Relativitetsteorien forklarer, hvorfor kviksølv er flydende
Kviksølv er flydende ved stuetemperaturer. Sågar helt ned i frostgraderne bevarer det, som det eneste metal, sin flydende form. Nu forklarer relativitetsteorien, hvorfor.

Længe har fysikere og kemikere vidst, at kraften mellem atomerne i kviksølv er svagere end mellem atomerne i andre metaller som for eksempel guld. Den svage kraft er den, der giver kviksølv dets lave smeltepunkt, og sørger for, at det er flydende ved lave temperaturer.

Men hvorfor er kraften mellem kviksølvatomerne så svag?

Det har et internationalt  forskningshold, anført af Peter Schwerdtfeger fra Massey University i New Zealand, fundet ud af. Svaret skulle findes i Einsteins relativitetsteori.

Ved at tage højde for den relativistiske effekt, kan man nemlig forklare kviksølvs lave smeltepunkt. 

Relativistisk effekt gør tunge atomer små

Atomer har en positivt ladet kerne og negativt ladede elektroner, der kredser rundt om kernen i skaller.

For et let atom som hydrogen, der kun har en positiv ladning, kredser dets ene elektron forholdsvist langsomt rundt om kernen.

Des længere ned i det periodiske system, man bevæger sig, des tungere bliver kernen. På grund af den tunge kerne, bliver det nødvendigt for elektronerne at bevæge sig hurtigere for ikke at blive suget ind i atomets kerne. Det gør sig netop gældende for kviksølv-atomer.

Ved at tage højde for den relativistiske effekt regnede forskerholdet sig frem til et smeltepunkt på -39 grader. Uden hensyntagen til effekten endte de 121 grader højere temperatur. (Foto: Skærmbillede fra videoen af Periodic Videos)

Ifølge relativitetsteorien vil et objekt, der bevæger sig nær lysets hastighed blive mindre. Den effekt kan man også se på atomer. Alt i mens effekten er ubetydelig for de lette atomer, så har de betydning for tungere atomer som kviksølv. Her bevæger elektronerne sig nemlig med en hastighed, der svarer til 58 procent af lysets.

Atomerne holdes sammen af svage bindinger

Den høje hastighed gør, at skallerne rundt om atomkernen bliver komprimeret, og hele atomet bliver mindre. Den yderste skal i kviksølv-atomet er fyldt ud med elektroner, som burde få det til at binde sig med andre atomer, men komprimeringen af atomets størrelse gør, at elektronerne bliver stabiliseret.

Stabiliseringen af elektronerne betyder, at et enkelt atom ikke binder sig til dets naboatomer. I stedet for at flere atomer bliver bundet sammen af elektriske ladninger, bliver de holdt sammen af svagere bindinger, kaldet londonbindinger.

Londonbindingerne sker i højere grad på baggrund af lokale udsving i ladninger end deling af elektroner, og medfører et lavere smeltepunkt.

Forskerne har taget højde for den relativistiske effekt i beregningerne

Forskerne bag det nye studie har derfor taget højde for den relativistiske effekt i deres beregninger.

Her viste det sig, at hvis man tager højde for effekten kommer man frem til et smeltepunkt på -39 grader. Det ligger meget tæt op af den temperatur, man tidligere er kommet frem til gennem eksperimenter.

Ignorerede de derimod effekten i beregninger kom de frem til en helt anden temperatur på 82 grader.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk