De ce este mercurul un lichid la temperatura camerei? Dacă puneți această întrebare într-o clasă școlară, probabil vi se va spune că relativitatea afectează orbitalii metalelor grele, contractându-I și schimbând modul în care se leagă. Cu toate acestea, prima dovadă că această explicație este corectă tocmai a fost publicată.o echipă internațională condusă de Peter Schwerdtfeger de la Universitatea Massey Auckland din Noua Zeelandă a folosit mecanica cuantică pentru a face calcule ale capacității termice a metalului, fie incluzând, fie excluzând efectele relativiste. Ei au arătat că, dacă au ignorat relativitatea atunci când au făcut calculele lor, punctul de topire prezis al lui Mercur a fost de 82 C. Dar dacă au inclus efecte relativiste, răspunsul lor se potrivea îndeaproape cu valoarea experimentală de -39 C.

relativitatea afirmă că obiectele devin mai grele cu cât se mișcă mai repede. În atomi, viteza electronilor cei mai interiori este legată de sarcina nucleară. Cu cât nucleul devine mai mare, cu atât atracția electrostatică este mai mare și cu atât electronii trebuie să se miște mai repede pentru a evita căderea în el. Deci, pe măsură ce coborâți în tabelul periodic, acești electroni 1s devin din ce în ce mai rapizi și, prin urmare, mai grei, determinând micșorarea razei atomului. Acest lucru stabilizează unii orbitali, care au, de asemenea, o natură relativistă proprie, în timp ce îi destabilizează pe alții. Această interacțiune înseamnă că pentru elementele grele precum mercurul și aurul, electronii exteriori sunt stabilizați. În cazul lui Mercur, în loc să formeze legături între atomii de mercur vecini, electronii rămân asociați cu propriile nuclee, iar forțele interatomice mai slabe, cum ar fi legăturile van der Waals, țin atomii împreună.

de mult timp

în anii 1960, Pekka Pyykk, acum la Universitatea din Helsinki, Finlanda, a descoperit că culoarea aurului era rezultatul efectelor relativiste. El a arătat că nivelurile de energie mai scăzute ale orbitalului 6s al aurului înseamnă că energia necesară pentru a excita un electron din banda 5D se află în domeniul vizibil, mai degrabă decât în cel UV. Aceasta înseamnă că aurul absoarbe lumina albastră, reflectând în același timp lumina galbenă și roșie, ceea ce conferă metalului nuanța sa caracteristică. Dacă energiile celor două benzi au fost calculate fără a include efecte relativiste, energia necesară este mult mai mare. Calculele ulterioare au arătat ulterior influența relativității asupra lungimilor de culoare și legătură ale compușilor metalelor grele, precum și importanța acesteia în cataliză. Cu toate acestea, punctul de topire scăzut al mercurului ar putea fi descris ca fiind probabil datorită efectelor relativiste.

‘la un nivel speculativ, această idee a existat încă de la sfârșitul anilor 1970’, explică Pyykk, care nu a fost implicat în lucrare, ‘dar aceasta este prima dovadă cantitativă.echipa lui Schwerdtfeger, în special, lucrează la această problemă de câteva decenii. Motivul întârzierii, explică el, a fost că până de curând computerele nu au putut finaliza calculele puternice pe care le-a efectuat echipa. A fost nevoie de mult timp pentru computer, iar algoritmii folosiți sunt mai eficienți în zilele noastre.’

dar dincolo de a intra în manuale, ceea ce această lucrare va face cu siguranță, Schwerdtfeger speră că, arătând că abordarea sa funcționează, poate fi utilizată pentru a calcula punctele de topire ale altor sisteme metalice.dar, mai important, data viitoare când un profesor este întrebat despre unul dintre cele mai evidente exemple de relativitate, va ști că există dovezi care să susțină explicația lor.