מבנה אטומי של זהב

הזהב היה המתכת הראשונה הידועה בקרב בני האדם, מכיוון שהיא קיימת במצבה הטבעי וניתן היה למצוא אותה כנאגטים צהובים בערוצי נהרות. מצרים החלו לכרות זהב בשנת 2000 לפני הספירה. במשך מאות שנים ניסו האלכימאים להפוך מתכות אחרות, כמו עופרת או נחושת, לזהב. אם האלכימאים היו מבינים את התגובתיות הכימית ואת המבנה האטומי של הזהב, הם היו מבינים שמאמציהם חסרי תוחלת.

זהב הוא מתכת מעבר בקבוצה 11, תקופה 6 בטבלה המחזורית. שמו הוא מהמילה האנגלית העתיקה, geolo (צהוב), אך שמה סמל, Au, הוא מהמילה הלטינית לזהב, אורום.

למרות המאמצים הרבים של האלכימאים, הניסויים שלהם נכשלו. זהב הוא יחסית לא מגיב. הוא יתמוסס בתערובת של חומצה חנקתית וחומצת מלח, תמיסה המכונה אקווה רגיה. (הערה היסטורית: כמה מדענים שזכו בפרס נובל המיסו את המדליות שלהם במערכות אקווה כדי למנוע החרמה תחת המשטר הנאצי).

כדי להבין את מבנה אטום הזהב, יש צורך בהבנה כללית של מבנה האטום. בתחילת המאה ה -20 הציע המדען הדני נילס בוהר מודל פשוט למבנה האטומים שיתאים לדמיין את מבנה אטומי הזהב. (הערה היסטורית: נילס בוהר הסתיר את מתכות נובל מזהב המומס במעבדתו במהלך מלחמת העולם השנייה).

באופן כללי, א גַרעִין הוא הטעון החיובי מרכז אטום המכילים פרוטונים ונויטרונים. הפרוטונים והנייטרונים נקראים באופן קולקטיבי גרעינים. החלקיק התת-אטומי הראשי השלישי של אטום, אלקטרונים, ממוקם מחוץ לגרעין.

א פּרוֹטוֹן הוא חלקיק תת-אטומי עם מסה של 1.67 x 10^-24 גרם, מוגדר כיחידת מסה אטומית אחת, ויש לו מטען חיובי, +1. מספר הפרוטונים בגרעין הוא שמגדיר את היסוד; למשל, אלמנט עם שני פרוטונים יהיה הליום. ככל שמספר הפרוטונים משתנה בגרעין, ה- זהות יסוד שינויים.

א נֵיטרוֹן הוא חלקיק תת אטומי עם מסה 1.67 x 10^-24 גרם, מוגדר כיחידת מסה אטומית אחת, ויש לו מטען ניטרלי. כאשר מספר הנויטרונים משתנה בתוך הגרעין, זהות היסוד נותרה זהה. שינוי במספר הנייטרונים בגרעין מציין איזוטופ של אותו יסוד.

אלקטרונים נמצאים מחוץ לגרעין ויש להם מטען שלילי, –1. המסה שלהם כל כך קטנה שהיא נחשבת לזניחה.

נילס בוהר הציע כי אלקטרונים יסתובבו מחוץ לגרעין בנתיבים שנקראים מסלולים. בוהר הניח כי אורביטלים אלה אינם אקראיים, והרמות הנחושות הללו מציינות עד כמה נמצאים אלקטרוני הגרעין.

עם הבנה בסיסית של מבנה האטום, ניתן לדמיין את אטום הזהב.

נזכיר שמספר הפרוטונים קובע את זהות האלמנט. זהב יש ל 79 פרוטונים בגרעין שלו. בטבלה מחזורית, המספר האטומי, בדרך כלל המספר הממוקם מעל הסמל עבור אותו יסוד, תואם את מספר הפרוטונים עבור אותו יסוד.

כדי למצוא את מספר הנויטרונים הקיימים, אתר את המסה האטומית של אותו יסוד (בדרך כלל ממוקם מתחת לסמל). לזהב יש מסה של 197 יחידות מסה אטומית. מחסרים את מספר הפרוטונים מהמסה האטומית. לזהב, 197 - 79 = 118. לזהב יש 118 נויטרונים.

גרעין הזהב מכיל, אם כן, 79 פרוטונים ו -118 נויטרונים. הנויטרונים הנוספים מפחיתים את הדחייה בין הפרוטונים הטעונים באופן חיובי. הכוחות הגרעיניים קושרים את הגרעין יחד.

זהב יש גם 79 טעונה שלילית אלקטרונים; אלה יאזנו את 79 הפרוטונים הטעונים באופן חיובי. אלקטרונים אלה יתקיימו במסלולים קבועים סביב הגרעין. כל מסלול יכול להכיל כמות מסוימת של אלקטרונים.

לזהב, בתקופה 6 בטבלה המחזורית, יש שש רמות אנרגיה. 79 האלקטרונים ימלאו את האורביטלים ברמות האנרגיה הללו בהתאם לכמות שכל מסלול יכול להחזיק. מרמת האנרגיה הראשונה עד השישית, ניתן לחשב את מספר האלקטרונים המתאימים לכל רמת אנרגיה באמצעות 2n², כאשר n היא רמת האנרגיה.

באמצעות 2n² רמת האנרגיה הראשונה, n = 1, היא 2 (1)²; או שהוא יכול להכיל שני אלקטרונים. שש רמות האנרגיה הראשונות יכולות להחזיק, 2, 8, 18, 32, 50 ו -72 אלקטרונים, בהתאמה. זהב, בהיותו אנומליה למילוי אלקטרונים, ימלא רמות מרמת האנרגיה הנמוכה לגבוהה ביותר, ומספרי האלקטרונים הם 2, 8, 18, 32, 18 ו- 1. ניתן ליצור דיאגרמה עם שישה מעגלים קונצנטריים סביב גרעין, ומספר האלקטרונים הנ"ל בכל טבעת.