Điều gì xảy ra khi thủy ngân trở thành một khối kim loại cứng?

Thủy ngân là kim loại duy nhất tồn tại ở trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường. Chính đặc điểm này khiến nhiều người lầm tưởng rằng nó không thể đông cứng. Trên thực tế, thủy ngân sẽ chuyển sang thể rắn khi nhiệt độ giảm xuống dưới −38,83°C, điểm nóng chảy của nguyên tố này.

Ảnh: pikabu

Khi đông đặc, thủy ngân không còn là những giọt bạc sáng bóng luôn chuyển động linh hoạt mà trở thành một khối kim loại màu bạc trắng với cấu trúc tinh thể xác định. Ở áp suất khí quyển, các nguyên tử thủy ngân sắp xếp theo mạng tinh thể lục giác xếp khít, tương tự nhiều kim loại khác. Tuy nhiên, khối thủy ngân rắn vẫn khá mềm và giòn nếu so với sắt hay đồng.

Ảnh: mineralexpert.org

Do nhiệt độ đông đặc rất thấp, rất ít người có cơ hội nhìn thấy thủy ngân ở thể rắn ngoài phòng thí nghiệm hoặc các môi trường cực lạnh. Trong các thí nghiệm, các nhà khoa học thường sử dụng nitơ lỏng hoặc những hệ thống làm lạnh chuyên dụng để đưa thủy ngân xuống dưới ngưỡng đông đặc. Khi đó, chất lỏng sáng bóng dần mất khả năng chảy, bề mặt mờ đi và cuối cùng hình thành một khối rắn có ánh kim.

Điều thú vị là ngay cả khi đã đông cứng, thủy ngân vẫn giữ nhiều tính chất đặc trưng của kim loại. Nó vẫn có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt khá tốt, mặc dù các giá trị này thay đổi theo nhiệt độ. Khi được làm nóng trở lại vượt quá −38,83°C, khối kim loại rắn nhanh chóng tan chảy thành chất lỏng quen thuộc mà không trải qua bất kỳ phản ứng hóa học nào, bởi đây chỉ là sự chuyển pha vật lý.

Ảnh: The Kid Should See This

Trong nghiên cứu khoa học, thủy ngân rắn từng đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu tính chất điện tử của kim loại ở nhiệt độ thấp. Việc khảo sát sự thay đổi điện trở, cấu trúc tinh thể và các đặc tính lượng tử của nó đã góp phần giúp các nhà vật lý hiểu rõ hơn về hành vi của vật chất khi tiến gần tới nhiệt độ cực thấp.

Dù vậy, cần nhớ rằng thủy ngân ở thể rắn vẫn là thủy ngân. Nó vẫn chứa nguyên tố độc hại này và có thể gây nguy hiểm nếu xử lý không đúng cách. Khi tan chảy, hơi thủy ngân có thể phát tán vào không khí và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh nếu hít phải trong thời gian dài. Vì vậy, mọi thí nghiệm với thủy ngân đều phải được thực hiện trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt.

Việc một kim loại vốn nổi tiếng vì luôn ở trạng thái lỏng lại có thể biến thành một khối rắn sáng bạc là minh chứng sinh động rằng ngay cả những nguyên tố quen thuộc nhất cũng có thể mang những đặc tính ít người biết đến khi điều kiện môi trường thay đổi.