Tại sao vàng có màu vàng và thủy ngân ở thể lỏng?

Cả hai đều là những hệ quả kinh điển của các hiệu ứng tương đối tính: sự co rút tương đối tính của các obitan làm dịch chuyển sự hấp thụ của vàng vào vùng khả kiến và làm suy yếu liên kết kim loại trong thủy ngân, làm giảm điểm nóng chảy của nó.

Khi nào có thể bỏ qua các hiệu ứng tương đối tính?

Đối với các nguyên tố nhẹ, chúng thường đủ nhỏ để bỏ qua hoặc hấp thụ vào các tham số, nhưng chúng trở nên thiết yếu từ các kim loại chuyển tiếp nặng hơn trở đi và chiếm ưu thế đối với các nguyên tố nặng nhất.

Hóa học lượng tử tương đối tính

Đối với các nguyên tố nặng, các electron bên trong chuyển động đủ nhanh để các hiệu ứng tương đối tính làm thay đổi hóa học, và hóa học lượng tử tương đối tính kết hợp các hiệu ứng này vào các tính toán phân tử.

Tìm chủ đề với PaperMindSắp ra mắtFind papers & topics

Tools & resources

Tải xuống bản trình chiếu

Learn & explore

VideoSắp ra mắt

Definition

Nhánh hóa học lượng tử tính đến các hiệu ứng tương đối tính trên cấu trúc điện tử, cần thiết cho mô tả chính xác các hợp chất của nguyên tố nặng.

Scope

Bao gồm các hệ quả hóa học của thuyết tương đối hẹp, các hiệu ứng tương đối tính vô hướng và tương tác spin-quỹ đạo, công thức Dirac bốn thành phần, các sơ đồ hai thành phần và gần đúng như Douglas-Kroll-Hess và ZORA, và các thế hiệu dụng lõi tương đối tính được sử dụng rộng rãi. Giải thích các hiện tượng từ màu vàng của vàng đến tính trơ của thủy ngân.

Core questions

Tại sao các hiệu ứng tương đối tính lại quan trọng về mặt hóa học đối với các nguyên tố nặng?
Các hiệu ứng tương đối tính vô hướng và tương tác spin-quỹ đạo khác nhau như thế nào về hệ quả của chúng?
Các phương pháp bốn thành phần, hai thành phần và thế hiệu dụng lõi đánh đổi sự chặt chẽ để lấy chi phí như thế nào?
Những hiện tượng quen thuộc nào được giải thích bằng thuyết tương đối?

Key theories

Các hiệu ứng tương đối tính trên các electron hóa trị: Sự co rút và ổn định tương đối tính của các obitan bên trong gián tiếp làm giãn nở và làm mất ổn định các obitan hóa trị, làm thay đổi liên kết, năng lượng và tính chất trong hóa học của các nguyên tố nặng.
Các Hamiltonian tương đối tính gần đúng: Các phương pháp hai thành phần như Douglas-Kroll-Hess và ZORA, và các thế hiệu dụng lõi tương đối tính, nắm bắt các hiệu ứng tương đối tính chủ đạo với chi phí thấp hơn nhiều so với xử lý Dirac bốn thành phần đầy đủ.

Clinical relevance

Xử lý tương đối tính là không thể thiếu đối với hóa học của các nguyên tố nhóm chính nặng, kim loại chuyển tiếp, lanthanide và actinide, nơi nó chi phối phổ, hành vi oxy hóa khử, xúc tác và các tính chất của vật liệu chứa nguyên tử nặng.

History

Nhận thức rằng thuyết tương đối ảnh hưởng đến hóa học thông thường đã phát triển vào những năm 1970, với Pyykkö và những người khác hệ thống hóa các hiệu ứng tương đối tính; các thế hiệu dụng lõi và các Hamiltonian hai thành phần như Douglas-Kroll-Hess và ZORA sau đó đã làm cho các tính toán tương đối tính trở nên thường quy.

Key figures

Pekka Pyykkö
Markus Reiher
Bernd Hess
Paul Dirac

Seminal works

reiher2014
pyykko2012

Frequently asked questions

Tại sao vàng có màu vàng và thủy ngân ở thể lỏng?: Cả hai đều là những hệ quả kinh điển của các hiệu ứng tương đối tính: sự co rút tương đối tính của các obitan làm dịch chuyển sự hấp thụ của vàng vào vùng khả kiến và làm suy yếu liên kết kim loại trong thủy ngân, làm giảm điểm nóng chảy của nó.
Khi nào có thể bỏ qua các hiệu ứng tương đối tính?: Đối với các nguyên tố nhẹ, chúng thường đủ nhỏ để bỏ qua hoặc hấp thụ vào các tham số, nhưng chúng trở nên thiết yếu từ các kim loại chuyển tiếp nặng hơn trở đi và chiếm ưu thế đối với các nguyên tố nặng nhất.