Ατομική δομή χρυσού

Ο χρυσός ήταν το πρώτο μέταλλο που είναι ευρέως γνωστό στους ανθρώπους, καθώς υπάρχει στη φυσική του κατάσταση και μπορεί να βρεθεί ως κίτρινα ψήγματα στις κοίτες του ποταμού. Οι Αιγύπτιοι άρχισαν να εξορύσσουν χρυσό το 2.000 π.Χ. Για αιώνες, οι αλχημιστές προσπάθησαν να μετατρέψουν άλλα μέταλλα, όπως μόλυβδο ή χαλκό, σε χρυσό. Αν οι αλχημιστές κατανοούσαν τη χημική αντιδραστικότητα και την ατομική δομή του χρυσού, θα είχαν καταλάβει ότι οι προσπάθειές τους ήταν μάταιες.

Ο χρυσός είναι ένα μεταβατικό μέταλλο στην ομάδα 11, περίοδος 6 στον περιοδικό πίνακα. Το όνομά του είναι από την παλιά αγγλική λέξη, geolo (κίτρινο), αλλά είναι σύμβολο, Au, προέρχεται από τη λατινική λέξη για το χρυσό, aurum.

Παρά τις πολλές προσπάθειες των αλχημιστών, τα πειράματά τους απέτυχαν. Ο χρυσός είναι σχετικά μη αντιδραστικό. Θα διαλυθεί σε ένα μείγμα νιτρικού και υδροχλωρικού οξέος, ένα διάλυμα γνωστό ως aqua regia. (Ιστορικό σημείωμα: Αρκετοί βραβευμένοι με Νόμπελ επιστήμονες διέλυσαν τα μετάλλιά τους στο aqua regia για να αποφύγουν τη δήμευση υπό το ναζιστικό καθεστώς).

Για να κατανοήσουμε την ατομική δομή του χρυσού, απαιτείται μια γενική κατανόηση της ατομικής δομής. Στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Δανός επιστήμονας Niels Bohr πρότεινε ένα απλό μοντέλο για τη δομή των ατόμων που θα ήταν κατάλληλο για την απεικόνιση της ατομικής δομής του χρυσού. (Ιστορική σημείωση: Ο Niels Bohr έκρυψε τα διαλυμένα χρυσά μέταλλα Nobel στο εργαστήριό του κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου.)

Σε γενικές γραμμές, α πυρήνας είναι το θετικά φορτισμένο κέντρο ενός ατόμου που περιέχει πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια καλούνται συλλογικά νουκλεόνια. Το τρίτο κύριο υποατομικό σωματίδιο ενός ατόμου, τα ηλεκτρόνια, βρίσκεται έξω από τον πυρήνα.

ΕΝΑ πρωτόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο με μάζα 1,67 x 10^-24 γραμμάρια, που ορίζονται ως 1 μονάδα ατομικής μάζας και έχει θετικό φορτίο, +1. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει το στοιχείο. Για παράδειγμα, ένα στοιχείο με δύο πρωτόνια θα είναι ήλιο. Καθώς ο αριθμός των πρωτονίων αλλάζει στον πυρήνα, το ταυτότητα στοιχείου αλλαγές.

ΕΝΑ νετρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο με μάζα 1,67 x 10^-24 γραμμάρια, που ορίζονται ως 1 μονάδα ατομικής μάζας και έχει ουδέτερο φορτίο. Καθώς ο αριθμός των νετρονίων αλλάζει μέσα στον πυρήνα, η ταυτότητα του στοιχείου παραμένει η ίδια. Μια αλλαγή στον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα υποδηλώνει ένα ισότοπο του ίδιου στοιχείου.

Ηλεκτρόνια βρίσκονται εκτός του πυρήνα και έχουν αρνητικό φορτίο, –1. Η μάζα τους είναι τόσο μικρή που θεωρείται αμελητέα.

Ο Niels Bohr πρότεινε ότι τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν γύρω από το εξωτερικό του πυρήνα σε μονοπάτια που ονομάζονται τροχιές. Ο Bohr υποστήριξε ότι αυτά τα τροχιακά δεν είναι τυχαία και αυτά τα καθορισμένα επίπεδα υποδηλώνουν πόσο μακριά βρίσκονται τα ηλεκτρόνια του πυρήνα.

Με μια βασική κατανόηση της ατομικής δομής, το άτομο χρυσού μπορεί να απεικονιστεί.

Θυμηθείτε ότι ο αριθμός των πρωτονίων καθορίζει την ταυτότητα του στοιχείου. Χρυσός έχει 79 πρωτόνια στον πυρήνα του. Σε έναν περιοδικό πίνακα, ο ατομικός αριθμός, συνήθως ο αριθμός που βρίσκεται πάνω από το σύμβολο για αυτό το στοιχείο, αντιστοιχεί στον αριθμό των πρωτονίων για αυτό το στοιχείο.

Για να βρείτε τον αριθμό των νετρονίων που υπάρχουν, εντοπίστε την ατομική μάζα αυτού του στοιχείου (συνήθως βρίσκεται κάτω από το σύμβολο). Ο χρυσός έχει μάζα 197 μονάδων ατομικής μάζας. Αφαιρέστε τον αριθμό των πρωτονίων από την ατομική μάζα. Για χρυσό, 197 - 79 = 118. Ο χρυσός έχει 118 νετρόνια.

Ο πυρήνας του χρυσού, λοιπόν, περιέχει 79 πρωτόνια και 118 νετρόνια. Τα πρόσθετα νετρόνια μειώνουν την απώθηση μεταξύ των θετικά φορτισμένων πρωτονίων. Οι πυρηνικές δυνάμεις συνδέουν τον πυρήνα μαζί.

Χρυσός επίσης έχει 79 αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνια; Αυτά θα εξισορροπήσουν τα 79 θετικά φορτισμένα πρωτόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια θα υπάρχουν σε καθορισμένα τροχιακά γύρω από τον πυρήνα. Κάθε τροχιά μπορεί να συγκρατεί μια συγκεκριμένη ποσότητα ηλεκτρονίων.

Ο χρυσός, στην περίοδο 6 στον περιοδικό πίνακα, έχει έξι επίπεδα ενέργειας. Τα 79 ηλεκτρόνια θα γεμίσουν τα τροχιακά σε αυτά τα επίπεδα ενέργειας ανάλογα με την ποσότητα που μπορεί να κρατήσει κάθε τροχιακή. Από το πρώτο έως το έκτο επίπεδο ενέργειας, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ταιριάζουν σε κάθε επίπεδο ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας 2n², όπου n είναι το επίπεδο ενέργειας.

Χρησιμοποιώντας 2n² το πρώτο επίπεδο ενέργειας, n = 1, είναι 2 (1)²; ή, μπορεί να συγκρατήσει 2 ηλεκτρόνια. Τα πρώτα έξι επίπεδα ενέργειας μπορούν να κρατήσουν, 2, 8, 18, 32, 50 και 72 ηλεκτρόνια, αντίστοιχα. Ο χρυσός, ως ανωμαλία σε γέμιση ηλεκτρονίων, θα γεμίσει επίπεδα από το χαμηλότερο έως το υψηλότερο επίπεδο ενέργειας και οι αριθμοί των ηλεκτρονίων είναι 2, 8, 18, 32, 18 και 1. Ένα διάγραμμα μπορεί να δημιουργηθεί με έξι ομόκεντρους κύκλους γύρω από έναν πυρήνα και τον παραπάνω αριθμό ηλεκτρονίων σε κάθε δακτύλιο.