به عقیده گذشتگان جیوه عنصری شگفت‌انگیز بود، اما تنها پس از تکمیل جدول تناوبی بود که ویژگی‌های استثنایی آن آشکار شد. این واقعیت که جیوه تنها عنصری است که در دمای اتاق مایع است آن را از سایر عناصر متمایز می‌کند، اما دلیل این پدیده چیست؟
درحالی‌که نقطه ذوب بیشتر فلزات چند صد درجه است، اما جیوه با نقطه ذوب 38.9- درجه سانتیگراد قابل‌توجه است. اما دلیل این تفاوت چیست؟ خواص منحصربه‌فرد جیوه را می‌توان به الکترون‌های بیرونی آن و عوامل مختلفی نسبت داد که منجر به پیوند غیرمعمول و ضعیفی میان آن‌ها می‌شود.
خاصیت‌های جیوه؛ بیشتر بدانید
جیوه خود را در بین عناصر پایدار متمایز می‌کند. عامل اصلی تمایز این است که بیرونی‌ترین الکترون‌های جیوه پیوندهای قوی تشکیل نمی‌دهند و در نتیجه جاذبه ضعیفی بین اتم‌ها ایجاد می‌شود. این پیوند ضعیف باعث می‌شود که وقتی جیوه حتی مقدار کمی انرژی را جذب می‌کند، ساختار جامد آن به‌راحتی شکسته شود و به اتم‌ها اجازه می‌دهد با آزادی بیشتری حرکت کنند.
دیدگاه دیگر این است که در طول پیوند اتم‌ها به یکدیگر، بخشی از انرژی جنبشی آن‌ها به انرژی پیوند شیمیایی تبدیل می‌شود. پیوندهای بین اتم‌های جیوه دارای حداقل انرژی است که با کمترین حرکت شکسته می‌شوند. جیوه برای تبدیل‌شدن به حالت مایع نیازی به افزایش دما ندارد، زیرا انرژی جنبشی تصادفی در سطح اتمی گرمای لازم را تولید می‌کند. در مقابل فلزات با پیوندهای قوی‌تر به دمای بالاتری نیاز دارند تا تغییر فاز داشته باشند.
ماهیت مایع جیوه بیش از سه هزار سال پیش کشف شد. اگر کشف این عنصر در زمان تکمیل جدول تناوبی مصادف می‌شد، قابل پیش‌بینی نبود. بسیاری از مایعات شناخته شده دارای چگالی کم هستند به همین دلیل است که یافتن مایعی در اعماق جدول تناوبی غیرمنتظره است. در مقابل، طلا و تالیم که در مجاورت آن در جدول تناوبی قرار دارند، به ترتیب دارای نقطه ذوب بیش از 1000 و 300 درجه سانتیگراد هستند. ویژگی‌های همسان چگالی و حالت مایع در جیوه، آن را برای کاربردهای مختلف از جمله دماسنج، فشارسنج و اندازه‌گیری فشار خون مفید می‌سازد.
چرا جیوه در دمای اتاق مایع است؟
چه چیزی باعث می‌شود که پیوند الکترون‌های بیرونی جیوه به طور قابل‌توجهی در مقایسه با سایر فلزات ضعیف‌تر باشد؟ به نظر می‌رسد که جیوه در جدول تناوبی موقعیت مطلوبی را اشغال می‌کند. لایه الکترونی بیرونی آن کامل و پر است. این امر باعث می‌شود که الکترون‌ها از یک لایه الکترونی نیمه‌پر بسیار آسان‌تر جدا شوند و به ابری از الکترون‌های ظرفیتی بپیوندند که به انسجام اتم‌ها کمک می‌کنند. فلزاتی که ظرفیت بیشتری برای اشتراک الکترون دارند معمولاً دارای نقاط ذوب بالاتری نیز هستند که بالاتر از دمای اتاق است.
الکترون‌های بیرونی جیوه به دلیل سرعت بالایشان تحت یک انقباض نسبیتی قرار می‌گیرند که اثرات نزدیک‌شدن به سرعت نور را نشان می‌دهند. اهمیت این پدیده در برخورد با عناصر سنگین‌تر بیشتر می‌شود، زیرا افزایش جرم آن‌ها منجر به شتاب بیشتر الکترون‌ها می‌شود. همان‌طور که سیاره عطارد در مقایسه با اجرام دورتر با سرعت بیشتری به دور خورشید می‌چرخد، الکترون‌هایی که در نزدیکی هسته قرار دارند نیز با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند و برخی مانند عطارد به سرعت‌هایی می‌رسند که نمایانگر وجود اثرات نسبیتی در آن‌ها است.
ترکیب این دو اثر در پیوند بین اتم‌های جیوه اختلال ایجاد می‌کند. آن‌ها علاوه بر حفظ حالت مایع خود در دمای اتاق، برخلاف اکثر گازهای عنصری مانند H2، O2 یا N2، از جفت‌شدن اتم‌های جیوه برای تشکیل گاز در هنگام گرم‌شدن نیز جلوگیری می‌کنند. در عوض اتم‌های جیوه تمایل دارند از هم جدا بمانند و رفتاری مشابه گازهای نجیب دارند.
