¿Por qué el mercurio tiene puntos de fusión y ebullición bajos?

Question

Muchos metales tienen puntos de fusión y ebullición relativamente altos, pero el mercurio tiene puntos de fusión y ebullición relativamente bajos. ¿Cuáles son las posibles razones para esto?

Answer 1

¡Mercurio es diferente! No es tan reactivo como sus vecinos en la Tabla Periódica, no conduce el calor y la electricidad tan bien como otros metales, y es un líquido a diferencia de otros metales. La estructura electrónica del mercurio es $\ce{[Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^2}$, por lo que lo primero que notamos es que todos sus orbitales están llenos, no hay electrones desapareados en el mercurio. Esto ayuda a explicar la renuencia del mercurio a reaccionar con otros materiales o formar enlaces con otros átomos de mercurio. La mayoría de los átomos metálicos comparten sus electrones externos con otros átomos metálicos, de hecho, todos estos electrones metálicos "compartidos" existen como un "mar" difuso de electrones. Es la naturaleza extendida de este intercambio lo que hace que los metales sean buenos conductores de calor y electricidad. El hecho de que los electrones metálicos estén compartidos proporciona una interacción de enlace fuerte entre los átomos metálicos que les da a los metales su estructura sólida. Nada de esto se aplica al mercurio. Con su configuración electrónica de capa llena, es muy reacio a formar enlaces incluso con otros átomos de mercurio.

Un efecto adicional e interesante hace que el mercurio sea aún más reacio a compartir sus electrones. La relatividad especial sugiere que para núcleos más grandes (y el mercurio con número atómico 80 es lo suficientemente grande para que el efecto se aplique) los electrones comenzarán a viajar más cerca de la velocidad de la luz. A su vez, su masa aumentará y a medida que la masa aumenta, el radio orbital disminuye. El electrón está más cerca del núcleo, más atraído por el núcleo y menos disponible para enlazarse. Aquí hay una buena referencia que explica este efecto relativista y cómo se aplica al mercurio en un inglés sencillo y un poco más detallado.

Estos dos efectos, capa de electrones externos llena y contracción del orbital externo más cerca del núcleo, se combinan para hacer que el mercurio sea reacio a formar enlaces, incluso con otros átomos de mercurio. Es esta falta de enlace electrónico entre los átomos de mercurio lo que hace que se derrita y hierva a temperaturas tan bajas.