汞水银为什么是液态的金属呢爱因斯坦是这样解释的,为什么水银是液态的

汞在周期表中位于金和铊元素的中间，但与它的左邻右舍不同，汞是液态金属，这到底是怎么回事？

汞的2个外层电子位于、亚层，该亚层只能容纳2个电子，因此汞的电子外层已经饱和了。

金元素的外层只有1个电子，因此处于半饱和状态。通过重叠它们的s亚层，2个金原子能分享它们的外层电子，这样它们彼此的s亚层就都饱和了。而分享电子在金原子间构成了个强键，金保持在固体状态。

铊元素多了1个外层电子，该电子远离原子核的程度甚至超过了金和汞中的状况。这个孤单的电子可用于构成化学键，因此铊也是固体。

汞的2个外层电子当然也能构成化学键把它转变为固体，只有一件事除外：周期表中越靠下的元素，其原子核中的质子越多，增加的质子提供的额外吸引力导致所有电子运动速度加快，尤其是内层电子。汞在周期表中，位于稳定性元素（非放射性元素）的最低所在行，电子运动的速度极快，其和光速间的比例已经达到不能忽略的程度。

阿尔伯特・爱因斯坦发现，物质的移动速度越接近光速，就会变得越重。较重的电子不会像轻一些的电子那样，远离原子核。因此，汞比起它正上方的镉，它把这两个外层电子抓得更牢，更难分享，不容易形成化学键。汞中的原子彼此间形成的化学键比它的邻居们更弱，这就是汞是液体的缘故。

这是用了爱因斯坦的狭义相对论来解释液态汞的成因。与此类似，相对论性收缩效应解释了金、银和铯元素的颜色。内层电子吸收光后会从内层移动到外层，这是物质有颜色的原因。电子移动需要吸收的能量越多，光就越蓝。大多数金属所吸收的光位于人类的视觉范围之外，换句话说就是不吸收可见光，因此它们对可见光的反射性能良好，呈现出白色、银色和灰色。但铜吸收蓝光，因此看起来是红色的。

银强烈地吸收近紫外线，刚刚超过人类的视党范围。蜜蜂能看到紫外线，在它眼中，银可能是颜色最红的金属。但如果没有电子层的相对性收缩，即便蜜蜂眼中的银也是银白色的。在金元素中，该效应表现得更加明显。金对光的吸收进入到可见光区，从紫光光区一直到绿光，都被金吸收。因此，金反射的蓝和紫远远少于其他色光，在人类的视觉中，它就呈现出黄色。

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为什么金属汞常温下是液体？汞原子外层具有非常独特的电子配置。4f子壳被填满使得核电荷对外层价电子的控制能力更强总之

这个问题的解答涉及到量子力学了。汞原子的独特性就在于它有80个外层电子，而这个电子数量导致它根据量子电动力学必然具备一种独特的电子层结构。具体的解释如下：

汞原子外层具有非常独特的电子配置。

上图：根据马德隆法则电子子壳的填充顺序如上面箭头所示。

汞原子各层电子数分别为2, 8, 18, 32, 18, 2。汞原子的这80个电子填充了所有可用的1s，2s，2p，3s，3p，3d，4s ，4p，4d，4f，5s，5p，5d和6s子壳。(实际上根据马德隆法则，4f子壳的填充是在6s子壳填充之后，不要把电子壳想成球面，s子壳以外都不是球面，而是某种球面谐波曲面)

子壳是主电子壳下的精细结构，由方位角量子数来描述，取值从（s=0,p=1,d=2,f=3），有四个状态。子壳能够容纳的电子数量由2(2ℓ+1)计算确定，ℓ是方位角量子数。

这样的一种电子配置结构能够很好地抵抗电子被剥夺，使得汞的表现非常类似于惰性气体，也就是说原子间的相互吸引作用很弱，基本上原子就是独立的，不像其他金属原子间形成很强的金属键，因此在低温下就容易熔化,而且很容易蒸发。

