla být stále popsána pouze jako „pravděpodobně“ kvůli relativistickým účinkům.

‚Na mávání rukou, spekulativní úrovni, tento nápad byl asi od pozdní 1970,‘ vysvětluje, Pyykkö, který nebyl zapojen do práce, ‚ale tohle je první kvantitativní důkaz.“

zejména Schwerdtfegerův tým pracuje na problému již několik desetiletí. Důvodem zpoždění bylo, že až donedávna počítače nemohly dokončit výkonné výpočty, které tým provedl. „Bylo zapotřebí hodně času na počítači, „dodává,“ a použité algoritmy jsou v dnešní době efektivnější.‘

Ale mimo, takže je do učebnic, které se tato práce bude určitě dělat, Schwerdtfeger doufá, že tím, že ukazuje, že jeho přístup funguje to může být použit pro výpočet teploty tání jiné kovové systémy.

Ale co je důležitější, příště dostane učitel požádal o jeden z nejviditelnějších příkladů relativity, budou vědět, že tam je důkaz pro to své vysvětlení.