Почему металлическая связь у ртути необычно слаба
В большинстве металлов часть электронов сравнительно легко перемещается между атомами. Это общее электронное облако удерживает атомы вместе и помогает кристаллической решётке оставаться твёрдой. У ртути такое сцепление слабее: её внешние электроны не так охотно участвуют в общей связи, поэтому для разрушения решётки требуется меньше тепла.
У этого есть необычная причина — ртуть очень тяжёлая. Её внутренние электроны движутся с огромными скоростями, и при таких скоростях заметными становятся релятивистские эффекты. Они сжимают и стабилизируют внешнюю орбиталь с двумя электронами. В результате этим электронам труднее включаться в металлическую связь с соседними атомами. Это не единственный фактор, но важная часть объяснения низкой температуры плавления ртути.
Что происходит при нагревании
В твёрдой ртути атомы упорядочены в кристаллическую решётку. Нагрев заставляет их сильнее колебаться. Когда теплового движения становится достаточно, чтобы нарушить порядок решётки, металл плавится. У ртути это происходит примерно при −38,8 °C — намного раньше, чем у обычных твёрдых металлов.
Поэтому при типичной комнатной температуре ртуть уже жидкая, хотя остаётся металлом: жидкое состояние не отменяет её металлических свойств, а лишь означает, что атомы больше не закреплены в строгом кристаллическом порядке. Достаточно прохладного зимнего мороза, чтобы ртуть затвердела; комнатному теплу — чтобы снова расплавиться.
