โครงสร้างอะตอมของทองคำ

ทองคำเป็นโลหะชนิดแรกที่มนุษย์รู้จักกันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีอยู่ในสภาพธรรมชาติและสามารถพบได้ในหินนักเก็ตสีเหลืองในก้นแม่น้ำ ชาวอียิปต์เริ่มขุดทองใน 2,000 ปีก่อนคริสตศักราช นักเล่นแร่แปรธาตุพยายามเปลี่ยนโลหะอื่นๆ เช่น ตะกั่วหรือทองแดงเป็นทองคำเป็นเวลาหลายศตวรรษ หากนักเล่นแร่แปรธาตุเข้าใจปฏิกิริยาเคมีและโครงสร้างอะตอมของทองคำ พวกเขาจะเข้าใจว่าความพยายามของพวกเขานั้นไร้ประโยชน์

ทองคำเป็นโลหะทรานซิชันในกลุ่มที่ 11 ระยะที่ 6 ในตารางธาตุ ชื่อมาจากคำภาษาอังกฤษโบราณ geolo (สีเหลือง) แต่เป็น สัญลักษณ์ Au, มาจากคำภาษาละติน แปลว่า ทอง ออรัม

แม้จะมีความพยายามมากมายของนักเล่นแร่แปรธาตุ การทดลองของพวกเขาล้มเหลว ทองค่อนข้าง ไม่มีปฏิกิริยา. มันจะละลายในส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งเป็นสารละลายที่เรียกว่า aqua regia (บันทึกประวัติศาสตร์: นักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลหลายคนได้ละลายเหรียญของพวกเขาในน้ำกัดเซาะเพื่อหลีกเลี่ยงการริบภายใต้ระบอบนาซี)

เพื่อให้เข้าใจโครงสร้างอะตอมของทองคำ จำเป็นต้องมีความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอม ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Niels Bohr ได้เสนอแบบจำลองง่ายๆ สำหรับโครงสร้างของอะตอมที่เหมาะสมกับการมองเห็นโครงสร้างอะตอมของทองคำ (บันทึกทางประวัติศาสตร์: Niels Bohr ซ่อนโลหะโนเบลทองคำที่ละลายในห้องปฏิบัติการของเขาในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง)

โดยทั่วไปแล้ว a นิวเคลียส เป็นประจุบวก ศูนย์กลางของอะตอม ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนและนิวตรอนเรียกรวมกันว่านิวคลีออน อนุภาคย่อยหลักที่สามของอะตอมคืออิเล็กตรอนตั้งอยู่นอกนิวเคลียส

อา โปรตอน เป็นอนุภาคย่อยที่มีมวล 1.67 x 10^-24 กรัม หมายถึง 1 หน่วยมวลอะตอม และมีประจุบวก +1 เป็นจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสที่กำหนดธาตุ ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบที่มีโปรตอนสองตัวจะเป็นฮีเลียม เมื่อจำนวนโปรตอนเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียส เอกลักษณ์ขององค์ประกอบ การเปลี่ยนแปลง

อา นิวตรอน เป็นอนุภาคย่อยที่มีมวล 1.67 x 10^-24 กรัม หมายถึง 1 หน่วยมวลอะตอม และมีประจุเป็นกลาง เมื่อจำนวนนิวตรอนเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส เอกลักษณ์ของธาตุยังคงเหมือนเดิม การเปลี่ยนแปลงจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสแสดงถึงไอโซโทปของธาตุเดียวกัน

อิเล็กตรอน อยู่นอกนิวเคลียสและมีประจุลบ –1 มวลของมันมีขนาดเล็กมากจนถือว่าเล็กน้อย

Niels Bohr เสนอว่าอิเล็กตรอนเดินทางรอบนอกนิวเคลียสในเส้นทางที่เรียกว่าวงโคจร บอร์ตั้งสมมติฐานว่าออร์บิทัลเหล่านี้ไม่ใช่การสุ่ม และระดับที่กำหนดเหล่านี้แสดงว่าพบนิวเคลียสอิเล็กตรอนได้ไกลแค่ไหน

ด้วยความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอม อะตอมของทองคำอาจถูกมองเห็นได้

จำไว้ว่าจำนวนโปรตอนเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ของธาตุ ทอง มี 79 โปรตอน ในนิวเคลียสของมัน ในตารางธาตุ เลขอะตอม ซึ่งมักจะเป็นตัวเลขที่อยู่เหนือสัญลักษณ์ของธาตุนั้น จะสัมพันธ์กับจำนวนโปรตอนของธาตุนั้น

ในการหาจำนวนนิวตรอน ให้หามวลอะตอมของธาตุนั้น (ปกติจะอยู่ใต้สัญลักษณ์) ทองมีมวล 197 หน่วยมวลอะตอม ลบจำนวนโปรตอนออกจากมวลอะตอม สำหรับทองคำ 197 – 79 = 118 ทองมี 118 นิวตรอน.

นิวเคลียสของทองคำประกอบด้วยโปรตอน 79 ตัวและนิวตรอน 118 ตัว นิวตรอนเพิ่มเติมจะลดแรงผลักระหว่างโปรตอนที่มีประจุบวก แรงนิวเคลียร์ผูกนิวเคลียสเข้าด้วยกัน

ทอง ก็มี 79 ประจุลบ อิเล็กตรอน; สิ่งเหล่านี้จะทำให้สมดุลโปรตอนที่มีประจุบวก 79 ตัว อิเล็กตรอนเหล่านี้จะอยู่ในวงโคจรที่กำหนดรอบนิวเคลียส แต่ละออร์บิทัลสามารถเก็บอิเลคตรอนได้จำนวนหนึ่ง

ทองคำในงวดที่ 6 ในตารางธาตุมี หกระดับพลังงาน. อิเล็กตรอน 79 ตัวจะเติมออร์บิทัลในระดับพลังงานเหล่านี้ตามปริมาณที่แต่ละออร์บิทัลสามารถเก็บได้ จากระดับพลังงานที่หนึ่งถึงระดับที่หก จำนวนอิเล็กตรอนที่เหมาะสมในแต่ละระดับพลังงานอาจคำนวณโดยใช้2n²โดยที่ n คือระดับพลังงาน

ใช้2n² ระดับพลังงานแรก n = 1 คือ 2(1)²; หรือจะเก็บอิเลคตรอนได้ 2 ตัว ระดับพลังงานหกระดับแรกสามารถเก็บอิเลคตรอนได้ 2, 8, 18, 32, 50 และ 72 อิเล็กตรอนตามลำดับ ทองคำเป็นความผิดปกติในการเติมอิเล็กตรอน จะเติมระดับจากระดับพลังงานต่ำสุดไปสูงสุด และจำนวนอิเล็กตรอนคือ 2, 8, 18, 32, 18 และ 1 อาจสร้างไดอะแกรมโดยมีวงกลมศูนย์กลาง 6 วงรอบนิวเคลียส และจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละวงข้างต้น