Ho cercato di rispondere alle domande di mia figlia (liceale) sulla tavola periodica e sulle serie di reattività, ma continuiamo a colmare delle lacune la mia conoscenza.
Quindi ho dimostrato che i gas nobili hanno un guscio esterno completo, motivo per cui non reagiscono con nulla. E poi dallaltra parte della tavola periodica abbiamo potassio e sodio, che hanno un solo elettrone nel loro guscio esterno, che è ciò che li rende così reattivi, e in cima alla nostra lista di reattività. (E più grandi diventano, più reattivi, motivo per cui non ci è stato permesso di giocare con il cesio in class …)
Ma poi abbiamo cercato loro, che si trova in fondo alla serie di reattività, e abbiamo scoperto che ha anche un solo elettrone nel suo guscio più esterno (2-8-18-32- 18-1).
Cè una semplice spiegazione del motivo per cui loro non frizza come il potassio quando lo si lascia cadere in acqua?
(Questa domanda potrebbe essere riformulata come “Quali proprietà di ogni elemento decide la propria classifica nel serie reattività metallo? “se preferisci; questa era la domanda originale a cui stavamo cercando di rispondere.)
Risposta
Prima di tutto, gold fa reagisci. È possibile formare leghe doro stabili e composti doro. È solo difficile, principalmente per ragioni spiegate dalla altra risposta
La ragione per cui il solido oro massiccio è in gran parte non reattivo è perché gli elettroni in loro cade a energie che poche molecole o sostanze chimiche corrispondono (cioè a causa di effetti relativistici).
Un bel riassunto di alcuni lavori di Jens K. Norskov può essere trovato qui: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
Nei loro esperimenti, hanno distinto labilità degli atomi doro ” rompere e formare legami e la facilità con cui formano nuovi composti, come gli ossidi doro. Le due qualità sono correlate: per creare un composto, gli atomi doro devono legarsi con altri atomi, ma non possono farlo finché non hanno separato i loro legami con gli atomi doro vicini.
Penso che questa sia una bella spiegazione succinta. Hai sempre questo compromesso nelle reazioni, ma con loro non ottieni molta energia nella nuova formazione composta e stai perdendo le interazioni oro-oro.
Puoi, naturalmente , reagisci con loro con aggressivo reagenti come aqua regia , un mix 3: 1 di $ \ ce {HCl} $ e $ \ ce {HNO3} $.
Se fatto correttamente, il prodotto è $ \ ce {HAuCl4} $ o acido cloroaurico .
Risposta
Account effetti relativistici per la mancanza di reattività delloro. Loro ha un nucleo abbastanza pesante che i suoi elettroni devono viaggiare a velocità prossime alla velocità della luce per impedire loro di cadere nel nucleo. Questo effetto relativistico si applica a quegli orbitali che hanno una densità apprezzabile nel nucleo, come orbitali se p. Questi elettroni relativistici guadagnano massa e, di conseguenza, le loro orbite si contraggono. Poiché queste orbite se (in una certa misura) p sono contratte ndr, gli altri elettroni negli orbitali de f sono schermati meglio dal nucleo e i loro orbitali si espandono effettivamente.
Poiché lorbitale 6s con un elettrone è contratto, questo elettrone è più strettamente legato al nucleo e meno disponibile per il legame con altri atomi. Gli orbitali 4f e 5d si espandono, ma non possono essere coinvolti nella formazione del legame poiché sono completamente riempiti. Questo è il motivo per cui loro è relativamente non reattivo.
Se vuoi vedere le formule e la matematica dietro a questo (non è poi così complicato) vedi qui . Tieni presente inoltre che argomenti simili spiegano mercurio “anomalo proprietà .
Commenti
- ' non va bene parlare di " massa relativistica " poiché implica una modifica nelle proprietà intrinseche che ' non esiste.
- Perché gli orbitali 5p dovrebbero contrarsi? Sono comunque vuote, in più hanno un nodo al centro.
- @Karl Lorbitale $ \ ce {5p} $ è occupato in oro ($ \ ce {5p ^ 6} $). A differenza degli orbitali de f, gli orbitali s, e in misura minore gli orbitali p, hanno unapprezzabile densità elettronica vicino al nucleo. Di conseguenza, negli elementi più pesanti dove sono fortemente attratti dal nucleo, possono raggiungere velocità relativistiche e sperimentare altri effetti relativistici come la contrazione orbitale. Questa risposta precedente può essere utile.
- (Intendevo 6p, mi dispiace.) Ah beh, 5p6 appartiene al nucleo [Xe] di latomo doro. I 6 si restringono molto e in realtà lasciano espandere il 5p, quindi acquisiscono unenergia simile, il che significa che può prendere parte alla chimica. Che è quello che dici nella risposta precedente.Non vedo motivo per dire che 5p si restringe, è comunque ben al di sotto di 4f14 e 5d10.
- Gli orbitali @Karl p si restringono a causa di effetti relativistici, anche se non tanto quanto gli orbitali s – vedi qui o google qualcosa come " contrazione relativistica degli orbitali p " e guarda alcuni dei collegamenti forniti