Физические свойства простых веществ. Металлы 11 группы кристаллизуются в гранецентрированной кубической упаковке (табл

Металлы 11 группы кристаллизуются в гранецентрированной кубической упаковке (табл. 7.3), благодаря чему способны образовывать между собой твердые растворы замещения (Рис. 7.5. Диаграмма состояния системы золото-серебро). Наличие полностью заполненных d-орбиталях приводит к заметному ослаблению ковалентной составляющей химической связи и уменьшению энергии атомизации по сравнению с элементами 10-ой группы. В результате понижаются температуры и энтальпии плавления и кипения, уменьшается плотность. Чистые медь, серебро и золото характеризуются высокой мягкостью, ковкостью, пластичностью, они легко вытягиваются в проволоку. Один грамм золота можно механически превратить в пластину площадью 1 м² и толщиной 230 атомов, а из одного грамма серебра вытянуть проволоку длиной 165 м и диаметром 20 мкм. Медь, серебро и золото имеют высокую тепло- и электропроводность, однако надо иметь в виду, что наличие примесей негативно сказывается на этих свойствах. Так, техническая медь с содержанием 0,013% О, 0.024% Al и 0,55% Sb обладает в три раза меньшей электропроводностью, чем чистая медь. Свинец и висмут резко уменьшают пластичность металлов. Электропроводность или обратная ей величина удельное сопротивление, теплопроводность и оптические свойства металлов обучловлены их зонной структурой, в формирование которйо вносят вклад d-,s- и р-атомные орбитали металлов. Зона проводимости сформирована s- и p-орбиталями, ниже нее находится d-зона, целиком заполненная электронами. Электроны проводимости обуславливают низкое удельное сопротивление и высокие электро- и теплопроводность.

Красивая, но неодинаковая окраска металлов – розово-красная у меди, серебристо-белая у серебра и золотисто-желтая у золота – обусловлена разной энергией перехода электронов из заполненной d-зоны в зону проводимости, то есть переходами (n-1)d¹⁰ns¹ ® (n-1)d⁹ns² (таблица 7.3). Для меди эта величина соответствует поглощению в зеленой и голубой области видимого спектра, для золота в сине-фиолетовой, а для серебра – в ближнем ультрафиолете, что и объясняет появление окраски у меди и золота. Легкость переходов между (n-1)d и ns зонами резко уменьшается при переходе от меди к серебру, что объясняется значительным ростом атомного радиуса и уменьшанием первой энергии ионизации. При переходе от серебра к золоту атомный радиус практически не меняется, а заряд ядра и энергия ионизации возрастают - это приводит к сближению энергий (n-1)d и ns подуровней, переходы между ними внось становятся возможными. Следствием этого является возникновение окраски. Интересно, что аналогичные переходы с очень низкой вероятностью наблюдаются и у серебра, о чем свидетельствует тот факт, что луч белого света, многокрасно отраженный от двух серебряных пластин, располоденных параллельно дург другу, приобретает бледно-желтую окраску (A.H. Guerriero, H.J. Fasoli, J.L. Costa, Journ. Chem. Educ., 1999, 76, 200).

Таблица 7.3.

Свойства простых веществ 11-ой группы.

Расплаленные золото и серебро способны растворять значительное количество кислорода, который выделяется при затвердевании металлов, часто вызывая их разбрызгивание.

Медь, серебро и золото образуют коллоидные растворы. При восстановлении раствора сульфата меди (II) дитионитом Na₂S₂O₄ образуется красный коллоидный раствор, который через некоторое время самопроизвольно коагулирует. Коллоиды серебра и золота гораздо более устойчивы и могут сохраняться десятилетиями. Цвет коллоидных растворов золота в зависимости от размера частиц бывает зеленым, желтым, красным, синим, фиолетовым и даже черным. Коллоидные частицы золота придают красную окраску стеклу (рубиновые стекла). Выпадение красно-фиолетового осадка оловянной кислоты, окрашенной коллоидными частицами золота («кассиев пурпур») наблюдал А. Кассий в 1685 году при добавлении разбавленного раствора хлористого олова к сильно разведенному раствору трихлорида золота. Образование этого осадка – чувствительная проба на золото. Восстановление золотохлористоводородной кислоты с образованием коллоидного раствора осуществляют действием различных восстановителей, например, лимонной кислоты, а также ультразвуком. Показано, что в коллоидных растворах золота присутствуют частицы двух типов (Рис. 7.6. Частицы в коллоидных растворах золота) – большие тригональные кластеры размером 2000 – 10000 нм и меньшего размера (1000 – 4000 нм) в форме десятигранников, напоминающих двояковыпуклую пятиконечную звезду (D.G. Duff, A.C. Curtis, P.E. Edwards, et al, Angew. Chem., Intern. Ed. Engl., 1987, 26, 676).