תחמוצת זהב (III) (AU2O3): מבנה, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

תחמוצת הזהב (III) היא תרכובת אורגנית אשר נוסח כימי היא Au ₂ O ₃ . באופן תיאורטי, ניתן היה לצפות כי אופיו יהיה מסוג קוולנטי. עם זאת, לא ניתן לשלול נוכחות של אופי יוני מסוים במוצקה; או מה זהה, נניח שהעדר הקטיון Au ³⁺ יחד עם ה- O ^2- אניון .

זה אולי נראה סותר כי זהב, בהיותו מתכת אצילית, יכול להחליד. בתנאים רגילים, חתיכות זהב (כמו הכוכבים בתמונה למטה) אינם יכולים להתחמצן על ידי מגע עם חמצן באטמוספרה; עם זאת, כאשר הם מוקרנים בקרינה אולטרה סגולה בנוכחות אוזון, O ₃ , התמונה שונה.

כוכבי זהב. מקור: Pexels.

אם היו כפופים לכוכבי זהב לתנאים אלה, הם היו הופכים לצבע חום-אדמדם, האופייני לאו ₂ O ₃ .

שיטות אחרות להשיג תחמוצת זו היו כרוכות בטיפול כימי בכוכבים האמורים; לדוגמה, על ידי המרת מסת הזהב לכלוריד בהתאמה, AuCl ₃ .

ואז, ל- AuCl ₃ , ולשאר מלחי הזהב האפשריים שנוצרו, מתווסף מדיום בסיסי חזק; ועם זה מתקבלת תחמוצת הידרוקסיד או הידרוקסיד Au (OH) ₃ . לבסוף, תרכובת אחרונה זו מיובשת תרמית כדי להשיג Au ₂ O ₃ .

מבנה תחמוצת זהב (III)

מבנה קריסטל של Au2O3. מקור: חומרי מדע

התמונה העליונה מציגה את מבנה הגביש של תחמוצת זהב (III). הסידור של אטומי הזהב והחמצן במוצק מוצג, אם מתחשבים בהם אטומים ניטרליים (מוצק קוולנטי), או יוני (מוצק יוני). באדישות, זה מספיק כדי להסיר או למקם את קישורי Au-O בכל מקרה.

על פי הדימוי, ההנחה היא שהאופי הקוולינטי שולט (מה שיהיה הגיוני). מסיבה זו מוצגים אטומים וקשרים המיוצגים על ידי כדורים וסורגים, בהתאמה. כדוריות הזהב תואמות את אטומי הזהב (Au ^III -O), ואת האדומים עם אטומי החמצן.

אם אתה מסתכל מקרוב, נראה שיש יחידות AuO _4, שמצטרפות אליהם אטומי חמצן. דרך נוספת לדמיין את זה יכולה להיות לשקול שכל Au ³⁺ מוקף בארבעה O ^2- ; כמובן מבחינה יונית.

מבנה זה גבישי מכיוון שהאטומים מסודרים באותה תבנית לטווח ארוך. לפיכך, תא היחידה שלו תואם את המערכת הגבישית הרומבודית (אותה בתמונה העליונה). לכן ניתן לבנות את כל Au ₂ O ₃ אם כל אותם תחומי תא היחידה היו מופצים בחלל.

היבטים אלקטרוניים

זהב הוא מתכת מעבר, והאורביטלים 5d שלו צפויים ליצור אינטראקציה ישירה עם האורביטלים 2p של אטום החמצן. חפיפה זו של האורביטלים שלהם אמורה לייצר תיאורטית להקות הולכה, שהופכות את Au ₂ O ₃ למוליך למחצה מוצק.

לפיכך, המבנה האמיתי של Au ₂ O ₃ מורכב עוד יותר עם זה בחשבון.

לחות

תחמוצת זהב יכולה לשמור על מולקולות מים בתוך הגבישים הרומבודראליים שלה, ומולידה הידרטים. ככל שנוצרים hydrates כאלה, המבנה הופך להיות אמורפי, כלומר לא מופרע.

הנוסחה הכימית להידרטים כאלה יכולה להיות אחת מהפעולות הבאות, שלמעשה אינן מובהקות במלואה: Au ₂ O ₃ ∙ zH ₂ O (z = 1, 2, 3, וכו '), Au (OH) ₃ , או Au _x O _y (OH) _z .

הנוסחה Au (OH) ₃ מייצגת פישוט יתר של ההרכב האמיתי של ההידרטים האמורים. הסיבה לכך היא שבתוך הידרוקסיד מזהב (III), החוקרים מצאו גם נוכחות של Au ₂ O ₃ ; ולכן אין טעם להתייחס אליו בבידוד כאל הידרוקסיד מתכתי "פשוט".

