L'oro è stato il primo metallo ampiamente conosciuto dagli umani, poiché esiste nel suo stato naturale e potrebbe essere trovato come pepite gialle nei letti dei fiumi. Gli egiziani iniziarono a estrarre oro nel 2.000 a.E.V. Per secoli, gli alchimisti hanno cercato di trasformare altri metalli, come il piombo o il rame, in oro. Se gli alchimisti avessero compreso la reattività chimica e la struttura atomica dell'oro, avrebbero capito che i loro sforzi erano inutili.
Proprietà chimiche dell'oro
L'oro è un metallo di transizione nel gruppo 11, periodo 6 della tavola periodica. Il suo nome deriva dalla parola inglese antico, geolo (giallo), ma il suo simbolo, Au, deriva dalla parola latina per oro, aurum.
Nonostante i molti sforzi degli alchimisti, i loro esperimenti fallirono. L'oro è relativamente non reattivo. Si dissolverà in una miscela di acido nitrico e cloridrico, una soluzione nota come acqua regia. (Nota storica: diversi scienziati vincitori del premio Nobel hanno sciolto le loro medaglie in acqua regia per evitare la confisca sotto il regime nazista).
Comprensione della struttura atomica: nozioni di base
Per comprendere la struttura atomica dell'oro, è necessaria una comprensione generale della struttura atomica. All'inizio del XX secolo, lo scienziato danese Niels Bohr ha proposto un semplice modello per la struttura degli atomi che sarà adatto a visualizzare la struttura atomica dell'oro. (Nota storica: Niels Bohr nascose i metalli Nobel d'oro disciolti nel suo laboratorio durante la seconda guerra mondiale.)
In termini generali, a nucleo è la carica positiva centro di un atomo contenente protoni e neutroni. I protoni e i neutroni sono chiamati collettivamente nucleoni. La terza particella subatomica principale di un atomo, gli elettroni, si trova all'esterno del nucleo.
Comprensione della struttura atomica: protoni e neutroni
UN protone è una particella subatomica con una massa di 1,67 x 10-24 grammi, definito come 1 unità di massa atomica, e ha una carica positiva, +1. È il numero di protoni nel nucleo che definisce l'elemento; per esempio, un elemento con due protoni sarà l'elio. Al variare del numero di protoni nel nucleo, la identità dell'elemento i cambiamenti.
UN neutrone è una particella subatomica con una massa 1,67 x 10-24 grammi, definito come 1 unità di massa atomica, e ha una carica neutra. Poiché il numero di neutroni cambia all'interno del nucleo, l'identità dell'elemento rimane la stessa. Un cambiamento nel numero di neutroni nel nucleo denota un isotopo dello stesso elemento.
Capire la struttura atomica: gli elettroni
elettroni sono al di fuori del nucleo e hanno una carica negativa, -1. La loro massa è così piccola che è considerata trascurabile.
Niels Bohr ha proposto che gli elettroni viaggino intorno all'esterno del nucleo in percorsi chiamati orbite. Bohr ipotizzò che questi orbitali non fossero casuali, e questi livelli determinati denotano quanto lontano dal nucleo si trovano gli elettroni.
Struttura atomica dell'oro: nucleo
Con una conoscenza di base della struttura atomica, l'atomo d'oro può essere visualizzato.
Ricordiamo che il numero di protoni determina l'identità dell'elemento. Oro ha 79 protoni nel suo nucleo. In una tavola periodica, il numero atomico, solitamente il numero situato sopra il simbolo per quell'elemento, corrisponde al numero di protoni per quell'elemento.
Per trovare il numero di neutroni presenti, individuare la massa atomica di quell'elemento (di solito situata sotto il simbolo). L'oro ha una massa di 197 unità di massa atomica. Sottrarre il numero di protoni dalla massa atomica. Per l'oro, 197 – 79 = 118. L'oro ha 118 neutroni.
Il nucleo dell'oro, quindi, contiene 79 protoni e 118 neutroni. I neutroni aggiuntivi riducono la repulsione tra i protoni carichi positivamente. Le forze nucleari legano insieme il nucleo.
Struttura atomica dell'oro: elettroni
Oro ha anche 79 caricato negativamente elettroni; questi bilanceranno i 79 protoni con carica positiva. Questi elettroni esisteranno in determinati orbitali attorno al nucleo. Ogni orbitale può contenere una certa quantità di elettroni.
L'oro, nel periodo 6 della tavola periodica, ha sei livelli di energia. I 79 elettroni riempiranno gli orbitali in questi livelli di energia in base alla quantità che ciascun orbitale può contenere. Dal primo al sesto livello energetico, il numero di elettroni che rientrano in ciascun livello energetico può essere calcolato utilizzando 2n2, dove n è il livello di energia.
Usando 2n2 il primo livello di energia, n = 1, è 2(1)2; oppure, può contenere 2 elettroni. I primi sei livelli di energia possono contenere rispettivamente 2, 8, 18, 32, 50 e 72 elettroni. L'oro, essendo un'anomalia al riempimento di elettroni, riempirà i livelli dal più basso al più alto livello di energia e i numeri di elettroni sono 2, 8, 18, 32, 18 e 1. È possibile creare un diagramma con sei cerchi concentrici attorno a un nucleo e il numero di elettroni sopra indicato in ciascun anello.