Structura atomică a aurului

Aurul a fost primul metal cunoscut pe scară largă de oameni, deoarece există în starea sa naturală și ar putea fi găsit sub formă de pepite galbene în albii râurilor. Egiptenii au început să extragă aur în 2.000 î.e.n. Timp de secole, alchimiștii au încercat să transforme alte metale, cum ar fi plumbul sau cuprul, în aur. Dacă alchimiștii ar înțelege reactivitatea chimică și structura atomică a aurului, ar fi înțeles eforturile lor inutile.

Aurul este un metal de tranziție în grupa 11, perioada 6 pe tabelul periodic. Numele său provine din cuvântul englez vechi, geolo (galben), dar este simbol, Au, este din cuvântul latin pentru aur, aurum.

În ciuda numeroaselor eforturi ale alchimiștilor, experimentele lor au eșuat. Aurul este relativ nereactiv. Se va dizolva într-un amestec de acid azotic și clorhidric, o soluție cunoscută sub numele de aqua regia. (Notă istorică: Mai mulți oameni de știință câștigători ai premiului Nobel și-au dizolvat medaliile în aqua regia pentru a evita confiscarea sub regimul nazist).

Pentru a înțelege structura atomică a aurului, este necesară o înțelegere generală a structurii atomice. La începutul secolului al XX-lea, omul de știință danez Niels Bohr a propus un model simplu pentru structura atomilor care va fi potrivit pentru a vizualiza structura atomică a aurului. (Notă istorică: Niels Bohr a ascuns metalele Nobel din aur dizolvate în laboratorul său în timpul celui de-al doilea război mondial.)

În termeni generali, a nucleu este încărcat pozitiv centrul unui atom conținând protoni și neutroni. Protonii și neutronii sunt numiți colectiv nucleoni. A treia particulă subatomică principală a unui atom, electronii, este situată în afara nucleului.

A proton este o particulă subatomică cu o masă de 1,67 x 10^-24 grame, definit ca o unitate de masă atomică și are o sarcină pozitivă, +1. Numărul de protoni din nucleu definește elementul; de exemplu, un element cu doi protoni va fi heliu. Pe măsură ce numărul protonilor se schimbă în nucleu, identitate element schimbări.

A neutron este o particulă subatomică cu masa 1,67 x 10^-24 grame, definit ca o unitate de masă atomică și are o sarcină neutră. Pe măsură ce numărul de neutroni se schimbă în interiorul nucleului, identitatea elementului rămâne aceeași. O modificare a numărului de neutroni din nucleu denotă un izotop al aceluiași element.

Electroni sunt în afara nucleului și au o sarcină negativă, –1. Masa lor este atât de mică încât este considerată neglijabilă.

Niels Bohr a propus ca electronii să călătorească în jurul exteriorului nucleului pe căi numite orbite. Bohr a postulat că acești orbitali nu sunt aleatorii, iar aceste niveluri determinate denotă cât de departe de nucleu se găsesc electronii.

Cu o înțelegere de bază a structurii atomice, atomul de aur poate fi vizualizat.

Amintiți-vă că numărul de protoni determină identitatea elementului. Aur are 79 de protoni în nucleul său. Pe un tabel periodic, numărul atomic, de obicei numărul situat deasupra simbolului pentru acel element, corespunde numărului de protoni pentru acel element.

Pentru a găsi numărul de neutroni prezenți, localizați masa atomică a acelui element (de obicei situat sub simbol). Aurul are o masă de 197 de unități de masă atomică. Scădeți numărul de protoni din masa atomică. Pentru aur, 197 - 79 = 118. Aurul are 118 neutroni.

Deci, nucleul aurului conține 79 de protoni și 118 neutroni. Neutronii suplimentari reduc repulsia dintre protonii încărcați pozitiv. Forțele nucleare leagă nucleul împreună.

Aur are deasemenea 79 încărcat negativ electroni; acestea vor echilibra cei 79 de protoni încărcați pozitiv. Acești electroni vor exista pe orbitali determinați în jurul nucleului. Fiecare orbital poate conține o anumită cantitate de electroni.

Aurul, în perioada 6 pe tabelul periodic, are șase niveluri de energie. Cei 79 de electroni vor umple orbitalii din aceste niveluri de energie în funcție de cantitatea pe care fiecare orbital o poate deține. De la primul la al șaselea nivel de energie, numărul de electroni care se încadrează în fiecare nivel de energie poate fi calculat folosind 2n², unde n este nivelul de energie.

Folosind 2n² primul nivel de energie, n = 1, este 2 (1)²; sau poate conține 2 electroni. Primele șase niveluri de energie pot conține, respectiv 2, 8, 18, 32, 50 și 72 de electroni. Aurul, fiind o anomalie a umplerii electronilor, va umple nivelurile de la cel mai mic la cel mai înalt nivel de energie, iar numărul de electroni este 2, 8, 18, 32, 18 și 1. O diagramă poate fi creată cu șase cercuri concentrice în jurul unui nucleu și numărul de electroni de mai sus din fiecare inel.