מצד שני, ניתן היה לצפות במבנה אמורפי ממוצק עם הנוסחה Au _x O _y (OH) _z ; מכיוון שזה תלוי במקדמים x, y ו- z, שהווריאציות שלהם היו מולידות כל מיני מבנים שכמעט לא הצליחו להציג דפוס גבישי.

נכסים

מראה חיצוני

זהו מוצק חום-אדמדם.

מסה מולקולרית

441.93 גרם / מול.

צְפִיפוּת

11.34 גרם / מ"ל.

נקודת המסה

נמס ומתפרק בחום של 160 מעלות צלזיוס. לכן, היא חסרת נקודת רתיחה, כך שתחמוצת זה אף פעם לא מרתיחה.

יַצִיבוּת

Au ₂ O ₃ אינו יציב תרמודינמית מכיוון שכאמור בהתחלה, זהב אינו נוטה להתחמצן בתנאי טמפרטורה רגילים. כך שהוא מופחת בקלות להפוך שוב לזהב האצילי.

ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך התגובה מהירה יותר, הידועה כפירוק תרמי, מהירה יותר. לפיכך, Au ₂ O ₃ בטמפרטורה של 160 מעלות צלזיוס מתפרק לייצור זהב מתכתי ומשחרר חמצן מולקולרי:

2 Au ₂ O ₃ => 4 Au + 3 O ₂

תגובה דומה מאוד יכולה להופיע עם תרכובות אחרות המקדמות את ההפחתה האמורה. מדוע צמצום? כי זהב מחזיר לעצמו את האלקטרונים שהחמצן לקח ממנו; וזה כמו לומר שהוא מאבד קשרים עם חמצן.

מְסִיסוּת

זה מסיס במים מוצק. עם זאת, היא מסיסה בחומצה הידרוכלורית ובחומצה החנקתית, כתוצאה מהיווצרות כלוריד זהב וחנקות.

מִנוּחַ

תחמוצת זהב (III) הוא השם שנשלט על ידי שמות המניות. דרכים אחרות להזכיר זאת הן:

Nomenclature מסורתית: תחמוצת אורית, מכיוון שהערך 3+ הוא הגבוה ביותר לזהב.

Nomenclature מערכתית: דירו טריוקסיד.

יישומים

מכתים בזכוכית

אחד השימושים הבולטים שבהם הוא לתת לחומרים מסוימים צבע אדמדם, כמו זכוכית, כמו גם לתת להם תכונות מסוימות הטמונות באטומי זהב.

סינתזה של aurates וזהב מלא

אם Au ₂ O _{3 מתווסף} למדיום בו הוא מסיס, ובנוכחות מתכות, ערימות יכולות לזרז לאחר הוספת בסיס חזק; המורכבים מאוניוני AuO ₄ ^- בחברת קטיוני מתכת.

באופן דומה, Au ₂ O ₃ מגיב עם אמוניה ליצירת תרכובת הזהב המשובשת, Au ₂ O ₃ (NH ₃ ) ₄ . שמו נובע מהעובדה שהוא נפץ ביותר.

טיפול במוני-שכבה שהרכבה עצמית

תרכובות מסוימות, כמו דיאלקיל דיסולפידים, RSSR, אינן נספגות באותה צורה על זהב ותחמוצת שלה. כאשר מתרחשת ספיחה זו, נוצר קשר Au-S באופן ספונטני, כאשר אטום הגופרית מציג ומגדיר את המאפיינים הכימיים של המשטח האמור בהתאם לקבוצה הפונקציונלית שאליה הוא מחובר.

לא ניתן להוסיף מודעות RSSR ב- Au ₂ O ₃ , אך הן יכולות להיות על זהב מתכתי. לכן, על ידי שינוי פני השטח של הזהב ומידת החמצון שלו, כמו גם גודל החלקיקים או השכבות של Au ₂ O ₃ , ניתן לעצב משטח הטרוגני יותר.

משטח Au ₂ O ₃ -AuSR מקיים אינטראקציה עם תחמוצות המתכת של מכשירים אלקטרוניים מסוימים, ובכך מפתח משטחים חכמים עתידיים יותר.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). תחמוצת זהב (III). התאושש מ: en.wikipedia.org
2. ניסוח כימי. (2018). תחמוצת זהב (III). התאושש מ: formulacionquimica.com
3. ד. מיכוד. (2016, 24 באוקטובר). חלודה מזהב. מטלורגיסט 911. התאושש מ: 911metallurgist.com
4. שי, ר. אסאהי, ו- C. Stampfl. (2007). מאפייני תחמוצות הזהב Au ₂ O ₃ ו- Au ₂ O: חקירת העקרונות הראשונים. החברה הפיזיקלית האמריקאית.
5. קוק, קווין מ '(2013). תחמוצת זהב כשכבת מיסוך לכימיה שטחית-סלקטיבית. עבודות ותזה. נייר 1460.