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分子と人間 (SAライブラリー) [ ピーター・W.アトキンス ]
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2026.07.28
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テーマ: 化学(352)
カテゴリ: 授業


7年以上前、小学生の質問 「なんで水銀は液体なの?」 を説明するための検討が始まりました。
イメージしやすく説明するために苦労しましたが、その苦し紛れが以下のブログです。
その中で、「相対論効果」がイメージつかず、2019/1/2のブログではかなり投げやりな説明になりました。
「なんで水銀は常温で液体なの?」①ー10歳の質問から →2018/12/29ブログ
「なんで水銀は常温で液体なの?」②ーなんとか答えます ​→2019/1/2ブログ

そこで、「相対論効果」にNotebookLMの助けを借りてもう少し切り込んでみます。
①周期表に開いた特異点

周期表の規則性=原子の大きさや族の傾向=だけではCdカドミウムから融点360℃の急落を説明できません。

②電子は相対論効果を受けている
水銀の原子核は80個の陽子が含まれており、強烈な+の引力を生み出します。
内側の電子、特に1s電子は原子核に吸い込まれないように174000km/s(1秒で地球を4周以上する速度)で回らなければなりません。
これは光速の58%に当たります。(ちなみにFe鉄は光速の19%)
1905年にアインシュタインは「光速に近づくほど、物体の質量は増大する」法則を発表しました。

m0:静止時質量、v:運動速度、c:高速、m:運動時質量
運動速度vが大きくなると質量は大きくなるという式です。
重くなった電子は原子核に強く引き寄せられ、最後に一番外側にある6s起動が劇的に収れんします。

下図①通常の金属では、一番外側の電子を共有して結合し、硬い固体を形成します(金属結合)。
下図②しかし、水銀の6s起動は電子で満席(6s2)であり、かつ相対論効果で収れんしているため、隣の原子と電子を共有しようとしません。
結合力を失った原子は自由に動き回り、液体として崩れ落ちます。

この相対論効果がなければ、理論計算によると水銀の融点は+82℃になります。
③Au金はなぜ液体ではないのか


10歳の小学生には難しい話ですが、今は17歳の高校生です。
もしかしたら、わかってもらえるかもしれません。





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最終更新日  2026.07.28 21:18:20
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