Mercury is puzzling in several ways

Mercury is puzzling in several ways. It's a liquid at room temperature and pressure, but all of its neighbors on the periodic table are solids. Mercury is much less reactive than cadmium or zinc. It's difficult to oxidize, and it doesn't conduct heat or electricity as well as other members of its group.
Why are most metals solids? Most metals share their valence electrons with surrounding metal atoms. Picture the metal as a lattice of positive ions glued together by "sea" of shared valence electrons. This electron sea model explains many properties of metals. For example, metals conduct electricity because the shared electrons are free to move about; taking an electron from one part of the metal will cause electrons from surrounding areas to rush in and fill the hole. Metals can be drawn into wire or pounded into sheets because the metal ions can slide past each other but still be bound together by the shared valence electrons.

The electron sea model explains some trends in metal hardness and melting point. Harder, high-melting-point metals tend to share more valence electrons than softer, more easily melted metals. For example, magnesium has a higher melting point than sodium because Mg2+ centers are glued together by an electron sea with 2 electrons for every atom, while each atom in sodium metal contributes only one electron.

Mercury hangs on to its valence 6s electrons very tightly. Mercury-mercury bonding is very weak because its valence electrons are not shared readily. (In fact mercury is the only metal that doesn't form diatomic molecules in the gas phase).

Heat easily overcomes the weak binding between mercury atoms, and mercury boils and melts at lower temperatures than any other metal. The thin valence electron sea makes mercury's ability to conduct electricity and heat much poorer than expected for a metal at that position in the periodic table.

Why is the pair of 6s electrons so inert? The s electrons are able to come very close to the nucleus. They swing around very massive nuclei at speeds comparable to that of light. When objects move at such high speeds, relativistic effects occur. The s electrons behave as though they were more massive than electrons moving at slower speeds. The increased mass causes them to spend more time close to the nucleus. This relativistic contraction of the 6s orbital lowers its energy and makes its electrons much less likely to participate in chemistry- they're buried deep in the atomic core.

Why doesn't this effect make gold and thallium liquid too? Let's compare the electronic configurations for gold, mercury, and thallium:
Atom Average atomic mass Ground state configuration
Au 196.9665 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s1
Hg 200.59 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2
Tl 204.383 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p1
All three atoms have very low energy 6s orbitals. But the gold 6s orbital is only half filled. Accepting an electron into that low energy orbital will lower energy overall, and metal-metal bonding is expected to be strong as a result. Still, the 6s electron is held tightly and gold's reputation as a 'noble metal' comes from its inertness.

Thallium is more massive, so the 6s pair is even more inert than in Hg. But thallium has a 6p electron. Remember that p electrons can't approach the nucleus as closely as s electrons; the p orbital has a nodal plane that passes through the nucleus. So that 6p electron is fairly reactive compared to the 6s electrons. That explains why the most common ion of thallium is Tl+, and not the +3 ion like B and Al and other members of its family.

Reference

Kết quả (Việt) 1:

