Am „încercat să răspund la întrebările fiicei mele (de liceu) despre tabelul periodic și seria reactivității, dar continuăm să lovim lacunele cunoștințele mele.
Așa că am arătat că gazele nobile au învelișul exterior complet, motiv pentru care nu reacționează cu nimic. Și apoi, de cealaltă parte a tabelului periodic, avem potasiu și sodiu, care au un singur electron în învelișul lor exterior, ceea ce îi face atât de reactivi și se află în partea de sus a listei noastre de reactivitate. (Și cu cât devin mai mari, cu atât sunt mai reactivi, motiv pentru care nu ni s-a permis să jucăm cu cesiu în clasă …)
Dar apoi am căutat aur, care se află în partea de jos a seriei de reactivitate, și am constatat că are și un singur electron în învelișul său exterior (2-8-18-32- 18-1).
Există o explicație ușoară a motivului pentru care aurul nu scade ca potasiul când îl aruncați în apă?
(Această întrebare ar putea fi reformulată ca „Ce proprietăți a fiecărui element decide clasarea lor în serie de reactivitate metalică? „dacă preferați; aceasta a fost întrebarea inițială la care încercam să răspundem.)
Răspuns
În primul rând, aurul face reacționează. Puteți forma aliaje de aur stabile și compuși de aur. Este foarte greu, mai ales din motive explicate de alt răspuns
Motivul pentru care solidul auriu în vrac nu este în mare parte reactiv se datorează faptului că electronii din aurul cade la energii care se potrivesc cu puține molecule sau substanțe chimice (adică datorită efectelor relativiste).
Un rezumat frumos al unor lucrări de Jens K. Norskov poate fi găsit aici: http://www.thefreelibrary.com/What+makes+gold+such+a+noble+metal%3F-a017352490
În experimentele lor, au făcut distincția între abilitatea „atomilor de aur” pentru a rupe și a forma legături și ușurința cu care formează noi compuși, cum ar fi oxizii de aur. Cele două calități sunt legate: Pentru a face un compus, atomii de aur trebuie să se lege cu alți atomi, totuși nu pot face acest lucru până când nu și-au despărțit legăturile cu atomii de aur vecini.
Cred că aceasta este o explicație succintă drăguță. Aveți întotdeauna acest compromis în reacții, dar în aur, nu obțineți multă energie în noua formație compusă și pierdeți interacțiunile aur-aur.
Puteți, desigur , reacționează aurul cu agresiv reactivi precum aqua regia , un amestec 3: 1 de $ \ ce {HCl} $ și $ \ ce {HNO3} $.
Dacă este făcut corect, produsul este $ \ ce {HAuCl4} $ sau acid cloroauric .
Răspuns
Contul efectelor relativiste pentru lipsa de reactivitate a aurului. Aurul are un nucleu suficient de greu încât electronii săi trebuie să călătorească la viteze care se apropie de viteza luminii pentru a preveni căderea lor în nucleu. cum ar fi orbitalele s și p. Acești electroni relativistici câștigă masă și, în consecință, orbitele lor se contractă. Deoarece aceste orbite s și (într-o oarecare măsură) orbite p sunt contractuale ed, ceilalți electroni din orbitalele d și f sunt mai bine ecranate din nucleu și orbitalele lor se extind de fapt.
Deoarece orbitalul 6s cu un electron este contractat, acest electron este mai strâns legat de nucleu și mai puțin disponibil pentru legarea cu alți atomi. Orbitalii 4f și 5d se extind, dar nu pot fi implicați în formarea legăturilor deoarece sunt complet umplute. De aceea aurul este relativ nereactiv.
Dacă doriți să vedeți formulele și matematica din spatele acestui lucru (nu este atât de complicat) vezi aici . De asemenea, rețineți că argumentele similare explică mercurul „anomal proprietăți .
Comentarii
- ' nu este bine să vorbim despre " masă relativistă " deoarece implică o modificare a proprietăților intrinseci care nu există '.
- De ce ar trebui să se contracte orbitalele 5p? Sunt goale oricum, plus că au un nod la bază.
- @Karl Orbitalul $ \ ce {5p} $ este ocupat în aur ($ \ ce {5p ^ 6} $). Spre deosebire de orbitalele d și f, orbitalele s și într-un grad mai mic orbitalele p, au o densitate de electroni apreciabilă în apropierea nucleului. În consecință, în elementele mai grele unde sunt puternic atrași de nucleu pot atinge viteze relativiste și pot experimenta alte efecte relativiste, cum ar fi contracția orbitală. Acest răspuns anterior poate fi util.
- (mă refeream la 6p, îmi pare rău.) Ah, bine, 5p6 aparține nucleului [Xe] al atomul de aur. 6s se micșorează foarte mult și, de fapt, lasă 5p să se extindă, astfel încât devin de o energie similară, ceea ce înseamnă că poate participa la chimie. Care este ceea ce spui în acel răspuns anterior.Nu văd niciun motiv să spun că 5p se micșorează, oricum este cu mult sub 4f14 și 5d10.
- Orbitalele @K Karl se micșorează din cauza efectelor relativiste, deși nu la fel de mult ca orbitalele – vezi aici sau google ceva de genul " contracție relativistă a orbitalilor p " și vedeți unele dintre linkuri furnizate