Электронное строение золота

Электронное строение золота связано с его положением в периодической системе: золото — химический элемент с атомным номером 79, символ Au. Это означает, что в нейтральном атоме золота содержится 79 электронов.

Полная электронная конфигурация золота:

Au: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s¹

В сокращённом виде через электронную конфигурацию ксенона:

Au: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

Это и есть основная электронная формула атома золота.

Золото находится в 6-м периоде, 11-й группе побочной подгруппы. Оно относится к d-элементам, поскольку у него заполняется d-подуровень. Однако у золота внешним энергетическим уровнем является шестой уровень, на котором находится один электрон:

6s¹

Предвнешний уровень содержит заполненный d-подуровень:

5d¹⁰

Поэтому электронное строение внешних и предвнешних оболочек золота можно записать так:

5d¹⁰ 6s¹

На первый взгляд может показаться, что у золота должно быть строение 5d⁹ 6s², как можно было бы ожидать по обычному порядку заполнения орбиталей. Но фактически у золота происходит так называемый «провал» одного электрона с 6s-подуровня на 5d-подуровень. Это связано с тем, что полностью заполненный d-подуровень 5d¹⁰ является энергетически более устойчивым состоянием, чем 5d⁹.

То есть вместо ожидаемой конфигурации:

[Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s²

реальная конфигурация золота:

[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

Распределение электронов по энергетическим уровням у золота можно представить так:

2, 8, 18, 32, 18, 1

Это означает:

на первом уровне — 2 электрона,
на втором — 8 электронов,
на третьем — 18 электронов,
на четвёртом — 32 электрона,
на пятом — 18 электронов,
на шестом — 1 электрон.

Именно наличие одного электрона на внешнем уровне сближает золото с другими элементами 11-й группы — медью и серебром. У них также наблюдается конфигурация с одним s-электроном на внешнем уровне и заполненным d-подуровнем:

Cu: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹
Ag: [Kr] 4d¹⁰ 5s¹
Au: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

С точки зрения химических свойств, внешнее электронное строение золота объясняет его возможные степени окисления. Наиболее характерные степени окисления золота:

+1 и +3

Степень окисления +1 связана с потерей внешнего электрона 6s¹. При этом образуется ион:

Au⁺: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰

Степень окисления +3 возникает при участии не только 6s-электрона, но и электронов 5d-подуровня:

Au³⁺: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁸

Электронное строение золота также помогает понять его низкую химическую активность. Заполненный d-подуровень 5d¹⁰ делает атом сравнительно устойчивым. Поэтому золото плохо вступает в реакции с большинством веществ, не окисляется на воздухе и относится к благородным металлам.

Особенность золота ещё и в том, что для него важны релятивистские эффекты. Из-за большого заряда ядра внутренние электроны движутся с очень высокой скоростью, что влияет на энергии орбиталей. В результате 6s-орбиталь сжимается и стабилизируется, а 5d-орбитали участвуют в формировании характерных свойств золота, в том числе его жёлтого цвета и высокой химической устойчивости.

Итак, главное электронное строение золота:

Au: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

или полностью:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s¹

Кратко: атом золота имеет 79 электронов, распределённых по уровням как 2, 8, 18, 32, 18, 1, а его внешняя электронная конфигурация — 5d¹⁰ 6s¹.