汞，又稱為水銀，是一種非常特別的金屬。大多數金屬在常溫下都是固態，但汞卻是液態。這是為什么呢？答案在于汞原子的電子結構。

汞的原子序數是80，它的原子核里有80個質子，而它的核外電子也是80個。這些電子是按照一定的規律排布在不同的軌道上的，我們可以用四個量子數來標記每個電子的狀態。這四個量子數分別是主量子數n，角量子數l，磁量子數m和自旋量子數s。

主量子數n表示電子所在的軌道層，角量子數l表示電子所在的軌道亞層，磁量子數m表示電子在軌道亞層中的方向，自旋量子數s表示電子的自旋方向。每個軌道亞層都有一個特定的字母來表示，比如s,p,d,f等。每個軌道亞層可以容納的電子數是2(2l 1)，比如s軌道亞層可以容納2個電子，p軌道亞層可以容納6個電子，d軌道亞層可以容納10個電子，f軌道亞層可以容納14個電子。

根據量子力學的一個重要原理——泡利不相容原理，一個原子中不能有兩個電子的四個量子數完全相同，也就是說，每個電子都要有一個獨一無二的狀態。這樣，電子就會按照一定的順序填充在不同的軌道亞層上，從低能級到高能級。我們可以用一個簡單的符號來表示電子的排布，比如，1s2表示第一層的s軌道亞層上有兩個電子，2s2 2p6表示第二層的s軌道亞層和p軌道亞層上各有兩個和六個電子，以此類推。

這樣，我們就可以寫出汞的電子排布是[Xe] 4f14 5d10 6s2，其中[Xe]表示氙氣的電子排布，也就是前面的54個電子，后面的26個電子是汞特有的。我們可以看到，汞的最外層只有兩個電子，這兩個電子都在6s軌道亞層上，這個軌道亞層是滿的，也就是說這兩個電子的狀態是最穩定的，不容易被激發或者轉移。

那么，這和汞的液態有什么關系呢？我們知道，金屬的特性是由于金屬原子之間的金屬鍵造成的，金屬鍵是一種共享電子的化學鍵，也就是金屬原子之間會把自己的外層電子共享給其他原子，形成一個共有的電子云。這個電子云可以自由移動，使得金屬具有良好的導電和導熱性質，也使得金屬原子之間有很強的吸引力，形成緊密的晶格結構，使得金屬具有高的熔點和沸點。

但是，如果一個金屬原子的外層電子很穩定，不愿意和其他原子共享，那么它就不會形成很強的金屬鍵，也就不會形成緊密的晶格結構，也就不會有很高的熔點和沸點。這就是汞的情況，它的外層電子是6s2，是滿的，很穩定，不愿意和其他原子共享，所以它的金屬鍵很弱，它的晶格結構很松散，它的熔點和沸點很低。

但是，這還沒有完，我們還沒有用到狹義相對論呢。狹義相對論是愛因斯坦提出的一種描述高速運動物體的理論，它告訴我們，當一個物體的速度接近光速的時候，它的時間、空間、質量、能量等都會發生變化，這些變化是我們在日常生活中不容易觀察到的，但卻是非常重要的。

相對論的一個重要結果是，當一個物體的速度越快，它的質量就越大。這個結果對于原子中的電子來說，是非常重要的，因為原子中的電子的速度是非常快的，有的甚至接近光速，所以它們的質量會因為相對論效應而增大，這會影響它們的運動軌跡和能級。(www.Ws46.com)

我們回到汞的例子，我們說過，汞的原子核里有80個質子，這是一個非常大的原子核，它對核外電子有非常強的靜電吸引力，這使得核外電子必須以非常高的速度運動，才能不被原子核吸收。特別是最內層的電子，它們的速度是最快的，有的甚至達到了光速的58%，這就使得它們的質量因為相對論效應而增大了約15%，這又使得它們的軌道半徑因為慣性效應而縮小了約25%。這就是相對論壓縮的效果，它使得汞的最內層電子的軌道半徑比正常情況下要小很多。這樣，最內層電子就更靠近原子核，也就更穩定，也就更難被激發或者轉移。

那么，這又和汞的液態有什么關系呢？我們知道，原子中的電子是按照一定的規律排布的，每一層的電子都會受到下一層電子的屏蔽效應，也就是說下一層電子會抵消一部分原子核對上一層電子的吸引力，使得上一層電子的能量更高，更容易被激發或者轉移。

但是，如果最內層電子的軌道半徑縮小了，那么它們的屏蔽效應就會減弱，它們會抵消更少的原子核對上一層電子的吸引力，使得上一層電子的能量更低，更穩定，更難被激發或者轉移。這樣，相對論壓縮的效果就會向外傳遞，影響所有的軌道亞層，特別是s軌道亞層，最容易受到相對論壓縮的影響。

這樣，汞的最外層的6s軌道亞層的電子的能量就會因為相對論壓縮而降低，也就更穩定，也就更難被激發或者轉移。這就意味著，汞的最外層的電子更不愿意和其他原子共享，也就更不容易形成金屬鍵，也就更不容易形成固態。這就是相對論對汞的液態的影響，它使得汞的熔點和沸點更低，甚至比一些非金屬元素還低。