Wetenschapsforum

Hey allemaal, 
 
Ik moest vandaag iets op zoeken in het periodiek systeem dus ik keek in mijn tabelletje en zag toevallig dat goud, koper en zilver op één kollom staan. 
Nu weet ik natuurlijk dat Goud edel is, en dat zilver edel is en koper is maar half edel. Nu zette me dat aan het denken; waarom reageren deze 3 zo slecht en waarom koper dan wel. Dus ik ben begonnen met het uitschrijven van de orbitalen, deze zijn als voglt:
 
Koper: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d9  (Hier valt me op dat de 3D orbitaal één elektron mist en wordt ingekapselt door de s orbitaal in de 4e schil)
Zilver: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d9 (Dit atoom s dus bijna exact hetzelfde als koper, echter schuift alles één schil op. Hier kom ik later op terug)
goud: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d9 (Een f orbitaal vormt zich en werkt zich er tussen maar dat heeft verder geen duidelijke invloed in mijn ogen)
 
Dus wat duidelijk wordt is dat ze allemaal een incomplete d orbitaal hebben die ingekapseld worden door één enkele s orbitaal. 
 
Als ik nu verder denk dan kom ik er op dat het waarschijnlijk niet zo veel energie kost om een elektron uit de d orbitaal te trekken (tenzij ik iets mis) dus dat zou betekenen dat er iets anders gebeurt. Verder beredeneren vertelt mij dat de s orbitaal de meest beschikbare is dus wellicht dat hier een elektron uit getrokken wordt wat ervoor zou zorgen dat de overgebleven elektron over springt naar de incomplete D orbitaal echter is dit allemaal speculatie. Het zou wel kloppen met de observering dat de orbitalen steeds groter worden en dus meer energie nodig zullen hebben en dus moeilijker zullen reageren.
 
Enige verheldering op wat er nu precies (niet) gebeurt zou erg prettig zijn!
 
Tl;dr: Ik vraag me af waarom goud nu precies zo slecht reageert en ben op zoek naar een verklaring.
 
Alvast bedankt!

Om te beginnen, maar dat staat redelijk los van de vraag, klopt de vulling van de orbitalen niet. Koper is [Ar] 4s¹ 3d¹⁰, zilver is [Kr] 5s¹ 4d¹⁰ en goud is [Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d¹⁰
Het Aufbau-principe wordt hier dus niet strikt gevolgd, ten gunste van het verkrijgen van een volle d-schil.
 
Maar, zoals gezegd staat dit los van het antwoord op je vraag.
 
Het antwoord is dat de redenering over ionisatie en energieën van orbitalen niet zo relevant is. De ionisatie-energie en de ligging van deze energieniveaus gelden voor een los atoom in de gasfase. Bij het metaal goud gaat het echter over atomen in de vaste toestand, omringd door andere atomen.
 
Bovendien gaat het niet enkel om ionisatie, maar om het hele proces waarin ook de vorming van het tegenion en de vorming van de binding een rol speelt.
 
In feite is dat laatste een van de belangrijkste zaken. Bij de vorming van een zout komt energie vrij door de vorming van het rooster waar de positieve en negatieve ionen in zitten. Die vrijkomende energie (roosterenergie) drijft voor een groot deel de betreffende reactie. Sterker nog, zonder die roosterenergie zou de vorming van zouten uit de elementen waar ze uit bestaan absoluut ongunstig zijn.
 
Bij de vorming van NaCl is het makkelijk: het verdampen van natrium kost weinig energie, het ioniseren van natriumatomen in de gasfase ook niet. Chloorgas splitst makkelijk in chlooratomen, en wanneer die een elektron opnemen komt daarbij energie vrij. Vervolgens is het makkelijk om een rooster te vormen, en aangezien Na⁺ en Cl^- niet zulke grote ionen zijn, zitten de ladingen dicht bij elkaar, wat een grote roosterenergie geeft.
 
Al met al een reactie die zeer gunstig is om te laten verlopen.
 
Kijken we nu naar goud, en de hypothetische reactie met zuurstof. Eerst moet goud verdampen. Goud is een zwaar element en verdampt dus moeilijker. Vervolgens moet je goud ioniseren, zuurstof ioniseren en een rooster maken. Goud-ionen (Au⁺ of Au³⁺) hebben echter een heel andere grootte dan zuurstof-ionen, wat het lastig maakt om een passend rooster te vormen. Bovendien zitten door de grootte van Au de ladingen verder van elkaar verwijderd, wat de stabiliteit van het rooster niet ten goede komt. De roosterenergie is dus laag, en daarmee de drijvende kracht voor de reactie ook.
 
Los hiervan zijn er nog wat (moeilijk uit te leggen) relativistische effecten die ervoor zorgen dat de ionisatie-energie van goud groter is dan je op grond van andere trends zou voorspellen.
 
 
Voor de goede orde: Het is niet zo dat grote atomen per se moeilijk een rooster vormen en daardoor edele metalen zouden opleveren. Voor goud echter leidt de combinatie van relativistische effecten, de binding aan hun buren in het metaalrooster en de grootte van de onstane ionen tot een situatie waarin het gunstiger is niet te reageren.