Как расплавить металл в рукеМеталлы, как и другие классы веществ, порой преподносят сюрпризы.
Мы привыкли считать металл твёрдым, прочным и тугоплавким. Однако ртуть остаётся жидкой при комнатной температуре, чтобы расплавить вольфрам нужно адское пекло, а олово на сильном морозе может превратиться в серый порошок,
Существует популярная легенда, будто из-за «оловянной чумы» рассыпались пуговицы на мундирах солдат Наполеона во время отступления из России в 1812 году. История яркая, хотя надёжных подтверждений у неё нет. Поговаривают, что это и стало причиной поражения самой сильной на тот момент армии мира.
Не менее необычно ведёт себя галлий. Температура его плавления составляет всего 29,8 °C. О строении жидкого галлия учёные спорили более 30 лет, а исследование, опубликованное в 2024 году, помогло объяснить многие странности этого металла.
Оказалось, что причина связана с устройством его кристалла.
В твёрдом галлии атомы образуют пары. Внутри каждой пары действует направленная связь, похожая на ковалентную. Поэтому галлий иногда называют «молекулярным металлом».
При плавлении эти пары распадаются. Атомы начинают свободнее двигаться и располагаются плотнее. Поэтому галлий, как и вода, расширяется при затвердевании: твёрдый металл занимает больший объём, чем жидкий.
Но дальше происходит неожиданное.
Учёные смоделировали поведение жидкого галлия при разных температурах. Сразу после плавления он становится преимущественно металлической жидкостью: электроны уже не привязаны к отдельным парам атомов.
При дальнейшем нагревании между некоторыми атомами снова возникают ковалентные связи. Правда, существуют они совсем недолго: атомы сближаются, на мгновение связываются, затем расходятся и находят новых соседей.
Получается удивительная последовательность:
твёрдый галлий с атомными парами → металлическая жидкость → горячая жидкость с кратковременными ковалентными связями.
Такое поведение влияет и на электрическое сопротивление. При плавлении оно сначала уменьшается, поскольку электроны получают больше свободы. При дальнейшем нагревании сопротивление растёт необычным образом — одновременно с усилением кратковременных направленных связей.
Галлий показывает, насколько условными могут быть наши привычные представления о металлах. Даже у чистого элемента характер химической связи способен меняться с температурой: исчезать, а затем появляться снова.
Ответ из кликбейтного заголовка: чтобы расплавить металл в руке - зажмите в ладони галлий.
Источник:
Materials Horizons