Snažil jsem se odpovědět na otázky své dcery (střední školy) ohledně periodické tabulky a řady reaktivity, ale stále narážíme na mezery moje znalosti.
Takže jsem ukázal, že vzácné plyny mají plnou vnější skořápku, a proto s ničím nereagují. A pak máme na druhé straně periodické tabulky draslík a sodík, které mají ve svém vnějším pouzdře pouze jeden elektron, což je činí tak reaktivními a v horní části našeho seznamu reaktivity. (A čím větší jsou, tím reaktivnější jsou, proto nám nebylo dovoleno hrát si s cesiem třída …)
Ale pak jsme vyhledali zlato, které je ve spodní části řady reaktivity, a zjistili jsme, že má také jen jeden elektron ve své nejvzdálenější skořápce (2-8-18-32- 18-1).
Existuje jednoduché vysvětlení, proč zlato „nefičí jako draslík, když ho upustíte do vody?
(Tuto otázku lze přeformulovat jako„ Jaké vlastnosti každého prvku rozhodnout o jejich pořadí v řada kovových reaktivit? „pokud chcete; to byla původní otázka, na kterou jsme se snažili odpovědět.)
Odpovědět
Nejprve zlato dělá reagovat. Můžete vytvářet stabilní slitiny zlata a sloučeniny zlata. Je to prostě těžké, většinou z důvodů vysvětlených jinou odpovědí
Důvodem, proč je hromadná zlatá pevná látka do značné míry nereaktivní, je to, že elektrony v zlato padá při energiích, kterým se pár molekul nebo chemikálií shoduje (tj. kvůli relativistickým účinkům).
Pěkné shrnutí některých prací Jensa K. Norskova najdete zde: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
Ve svých experimentech rozlišovaly schopnost atomů zlata rozbít a vytvořit vazby a snadnost, s jakou tvoří nové sloučeniny, jako jsou oxidy zlata. Tyto dvě vlastnosti spolu souvisejí: Chcete-li vytvořit sloučeninu, musí se atomy zlata spojit s jinými atomy, ale nemohou tak učinit, dokud nerozdělí své vazby se sousedními atomy zlata.
Myslím, že je to pěkné stručné vysvětlení. Toto kompromisní řešení máte vždy, ale ve zlatě nedostanete při tvorbě nové sloučeniny mnoho energie a ztratíte interakce zlato-zlato.
Samozřejmě můžete , reagujte na zlato agresivní reagenty jako aqua regia , směs 3: 1 $ \ ce {HCl} $ a $ \ ce {HNO3} $.
Pokud je produkt správně proveden, je $ \ ce {HAuCl4} $ nebo kyselina chlorourová .
Odpověď
Účet relativních efektů pro nedostatek reaktivity zlata. Zlato má dostatečně těžké jádro, aby jeho elektrony musely cestovat rychlostí blízkou rychlosti světla, aby nemohly spadnout do jádra. Tento relativistický efekt platí pro ty orbitaly, které mají v jádru znatelnou hustotu, jako jsou orbitaly s a p. Tyto relativistické elektrony získávají hmotnost a v důsledku toho se jejich oběžné dráhy smršťují. Protože tyto oběžné dráhy s a (do určité míry) p jsou ed, ostatní elektrony na orbitálech d a f jsou lépe skrínovány z jádra a jejich orbitaly se skutečně rozšiřují.
Jelikož je oběžná dráha 6 s jedním elektronem kontrahována, je tento elektron pevněji vázán k jádru a méně dostupný pro vazbu s jinými atomy. Orbitaly 4f a 5d se rozšiřují, ale nemohou být zapojeny do tvorby vazeb, protože jsou zcela vyplněné. Proto je zlato relativně nereaktivní.
Pokud byste za tím chtěli vidět vzorce a matematiku (není to tak složité) viz zde . Všimněte si také, že podobné argumenty vysvětlují anomálie rtuti vlastnosti .
Komentáře
- O ' není dobré mluvit o " relativistické množství " implikuje změnu vnitřních vlastností, která neexistuje '.
- Proč by měla být 5p orbitals uzavřena? Jsou stejně prázdné a navíc mají uzel v jádru.
- @Karl Orbitál $ \ ce {5p} $ je obsazen zlatem ($ \ ce {5p ^ 6} $). Na rozdíl od orbitálů d a f mají orbitaly s a v menší míře p orbitaly znatelnou hustotu elektronů poblíž jádra. V důsledku toho mohou u těžších prvků, kde jsou silně přitahovány jádrem, dosáhnout relativistické rychlosti a zažít další relativistické efekty, jako je orbitální kontrakce. Tato dřívější odpověď může být užitečná.
- (Myslel jsem 6p, promiň.) Ach, 5p6 patří do jádra [Xe] atom zlata. 6s se hodně zmenšují a ve skutečnosti nechávají 5p expandovat, takže se stávají podobnou energií, což znamená, že se může podílet na chemii. Což je to, co říkáte v dřívější odpovědi.Nevidím důvod říkat, že 5p se zmenšuje, stejně je to výrazně pod 4f14 a 5d10.
- @Karl p orbitaly se zmenšují kvůli relativistickým účinkům, i když ne tolik jako s orbitaly – viz zde nebo si vygooglete něco jako " relativistické zúžení p orbitalů " a podívejte se na některé z poskytnuté odkazy