Kulta oli ensimmäinen ihmisille laajalti tunnettu metalli, koska se esiintyy luonnollisessa tilassaan ja se löytyi keltaisista kynsistä joenpohjoissa. Egyptiläiset alkoivat kaivaa kultaa 2000 eaa. Vuosisatojen ajan alkemistit yrittivät muuttaa muita metalleja, kuten lyijyä tai kuparia, kullaksi. Jos alkemistit ymmärtäisivät kemiallisen reaktiivisuuden ja kullan atomirakenteen, he olisivat ymmärtäneet ponnistelunsa turhaksi.
Kullan kemialliset ominaisuudet
Kulta on siirtymämetalli ryhmän 11 jaksossa 6 jaksollisessa taulukossa. Sen nimi on peräisin vanhasta englanninkielisestä sanasta geolo (keltainen), mutta sen symboli, Au, on peräisin latinankielisestä sanasta kulta, aurum.
Alkemistien monista ponnisteluista huolimatta heidän kokeilunsa epäonnistuivat. Kulta on suhteellisen ei reagoi. Se liukenee typpi- ja suolahapon seokseen, liuokseen, joka tunnetaan nimellä aqua regia. (Historiallinen huomautus: Useat Nobelin palkinnot saaneet tutkijat hajottivat mitalinsa aqua regialla välttääkseen takavarikoinnin natsihallinnon aikana.)
Ymmärtäminen atomirakenne: perusteet
Kultaisen atomirakenteen ymmärtämiseksi tarvitaan yleinen käsitys atomirakenteesta. 1900-luvun alussa tanskalainen tiedemies Niels Bohr ehdotti yksinkertaista atomien rakenteen mallia, joka soveltuu kultaisen atomirakenteen visualisointiin. (Historiallinen huomautus: Niels Bohr kätki liuenneet kultaiset Nobel-metallit laboratorioonsa toisen maailmansodan aikana.)
Yleisesti ottaen a ydin on positiivisesti varautunut keskellä atomia jotka sisältävät protoneja ja neutroneja. Protoneja ja neutroneja kutsutaan yhdessä nukleoneiksi. Atomin kolmas pääatomin osa-alue, elektronit, sijaitsee ytimen ulkopuolella.
Ymmärtäminen atomirakenne: protonit ja neutronit
A protoni on subatominen hiukkanen, jonka massa on 1,67 x 10-24 grammaa, määritelty yhdeksi atomimassayksiköksi, ja jolla on positiivinen varaus, +1. Se on protonien määrä ytimessä, joka määrittää elementin; Esimerkiksi kahden protonin sisältävä elementti on helium. Kun protonien määrä muuttuu ytimessä, elementin identiteetti muutoksia.
A neutroni on subatominen hiukkanen, jonka massa on 1,67 x 10-24 grammaa, määritelty yhdeksi atomimassayksiköksi, ja jolla on neutraali varaus. Kun neutronien määrä muuttuu ytimen sisällä, elementin identiteetti pysyy samana. Neutronien määrän muutos ytimessä tarkoittaa saman elementin isotooppia.
Ymmärtäminen atomirakenne: elektronit
Elektronit ovat ytimen ulkopuolella ja niillä on negatiivinen varaus, –1. Niiden massa on niin pieni, että sitä pidetään merkityksettömänä.
Niels Bohr ehdotti, että elektronit kulkevat ytimen ulkopuolella kiertoradoiksi kutsuttuilla poluilla. Bohr oletti, että nämä kiertoradat eivät ole satunnaisia, ja nämä määrätyt tasot osoittavat kuinka kaukana ydinelektroneista löytyy.
Kultainen atomirakenne: Ydin
Perusymmärryksessä atomirakenteesta kultaatomi voidaan visualisoida.
Muista, että protonien määrä määrittää elementin identiteetin. Kulta on 79 protonia sen ytimessä. Jaksollisessa taulukossa atominumero, yleensä kyseisen elementin symbolin yläpuolella oleva numero, vastaa kyseisen elementin protonien lukumäärää.
Löytääksesi läsnä olevien neutronien lukumäärän, etsi kyseisen elementin atomimassa (sijaitsee yleensä symbolin alapuolella). Kullan massa on 197 atomimassayksikköä. Vähennä protonien lukumäärä atomimassasta. Kullalle, 197-79 = 118. Kulta on 118 neutronia.
Kullan ydin sisältää siis 79 protonia ja 118 neutronia. Lisäneutronit vähentävät positiivisesti varautuneiden protonien välistä karkotusta. Ydinvoimat sitovat ytimen yhteen.
Kultainen atomirakenne: elektronit
Kulta on myös 79 negatiivisesti latautunut elektronit; nämä tasapainottavat 79 positiivisesti varautunutta protonia. Nämä elektronit ovat olemassa määrätyillä orbitaaleilla ytimen ympärillä. Jokainen kiertorata voi pitää sisällään tietyn määrän elektroneja.
Kullalla, jaksollisessa taulukossa jaksolla 6, on kuusi energiatasoa. 79 elektronia täyttävät näiden energiatasojen kiertoradat sen mukaan, kuinka paljon kullakin kiertoradalla voi olla. Ensimmäisestä kuudenteen energiatasoon kuhunkin energiatasoon sopivien elektronien määrä voidaan laskea käyttämällä 2n2, jossa n on energiataso.
Käyttämällä 2n2 ensimmäinen energiataso, n = 1, on 2 (1)2; tai siihen mahtuu 2 elektronia. Ensimmäiset kuusi energiatasoa voivat pitää sisällään 2, 8, 18, 32, 50 ja 72 elektronia. Kulta, joka on poikkeama elektronien täyttämisessä, täyttää tasot alimmasta korkeimpaan energiatasoon, ja elektronien lukumäärä on 2, 8, 18, 32, 18 ja 1. Kaavio voidaan luoda siten, että ytimen ympärillä on kuusi samankeskistä ympyrää ja jokaisessa renkaassa yllä oleva elektronien lukumäärä.