Thủy ngân là khó hiểu trong một số cách. Nó là một chất lỏng ở nhiệt độ phòng và áp suất, nhưng tất cả các nước láng giềng trên bảng là chất rắn. Thủy ngân là ít hơn nhiều phản ứng so với cadmium hoặc kẽm. Đó là khó khăn để ôxi hóa, và nó không tiến hành nhiệt hoặc điện cũng như các thành viên khác trong nhóm của mình.Tại sao các hầu hết kim loại chất rắn? Hầu hết các kim loại chia sẻ các điện tử hóa trị với các nguyên tử kim loại bao quanh. Hình ảnh các kim loại như lưới tích cực các ion dán lại với nhau bằng "biển" của các điện tử hóa trị được chia sẻ. Mô hình biển điện tử này giải thích nhiều tính chất của kim loại. Ví dụ: kim loại dẫn điện vì các electron được chia sẻ miễn phí để di chuyển về; tham gia một electron từ một phần của các kim loại sẽ gây ra electron từ xung quanh khu vực để vội vàng trong và điền vào các lỗ. Kim loại có thể được rút ra vào dây hoặc đập vào tấm bởi vì các ion kim loại có thể trượt qua nhau nhưng vẫn bị ràng buộc với nhau bởi các điện tử hóa trị được chia sẻ.Mẫu biển điện tử giải thích một số xu hướng độ cứng kim loại và điểm nóng chảy. Khó khăn hơn, cao-tan-điểm kim loại có xu hướng chia sẻ thêm các điện tử hóa trị hơn nhẹ nhàng hơn, dễ dàng tan chảy kim loại. Ví dụ, magiê có điểm nóng chảy cao hơn natri vì Mg2 + Trung tâm được dán lại với nhau bởi một biển điện tử với 2 điện tử cho mỗi nguyên tử, trong khi đóng góp mỗi nguyên tử natri kim loại chỉ có một electron.Mercury treo trên để các điện tử hóa trị 6s rất chặt chẽ. Mercury-mercury liên kết là rất yếu vì các điện tử hóa trị không chia sẻ được dễ dàng. (Trong thực tế thủy ngân là kim loại duy nhất mà không hình thành hai phân tử trong giai đoạn khí).Nhiệt độ dễ dàng vượt qua các ràng buộc yếu giữa các nguyên tử thủy ngân, và mercury nắm và nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn bất cứ kim loại nào khác. Biển điện tử hóa trị mỏng làm cho mercury's khả năng để tiến hành điện và nhiệt nghèo hơn so với dự kiến cho một kim loại tại vị trí đó trong bảng tuần hoàn.Tại sao là cặp 6s electron trơ như vậy? Các điện tử s có thể đến rất gần gũi với các hạt nhân. Họ xoay quanh hạt nhân rất lớn ở tốc độ tương đương với ánh sáng. Khi các đối tượng di chuyển ở tốc độ cao như vậy, hiệu ứng tương đối tính xảy ra. Các điện tử s cư xử như thể họ đang lớn hơn điện tử di chuyển ở tốc độ chậm hơn. Khối lượng tăng lên gây ra cho họ để dành nhiều thời gian gần gũi với các hạt nhân. Này co tương đối của 6s quỹ đạo làm giảm năng lượng của mình và làm cho các electron ít hơn nhiều khả năng để tham gia vào hóa học-họ đang bị chôn vùi sâu trong lõi của nguyên tử.Tại sao không hiệu ứng này làm cho vàng và Tali lỏng quá? Hãy so sánh các cấu hình điện tử cho vàng, thủy ngân và Tali:Nguyên tử khối lượng nguyên tử trung bình là đất nhà nước cấu hìnhAu 196.9665 [Kr] 4d 10 4f14 5s2 5p 6 5 d 10 6s1HG 200.59 [Kr] 4d 10 4f14 5s2 5p 6 5 d 10 6s2TL 204.383 [Kr] 4d 10 4f14 5s2 5p 6 5 d 10 6s2 6p 1Tất cả 3 nguyên tử có năng lượng rất thấp 6s quỹ đạo. Nhưng vàng 6s quỹ đạo chỉ là một nửa đầy đủ. Việc chấp nhận một điện tử vào đó ít năng lượng quỹ đạo sẽ thấp hơn năng lượng tổng thể và liên kết kim loại-kim loại dự kiến sẽ được mạnh mẽ như vậy. Tuy nhiên, các 6s điện tử được tổ chức chặt chẽ và gold's danh tiếng như là một kim loại quý tộc' đến từ trơ của nó.Tali là lớn hơn, vì vậy các 6s cặp là trơ thậm chí nhiều hơn so với ở Hg. Nhưng Tali có một điện tử 6p. Hãy nhớ rằng p điện tử không thể tiếp cận các hạt nhân chặt chẽ cho electron s; quỹ đạo p có một chiếc máy bay nodal đi qua hạt nhân. Vì vậy, mà điện tử 6p là phản ứng khá so với 6s các electron. Điều đó giải thích tại sao ion Tali, phổ biến nhất là Tl +, và không có các ion + 3 như B và Al và các thành viên khác của gia đình của mình.Tài liệu tham khảo

Kết quả (Việt) 2:

