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.
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.
