He estado tratando de responder las preguntas de mi hija (de la escuela secundaria) sobre la tabla periódica y la serie de reactividad, pero seguimos encontrando huecos en mi conocimiento.
Entonces demostré que los gases nobles tienen una capa exterior completa, por lo que no reaccionan con nada. Y luego, en el otro lado de la tabla periódica, tenemos potasio y sodio, que tienen un solo electrón en su capa externa, que es lo que los hace tan reactivos, y en la parte superior de nuestra lista de reactividad (y cuanto más grandes se vuelven, más reactivos, por lo que no se nos permitió jugar con cesio en clase …)
Pero luego buscamos el oro, que está en la parte inferior de la serie de reactividad, y encontramos que también tiene un solo electrón en su capa más externa (2-8-18-32- 18-1).
¿Existe una explicación fácil de por qué el oro no burbujea como el potasio cuando lo arroja al agua?
(Esta pregunta podría reformularse como «¿Qué propiedades de cada elemento decide su clasificación en el ¿Serie de reactividad de metales? «si lo prefiere; esa era la pregunta original que estábamos tratando de responder.)
Respuesta
En primer lugar, el oro lo hace reaccionar. Puede formar aleaciones de oro estables y compuestos de oro. Es difícil, principalmente por razones explicadas por la otra respuesta
La razón por la que el oro sólido a granel no reacciona en gran medida es porque los electrones en el oro cae a energías que pocas moléculas o productos químicos igualan (es decir, debido a efectos relativistas).
Un buen resumen de algunos trabajos de Jens K. Norskov se puede encontrar aquí: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
En sus experimentos, distinguieron entre la capacidad de los átomos de oro para romper y formar enlaces y la facilidad con la que forman nuevos compuestos, como los óxidos de oro. Las dos cualidades están relacionadas: para hacer un compuesto, los átomos de oro deben unirse con otros átomos, pero no pueden hacerlo hasta que hayan roto sus vínculos con los átomos de oro vecinos.
Creo que esta es una buena explicación sucinta. Siempre tienes esta compensación en las reacciones, pero en el oro, no obtienes mucha energía en la nueva formación del compuesto y estás perdiendo las interacciones oro-oro.
Por supuesto que puedes , reacciona al oro con reactivos agresivos como aqua regia , una mezcla 3: 1 de $ \ ce {HCl} $ y $ \ ce {HNO3} $.
Si se hace correctamente, el producto es $ \ ce {HAuCl4} $ o ácido cloroáurico .
Respuesta
Cuenta de efectos relativistas para la falta de reactividad del oro. El oro tiene un núcleo lo suficientemente pesado que sus electrones deben viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz para evitar que caigan en el núcleo. Este efecto relativista se aplica a aquellos orbitales que tienen una densidad apreciable en el núcleo, como los orbitales syp. Estos electrones relativistas ganan masa y, como consecuencia, sus órbitas se contraen. Como estas órbitas sy (hasta cierto punto) p se contraen ed, los otros electrones en los orbitales dyf se separan mejor del núcleo y sus orbitales se expanden realmente.
Dado que el orbital 6s con un electrón está contraído, este electrón está más unido al núcleo y menos disponible para unirse con otros átomos. Los orbitales 4f y 5d se expanden, pero no pueden participar en la formación de enlaces ya que están completamente llenos. Es por eso que el oro es relativamente poco reactivo.
Si desea ver las fórmulas y las matemáticas detrás de esto (no es tan complicado) ver aquí . También tenga en cuenta que argumentos similares explican mercury «s anómalo propiedades .
Comentarios
- No es ‘ bueno hablar de » masa relativista » ya que implica un cambio en las propiedades intrínsecas que no ‘ t existe.
- ¿Por qué deberían contraerse los orbitales 5p? Están vacíos de todos modos, además de que tienen un nodo en el núcleo.
- @Karl El orbital $ \ ce {5p} $ está ocupado en oro ($ \ ce {5p ^ 6} $). A diferencia de los orbitales dy f, los orbitales s y, en menor grado, los orbitales p, tienen una densidad de electrones apreciable cerca del núcleo. Como consecuencia, en los elementos más pesados donde son fuertemente atraídos por el núcleo pueden alcanzar velocidades relativistas y experimentar otros efectos relativistas como la contracción orbital. Esta respuesta anterior puede ser útil.
- (Quise decir 6p, lo siento). Bueno, 5p6 pertenece al núcleo [Xe] de el átomo de oro. El 6 se encoge mucho y, de hecho, permite que el 5p se expanda, por lo que se vuelven de energía similar, lo que significa que puede participar en la química. Que es lo que dices en esa respuesta anterior.No veo ninguna razón para decir que 5p se encoge, de todos modos está muy por debajo de 4f14 y 5d10.
- Los orbitales p de @Karl se encogen debido a efectos relativistas, aunque no tanto como los orbitales s – ver aquí o en Google algo como » contracción relativista de los orbitales p » y vea algunos de los enlaces proporcionados