Thủy ngân là khó hiểu theo nhiều cách. Đó là một chất lỏng ở nhiệt độ phòng và áp lực, nhưng tất cả các nước láng giềng trong bảng tuần hoàn là chất rắn. Thủy ngân là ít phản ứng hơn cadmium hoặc kẽm. Thật khó để ôxi hóa, và nó không dẫn nhiệt và điện cũng như các thành viên khác trong nhóm của mình.
Tại sao hầu hết các chất rắn kim loại? Hầu hết các kim loại chia sẻ các electron hóa trị của mình với xung quanh các nguyên tử kim loại. Hình ảnh các kim loại như một mạng của các ion dương dán lại với nhau bởi "biển" của các electron hóa trị chia sẻ. Mô hình biển điện tử này giải thích nhiều tính chất của kim loại. Ví dụ, kim loại dẫn điện vì các electron dùng chung là miễn phí để di chuyển về; lấy một electron từ một phần của các kim loại này sẽ gây ra các điện tử từ các khu vực xung quanh để vội vàng trong và điền vào các lỗ. Kim loại có thể bị lôi kéo vào dây hoặc đập vào tấm vì các ion kim loại có thể trượt qua nhau nhưng vẫn bị ràng buộc với nhau bởi các electron hóa trị chia sẻ. Các mô hình biển electron giải thích một số xu hướng trong độ cứng kim loại và điểm nóng chảy. Harder, kim loại nóng chảy cao điểm có xu hướng chia sẻ thêm electron hóa trị hơn mềm hơn, dễ dàng hơn các kim loại nóng chảy. Ví dụ, magiê có điểm nóng chảy cao hơn so với natri vì trung tâm Mg2 + được dán lại với nhau bởi một biển điện tử với 2 electron cho mỗi nguyên tử, trong khi từng nguyên tử natri kim loại chỉ đóng góp một electron. Thủy treo cứng vào 6s hóa trị electron của nó rất chặt chẽ. Thủy ngân thủy ngân liên kết là rất yếu vì các electron hóa trị của nó không được chia sẻ dễ dàng. (Trong thực tế thủy ngân là kim loại duy nhất mà không tạo thành các phân tử hai nguyên tử trong pha khí). Nhiệt dễ dàng vượt qua những ràng buộc lỏng lẻo giữa các nguyên tử thủy ngân, thủy ngân và sôi và nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn so với bất kỳ kim loại khác. Biển mỏng electron hóa trị làm cho khả năng thủy ngân để dẫn điện và nhiệt kém hơn nhiều so với dự kiến cho một kim loại ở vị trí đó trong bảng tuần hoàn. Tại sao các cặp electron 6s nên trơ? Các electron s có thể đến rất gần nhân. Họ xoay xung quanh hạt nhân rất lớn với tốc độ tương đương với ánh sáng. Khi đối tượng di chuyển ở tốc độ cao như vậy, hiệu ứng tương đối tính xảy ra. Các electron s cư xử như thể họ là nặng hơn electron di chuyển với tốc độ chậm hơn. Khối lượng tăng khiến họ dành nhiều thời gian gần nhân. Điều này co tương đối của quỹ đạo 6s làm giảm năng lượng của nó và làm cho các electron của nó nhiều ít có khả năng tham gia vào chemistry- họ đang chôn sâu trong hạt nhân nguyên tử. Tại sao không ảnh hưởng này làm cho vàng và tali lỏng quá? Hãy so sánh cấu hình điện tử cho vàng, thủy ngân, và tali: Atom trung bình nguyên tử khối cấu hình trạng thái trệt Au 196.9665 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s1 Hg 200,59 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 Tl 204,383 [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p1 Tất cả ba nguyên tử có rất thấp 6s năng lượng quỹ đạo. Nhưng vàng 6s quỹ đạo được chỉ một nửa lấp đầy. Chấp nhận một electron vào đó năng lượng thấp quỹ đạo sẽ giảm năng lượng tổng thể, và liên kết kim loại-kim loại được dự kiến sẽ được mạnh mẽ như vậy. Tuy nhiên, các electron 6s được tổ chức chặt chẽ và uy tín của vàng như một "kim loại quý tộc 'xuất phát từ tính trơ của nó. Tali là lớn hơn, do đó các cặp 6s thậm chí còn trơ hơn trong Hg. Nhưng tali có một electron 6p. Hãy nhớ rằng p electron không thể tiếp cận hạt nhân như là chặt chẽ của các electron; các quỹ đạo p có một chiếc máy bay tiết điểm đi qua các hạt nhân. Vì vậy mà electron 6p là khá phản ứng so với các điện tử 6s. Điều đó giải thích tại sao các ion phổ biến nhất của tali là Tl +, và không phải là ion 3 như B và Al và các thành viên khác trong gia đình của mình. Tham khảo