相対論的軌道収縮＜相対論的軌道収縮＞ 電子の運動速度は，原子核が重くなるほど速くなるので，第６周期にもなると，電子の運動速度が光速に近づく。 相対性理論によると，電子の運動速度が光速に近づくと，電子が重くなる。電子が重くなると，電子はより原子核の近くを運動する（軌道収縮）。 ｓ軌道は，他の軌道よりも内側にある。内側の軌道は，電子の運動速度が速く，より光速に近づきやすい。 したがって，ｓ軌道が他の軌道より収縮することになる。 逆にｓ軌道に「遮蔽」されて，ｄ軌道とｆ軌道は外に飛び出したようになる。 ＜水銀はなぜ液体か？＞ 第６周期元素では，６ｓ軌道→４ｆ軌道→５ｄ軌道→６ｐ軌道の順に電子が入っていく。水銀は，６ｓ軌道，４ｆ軌道，５ｄ軌道のすべてに電子が入っており，非常に安定である。 電子が入っていく順序とは異なり，水銀は６ｓ軌道の電子が最も外側に存在する。４ｆ軌道と５ｄ軌道の電子は速く運動しても，軌道の形から「遮蔽」効果が小さいため，６ｓ軌道は相対論的軌道収縮を大きく受ける。ちなみに，水銀のイオン化エネルギーは希ガス並みに大きい。 従って，自由電子を放出して金属結合することができず，「液体のまま」である。 ＜金はなぜ有色か？＞ 水銀の項で述べたように，６ｓ軌道は相対論的軌道収縮を大きく受ける。その結果，６ｓ軌道が原子核に近づくので，軌道のエネルギーは「安定化」することになる。 一方で，５ｄ軌道は内側のｓ軌道に「遮蔽」されて，逆に軌道は広がり，エネルギーは「不安定化」することになる。 この５ｄ軌道と６ｓ軌道のエネルギー差は２．４ｅＶであるので，５００ｎｍの光を吸収し，黄色味を帯びる。 |