Проведите простой эксперимент. Попытайтесь найти в сети размеры атома золота и атома серебра. Скорее всего поисковик предложит вам разные варианты ответа и будет опираться на данные про атомные радиусы. Где-то ответы будут одинаковыми и радиусы золота и серебра будут совпадать, а где-то попеременно будут больше то размер атома серебра, то золота.
Что в итоге правильно и как такое вообще возможно? Как одинаковые атомы могут иметь разные размеры? Какой источник правильный?
Тут всё печально. Мнения о сравнении радиусов атомов золота и серебра могут различаться в зависимости от контекста и точки зрения автора.
На первый взгляд, химическая периодическая система кажется логичной и предсказуемой - чем выше порядковый номер элемента, тем больше его атом. В большинстве случаев это действительно так. Увеличивается число электронных оболочек, и атом растёт. Однако между серебром (Ag, Z=47) и золотом (Au, Z=79) наблюдается интересная и неожиданная аномалия: радиус атома золота оказывается меньше, чем можно было бы ожидать, а иногда сопоставим с радиусом серебра.
По данным «Справочника химика 21», радиус атома серебра действительно больше, чем у меди и золота. Это кажется странным, ведь золото имеет гораздо больший порядковый номер и большее число электронов. С другой стороны, в некоторых источниках приводится мнение, что радиусы атомов серебра и золота практически совпадают. Почему возникает такое несоответствие?
Всё дело в особенностях электронной структуры элементов, расположенных между серебром и золотом в периодической системе.
Главный фактор - так называемый эффект лантаноидного сжатия. После серебра в периодической таблице следуют элементы лантаноидного ряда (от лантана до лютеция, Z=57–71). На протяжении всего этого ряда возрастает заряд ядра, но количество электронных оболочек остаётся практически неизменным. Электроны 4f-оболочек слабо экранируют внешний заряд ядра, из-за чего валентные электроны испытывают усиленное притяжение к ядру.
Когда мы доходим до золота после лантаноидов, атом оказывается «сжатым» по сравнению с ожиданиями на основе чисто периодической логики. Валентные электроны золота находятся ближе к ядру, чем это можно было бы предположить, что делает атом по факту меньше серебра по радиусу. Это явление и является уникальной особенностью тяжёлых элементов третьей группы переходных металлов.
Почему тогда мнения расходятся?
Ну вот, вроде как, всё и разобрали. Каким образом тогда данные в разных справочниках разнятся? Различия в данных о радиусах атомов серебра и золота связаны с тем, как измеряется и определяется радиус. Есть несколько определений:
- Ковалентный радиус — расстояние между центрами двух связанных атомов.
- Металлический радиус — половина расстояния между центрами атомов в кристаллической решётке металла.
- Ван-дер-Ваальсов радиус — учитывает «объём влияния» атома в физическом контакте.
В зависимости от того, какой критерий используется, данные могут различаться. Если учитывать только число электронных оболочек и общее расположение в периодической системе, золото должно быть больше. Но если учитывать лантаноидное сжатие и релятивистские эффекты (тяжёлые ядра притягивают электроны сильнее), золото оказывается меньше или почти равно серебру.
Эта тонкость - не только академический интерес. Она влияет на химию золота и серебра, их электрохимические свойства и проводимость. Например, релятивистские и лантаноидные эффекты определяют, почему золото реагирует иначе с другими металлами и почему его валентные электроны ведут себя тяжеловесно в проводимости и каталитических реакциях. Про проводимость тут особенно интересный момент, я уже готовлю заметку на эту тему и чтобы её не пропустить - подпишитесь на канал. Будет интересно.
Итак, ключевые факторы - эффект лантаноидного сжатия, специфика экранирования электронов и релятивистские эффекты у тяжёлых элементов. Именно поэтому радиус золота может быть меньше, чем ожидалось, а данные разных источников могут расходиться в зависимости от метода измерения и контекста. И да, все правы! А как всегда важны детали.
Подписывайтесь на Telegram моего проекта!
Хочется помочь проекту, но нет возможности купить премиум? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️. Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями