Zlato je prvi metal koji je ljudima bio široko poznat, budući da postoji u svom prirodnom stanju i mogao bi se naći kao žuti grumen u koritima. Egipćani su započeli vaditi zlato 2000. godine p.n.e. Stoljećima su alkemičari pokušavali pretvoriti druge metale, poput olova ili bakra, u zlato. Da su alkemičari razumjeli kemijsku reaktivnost i atomsku strukturu zlata, shvatili bi da su njihovi napori uzaludni.
Kemijska svojstva zlata
Zlato je prijelazni metal u skupini 11, razdoblje 6 na periodnom sustavu. Ime mu je iz staroengleske riječi geolo (žuti), ali njegovo simbol, Au, je od latinske riječi za zlato, aurum.
Unatoč mnogim naporima alkemičara, njihovi eksperimenti nisu uspjeli. Zlato je relativno nereaktivan. Otopit će se u smjesi dušične i klorovodične kiseline, otopine poznate kao aqua regia. (Povijesna bilješka: Nekolicina nagrađenih nobelovaca rastočila je medalje u aqua regia kako bi izbjegla oduzimanje pod nacističkim režimom).
Razumijevanje atomske strukture: Osnove
Da bi se razumjela atomska struktura zlata, potrebno je opće razumijevanje atomske strukture. Početkom 20. stoljeća danski znanstvenik Niels Bohr predložio je jednostavan model za strukturu atoma koji će biti prikladan za vizualizaciju atomske strukture zlata. (Povijesna bilješka: Niels Bohr je tijekom Drugog svjetskog rata u svom laboratoriju skrivao otopljene zlatne nobelove metale.)
Općenito, a jezgra je pozitivno nabijen središte atoma koji sadrže protone i neutrone. Protoni i neutroni se zajednički nazivaju nukleonima. Treća glavna subatomska čestica atoma, elektroni, nalazi se izvan jezgre.
Razumijevanje atomske strukture: protoni i neutroni
A proton je subatomska čestica mase 1,67 x 10-24 grama, definirano kao 1 jedinica atomske mase i ima pozitivan naboj, +1. Broj protona u jezgri je taj koji definira element; na primjer, element s dva protona bit će helij. Kako se broj protona mijenja u jezgri, tako i identitet elementa promjene.
A neutron je subatomska čestica mase 1.67 x 10-24 grama, definirano kao 1 jedinica atomske mase i ima neutralni naboj. Kako se broj neutrona mijenja unutar jezgre, identitet elementa ostaje isti. Promjena broja neutrona u jezgri označava izotop istog elementa.
Razumijevanje atomske strukture: elektroni
Elektroni su izvan jezgre i imaju negativan naboj, –1. Njihova je masa toliko mala da se smatra zanemarivom.
Niels Bohr predložio je da elektroni putuju oko vanjske strane jezgre stazama nazvanim orbite. Bohr je pretpostavio da ove orbitale nisu slučajne, a te utvrđene razine označavaju koliko se daleko nalaze jezgra elektrona.
Atomska struktura zlata: Nukleus
S osnovnim razumijevanjem atomske strukture, atom zlata se može vizualizirati.
Podsjetimo da broj protona određuje identitet elementa. Zlato ima 79 protona u svojoj jezgri. Na periodnom sustavu atomski broj, obično broj koji se nalazi iznad simbola za taj element, odgovara broju protona za taj element.
Da biste pronašli broj prisutnih neutrona, pronađite atomsku masu tog elementa (obično smještenog ispod simbola). Zlato ima masu 197 jedinica atomske mase. Oduzmi broj protona od atomske mase. Za zlato, 197 - 79 = 118. Zlato ima 118 neutrona.
Goldova jezgra, dakle, sadrži 79 protona i 118 neutrona. Dodatni neutroni smanjuju odbojnost između pozitivno nabijenih protona. Nuklearne sile vežu jezgru zajedno.
Atomska struktura zlata: Elektroni
Zlato također ima 79 negativno nabijen elektroni; oni će uravnotežiti 79 pozitivno nabijenih protona. Ti će elektroni postojati u određenim orbitalama oko jezgre. Svaka orbitala može sadržavati određenu količinu elektrona.
Zlato, u razdoblju 6 na periodnom sustavu, ima šest razina energije. 79 elektrona ispunit će orbitale u tim razinama energije prema količini koju svaka orbitala može zadržati. Od prve do šeste razine energije, broj elektrona koji se uklapaju u svaku razinu energije može se izračunati pomoću 2n2, gdje je n nivo energije.
Koristeći 2n2 prva razina energije, n = 1, je 2 (1)2; ili može sadržavati 2 elektrona. Prvih šest energetskih razina može sadržavati 2, 8, 18, 32, 50 i 72 elektrona. Zlato, kao anomalija punjenja elektrona, ispunit će razine od najniže do najviše razine energije, a broj elektrona je 2, 8, 18, 32, 18 i 1. Dijagram se može stvoriti sa šest koncentričnih krugova oko jezgre i gornjim brojem elektrona u svakom prstenu.