lunes, 16 de abril de 2007

¿Por qué el mercurio es líquido a temperatura ambiente?

Fuente de mercurio de la Fundación Joan Miró en Barcelona. Fotografía tomada de la wikipedia.

El mercurio es un metal curioso desde variados puntos de vista. Es líquido a temperatura ambiente, mientras que todos sus vecinos en la tabla periódica son sólidos. El mercurio es mucho menos reactivo que el cadmio o el cinc. Es difícil de oxidar y no es tan buen conductor del calor o la electricidad como otros miembros de su grupo.
¿Por qué la mayor parte de los metales son sólidos? La mayor parte de los metales comparten sus electrones de valencia con los átomos metálicos de su alrededor. El metal estaría formado por una red de iones positivos que son estabilizados por una nube electrónica de electrones de valencia compartidos. Este modelo de la nube electrónica explica muchas de las propiedades de los metales. Por ejemplo, los metales conducen la corriente eléctrica porque los electrones compartidos son libres para moverse de un lado a otro. Los metales son dúctiles y maleables porque los iones metálicos pueden deslizarse unos sobre otros y mantenerse unidos gracias a la nube electrónica.
Este modelo explica también ciertas tendencias de los metales en cuanto a dureza o punto de fusión. Los metales más duros, de alto punto de fusión tienden a compartir más electrones de la capa de valencia que los más blandos o de más bajo punto de fusión. Por ejemplo, el punto de fusión del magnesio es más alto que el punto de fusión del sodio, porque el magnesio aporta dos electrones de valencia por átomo mientras que en el sodio metálico cada átomo contribuye sólo con un electrón.
El mercurio retiene firmemente sus dos electrones de valencia 6s. El enlace mercurio-mercurio es débil porque los electrones de valencia no se comparten fácilmente. De hecho, el mercurio es el único metal que no forma moléculas diatómicas en fase gaseosa.
El calor fácilmente vence los débiles enlaces entre átomos de mercurio y éste funde a temperaturas más bajas que cualquier otro metal. La tenue nube electrónica hace que el mercurio conduzca peor el calor y la electricidad de lo que debería esperarse de su posición en la tabla periódica.
¿Por qué es el par de electrones 6s es tan inactivo químicamente? Los electrones s son capaces de acercarse mucho al nucleo. Se desplazan cerca de un nucleo muy masivo y esto hace que se muevan a velocidades comparables a la velocidad de la luz. Cuando los objetos se mueven a tales velocidades tienen lugar efectos relativísticos. Los electrones se comportan como si tuvieran más masa que los electrones que se mueven a más bajas velocidades. Este aumento de la masa hace que los electrones pasen más tiempo cerca del núcleo. Esta contracción relativística de los orbitales 6s hace que disminuya la energía del orbital y que los electrones tengan menos tendencia a participar en reacciones químicas puesto que se encuentran enterrados en la zona interna del átomo.
¿Por qué entonces no son líquidos el oro y el talio?
Los tres tienen orbitales 6s de baja energía. Pero en el oro 6s1, el orbital 6s no está completo sólo contiene 1 electrón, aceptando un electrón completa el nivel electrónico y bajaría la energía del conjunto y el enlace metal-metal será fuerte por tanto. En cualquier caso, el electrón s es retenido firmemente y la reputación del oro como metal noble es consecuencia de su baja reactividad.
El Talio es aún más masivo que el mercurio, su orbital 6s es aún más inerte. Pero tiene un electrón 6p. Recuerda que los electrones p no se pueden acercar tanto al núcleo como los electrones s, los orbitales p tienen un plano nodal que pasa por el núcleo. Por tanto el electrón 6p es bastante más reactivo que los electrones 6s. Esto explica que el ión más comun del talio es el Ta+, en lugar de ion 3+ como es el caso del boro o el aluminio.

Autor: Fred Senese. Traducido de General Chemistry Online

Mas referencias:
http://www.fq.profes.net/archivo2.asp?id_contenido=35550
http://www.madsci.org/posts/archives/may97/862179191.Ch.r.html

6 comentarios:

Anónimo dijo...

Es el primer blog verdaderamente útil que he visto. ¡Mágnifico!

Anónimo dijo...

muuuuy util bastante interesante gracias XD

Anónimo dijo...

Muchas gracias... me sacaste esa gran duda que tenia, saludos

Anónimo dijo...

q buenaaaaaaaaaaaa

Anónimo dijo...

q buennaaaa

Anónimo dijo...

Me ha quedado una duda relacionada a la comparación que hacen con el oro, según tengo entendido esta misma contracción relativista es la misma que causa que el oro tenga un color amarillo, entonces ¿la razón por la cual el oro no es líquido es la misma razón por la cual el mercurio no es amarillo o no tiene nada que ver? Excelente explicación.