Az arany volt az első fém, amelyet az emberek széles körben ismertek, mivel természetes állapotában létezik, és sárga rögként megtalálható a medrekben. Az egyiptomiak ie. 2000-ben kezdték el bányászni az aranyat Az alkimisták évszázadok óta megpróbáltak más fémeket, például ólmot vagy rézet arannyá változtatni. Ha az alkimisták megértették a kémiai reakcióképességet és az arany atomszerkezetet, akkor megértették volna erőfeszítéseiket.
Az arany kémiai tulajdonságai
Az arany egy átmeneti fém a 11. csoport 6. periódusában a periódusos rendszerben. Neve az óangol, geolo (sárga) szóból származik, de szimbólum, Au, a latin arany, aurum szóból származik.
Az alkimisták sok erőfeszítése ellenére kísérleteik kudarcot vallottak. Az arany viszonylag nem reagál. Feloldódik salétromsav és sósav keverékében, az aqua regia néven ismert oldatban. (Történelmi megjegyzés: Számos Nobel-díjas tudós aqua regia-ban oldotta fel érmeit, hogy elkerülje a náci rezsim alatti elkobzást.)
Az atomszerkezet megértése: alapok
Az arany atomszerkezet megértéséhez az atomszerkezet általános megértésére van szükség. A 20. század elején Niels Bohr dán tudós egy egyszerű modellt javasolt az atomok szerkezetére, amely alkalmas lesz az arany atomszerkezet megjelenítésére. (Történelmi megjegyzés: Niels Bohr a második világháború idején laboratóriumában elrejtette az oldott Nobel-fémeket.)
Általánosságban elmondható, hogy a atommag a pozitív töltésű egy atom közepe protonokat és neutronokat tartalmaz. A protonokat és a neutronokat együttesen nukleonoknak nevezzük. Az atom harmadik fő szubatomi részecskéje, az elektronok, a magon kívül helyezkednek el.
Az atomszerkezet megértése: protonok és neutronok
A proton egy szubatomi részecske, amelynek tömege 1,67 x 10-24 gramm, 1 atomi tömegegységként definiálva, pozitív töltése +1. Az elemet meghatározza a magban lévő protonok száma; például két protonnal rendelkező elem hélium lesz. Amint a protonok száma megváltozik a magban, a elemazonosság változtatások.
A neutron egy szubatomi részecske, amelynek tömege 1,67 x 10-24 gramm, 1 atomi tömegegységként definiálva, és semleges töltéssel rendelkezik. Mivel a neutronok száma a magon belül változik, az elem azonossága ugyanaz marad. A neutronok számának változása a magban ugyanazon elem izotópját jelöli.
Az atomszerkezet megértése: elektronok
Elektronok a magon kívül vannak és negatív töltésűek, –1. Tömegük olyan kicsi, hogy elhanyagolhatónak tekintik.
Niels Bohr azt javasolta, hogy az elektronok a mag külső részén keringő pályának nevezett utakon haladjanak. Bohr feltételezte, hogy ezek a pályák nem véletlenszerűek, és ezek a meghatározott szintek azt jelzik, hogy a mag elektronjai milyen messze találhatók.
Arany atomszerkezet: Nucleus
Az atomszerkezet alapvető megértésével az aranyatom megjeleníthető.
Emlékezzünk arra, hogy a protonok száma meghatározza az elem azonosságát. Arany van 79 proton magjában. A periódusos rendszerben az atomszám, általában az adott elem szimbóluma felett elhelyezkedő szám megegyezik az adott elem protonjainak számával.
A jelenlévő neutronok számának meghatározásához keresse meg az elem atomtömegét (általában a szimbólum alatt található). Az arany tömege 197 atomtömeg-egység. Az atomtömegből vonjuk le a protonok számát. Arany esetében 197 - 79 = 118. Az aranynak van 118 neutron.
Arany magja tehát 79 protont és 118 neutront tartalmaz. A további neutronok csökkentik a pozitív töltésű protonok közötti taszítást. A nukleáris erők összekapcsolják a magot.
Arany atomszerkezet: elektronok
Arany is van 79 negatív töltésű elektronok; ezek egyensúlyba hozzák a 79 pozitív töltésű protont. Ezek az elektronok a sejt körül meghatározott pályákon fognak létezni. Minden pálya bizonyos mennyiségű elektronot képes befogadni.
A periódusos rendszer 6. periódusában szereplő aranynak van hat energiaszint. A 79 elektron az ezen pályákon lévő pályákat az egyes pályák által megtartható mennyiségnek megfelelően tölti ki. Az első és a hatodik energiaszint között az egyes energiaszintekbe illeszkedő elektronok számát 2n segítségével kiszámíthatjuk2, ahol n az energiaszint.
A 2n használatával2 az első energiaszint, n = 1, 2 (1)2; vagy 2 elektron befogadására képes. Az első hat energiaszint 2, 8, 18, 32, 50 és 72 elektron befogadására képes. Az arany, mivel az elektronkitöltés anomáliája, a legalacsonyabbtól a legmagasabb energiaszintig tölti ki a szinteket, és az elektronok száma 2, 8, 18, 32, 18 és 1. Diagram készíthető úgy, hogy a mag körül hat koncentrikus kör van, és mindegyik gyűrűben a fenti számú elektron található.