Tenho tentado responder às perguntas de minha filha (do ensino médio) sobre a tabela periódica e a série de reatividade, mas continuamos encontrando lacunas em meu conhecimento.
Então eu mostrei que os gases nobres têm uma camada externa completa, e é por isso que eles não reagem com nada. E então, do outro lado da tabela periódica, temos potássio e sódio, que têm apenas um elétron em sua camada externa, que é o que os torna tão reativos, e no topo de nossa lista de reatividade. (E quanto maiores eles ficam, mais reativos, é por isso que não tínhamos permissão para brincar com césio em classe …)
Mas então procuramos ouro, que está na parte inferior da série de reatividade, e descobrimos que também tem apenas um elétron em sua camada mais externa (2-8-18-32- 18-1).
Existe uma explicação fácil para o fato de o ouro não efervescer como o potássio quando você o joga na água?
(Essa pergunta poderia ser reformulada como “Quais propriedades de cada elemento decidir sua classificação no série de reatividade de metal? “se preferir; essa era a pergunta original que estávamos tentando responder.)
Resposta
Em primeiro lugar, ouro sim reagir. Você pode formar ligas de ouro estáveis e compostos de ouro. É simplesmente difícil, principalmente por razões explicadas pela outra resposta
A razão pela qual o sólido de ouro em massa não é reativo é porque os elétrons em o ouro cai em energias que poucas moléculas ou substâncias químicas combinam (ou seja, devido a efeitos relativísticos).
Um bom resumo de alguns trabalhos de Jens K. Norskov pode ser encontrado aqui: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
Em seus experimentos, eles distinguiram a capacidade de átomos de ouro ” para quebrar e formar ligações e a facilidade com que formam novos compostos, como óxidos de ouro. As duas qualidades estão relacionadas: para fazer um composto, os átomos de ouro devem se ligar a outros átomos, mas não podem fazer isso até que rompam suas ligações com os átomos de ouro vizinhos.
Acho que esta é uma boa explicação sucinta. Você sempre tem essa troca nas reações, mas no ouro, você não obtém muita energia na formação do novo composto e está perdendo as interações ouro-ouro.
Você pode, é claro , reaja ouro com agressivo reagentes como água régia , uma mistura 3: 1 de $ \ ce {HCl} $ e $ \ ce {HNO3} $.
Se feito corretamente, o produto é $ \ ce {HAuCl4} $ ou ácido cloroáurico .
Resposta
Conta dos efeitos relativísticos pela falta de reatividade do ouro. O ouro tem um núcleo pesado o suficiente para que seus elétrons viajem a velocidades próximas à da luz para evitar que caiam no núcleo. Esse efeito relativístico se aplica aos orbitais que têm densidade apreciável no núcleo, como orbitais s e p. Esses elétrons relativísticos ganham massa e, como consequência, suas órbitas se contraem. Como essas órbitas s e (em certo grau) p são contraídas ed, os outros elétrons nos orbitais d e f são melhor selecionados a partir do núcleo e seus orbitais realmente se expandem.
Como o orbital 6s com um elétron está contraído, esse elétron está mais fortemente ligado ao núcleo e menos disponível para se ligar a outros átomos. Os orbitais 4f e 5d se expandem, mas não podem estar envolvidos na formação do vínculo, uma vez que estão completamente preenchidos. É por isso que o ouro é relativamente não reativo.
Se você gostaria de ver as fórmulas e matemática por trás disso (não é tão complicado) veja aqui . Observe também que argumentos semelhantes explicam a anomalia do mercúrio ” propriedades .
Comentários
- ' não é bom falar sobre " massa relativística ", pois implica uma alteração nas propriedades intrínsecas que ' não existe.
- Por que os orbitais 5p deveriam se contrair? Eles estão vazios de qualquer maneira, além de terem um nó no núcleo.
- @Karl O orbital $ \ ce {5p} $ está ocupado em ouro ($ \ ce {5p ^ 6} $). Ao contrário dos orbitais d e f, os orbitais s e, em um grau menor, os orbitais p, têm uma densidade de elétrons apreciável perto do núcleo. Como consequência, em elementos mais pesados, onde são fortemente atraídos pelo núcleo, eles podem atingir velocidades relativísticas e experimentar outros efeitos relativísticos, como a contração orbital. Esta resposta anterior pode ser útil.
- (quis dizer 6p, desculpe.) Bem, 5p6 pertence ao núcleo [Xe] de o átomo de ouro. O 6s encolhe muito e, na verdade, permite que o 5p se expanda, então eles se tornam de energia semelhante, o que significa que pode fazer parte da química. Que é o que você disse na resposta anterior.Não vejo razão para dizer que 5p encolhe, está bem abaixo de 4f14 e 5d10 de qualquer maneira.
- @Karl orbitais p encolhem devido a efeitos relativísticos, embora não tanto quanto os orbitais s – veja aqui ou google algo como " contração relativística dos orbitais p " e veja alguns dos links fornecidos