Próbowałem odpowiedzieć na pytania mojej (licealnej) córki o układ okresowy pierwiastków i serię reaktywności, ale ciągle trafiamy na luki mojej wiedzy.
Pokazałem więc, że gazy szlachetne mają pełną powłokę zewnętrzną, dlatego nie reagują z niczym. A potem po drugiej stronie układu okresowego mamy potas i sód, które mają tylko jeden elektron w swojej zewnętrznej powłoce, co sprawia, że są tak reaktywne i znajdują się na szczycie naszej listy reaktywności. (Im są większe, tym bardziej reaktywne, dlatego nie pozwolono nam bawić się cezem w class …)
Ale potem sprawdziliśmy złoto, które znajduje się na dole szeregu reaktywności i okazało się, że ma tylko jeden elektron w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce (2-8-18-32- 18-1).
Czy istnieje proste wytłumaczenie, dlaczego złoto nie musuje jak potas, gdy wlejesz je do wody?
(To pytanie można przeformułować jako „Jakie właściwości każdego elementu decydują o ich rankingu w seria reaktywności metalu? ”jeśli wolisz; to było pierwotne pytanie, na które próbowaliśmy odpowiedzieć.)
Odpowiedź
Po pierwsze, złoto robi reagować. Możesz tworzyć stabilne stopy złota i związki złota. Jest to po prostu trudne, głównie z powodów wyjaśnionych w innej odpowiedzi
Powodem, dla którego masa ciała stałego złota jest w dużej mierze niereaktywna, jest fakt, że elektrony w złoto spada przy energiach, do których pasuje tylko kilka cząsteczek lub substancji chemicznych (tj. z powodu efektów relatywistycznych).
Ładne podsumowanie niektórych prac Jensa K. Norskova można znaleźć tutaj: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
W swoich eksperymentach rozróżnili zdolność „atomów złota” do zrywania i tworzenia wiązań oraz łatwości, z jaką tworzą nowe związki, takie jak tlenki złota. Te dwie cechy są ze sobą powiązane: aby stworzyć związek, atomy złota muszą wiązać się z innymi atomami, ale nie mogą tego zrobić, dopóki nie rozdzielą swoich wiązań z sąsiednimi atomami złota.
Myślę, że to ładne, zwięzłe wyjaśnienie. Zawsze masz ten kompromis w reakcjach, ale w złocie nie dostajesz dużo energii w tworzeniu nowego związku i tracisz interakcje złoto-złoto.
Oczywiście możesz zareaguj na złoto za pomocą agresywnych odczynników, takich jak aqua regia , mieszanka 3: 1 $ \ ce {HCl} $ i $ \ ce {HNO3} $.
Jeśli prawidłowo zrobione, produkt to $ \ ce {HAuCl4} $ lub kwas chloroaurynowy .
Odpowiedź
Konto efektów relatywistycznych ze względu na brak reaktywności złota. Złoto ma wystarczająco ciężkie jądro, aby jego elektrony musiały przemieszczać się z prędkością bliską prędkości światła, aby zapobiec wpadaniu ich do jądra. Ten relatywistyczny efekt dotyczy tych orbitali, które mają znaczną gęstość w jądrze, takie jak orbitale s i p. Te relatywistyczne elektrony zyskują masę iw konsekwencji ich orbity kurczą się. Ponieważ te orbity s i (do pewnego stopnia) p są skurczone ed, inne elektrony w orbitali di f są lepiej ekranowane od jądra, a ich orbitale faktycznie się rozszerzają.
Ponieważ orbital 6s z jednym elektronem jest skurczony, elektron ten jest ściślej związany z jądrem i mniej dostępny do łączenia się z innymi atomami. Orbitale 4f i 5d rozszerzają się, ale nie mogą brać udziału w tworzeniu wiązań, ponieważ są całkowicie wypełnione. Dlatego złoto jest stosunkowo mało reaktywne.
Jeśli chcesz zobaczyć formuły i matematykę stojącą za tym (to nie wszystko jest takie skomplikowane) patrz tutaj . Zauważ też, że podobne argumenty wyjaśniają anomalię rtęci właściwości .
Komentarze
- To ' nie jest dobrze mówić o " masa relatywistyczna " ponieważ implikuje zmianę wewnętrznych właściwości, które nie ' nie istnieją.
- Dlaczego orbitale 5p powinny się kurczyć? Są i tak puste, a ponadto mają węzeł w rdzeniu.
- @Karl Orbital $ \ ce {5p} $ jest zajęty w złocie ($ \ ce {5p ^ 6} $). W przeciwieństwie do orbitali d i f, orbitale s i w mniejszym stopniu orbitale p mają znaczną gęstość elektronów w pobliżu jądra. W konsekwencji w cięższych pierwiastkach, gdzie są silnie przyciągane przez jądro, mogą osiągnąć prędkości relatywistyczne i doświadczyć innych efektów relatywistycznych, takich jak skurcz orbity. Ta wcześniejsza odpowiedź może być przydatna.
- (miałem na myśli 6 pensów, przepraszam.) No cóż, 5p6 należy do rdzenia [Xe] atom złota. Szóstki bardzo się kurczą i w rzeczywistości pozwalają rozszerzać się piątce, więc stają się one podobnej energii, co oznacza, że mogą brać udział w chemii. Oto, co mówisz w tej wcześniejszej odpowiedzi.Nie widzę powodu, by mówić, że 5p kurczy się, i tak jest znacznie poniżej 4f14 i 5k10.
- Orbitale @Karl p kurczą się z powodu efektów relatywistycznych, choć nie tak bardzo jak orbitale s – patrz tutaj lub wygoogluj coś takiego jak " relatywistyczny skurcz orbitali p " i zobacz niektóre z podane linki