hvorfor er kviksølv en væske ved stuetemperatur? Hvis du stiller dette spørgsmål i et skoleklasserum, vil du sandsynligvis blive fortalt, at relativitet påvirker tungmetals orbitaler, kontraherer dem og ændrer, hvordan de binder sig. Det første bevis på, at denne forklaring er korrekt, er dog kun lige blevet offentliggjort.et internationalt team ledet af Peter Schvardtfeger fra Massey University Auckland brugte kvantemekanik til at foretage beregninger af metalets varmekapacitet, enten inklusive eller eksklusive relativistiske effekter. De viste, at hvis de ignorerede relativitet, da de foretog deres beregninger, var det forudsagte smeltepunkt for kviksølv 82-kr.men hvis de inkluderede relativistiske effekter, matchede deres svar tæt den eksperimentelle værdi af -39-kr.

relativitet siger, at objekter bliver tungere, jo hurtigere de bevæger sig. I atomer er hastigheden af de inderste elektroner relateret til den nukleare ladning. Jo større kernen bliver, jo større er den elektrostatiske tiltrækning, og jo hurtigere skal elektronerne bevæge sig for at undgå at falde ind i den. Så når du går ned i det periodiske system, bliver disse 1s elektroner hurtigere og hurtigere og derfor tungere, hvilket får atomets radius til at krympe. Dette stabiliserer nogle orbitaler, som også har en egen relativistisk karakter, mens de destabiliserer andre. Dette samspil betyder, at for tunge elementer som kviksølv og guld stabiliseres de ydre elektroner. I mercury ‘ s tilfælde, i stedet for at danne bindinger mellem tilstødende kviksølvatomer, forbliver elektronerne forbundet med deres egne kerner, og svagere interatomiske kræfter som f.eks.

lang tid kommer

i 1960 ‘ erne opdagede Pekka Pyykk, nu ved Helsinki Universitet, Finland, at guldets farve var resultatet af relativistiske effekter. Han viste, at de lavere energiniveauer i 6S orbital af guld betyder, at den energi, der kræves for at begejstre en elektron fra 5D-båndet, ligger i det synlige snarere end UV-lysområde. Dette betyder, at guld absorberer blåt lys, mens det reflekterer gult og rødt lys, og det er dette, der giver metallet sin karakteristiske nuance. Hvis energierne i de to bånd blev beregnet uden at inkludere relativistiske effekter, er den krævede energi meget større. Yderligere beregninger har efterfølgende vist relativitetens indflydelse på farve-og bindingslængderne af tungmetalforbindelser såvel som dens betydning i katalyse. Imidlertid kunne det lave smeltepunkt for kviksølv stadig kun beskrives som’ sandsynligvis ‘ på grund af relativistiske effekter.

‘ på et håndvævende, spekulativt niveau har denne ide eksisteret siden slutningen af 1970 ‘erne,’ forklarer Pyykk, der ikke var involveret i arbejdet, ‘ men dette er det første kvantitative bevis.’

Schvardtfegers team har især arbejdet med problemet i nogle årtier. Årsagen til forsinkelsen, forklarer han, var, at computere indtil for nylig ikke kunne gennemføre de kraftige beregninger, holdet udførte. ‘Der kræves meget computertid, ’tilføjer han,’ og de anvendte algoritmer er mere effektive i dag.’

men ud over at gøre det til lærebøgerne, som dette arbejde helt sikkert vil gøre, håber Schverdtfeger, at ved at vise, at hans tilgang fungerer, kan den bruges til at beregne smeltepunkterne i andre metalliske systemer.

men endnu vigtigere, næste gang en lærer bliver spurgt om et af de mest iøjnefaldende eksempler på relativitet, vil de vide, at der er bevis for at sikkerhedskopiere deres forklaring.