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Solución:
Aunque la pregunta ha sido respondida parcialmente, hay una excelente referencia sobre este tema que sin duda le dará algunos de los conocimientos profundos, y no tan profundos, necesarios para comprender la respuesta a esta pregunta.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed068p110
No obstante, tanto la contracción de los orbitales s (1/2) predicha por la ecuación de Dirac como la capa de valencia llena de Hg son las principales causas de las extrañas propiedades físicas de Hg. Sin embargo, hay otros efectos que deben tenerse en cuenta y el artículo anterior es bastante claro al respecto.
Permítanme reformular para que las cosas sean más claras y específicas:
La razón del Hg líquido se puede establecer simplemente: los electrones externos de Hg (6s2) que participan en enlaces metálicos están “menos disponibles” para la unión (lo que podría observarse, por ejemplo, al observar las energías de enlace de los grupos de Hg, dímeros, etc. ) luego en otros metales comunes y, por lo tanto, la interacción entre los átomos de Hg es mucho más débil en comparación con otros enlaces metal-metal. La explicación de la “menor disponibilidad” de los electrones 6s es la contracción de los orbitales 6s, causada por las altas velocidades alcanzadas por esos electrones. Este efecto es pronosticado rápidamente por la ecuación de Dirac.
Ahora, uno se preguntaría: ¿qué pasa con Au? Tiene un electrón de 6 sy es un metal sólido muy estable, lo que significa que forma fuertes enlaces metálicos con otros átomos de oro. La pregunta entonces es, ¿qué hace que los enlaces metálicos sean fuertes en oro y débiles en Hg? Y aquí viene el argumento indispensable de la capa de valencia: el oro tiene solo un electrón en su orbital 6s, mientras que el Hg tiene dos electrones en el orbital 6s. Resulta que esto crea una gran diferencia en la unión: podemos usar un argumento orbital molecular cualitativo simple para entender por qué. Imaginemos una imagen simple del enlace entre dos átomos de Au, de modo que solo el electrón 6s de cada átomo contribuya al enlace. Ese ser true, 2 MO se forman en el proceso de enlace, y el electrón 6s de cada átomo ocupa el orbital de enlace, mientras que el OM antienlazante está desocupado. El OM de enlace tiene una energía más baja que los orbitales 6s, lo que estabiliza el dímero, mientras que el antienlazante tiene una energía más alta que los orbitales 6s, lo que hace que sea desfavorable para la formación de un enlace. Para Au, como acabamos de ver, los electrones 6s estarían en el orbital de enlace y el enlace metálico sería favorable. Ahora, este esquema es fácilmente extensible para Hg, y la sorpresa aquí es que dado que el 6s de Hg tiene 2 electrones, para que Hg se dimerice, 2 electrones de nuestro modelo simplificado irían al orbital molecular de enlace, mientras que los otros dos estaría en el orbital molecular antienlazante. Por lo tanto, el efecto estabilizador generado por los electrones en los orbitales de enlace ahora se evita por la desestabilización provocada por los dos electrones en los orbitales moleculares antienlazantes. En estas circunstancias, el enlace metálico sería desfavorable y la interacción entre los átomos de Hg será débil, es decir, probablemente dominará la dispersión. Al escalar estos argumentos a un número mucho mayor de átomos de Hg, podemos ver que a temperatura ambiente el Hg sólido no sería estable, al igual que muchos otros sistemas en los que los constituyentes interactúan principalmente a través de las fuerzas de van der Waals.
Una pregunta que podría surgir del análisis anterior es por qué el cadmio o el zinc que tienen orbitales 5s y 4s llenos son sólidos a temperatura ambiente, y la razón es que en este caso los orbitales s no sufren una contracción relativista apreciable, y por lo tanto no es desfavorable para que estos átomos generen sólidos en los que esos electrones participan en enlaces metálicos. Podemos notar que Hg (2 +) – Hg (2+) es un ion bastante estable en el que el Hg (2+) también tiene capas llenas (aunque los orbitales 6s están desocupados ahora). La razón de este último caso es que la subcapa de valencia más externa es la 5d, con 10 electrones. Esta subcapa es mucho más difusa que la capa 6s y los efectos relativistas son opuestos, es decir, los orbitales d se extienden en comparación con el caso no relativista y, por lo tanto, los electrones se involucrarían más fácilmente en enlaces interiónicos, incluso si se mantienen sólo por fuerzas de dispersión, ya que la polarizabilidad del Hg2 + es mucho mayor en comparación con el Hg.
Los argumentos anteriores se derivaron de un modelo simplificado, pero otros más complejos basados en ellos podrían derivarse fácilmente. Sé que hay puntos débiles, pero como señalé en mis comentarios, los hechos y cálculos experimentales convergen con esas explicaciones, y el artículo mencionado anteriormente muestra parte de esto con más profundidad, e incluso explica otros efectos relativistas interesantes como el “par inerte efecto “del que a los profesores de química general les encanta hablar, pero que en la mayoría de las ocasiones no saben de qué se trata realmente.
El oro tiene su capa de valencia 6s sin llenar, por lo que es más reactivo que el Hg. el talio tiene un electrón de valencia en la capa 6p que, de nuevo, no está lleno. La capa de valencia del mercurio, 6s2, está llena y se acerca al núcleo porque la proximidad hace que el electrón se mueva a velocidades relativistas, lo que hace que su masa en reposo aumente, lo que lo acerca aún más al núcleo. Por lo tanto, es incluso menos reactivo con otros átomos de mercurio y, por lo tanto, tiene un punto de fusión más bajo. Ver mercurio
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