چرا طلا و مس رنگی هستند، اما نقره چنین نیست؟

چرا طلا و مس رنگی هستند، اما نقره چنین نیست؟

به خوبی مشخص شده است که ۸۰ درصد عنصرهای شیمیایی فلز هستند. همه فلزها پس از پرداخت، به سبب بازتاب فوتون ها به وسیله ی الکترون های لایه ی بیرونی تشکیل دهنده ی پیوندهای فلزی می درخشند. نور سفید بدون جذب یا تغییر رنگی نسبت به چشم غیر مسلح، از سطح بیش تر فلزها منعکس می شود. اما طلا و مس زرد هستند. زیرا آن ها فوتون های « آبی» و « سرخ» را از طریق انتقال الکترون بین لایه های فرعی بیرونی جذب می کنند.

d ۹ (۱- n)ns۲ ↔ d۱۰(۱- n)ns۱

پرسش بعدی این است که چرا نقره با همان آرایش الکترونی خارجی مشابه طلا و مس (گروه IIB و IIIB) زرد نیست؟ پاسخ با در نظر گرفتن شعاع اتمی، انرژی یونش و بار هسته ساده است.

	Cu	Ag	Au
شعاع اتمی (pm)	۱۱۷/۳	۱۳۳/۹	۱۳۳/۶
نخستین انرژی یونش (ev)	۷/۷۲۵	۷/۵۷۶	۹/۲۲
دومین انرژی یونش(ev)	۲۰/۲۹	۲۱/۴۸	۲۰/۵۲
بار هسته	۲۵	۲۵	۵۹

شعاع اتمی نقره pm ۱۶/۶از مس بزرگتر است که باعث اختلاف بیش تر بین لایه های s و d است که برای کاستن از احتمال انتقال s۲ d۹ ↔ s۱d۱۰ کافی است. ابن نکته با انرژی نخستین یونش تاًیید می شود. از آن جا که انرژی نخستین یونش نقره کم تر است، حقیقت آسان تر کنده شدن الکترون بیرونی نسبت به مس ، تاًیید می شود. اتم های نقره با بار هسته ی بزرگ تر (۳۵ در برابر ۲۵) شعاع اتمی بزرگتری هم دارند (pm ۱۶/۶= Δr ) و اختلاف بین لایه های فرعی بیرونی ( هم از نظر انرژی و هم از نظر فاصله) بیش از اندازه بزرگ است که آزادانه اجازه ی انتقال d ↔ s را بدهد. به هر حال، فاصله آنقدر زیاد نیست که کاملاً از انتقال جلوگیری کند. پس از چند بار بازتاب بر روی دو آینه ی نقره ای موازی، نور سفید به زرد کم رنگ تبدیل می شود.

اکنون با یک مسئله ی غیر منتظره روبه رو هستیم: چرا طلا زرد است؟ با پیروی از همین شیوه ی استدلال، اگر طلا اتم های بزرگ تری می داشت، بی رنگ می بود. اما اتم طلا بزرگ تر از نقره نیست. شعاع اتمی نقره و طلا به دلیل انقباض لانتانیدی عملاً یکسان است و با مقایسه ی انرژی های یونش می بینیم که انرژی یونش طلا (ev ۹/۲۲) حدود بیست درصد از انرژی یونش نقره (ev ۷/۵۷) بیش تر است. زیرا طلا بار هسته ی بزرگتری دارد (۵۶ در برابر ۳۵ ) در حالی که شعاع اتمی آن ها تقریباً یکسان است. بنابراین لایه های فرعی s و d برای انتقال لازم به اندازه ی کافی به یکدیگر نزدیک هستند. در نتیجه، همانند مس احتمال انتقال بین لایه های فرعی وجود دارد و طلا به این علت زرد رنگ است. اکنون می توانیم شرایط لازم برای زرد بودن یک فلز مانند طلا و مس را بفهمیم:

۱ـ داشتن آرایش الکترونی بیرونی مناسب s۲ d۹ ↔ s۱d۱۰

۲ـ نزدیک بودن لایه های فرعی s و d برای انتقال s۱d۱۰ ↔ s۲d۹ به میزان چشم گیر ( Au ، Cu).

برعکس، همه ی فلزهای دیگر درخشش نقره ای دارند و برای چشم غیرمسلح بی رنگ هستند. زیرا دارای آرایش الکترونی بیرونی لازم و احتمال انتقال برای رنگی بودن نیستند.

در زمینه ی پدیده های نسبیتی کارهای زیادی روی ویژگی های فلزها انجام داده اند. به هر حال، پرسش نهایی هنوز باقی می ماند: آیا فلزها ( به جز طلا و مس) واقعاً بی رنگ هستند؟ رنگ های مختلفی گزارش شده اند، مانند زرد برای نقره و آبی برای اُسمیم. با بررسی های دقیق تر چه چیزهایی روشن خواهد شد؟ از چند لایه ی اتمی باید گذشت تا رنگ مشخصی تولید شود؟ در باره ی اثر اتم ها، حفره ها و ناخالصی ها چطور؟ اما این داستان دیگری است و خوشحال خواهیم شد، اگر پرسش های ما مقدمه ای بر آغاز گسترده ی پژوهش در این زمینه باشند.

منبع: مجله رشد آموزش شیمی

چرا طلا و مس رنگی هستند، اما نقره چنین نیست؟

مطالب مشابه :

چرا طلا و مس رنگی هستند، اما نقره چنین نیست؟

دانش آموزان: چرا تقلب؟!

طرح درس شیمی اول

طرح درس

بارم بندي درس شيمي سال چهارم(پيش دانشگاهي)90

چرا آنزیم های لیزوزومی غشاء لیزوزوم را تجزیه نمی کنند؟

مهر90

دعوت از مدیران....

برگزاری دوره آموزشی