Atomstruktur av guld

Guld var den första metallen som var allmänt känd för människor, eftersom den finns i sitt naturliga tillstånd och kan hittas som gula klumpar i flodbäddar. Egyptierna började bryta guld 2000 år f.v.t. I århundraden försökte alkemister göra andra metaller, som bly eller koppar, till guld. Om alkemisterna förstod den kemiska reaktiviteten och den atomära strukturen i guld skulle de ha förstått att deras ansträngningar var meningslösa.

Guld är en övergångsmetall i grupp 11, period 6 på det periodiska systemet. Dess namn är från det gamla engelska ordet, geolo (gul), men dess symbol, Au, är från det latinska ordet för guld, aurum.

Trots alkemisternas många ansträngningar misslyckades deras experiment. Guld är relativt oreaktiva. Det kommer att lösas upp i en blandning av salpetersyra och saltsyra, en lösning som kallas aqua regia. (Historisk anmärkning: Flera nobelprisvinnande forskare löste upp sina medaljer i vattenregioner för att undvika konfiskering under nazistregimen).

För att förstå guldatomstrukturen behövs en allmän förståelse av atomstrukturen. I början av 1900-talet föreslog den danska forskaren Niels Bohr en enkel modell för strukturen av atomer som är lämplig för att visualisera guldatommets struktur. (Historisk anmärkning: Niels Bohr gömde Nobel-metallerna i guld i sitt laboratorium under andra världskriget.)

I allmänna termer, a kärna är den positivt laddade centrum för en atom innehållande protoner och neutroner. Protonerna och neutronerna kallas kollektivt nukleoner. Den tredje huvudsubatomiska partikeln hos en atom, elektroner, ligger utanför kärnan.

A proton är en subatomär partikel med en massa av 1,67 x 10^-24 gram, definierad som 1 atommasseenhet och har en positiv laddning, +1. Det är antalet protoner i kärnan som definierar elementet; till exempel kommer ett element med två protoner att vara helium. När antalet protoner förändras i kärnan, blir elementidentitet ändringar.

A neutron är en subatomär partikel med en massa 1,67 x 10^-24 gram, definierad som 1 atommasseenhet och har en neutral laddning. Eftersom antalet neutroner förändras inom kärnan förblir elementets identitet densamma. En förändring av antalet neutroner i kärnan betecknar en isotop av samma element.

Elektroner är utanför kärnan och har en negativ laddning, –1. Deras massa är så liten att den anses vara försumbar.

Niels Bohr föreslog att elektroner färdas runt utsidan av kärnan i banor som kallas banor. Bohr postulerade att dessa orbitaler inte är slumpmässiga, och dessa bestämda nivåer anger hur långt från kärnelektronerna finns.

Med en grundläggande förståelse av atomstrukturen kan guldatomen visualiseras.

Kom ihåg att antalet protoner bestämmer elementets identitet. Guld har 79 protoner i sin kärna. På ett periodiskt system motsvarar atomnumret, vanligtvis numret ovanför symbolen för det elementet, antalet protoner för det elementet.

För att hitta antalet neutroner som finns, lokalisera atommassan för det elementet (vanligtvis under symbolen). Guld har en massa av 197 atommasseenheter. Subtrahera antalet protoner från atommassan. För guld, 197 - 79 = 118. Guld har 118 neutroner.

Guldens kärna innehåller då 79 protoner och 118 neutroner. De ytterligare neutronerna minskar avstötningen mellan de positivt laddade protonerna. Kärnkrafterna binder samman kärnan.

Guld har också 79 negativt laddad elektroner; dessa kommer att balansera de 79 positivt laddade protonerna. Dessa elektroner kommer att finnas i bestämda orbitaler runt kärnan. Varje omlopp kan rymma en viss mängd elektroner.

Guld, i period 6 på det periodiska systemet, har sex energinivåer. De 79 elektronerna kommer att fylla orbitalerna i dessa energinivåer enligt mängden varje orbital kan hålla. Från den första till den sjätte energinivån kan antalet elektroner som passar in i varje energinivå beräknas med 2n², där n är energinivån.

Använda 2n² den första energinivån, n = 1, är 2 (1)²; eller den kan rymma 2 elektroner. De första sex energinivåerna kan innehålla 2, 8, 18, 32, 50 respektive 72 elektroner. Guld, som är en anomali mot elektronfyllning, kommer att fylla nivåer från lägsta till högsta energinivå, och antalet elektroner är 2, 8, 18, 32, 18 och 1. Ett diagram kan skapas med sex koncentriska cirklar runt en kärna och ovanstående antal elektroner i varje ring.