Kulla aatomi struktuur

Kuld oli esimene metall, mida inimesed laialdaselt tundsid, kuna see eksisteerib looduslikus olekus ja seda võib leida jõesängides kollaste nugidena. Egiptlased alustasid kulla kaevandamist 2000 eKr. Sajandeid püüdsid alkeemikud teisi metalle, näiteks pliid või vaske, kullaks muuta. Kui alkeemikud oleksid aru saanud keemilisest reaktsioonivõimest ja kulla aatomistruktuurist, oleksid nad aru saanud, et nende jõupingutused on asjata.

Kuld on üleminekumetall rühmas 11, perioodilisustabeli periood 6. Selle nimi pärineb vanainglise sõnast geolo (kollane), kuid selle nimi sümbol, Au, on ladinakeelsest sõnast kuld, aurum.

Vaatamata alkeemikute paljudele jõupingutustele nurjusid nende katsed. Kuld on suhteliselt reageerimatu. See lahustub lämmastik- ja vesinikkloriidhappe segus, lahuses, mida nimetatakse aqua regiaks. (Ajalooline märkus: mitmed Nobeli preemiaga pärjatud teadlased lahustasid oma medalid aqua regias, et vältida konfiskeerimist natside režiimi ajal).

Kulla aatomi struktuuri mõistmiseks on vaja aatomite struktuuri üldist mõistmist. 20. sajandi alguses pakkus Taani teadlane Niels Bohr välja lihtsa aatomite struktuuri mudeli, mis sobib kulla aatomistruktuuri visualiseerimiseks. (Ajalooline märkus: Niels Bohr peitis Teise maailmasõja ajal oma laboris lahustunud kuldsed Nobeli metallid.)

Üldiselt a tuum on positiivselt laetud aatomi keskpunkt sisaldavad prootoneid ja neutroneid. Prootoneid ja neutroneid nimetatakse ühiselt nukleonideks. Aatomi kolmas põhiaatomiosake, elektronid, asub väljaspool tuuma.

A prooton on subatoomiline osake massiga 1,67 x 10^-24 grammi, mis on määratletud ühe aatomimassiühikuna ja millel on positiivne laeng +1. Elemendi määrab tuumas olev prootonite arv; näiteks on kahe prootoniga element heelium. Kui prootonite arv tuumas muutub, siis elemendi identiteet muudatused.

A neutron on subatoomne osake massiga 1,67 x 10^-24 grammi, mis on määratletud ühe aatomimassiühikuna ja millel on neutraalne laeng. Kui tuumas muutub neutronite arv, jääb elemendi identiteet samaks. Neutronite arvu muutus tuumas tähistab sama elemendi isotoopi.

Elektronid asuvad väljaspool tuuma ja neil on negatiivne laeng, –1. Nende mass on nii väike, et seda peetakse tühiseks.

Niels Bohr tegi ettepaneku, et elektronid liiguksid tuuma välisküljel orbiidideks kutsutud radadel. Bohr postuleeris, et need orbitaalid pole juhuslikud ja need määratud tasemed tähistavad seda, kui kaugel tuumaelektrone leidub.

Aatomi struktuuri põhitõdes saab kulla aatomi visualiseerida.

Tuletame meelde, et prootonite arv määrab elemendi identiteedi. Kuld on 79 prootonit oma tuumas. Perioodilisustabelis vastab aatomnumber, tavaliselt selle elemendi sümboli kohal asuv arv, selle elemendi prootonite arvule.

Olemasolevate neutronite arvu leidmiseks leidke selle elemendi aatommass (asub tavaliselt sümboli all). Kulla mass on 197 aatommassiühikut. Lahutage aatomimassist prootonite arv. Kulla puhul 197 - 79 = 118. Kuld on 118 neutronit.

Kulla tuum sisaldab siis 79 prootonit ja 118 neutronit. Täiendavad neutronid vähendavad positiivselt laetud prootonite vahelist tõrjumist. Tuumajõud seovad tuuma omavahel.

Kuld on ka 79 negatiivselt laetud elektronid; need tasakaalustavad 79 positiivse laenguga prootonit. Need elektronid eksisteerivad kindlates orbiitides tuuma ümber. Igale orbitaalile mahub teatud kogus elektrone.

Perioodilisustabeli perioodil 6 oleval kullal on kuus energiataset. 79 elektroni täidavad nende energiatasemete orbitaalid vastavalt sellele, kui palju orbitaale mahub. Esimesest kuni kuuenda energiatasemeni võib igale energiatasemele sobivate elektronide arvu arvutada 2n abil², kus n on energiatase.

Kasutades 2n² esimene energiatase, n = 1, on 2 (1)²; või mahutab 2 elektroni. Esimesed kuus energiataset mahutavad vastavalt 2, 8, 18, 32, 50 ja 72 elektroni. Kuld, mis on anomaalia elektronide täitmisel, täidab tasemed madalaimast kuni kõrgeima energiatasemeni ja elektronide arv on 2, 8, 18, 32, 18 ja 1. Diagrammi võib luua kuue kontsentrilise ringiga tuuma ümber ja ülaltoodud elektronide arv igas ringis.