چرا جیوه مایع است

چرا جیوه مایع است

. در جیوه آنقدر بر همکنش بین الکترون های بیرونی وجود دارد که آن را مایع نگه دارد ( رادون که amu ۲۲ سنگین تر است ، گاز است ) ، الکتریسیته را هدایت کند و در واکنش های شیمیایی ....

چرا جیوه مایع است

چرا جیوه مایع است

جیوه در دمای اتاق مایع است زیرا " انقباض نسبیتی " اربیتال های اتمی آن باعث می شود الکترون های لایه ی آخر (  6s2) آن به هسته نزدیک تر شده و بار مؤثر بیشتری را احساس کنند . در نتیجه از نظر شیمیایی تقریبا همانند یک گاز نجیب رفتار کرده و علاقه ای به شرکت دادن الکترون هایش در پیوند با سایر اتم ها ، حتی اتم های جیوه ی دیگر ، نداشته باشد ! جالب است بدانید جیوه در فاز گازی ، همانند یک گاز بی اثر ، تک اتمی است .اما به هر حال نباید در این مسئله اغراق کرد زیرا جیوه نه گاز است و نه کاملا بی اثر . در جیوه آنقدر بر همکنش بین الکترون های بیرونی وجود دارد که آن را مایع نگه دارد ( رادون که amu ۲۲ سنگین تر است ، گاز است ) ، الکتریسیته را هدایت کند و در واکنش های شیمیایی معمولی شرکت کند . " اثرات نسبیتی " در واقع بیان کننده ی این هستند که نباید سرعت هایی بیش از سرعت نور را انتظار داشت . هیچ چیز ( حتی الکترونی در یک اتم ) نمی تواند سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشد ، و الکترون های داخلی اتم ها مخصوصا در اتم های سنگین تر نظیر جیوه و طلا با سرعتی برابر کسری از سرعت نور حرکت می کنند .

اینشتین در تئوری نسبیت خاص خود در 1905 این موضوع را مطرح کرد که جرم هر شیئ  متحرک با افزایش سرعت آن افزایش می یابد :

mrel = mrest / v/c

( البته مخرج کسر باید زیر رادیکال باشه که نشد تایپش کنم ) که در آن mrel جرم نسبیتی ، mrest جرم حالت ساکن ، v سرعت ذره و c سرعت نور است .

طبق محاسبات بور سرعت الکترون 1s اتم هیدروژن در حالت پایه هنگام چرخش در شعاع بور ( 0/53 A ) برابر 1/137 سرعت نور است . این سرعت آنقدر کم است که جرم نسبیتی فقط 00003/1 برابر جرم در حال سکون بوده و قابل صرف نظر کردن است . اما سرعت شعاعی متوسط پیش بینی شده برای الکترون 1s در اتم های سنگین تر از هیدروژن برابر است با :

< v > = ( z/137) c

برای Hg این سرعت برابر با :

(۸۰/137) c = 0.58 c

یا 58 درصد سرعت نور به دست آمده و از آنجا mrel برابر 1/23 mrest می شود .به عبارت دیگر شعاع بور حدود 23 درصد کوچک می گردد . بنابراین اربیتال 1s در جیوه خیلی زیاد منقبض می شود و چون تمام اربیتال ها باید نسبت به هم ارتوگونال باشند ، یک انقباض شدید به طور تقریبا مساوی برای تمام اربیتال های 5s,۴s,۳s,۲s و6s به وجود می آید که به آن " انقباض نسبیتی " می گویند . این مسئله باعث می شود که الکترون های 6s به هسته نزدیک تر شده و بار مؤثر بیشتری را احساس کنند و البته در این بین اثر پوششی بسیار ضعیف اربیتال های f هم نقش تعیین کننده ای دارند .

نمودار

تاثیر اثر پوششی ضعیف الکترون های d و f روی انرژی های نخستین یونش روی ، کادمیم و جیوه . انرژی های دومین یونش هم از همین الگو تبعیت می کنند .

دقیقا همین امر باعث می شود که حالت اکسایش معمولی تالیم 1+ و سرب 2+ باشد ، در حالی که بور و کربن به ترتیب دارای حالت های اکسایش 3+ و 4+ هستند .

توجه داشته باشید که در گروه 12 ( Hg,Cd,Zn ) آخرین لایه ی d درونی کاملا پر است ، اما در جیوه ، هم به خاطر انقباض شدید اربیتال 6s و هم اثر پوششی ضعیف اربیتال های 4f که در دو عنصر دیگر وجود ندارد ، واکنش پذیری شیمیایی بسیار کمتر بوده و لذا الکترون های ظرفیت تمایل بسیار کمتری برای شرکت در پیوند فلزی بین اتم های جیوه از خود نشان می دهند . و بدین خاطر جیوه مایع و در حالت گازی تک اتمی است .

شاهدی که می توان برای پایداری آرایش 6s2 جیوه آورد رفتار عناصر کناری جیوه است . طلا ( چون یک الکترون کمتر از جیوه دارد ) و تالیم ( چون یک الکترون بیشتر از جیوه دارد ) نقطه ی ذوبی همانند جیوه  (7/38- درجه سلسیوس) ندارند اما تمایل زیادی به کسب آرایش الکترونی همانند جیوه دارند زیرا :

1 ) همان طور که گفته شد حالت اکسایش پایدار تالیم به جای 3+ ، که بور و آلومینیم نشان می دهند ، 1+ است .

2 ) طلا زرد رنگ است زیرا برای ارتقای الکترون از لایه ی 5d به 6s انرژی کمی لازم است و همچنین الکترونخواهی طلا ، بعد از عناصر الکترونگاتیو، بیشترین مقدار(kj/mol ۲۲۳- ) بوده و حتی بیشتر از گوگرد و تقریبا برابر ید است .

امیدوارم همین مقدار بحث برای جا افتادن مطلب کافی باشد . و یا حد اقل جرقه ای شود برای تحقیق بیشتر شما و رسیدن به جواب قانع کننده ای که این معمای همیشگی را برای شما حل کند .

نظرات بییندگان :