Jai essayé de répondre aux questions de ma fille (du lycée) sur le tableau périodique et la série de réactivité, mais nous continuons à combler des lacunes dans mes connaissances.
Jai donc montré que les gaz rares ont une enveloppe extérieure complète, cest pourquoi ils ne réagissent avec rien. Et puis de lautre côté du tableau périodique, nous avons du potassium et du sodium, qui nont quun seul électron dans leur enveloppe externe, ce qui les rend si réactifs, et en haut de notre liste de réactivité (et plus ils grossissent, plus ils sont réactifs, cest pourquoi nous nétions pas autorisés à jouer avec le césium en classe …)
Mais ensuite, nous avons recherché lor, qui est au bas de la série de réactivité, et avons découvert quil navait quun seul électron dans sa coquille la plus externe (2-8-18-32- 18-1).
Y a-t-il une explication simple pour laquelle lor ne pétille pas comme le potassium lorsque vous le laissez tomber dans leau?
(Cette question pourrait être reformulée comme suit: «Quelles propriétés de chaque élément décident de leur classement dans le série de réactivité des métaux? « si vous préférez; cétait la question initiale à laquelle nous essayions de répondre.)
Réponse
Tout dabord, lor fait réagir. Vous pouvez former des alliages dor stables et des composés dor. Cest juste difficile, principalement pour des raisons expliquées par l autre réponse
La raison pour laquelle le solide en or massif est largement non réactif est que les électrons dans lor tombe à des énergies que peu de molécules ou de produits chimiques correspondent (cest-à-dire en raison deffets relativistes).
Un joli résumé de certains travaux de Jens K. Norskov peut être trouvé ici: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
Dans leurs expériences, ils ont distingué la capacité des atomes dor rompre et former des liaisons et la facilité avec laquelle ils forment de nouveaux composés, tels que des oxydes dor. Les deux qualités sont liées: pour former un composé, les atomes dor doivent se lier à dautres atomes, mais ils ne peuvent pas le faire tant quils nont pas rompu leurs liaisons avec les atomes dor voisins.
Je pense que cest une belle explication succincte. Vous avez toujours ce compromis dans les réactions, mais en or, vous nobtenez pas beaucoup dénergie dans la nouvelle formation composée et vous perdez les interactions or-or.
Vous pouvez, bien sûr , réagissez à lor avec des réactifs agressifs comme aqua regia , un mélange 3: 1 de $ \ ce {HCl} $ et $ \ ce {HNO3} $.
Si correctement fait, le produit est $ \ ce {HAuCl4} $ ou acide chloroaurique .
Réponse
Compte des effets relativistes pour le manque de réactivité de lor. Lor a un noyau suffisamment lourd pour que ses électrons doivent voyager à des vitesses proches de la vitesse de la lumière pour les empêcher de tomber dans le noyau. Cet effet relativiste sapplique aux orbitales qui ont une densité appréciable au noyau, comme les orbitales s et p. Ces électrons relativistes gagnent en masse et, par conséquent, leurs orbites se contractent. Comme ces orbites s et (dans une certaine mesure) p se contractent ed, les autres électrons dans les orbitales d et f sont mieux filtrés du noyau et leurs orbitales se dilatent en fait.
Puisque lorbitale 6s avec un électron est contractée, cet électron est plus étroitement lié au noyau et moins disponible pour la liaison avec dautres atomes. Les orbitales 4f et 5d se dilatent, mais ne peuvent pas être impliquées dans la formation des liaisons puisquelles sont complètement remplies. Cest pourquoi lor est relativement peu réactif.
Si vous souhaitez voir les formules et les mathématiques derrière tout cela (ce nest pas si compliqué que ça) voir ici . Notez également que des arguments similaires expliquent les anomalies de mercure » properties .
Commentaires
- Il ‘ nest pas bon de parler de » masse relativiste » car cela implique un changement dans les propriétés intrinsèques qui ‘ t existent.
- Pourquoi les orbitales 5p devraient-elles se contracter? Ils sont de toute façon vides, en plus ils ont un nœud au cœur.
- @Karl Lorbitale $ \ ce {5p} $ est occupée en or ($ \ ce {5p ^ 6} $). Contrairement aux orbitales d et f, les orbitales s, et dans une moindre mesure les orbitales p, ont une densité délectrons appréciable à proximité du noyau. En conséquence, dans les éléments plus lourds où ils sont fortement attirés par le noyau, ils peuvent atteindre des vitesses relativistes et subir dautres effets relativistes tels que la contraction orbitale. Cette réponse précédente peut être utile.
- (Je voulais dire 6p, désolé.) Ah bien, 5p6 appartient au noyau [Xe] de latome dor. Le 6 rétrécit beaucoup et laisse en fait le 5p se dilater, de sorte quil devient dénergie similaire, ce qui signifie quil peut participer à la chimie. Cest ce que vous dites dans cette réponse précédente.Je ne vois aucune raison de dire que 5p rétrécit, il est de toute façon bien en dessous des 4f14 et 5d10.
- Les orbitales @Karl p rétrécissent en raison deffets relativistes, bien que pas autant que les orbitales s – voir ici ou google quelque chose comme » contraction relativiste de p orbitales » et voir quelques-uns des liens fournis