4f子壳被填满使得核电荷对外层价电子的控制能力更强

汞原子不易失电子，最根本的原因就在于电子层的结构——汞原子的6s外层子壳的稳定性实际上是由于被填满的4f子壳的存在。f子壳屏蔽核电荷作用的能力很弱，这增加了6s子壳与原子核之间的库仑力作用，使得最外层的两个电子被核电荷牢牢“攒”住。相关反例有镉和锌，这两种元素的原子的内部f子壳没有填充，因此其熔化温度偏高，虽然这两种金属熔点也不算高，此外还因此具有异常低的沸点。

上图：SPDF模型下，电子壳及子壳叠加的效果。所以传统教科书上画的那种电子层或者电子轨道的结构是不科学的。但是spdf也只是目前最受认可的理论模型，并未有完全的实验室观测证据。

总之

汞原子的特殊电子壳结构，使得它具有了独特的物理特性。

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常温下水银是液态的，为什么需要用相对论来解释？

1905年爱因斯坦给出了狭义相对论。相对论是反常识的，当物体的运动速度接近光速时就会出现很多日常生活中见不到的新奇景象。比如物体的质量会随速度的增大而增大，长度和时间也会因速度的增大而发生变化。我们生活在低速的世界里，不容易察觉到相对论带来的效应是很正常的。

　　

狭义相对论诞生到现在已超过100年，100多年来人们已经认识到我们生活中的一些现象是与相对论有关的。比如常温下水银（汞）为什么是液态？黄金为什么是金黄色？

汞是金属，常温下却呈现为液态。若是问为什么？你可以回答说因为它的熔点低，只有-39摄氏度，其沸点也不高，只有356.6摄氏度。这种回答非常浅显。你可以说水银原子间的相互作用力非常弱，很难像其他金属那样依靠化学键形成晶体。这个回答就深入了一些，不过还可以进一步深入。

　　

汞的原子序数是80，比金的原子序数还要大1位。相对于常见的元素，汞、金等原子核的质量比较大。如果将原子核外的电子看作是绕原子核转动，由库仑力提供向心力可知，越是靠近原子核的内层电子，其速度就越大。由于汞的原子核质量比较大，内层电子的速度就非常大，大到需要考虑相对论带来的效应。电子的速度很大，根据相对论，其质量也会增大，这样相对论就会使电子的轨道压缩，所有的电子轨道都会向内收缩。

金的原子外层有1个电子，它处在6s轨道上，这个轨道上可填2个电子。一个金原子可以和它旁边的另一个金原子共享最外层电子，这样两个金原子就通过强键作用在一起，常温下能够呈现为紧密的固态。

一般而言，金属可吸收的光频率都比较高，在可见光范围内的比较少。所以金属有比较强的反光特点，将各种颜色的可见光反射出去，使得金属是银色、白色等比较浅的颜色。对金而言，相对论带来的电子轨道半径收缩使得下层电子很容易通过吸收光子跑到6s轨道上。金可吸收蓝光和紫光，反射出黄光，故呈金黄色。

汞的原子外层有2个电子，正好可以填满6s轨道。汞的6s轨道被填满了，下层的电子就不容易吸收光子跳上来，同时由于相对论带来的轨道收缩，距离6p轨道就更远。汞的这种状态比较稳定，不容易和附近的原子共享电子，只能依靠分子力松散地聚集在一起。所以常温下汞就呈现为液态。

再次见到水银时，或者佩戴黄金首饰时，你应该想起相对论了。

金属一般都是固态的，为什么水银是液态的

这是因为在金属元素中，只有水银的原子和原子的结合弱.。
原子之间结合的强弱取决于每个原子中的电子结构。原子是以原子核为中心,而电子则是按各自的轨道独立地运动。电子从接近原子核的轨道开始按其规定数有序地进入轨道。
纯金属晶体是由相同的金属元素构成的,位于轨道最外侧的电子脱离原子后就被相关的原子所共有（金属结合）。一般情况下,当金属结合在最外侧的轨道具有呈半满状态的电子结构时最强。这种电子结构容易从其轨道上飞出,而且从周围的原子中飞出的电子容易潜入轨道,能形成很强的结合。
尽管是相同的金属,但水银的电子结构却不同。水银的电子结构在最外侧的轨道中处于饱和状态,虽然电子也能飞出,但没有可承接它的轨道。因此电子一个也进不去,只好抓住高能量的空轨道进行结合,而且是很弱的结合。