[Flash Info Chimie] #8 Avec (le) Mercure, tout est relatif !

Lorsque Albert Einstein a proposé sa théorie de la relativité générale en 1915, il fallait une preuve éclatante et spectaculaire. La résolution de l’énigme de la trajectoire de Mercure autour du Soleil (la fameuse « avancée du périhélie de Mercure« ) est ainsi devenu le symbole du triomphe de la relativité sur la mécanique classique.

98 ans après (oui, les chimistes auraient pu attendre 2 ans de plus, tout de même), la relativité vient d’offrir une nouvelle explication d’énigme scientifique, qui concerne (le) mercure. Mais le métal cette fois.

mercure

Le mercure, comme chacun sait, est le seul métal liquide à température ambiante (TA). Comme le dit @rscarcpac sur Twitter :

 

 

Oui Rscarpac, mais le Gallium fond à 30°. Le Mercure, lui, est liquide dès -39°C, ce qui le rend définitivement exceptionnel. Le problème, c’est que jusqu’à présent, aucun modèle ne permettait de prévoir cette température anormalement basse. Avec les équations classiques de la mécanique quantique, qui donnent des résultats à peu près cohérents pour les points de fusion des autres métaux, on obtient une température de fusion de quelques 80 °C. Ce n’est pas énorme, mais c’est déjà nettement plus que le Gallium, le Césium, etc… Et c’est surtout expérimentalement faux.

Dans cette publication parue dans le journal Angewandte, Florent Calvo (de l’Université de Lyon), et ses collaborateurs (d’ailleurs), ont travaillé sur la prise en compte d’effets relativistes au sein des liaisons entre atomes de mercure, pour tenter d’expliquer cet écart entre l’expérience et les prévisions.

Ce n’est pas par hasard : les effets relativistes jouent un rôle important en chimie quantique pour les métaux lourds, et pour le mercure en particulier. En effet, les électrons les plus périphériques dans l’atome de mercure, ceux qui sont normalement disponibles pour créer des liaisons fortes avec leurs voisins se retrouvent « anormalement » près du noyau, à cause d’effets relativistes. Du coup, les atomes de mercure ne sont pas liés entre eux comme dans les autres métaux, où de véritables liaisons covalentes se forment. Les liaisons entre atomes sont beaucoup plus faibles, ce qui diminue la cohésion du métal, et permet donc qu’il soit liquide à beaucoup plus basse température.

Grâce à des simulations numériques de type Monte-Carlo, en étudiant des groupes de 15, 19 et 55 atomes de mercure, les auteurs ont montré que les effets relativistes avaient des conséquences importantes sur les propriétés de changement d’état du métal dès qu’on atteint quelques dizaines d’atomes. Et en particulier, la diminution de la température de fusion du mercure est, enfin, en accord avec l’expérience.

 

Evidence for Low-Temperature Melting of Mercury owing to Relativity F. Calvo, E. Pahl, M. Wormit, P. Schwerdtfeger Angew. Chem. Int. Ed. 2013 Early View

 

A lire pour les effets relativistes en chimie quantique : http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_quantum_chemistry

N.B. Et merci @EmelineComby ( et @rscarcpac) pour le soutien logistique !

About Mr Pourquoi

Ce blog est né il y a quelques années du désir de parler des sciences, de toutes les sciences, depuis les plus insignifiants phénomènes qu’on peut rencontrer dans la vie courante, jusqu’aux sujets de recherche les plus pointus, particulièrement en chimie, et pharmaceutique.

Je suis agrégé de chimie, docteur en chimie organique, et actuellement prof en lycée en France, et aussi, (et surtout ! ) un père heureux d’une famille (très) nombreuse.

This entry was posted in article de recherche, chimie, Flash Info Chimie, Non classé and tagged , , . Bookmark the permalink.

6 Responses to [Flash Info Chimie] #8 Avec (le) Mercure, tout est relatif !

  1. Yeti says:

    petite erreur : « où de véritables liaisons covalentes se forment »
    tu voulais dire des liaisons métalliques plutôt que covalentes non ?

  2. Mr Pourquoi says:

    Tu as plutôt raison, il faudrait parler de liaisons métalliques… Dans cette publication néanmoins, les auteurs ont travaillé sur des modélisations d’un faible nombre d’atome, pour lequel il est plus juste de parler de liaisons covalentes entre les atomes, même s’il s’agit bien d’un métal. [ je laisse donc le terme liaisons covalentes dans le billet pour cette raison ] Merci pour ta vigilance !!

  3. pascale says:

    ouf, ca va j’ai de bons restes… j’ai tiqué aussi sur liaisons covalentes dans le métal !
    Merci pour ce partage de cette chouette découverte, c’est génial de voir comment les propriétés à si petite échelle influencent le comportement macroscopique !

    Bon alors j’ai envie de dire, vive les lyonnais !

  4. Pingback: [Flash Info Chimie] #8 Avec (le) Mercure, tout ...

  5. Mage says:

    Un truc que je pige pas : qu’est-ce qui est relativiste dans ce système ? Les masses ne sont pas assez grandes pour déformer de manière relativiste le potentiel (d’autant que comme mécanique quantique et relativité ne sont pas unifiées, je ne vois pas comment il pourrait calculer un tel effet). Ou alors c’est la vitesse des électrons qui approche c ? Ça me paraît étonnant.

  6. Pingback: [Flash Info Chimie] #8 Avec (le) Mercure, tout ...

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *