Jeg har prøvd å svare på min (videregående) datters spørsmål om det periodiske systemet og reaktivitetsserien, men vi fortsetter å slå hull i min kunnskap.
Så jeg viste at edelgassene har et helt ytre skall, det er derfor de ikke reagerer med noe. Og over den andre siden av det periodiske systemet har vi kalium og natrium, som bare har ett elektron i det ytre skallet, det er det som gjør dem så reaktive, og øverst på vår reaktivitetsliste. (Og jo større de blir, jo mer reaktive, og det var derfor vi ikke fikk leke med cesium i klasse …)
Men så så vi opp gull, som er nederst i reaktivitetsserien, og fant at det også bare har ett elektron i sitt ytterste skall (2-8-18-32- 18-1).
Er det en enkel forklaring på hvorfor gull ikke gnister som kalium når du slipper det i vann?
(Dette spørsmålet kan omformuleres som «Hvilke egenskaper av hvert element bestemmer deres rangering i metallreaktivitetsserier? «hvis du foretrekker det; det var det originale spørsmålet vi prøvde å svare på.)
Svar
Først og fremst, gull gjør reagere. Du kan danne stabile gulllegeringer og gullforbindelser. Det er bare vanskelig, hovedsakelig av grunner som er forklart av annet svar
Årsaken til at massivt gullfast stoff stort sett ikke er reaktivt, er fordi elektronene i gull faller ved energier som få molekyler eller kjemikalier samsvarer med (dvs. på grunn av relativistiske effekter).
En fin oppsummering av noe arbeid av Jens K. Norskov finner du her: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
I sine eksperimenter skilte de mellom gullatomer. å bryte og danne bindinger og hvor lett de danner nye forbindelser, for eksempel gulloksider. De to egenskapene er relatert: For å lage en forbindelse, må gullatomer binde seg til andre atomer, men de kan ikke gjøre det før de har søndret sine bånd med nærliggende gullatomer.
Jeg synes dette er en fin kortfattet forklaring. Du har alltid denne kompromisset i reaksjoner, men i gull får du ikke mye energi i den nye sammensatte formasjonen, og du mister gull-gull-interaksjonene.
Du kan selvfølgelig , reager gull med aggressiv reagenser som aqua regia , en 3: 1-blanding av $ \ ce {HCl} $ og $ \ ce {HNO3} $.
Hvis produktet er riktig gjort, er det $ \ ce {HAuCl4} $ eller kloroaursyre .
Svar
Konto for relativistiske effekter for gull mangel på reaktivitet. Gull har en tung nok kjerne til at elektronene må bevege seg i hastigheter nærmer seg lyshastigheten for å forhindre at de faller inn i kjernen. Denne relativistiske effekten gjelder de orbitaler som har merkbar tetthet i kjernen slik som s- og p-orbitaler. Disse relativistiske elektronene får masse og som en konsekvens trekker banene deres sammen. Da disse s- og (til en viss grad) p-banene er kontrakt ed, blir de andre elektronene i d og f orbitaler bedre skjermet fra kjernen og deres orbitaler utvides faktisk.
Siden 6-tallet orbital med ett elektron er kontrakt, er dette elektronet tettere bundet til kjernen og mindre tilgjengelig for binding med andre atomer. Orbitalene 4f og 5d utvides, men kan ikke være involvert i bindingsdannelse siden de er fullstendig fylt. Dette er grunnen til at gull er relativt ureaktivt.
Hvis du ønsker å se formlene og matematikken bak dette (det er ikke så komplisert) se her . Vær også oppmerksom på at lignende argumenter forklarer kvikksølv «unormalt egenskaper .
Kommentarer
- Det ' er ikke bra å snakke om " relativistisk masse " da det innebærer en endring i egenskapene som ikke ' t eksisterer.
- Hvorfor skal 5p-orbitalene trekke seg sammen? De er uansett tomme, pluss at de har en node i kjernen.
- @Karl $ \ ce {5p} $ orbital er okkupert i gull ($ \ ce {5p ^ 6} $). I motsetning til d- og f-orbitaler har s-orbitaler, og i mindre grad p-orbitaler, en merkbar elektrondensitet nær kjernen. Som en konsekvens, i tyngre elementer der de tiltrekkes sterkt av kjernen, kan de oppnå relativistiske hastigheter og oppleve andre relativistiske effekter som banekontraksjon. Dette tidligere svaret kan være nyttig.
- (Jeg mente 6p, beklager.) Ah vel, 5p6 tilhører [Xe] kjernen i gullatomet. 6-årene krymper mye, og lar faktisk 5p utvide seg, slik at de blir av lignende energi, noe som betyr at den kan ta del i kjemien. Det er det du sier i det tidligere svaret.Jeg ser ingen grunn til å si 5p krymper, det er uansett godt under 4f14 og 5d10.
- @Karl p orbitaler krymper på grunn av relativistiske effekter, om enn ikke så mye som s orbitaler – se her eller google noe sånt som " relativistisk sammentrekning av p-orbitaler " lenker gitt