Złoto było pierwszym metalem szeroko znanym ludziom, ponieważ istnieje w stanie naturalnym i można je znaleźć w postaci żółtych bryłek w korytach rzek. Egipcjanie zaczęli wydobywać złoto w 2000 r. p.n.e. Przez wieki alchemicy próbowali zamienić w złoto inne metale, takie jak ołów czy miedź. Gdyby alchemicy zrozumieli reaktywność chemiczną i strukturę atomową złota, zrozumieliby, że ich wysiłki są daremne.
Właściwości chemiczne złota
Złoto jest metalem przejściowym w grupie 11, okres 6 w układzie okresowym. Jego nazwa pochodzi od staroangielskiego słowa geolo (żółty), ale jego symbol, Au, pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego złoto, aurum.
Pomimo wielu wysiłków alchemików ich eksperymenty nie powiodły się. Złoto jest stosunkowo niereaktywny. Rozpuści się w mieszaninie kwasu azotowego i chlorowodorowego, roztworze znanym jako woda królewska. (Nota historyczna: Kilku naukowców zdobywców nagrody Nobla rozwiązało swoje medale w wodzie królewskiej, aby uniknąć konfiskaty w reżimie nazistowskim).
Zrozumienie struktury atomowej: podstawy
Aby zrozumieć strukturę atomową złota, potrzebne jest ogólne zrozumienie struktury atomowej. Na początku XX wieku duński naukowiec Niels Bohr zaproponował prosty model budowy atomów, który będzie odpowiedni do wizualizacji struktury atomowej złota. (Nota historyczna: Niels Bohr ukrył rozpuszczone złote metale Nobla w swoim laboratorium podczas II wojny światowej.)
Ogólnie rzecz biorąc, a jądro jest dodatnio naładowany? środek atomu zawierające protony i neutrony. Protony i neutrony są wspólnie nazywane nukleonami. Trzecia główna cząstka subatomowa atomu, elektrony, znajduje się poza jądrem.
Zrozumienie struktury atomowej: protony i neutrony
ZA proton jest cząstką subatomową o masie 1,67 x 10-24 gramów, zdefiniowany jako 1 jednostka masy atomowej i ma ładunek dodatni, +1. To liczba protonów w jądrze definiuje pierwiastek; na przykład pierwiastek z dwoma protonami będzie helem. Wraz ze zmianą liczby protonów w jądrze tożsamość elementu zmiany.
ZA neutron jest cząstką subatomową o masie 1,67 x 10-24 gramów, zdefiniowany jako 1 jednostka masy atomowej i ma ładunek neutralny. Ponieważ liczba neutronów zmienia się w jądrze, tożsamość pierwiastka pozostaje taka sama. Zmiana liczby neutronów w jądrze oznacza izotop tego samego pierwiastka.
Zrozumienie struktury atomowej: elektrony
Elektrony znajdują się poza jądrem i mają ładunek ujemny, –1. Ich masa jest tak mała, że uważa się ją za znikomą.
Niels Bohr zaproponował, że elektrony przemieszczają się na zewnątrz jądra po ścieżkach zwanych orbitami. Bohr postulował, że te orbitale nie są przypadkowe, a te określone poziomy wskazują, jak daleko od jądra znajdują się elektrony.
Struktura atomowa złota: jądro
Mając podstawową wiedzę na temat budowy atomu, można zwizualizować złoty atom.
Przypomnijmy, że liczba protonów określa tożsamość elementu. Złoto ma 79 protonów w jej jądrze. W układzie okresowym liczba atomowa, zwykle liczba znajdująca się nad symbolem tego pierwiastka, odpowiada liczbie protonów tego pierwiastka.
Aby znaleźć liczbę obecnych neutronów, zlokalizuj masę atomową tego pierwiastka (zwykle znajduje się pod symbolem). Złoto ma masę 197 jednostek masy atomowej. Odejmij liczbę protonów od masy atomowej. Dla złota 197 – 79 = 118. Złoto ma 118 neutronów.
Jądro złota zawiera zatem 79 protonów i 118 neutronów. Dodatkowe neutrony zmniejszają odpychanie między dodatnio naładowanymi protonami. Siły jądrowe wiążą ze sobą jądro.
Struktura atomowa złota: elektrony
Złoto też ma 79 ujemnie naładowany elektrony; zrównoważą one 79 dodatnio naładowanych protonów. Elektrony te będą istnieć na określonych orbitach wokół jądra. Każdy orbital może pomieścić pewną ilość elektronów.
Złoto w okresie 6 w układzie okresowym ma sześć poziomów energii. 79 elektronów wypełni orbitale na tych poziomach energii, w zależności od ilości, jaką każdy orbital może pomieścić. Od pierwszego do szóstego poziomu energii, liczbę elektronów, które mieszczą się na każdym poziomie energii, można obliczyć za pomocą 2n2, gdzie n to poziom energii.
Korzystanie z 2n2 pierwszy poziom energii, n = 1, wynosi 2(1)2; lub może pomieścić 2 elektrony. Pierwsze sześć poziomów energii może pomieścić odpowiednio 2, 8, 18, 32, 50 i 72 elektrony. Złoto, będące anomalią w wypełnianiu elektronów, wypełni poziomy od najniższego do najwyższego poziomu energii, a liczba elektronów wynosi 2, 8, 18, 32, 18 i 1. Diagram można utworzyć z sześcioma koncentrycznymi okręgami wokół jądra i powyższą liczbą elektronów w każdym pierścieniu.