Ik “heb geprobeerd de vragen van mijn (middelbare school) dochter over het periodiek systeem en de reactiviteitsreeks te beantwoorden, maar we blijven hiaten in mijn kennis.
Dus ik liet zien dat de edelgassen een volledige buitenschil hebben, en daarom reageren ze nergens mee. En dan aan de andere kant van het periodiek systeem hebben we kalium en natrium, die maar één elektron in hun buitenste schil hebben, wat ze zo reactief maakt en bovenaan onze reactiviteitslijst staat. (en hoe groter ze worden, hoe reactiever, daarom mochten we niet spelen met cesium in klasse …)
Maar toen zochten we goud op, dat zich onderaan de reactiviteitsreeks bevindt, en ontdekten dat het ook maar één elektron in zijn buitenste schil heeft (2-8-18-32- 18-1).
Is er een gemakkelijke verklaring waarom goud niet “bruist als kalium wanneer je het in water laat vallen?
(Deze vraag kan worden geherformuleerd als” Welke eigenschappen van elk element bepalen hun rangschikking in de metaalreactiviteitsreeks? “als je dat liever hebt; dat was de oorspronkelijke vraag die we probeerden te beantwoorden.)
Antwoord
Ten eerste, goud doet reageren. U kunt stabiele goudlegeringen en goudverbindingen vormen. Het is gewoon moeilijk, voornamelijk om redenen die worden verklaard door het andere antwoord
De reden dat massief goud grotendeels niet-reactief is, is omdat de elektronen in goud valt bij energieën die weinig moleculen of chemicaliën matchen (dwz vanwege relativistische effecten).
Een mooie samenvatting van wat werk van Jens K. Norskov is hier te vinden: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
In hun experimenten maakten ze onderscheid tussen het vermogen van goudatomen om bindingen te verbreken en te vormen en het gemak waarmee ze nieuwe verbindingen vormen, zoals goudoxiden. De twee eigenschappen zijn aan elkaar gerelateerd: om een verbinding te maken, moeten goudatomen een binding aangaan met andere atomen, maar ze kunnen dit niet doen totdat ze hun banden met naburige goudatomen hebben verbroken.
Ik denk dat dit een mooie beknopte uitleg is. Je hebt altijd deze afweging in reacties, maar in goud krijg je niet veel energie in de nieuwe samengestelde formatie en verlies je de goud-goud-interacties.
Dat kan natuurlijk wel. , reageer goud met agressief reagentia zoals aqua regia , een 3: 1-mix van $ \ ce {HCl} $ en $ \ ce {HNO3} $.
Indien correct gedaan, is het product $ \ ce {HAuCl4} $ of chloorgoudzuur .
Antwoord
Relativistische effectenrekening voor het gebrek aan reactiviteit van goud. Goud heeft een kern die zwaar genoeg is om zijn elektronen te laten reizen met snelheden die de snelheid van het licht benaderen om te voorkomen dat ze in de kern vallen. Dit relativistische effect is van toepassing op die orbitalen die een aanzienlijke dichtheid hebben bij de kern, zoals s- en p-orbitalen. Deze relativistische elektronen krijgen massa en als gevolg daarvan trekken hun banen samen. Omdat deze s- en (tot op zekere hoogte) p-banen samentrekken ed, worden de andere elektronen in d- en f-orbitalen beter afgeschermd van de kern en breiden hun orbitalen daadwerkelijk uit.
Omdat de 6s-orbitaal met één elektron is samengetrokken, is dit elektron strakker gebonden aan de kern en minder beschikbaar voor binding met andere atomen. De 4f- en 5d-orbitalen breiden uit, maar kunnen “niet betrokken zijn bij de vorming van obligaties aangezien ze volledig gevuld zijn. Daarom is goud relatief niet-reactief.
Als je de formules en wiskunde hierachter wilt zien (het is niet zo ingewikkeld) zie hier . Houd er ook rekening mee dat vergelijkbare argumenten de afwijking van kwik verklaren eigenschappen .
Reacties
- Het ‘ is niet goed om over te praten ” relativistische massa ” aangezien het een verandering in de intrinsieke eigenschappen impliceert die niet ‘ bestaat.
- Waarom moeten de 5p-orbitalen samentrekken? Ze zijn sowieso leeg, plus ze hebben een knoop in de kern.
- @Karl De $ \ ce {5p} $ orbitaal is bezet in goud ($ \ ce {5p ^ 6} $). In tegenstelling tot d- en f-orbitalen, hebben s-orbitalen en in mindere mate p-orbitalen een aanzienlijke elektronendichtheid nabij de kern. Als gevolg hiervan kunnen ze in zwaardere elementen waar ze sterk worden aangetrokken door de kern, relativistische snelheden bereiken en andere relativistische effecten ervaren, zoals orbitale contractie. Dit eerdere antwoord kan nuttig zijn.
- (Ik bedoel 6p, sorry.) Ach, 5p6 behoort tot de [Xe] kern van het gouden atoom. De 6s krimpt veel, en laat de 5p zelfs uitzetten, zodat ze een vergelijkbare energie krijgen, wat betekent dat het kan deelnemen aan de chemie. Dat is wat je zegt in dat eerdere antwoord.Ik zie geen reden om te zeggen dat 5p krimpt, het is hoe dan ook ver onder de 4f14 en 5d10.
- @Karl p orbitalen krimpen als gevolg van relativistische effecten, zij het niet zo veel als s orbitalen – zie hier of google zoiets als ” relativistische samentrekking van p orbitalen ” en bekijk enkele van de verstrekte links