金和汞有相似的电子结构: 79Au:[Xe]4f145d106s1和80Hg:[Xe]4f145d1

大学本科 已帮助: 时间:2024-10-30 11:29:57

金和汞有相似的电子结构: 79Au:[Xe]4f145d106s1和80Hg:[Xe]4f145d106s2, 但金和汞的性质差异很大,如何理解?
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难度:⭐⭐⭐

题库:大学本科,理学,物理学类

标签:正确答案,请帮忙,金和

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491***995

2024-10-30 11:29:57

正确答案:×
相对论效应会影响元素的性质,现以金和汞的性质差异为例说明。由相对论可得物质质量m的表达式为式中,m0为静止质量;v为物质的运动速度。按玻尔模型,从mvr=n两式中消去r,得H原子1s电子的运动速度为v==2.187×106m.s-1=1au而光速c=137.037au,即H原子中1s电子的运动速度只是光速的1/137。此时氢原子质量m为m0的1.00003倍,m与m0差别不大,对原子序数为Z的原子,可近似算得1s电子的平均速度为Zau,速度增大Z倍。Z值很大的重原子的相对论效应就很显著。例如,Hg原子Z=80,1s电子的速度大约是光速的58%(80/137=0.58),电子质量m约为m0的1.23倍。由于m增大,1s电子绕核运动的半径(r)收缩约20%,这可从玻尔原子结构模型推出的半径来理解。电子靠近原子核,能量降低,此即为相对论的稳定效应。由于内层轨道收缩,在同一原子中的所有原子轨道又都必须互相正交,所以2s、3s、4s、5s和6s等轨道也必将产生大小相当的轨道收缩和相应的能量降低效应。由于6s轨道收缩,能级显著下降,与5d轨道一起形成最外层的价壳层。这时金具有类似卤素的电子组态,差一个电子即为满壳层,它的某些化学性质和卤素相似。例如,金能生成Au2分子,存在于气相之中;金可生成RbAu和CsAu等离子化合物,其中Au为-1价离子,如同卤素得一电子后形成稳定的闭壳层结构。由于6s收缩使汞具有类似于稀有气体的电子组态,气态以单原子分子存在。Hg的第一电离能(I1)和稀有气体相似,处于极大值,汞不能形成强的共价单键,只能以单原子分子存在于气相之中。金属汞中原子问的结合力大部分是范德华引力,性质与金有显著差异:汞的密度低,为13.53g.cm-3;金的密度高,为19.32g.cm-3。汞的熔点低,为-39℃,常温下是液体;金的熔点高,达1064℃。汞的熔化热低,为2.30kJ.mol-1;金的熔化热高,为12.8kJ.mol-1。汞的导电性差,电导率为10.4kS.m-1;金是良导体,电导率为426kS.m-1。

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