Por que apenas dois elementos, mercúrio e bromo, são líquidos à temperatura ambiente (20°C, por exemplo)?

A ciência não tem uma resposta formulada em termos simples para essa questão. Vários elementos químicos são líquidos à temperatura ambiente, mas isso depende do local considerado. Em um local onde a temperatura não chega a 26°C, apenas o mercúrio e o bromo são líquidos, mas em outro, com 40°C, também seriam líquidos frâncio, césio, gálio e rubídio.

Os vários elementos líquidos à temperatura ambiente (dependendo do local) têm natureza química muito diferente e, portanto, estruturas eletrônicas também muito diversas. Consultando uma tabela periódica, o leitor verá que o bromo não é um metal, que o mercúrio é um metal de transição, que o frâncio, césio e rubídio são metais alcalinos e que o gálio, embora também seja um metal, é de outra família, a do alumínio.

Podemos ler em alguns lugares que o fato de o mercúrio ser líquido à temperatura ambiente deve-se a uma “contração relativística dos orbitais atômicos, fazendo com que sua estrutura se aproxime da de um gás nobre, o que dificulta o compartilhamento de seus elétrons”. Essa explicação, porém, conflita com muitos fatos, a começar pelo fato de os átomos do gálio, que tem ponto de fusão de 30°C, compartilharem seus elétrons sem nenhuma dificuldade. Além disso, a estrutura do frâncio, césio e rubídio, sendo metais alcalinos, é muito diferente da de gases nobres.

Portanto, o fato de um elemento ser ou não líquido em uma ou outra faixa de temperatura não depende direta e exclusivamente de suas estruturas eletrônicas. A mecânica quântica não nos dá uma resposta satisfatória para esse problema, assim como para muitos outros, que se possa resumir em poucas palavras simples.

Existir no estado líquido ou sólido depende, na verdade, das interações entre as moléculas (e existem vários tipos de interações, com intensidades diferentes). Para que os leitores não fiquem frustrados com a falta de uma explicação, sugiro que leiam sobre as intrigantes diferenças de propriedades entre o gálio e o mercúrio. O mercúrio ferve a 357°C, mas o gálio existe como líquido até 2.403°C (é o líquido que existe na maior faixa de temperatura conhecida). O mercúrio não adere a quase nenhuma substância, mas o gálio adere fortemente ao vidro, à pele e a alguns têxteis. Além disso, ao se solidificarem, o mercúrio sofre contração, enquanto o gálio se expande. Por quê? A ciência não tem hoje explicações simples para esses fenômenos, mas o leitor disposto a explorar o tema encontrará ideias interessantes.

 Fernando Galembeck

Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas

 Revista Ciência Hoje, Novembro de 2009.