Olen yrittänyt vastata tyttäreni (lukiolaisten) kysymyksiin jaksollisesta taulukosta ja reaktiivisuussarjasta, mutta lyömme jatkuvasti aukkoja tietoni.
Joten osoitin, että jalokaasuilla on täysi ulkokuori, minkä vuoksi ne eivät reagoi mihinkään. Ja sitten jaksollisen taulukon toisella puolella on kaliumia ja natriumia, joiden ulkokuoressa on vain yksi elektroni, mikä tekee niistä niin reaktiivisia ja reaktiivisuusluettelomme kärjessä. (Ja mitä suurempia ne ovat, sitä reaktiivisempia, minkä vuoksi emme saaneet pelata cesiumilla luokka …)
Mutta sitten etsimme kultaa, joka on reaktiivisuussarjan lopussa, ja havaitsimme, että sen uloimmassa kuoressa on myös vain yksi elektroni (2-8-18-32- 18-1).
Onko helppo selitys sille, miksi kulta ei kuohu kaliumin tavoin, kun pudotat sen veteen?
(Tämä kysymys voidaan muotoilla uudelleen nimellä ”Mitä ominaisuuksia?” kunkin elementin päättää niiden sijoitus metallireaktiivisuussarja? ”, jos haluat; se oli alkuperäinen kysymys, johon yritimme vastata.)
Vastaa
Ensinnäkin kulta tekee reagoi. Voit muodostaa vakaita kultaseoksia ja kultayhdisteitä. Se on vain vaikeaa, lähinnä syistä, jotka selitetään muulla vastauksella
Syy siihen, että irtotavarana oleva kulta kiinteä aine on suurelta osin reagoimaton, johtuu siitä, että kulta putoaa energioilla, joita vain harvat molekyylit tai kemikaalit vastaavat (eli relativististen vaikutusten vuoksi).
Mukava yhteenveto Jens K. Norskovin joistakin teoksista löytyy täältä: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
Kokeissaan he erottivat kultaatomien kyvyn katkaista ja muodostaa sidoksia ja uusien yhdisteiden, kuten kultaoksidien, muodostamisen helppous. Nämä kaksi ominaisuutta ovat yhteydessä toisiinsa: Yhdisteen muodostamiseksi kultaatomien on sitoututtava muihin atomeihin, mutta ne eivät voi tehdä niin ennen kuin ovat solmineet siteensä naapurimaiden kultaatomien kanssa.
Tämä on mielestäni hieno ytimekäs selitys. Sinulla on aina tämä kompromissi reaktioissa, mutta kullassa et saa paljon energiaa uudessa yhdistelmämuodostuksessa ja menetät kulta-kulta-vuorovaikutukset.
Voit tietysti , reagoi kultaan aggressiivisen reagenssien kanssa, kuten aqua regia , 3: 1 sekoitus $ \ ce {HCl} $ ja $ \ ce {HNO3} $.
Jos tuote on oikein tehty, tuote on $ \ ce {HAuCl4} $ tai kloorihappo .
Vastaa
Relativististen vaikutusten tili kullan reaktiivisuuden puutteen vuoksi. Kullalla on riittävän raskas ydin, että sen elektronien on kuljettava valon nopeutta lähestyvillä nopeuksilla estääkseen niiden putoamisen ytimeen. Tämä relativistinen vaikutus koskee niitä orbitaaleja, joiden tiheys ytimessä on huomattava, kuten s ja p orbitaalit. Nämä relativistiset elektronit saavat massaa ja seurauksena niiden kiertoradat supistuvat. Koska nämä s ja (jossain määrin) p kiertoradat ovat supistuneet Edelleen muut d- ja f-orbitaalien elektronit seulotaan paremmin ytimestä ja niiden orbitaalit todella laajenevat.
Koska 6s: n kiertorata yhdellä elektronilla on supistunut, tämä elektroni on tiukemmin sitoutunut ytimeen ja vähemmän käytettävissä sitomiseen muiden atomien kanssa. 4f- ja 5d-orbitaalit laajenevat, mutta eivät voi olla mukana sidoksen muodostuksessa, koska ne ovat täysin täytettyjä. Siksi kulta on suhteellisen reagoimaton.
Jos haluat nähdä kaavat ja matematiikan tämän takana (kaikki ei ole niin monimutkaista) katso täältä . Huomaa myös, että samanlaiset argumentit selittävät elohopean ”poikkeavia ominaisuudet .
Kommentit
- ' ei ole hyvä puhua aiheesta " relativistinen massa ", koska se merkitsee sisäisten ominaisuuksien muutosta, jota ' ei ole.
- Miksi 5p-kiertoradat pitäisi supistaa? Ne ovat joka tapauksessa tyhjät, ja niiden ytimessä on solmu.
- @Karl $ \ ce {5p} $ kiertorata on miehitetty kullalla ($ \ ce {5p ^ 6} $). Toisin kuin d- ja f-orbitaalit, s-orbitaaleilla ja vähemmässä määrin p-orbitaaleilla on tuntuva elektronitiheys lähellä ydintä. Tämän seurauksena raskaammissa elementeissä, joissa ydin vetää heitä voimakkaasti, ne voivat saavuttaa suhteelliset nopeudet ja kokea muita relativistisia vaikutuksia, kuten kiertoradan supistuminen. Tämä aikaisempi vastaus voi olla hyödyllinen.
- (Tarkoitin 6p, anteeksi.) No, 5p6 kuuluu [Xe] -tuotteeseen kultatomi. 6: t kutistuvat paljon ja antavat 5p: n todella laajentua, joten niistä tulee samanlainen energia, mikä tarkoittaa, että se voi osallistua kemiaan. Mikä on mitä sanot tuossa aikaisemmassa vastauksessa.En näe mitään syytä sanoa, että 5p kutistuu, se on joka tapauksessa selvästi alle 4f14: n ja 5d10: n.
- @Karl p: n orbitaalit kutistuvat relativististen vaikutusten vuoksi, vaikkakaan ei niin paljon kuin s orbitaalit – katso täällä tai googlessa jotain " p orbitaalien relativistista supistusta " ja katso joitain toimitetut linkit