Tlenek złota (III) (Au2O3): struktura, właściwości, nazewnictwo i zastosowania

Tlenek złota (III) jest związkiem nieorganicznym, którego wzór chemiczny to Au 2 O 3 . Teoretycznie można by oczekiwać, że jego natura będzie typu kowalencyjnego. Jednak obecności pewnego charakteru jonowego w jego stałej nie można całkowicie odrzucić; lub to samo, zakładamy brak kationu Au3 + obok anionu O2-.

Może wydawać się sprzeczne, że złoto, będące metalem szlachetnym, może rdzewieć. W normalnych warunkach kawałki złota (jak gwiazdy na obrazku poniżej) nie mogą zostać utlenione przez kontakt z tlenem w atmosferze; jednak po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym w obecności ozonu, O 3, obraz jest inny.

Gdyby złote gwiazdy zostały poddane tym warunkom, zamieniłyby się w czerwono-brązowy charakterystyczny dla Au 2 O 3 .

Inne metody otrzymywania tego tlenku wymagałyby obróbki chemicznej wspomnianych gwiazd; na przykład przekształcenie masy złota w odpowiedni chlorek, AuCl 3 .

Następnie, do AuCl 3, i reszty możliwych soli złota, dodaje się silne środowisko zasadowe; dzięki temu otrzymuje się uwodniony tlenek lub wodorotlenek Au (OH) 3 . Wreszcie ten ostatni związek jest odwodniony termicznie, aby uzyskać Au2O3.

Struktura tlenku złota (III)

Struktura krystaliczna tlenku złota (III) jest pokazana na górnym obrazie. Pokazano rozmieszczenie atomów złota i tlenu w ciele stałym jako atomy obojętne (ciało kowalencyjne) lub jako jony (ciało stałe jonowe). Niewyraźnie wystarczy wyeliminować lub umieścić linki Au-O w każdym przypadku.

Zgodnie z obrazem zakłada się, że dominuje charakter kowalencyjny (co byłoby logiczne). Z tego powodu reprezentowane atomy i wiązania są pokazane odpowiednio za pomocą kulek i słupków. Złote kule odpowiadają atomom złota (AuIII-O), a czerwonawym atomom tlenu.

Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że istnieją jednostki AuO 4, które są połączone atomami tlenu. Innym sposobem wizualizacji byłoby rozważenie, że każde Au3 + jest otoczone czterema O2-; Oczywiście z perspektywy jonowej.

Ta struktura jest krystaliczna, ponieważ atomy są uporządkowane według tego samego wzoru dalekiego zasięgu. Zatem jego jednolita komórka odpowiada romboedrycznemu układowi kryształów (tak samo jak na górnym obrazie). Dlatego wszystkie Au 2 O 3 mogłyby zostać skonstruowane, gdyby wszystkie te sfery komórki elementarnej były rozmieszczone w przestrzeni.

Aspekty elektroniczne

Złoto jest metalem przejściowym i należy oczekiwać, że jego 5d orbitale oddziałują bezpośrednio z orbitalami 2p atomu tlenu. Te nakładanie się ich orbitali teoretycznie musi generować pasma przewodzenia, które przekształcą Au 2 O 3 w stały półprzewodnik.

W związku z tym prawdziwa struktura Au 2 O 3 jest jeszcze bardziej złożona.

Hydratuje

Tlenek złota może zatrzymywać cząsteczki wody w swoich romboedrycznych kryształach, co powoduje powstawanie hydratów. Gdy powstają takie hydraty, struktura staje się bezpostaciowa, to znaczy nieuporządkowana.

Wzór chemiczny dla takich hydratów może być dowolnym z poniższych, które w rzeczywistości nie są głęboko oczyszczone: Au 2 O 3 H zH 2 O (z = 1, 2, 3 itd.), Au (OH) 3, lub Au x O y (OH) z .

Wzór Au (OH) 3 reprezentuje nadmierne uproszczenie prawdziwego składu wspomnianych hydratów. Wynika to z faktu, że wewnątrz wodorotlenku złota (III) naukowcy odkryli również obecność Au 2 O 3 ; dlatego sensowne jest traktowanie go w izolacji jako „prostego” wodorotlenku metalu przejściowego.

Z drugiej strony, z ciała stałego o wzorze Au x O i (OH) z można oczekiwać struktury amorficznej; ponieważ zależy to od współczynników x, y i z, których zmiany doprowadziłyby do powstania wszystkich rodzajów struktur, które z trudem mogłyby wykazywać krystaliczny wzór.

Właściwości

Wygląd fizyczny

Jest to czerwonawo-brązowe ciało stałe.

Masa cząsteczkowa

441, 93 g / mol.

Gęstość

11, 34 g / ml.

Temperatura topnienia

Topi się i rozkłada w 160ºC. W związku z tym brakuje mu temperatury wrzenia, więc tlenek ten nigdy nie osiąga temperatury wrzenia.

Stabilność

Au2O3 jest niestabilny termodynamicznie, ponieważ, jak wspomniano na początku, złoto nie ma tendencji do utleniania w normalnych warunkach temperaturowych. Więc łatwo można go zredukować, by stać się znów szlachetnym złotem.

Im wyższa temperatura, tym szybsza reakcja, znana jako rozkład termiczny. Tak więc Au 2 O 3 w 160 ° C rozkłada się, tworząc metaliczne złoto i uwalniając tlen cząsteczkowy:

2 Au 2 O 3 => 4 Au + 3 O 2

Bardzo podobna reakcja może wystąpić w przypadku innych związków, które sprzyjają wspomnianej redukcji. Dlaczego redukcja? Ponieważ złoto powraca, aby uzyskać elektrony, które odebrał mu tlen; co jest tym samym, co stwierdzenie, że traci powiązania z tlenem.

Rozpuszczalność

Jest to ciało stałe nierozpuszczalne w wodzie. Jest jednak rozpuszczalny w kwasie chlorowodorowym i kwasie azotowym z powodu tworzenia się chlorków złota i azotanów.

Nomenklatura

Tlenek złota (III) to nazwa podlegająca nomenklaturze zapasów. Inne sposoby, by o tym wspomnieć, to:

-Nomenklatura normalna: tlenek mocznika, ponieważ wartościowość 3+ jest najwyższa dla złota.

- Systematyczne nazewnictwo: trójtlenek dioro.

Używa

Kolorowanie okularów

Jednym z najbardziej znaczących zastosowań jest zapewnienie czerwonawych kolorów niektórym materiałom, takim jak okulary, a także nadanie pewnych właściwości właściwych atomom złota.

Synteza auratów i piorunującego złota

Jeśli Au 2 O 3 jest dodawany do ośrodka, w którym jest rozpuszczalny iw obecności metali, aurany mogą wytrącać się po dodaniu mocnej zasady; które są tworzone przez AuO 4 - w towarzystwie kationów metalicznych.

Ponadto Au 2 O 3 reaguje z amoniakiem, tworząc piorunujący związek złota, Au 2 O 3 (NH 3 ) 4 . Jego nazwa wynika z faktu, że jest wysoce wybuchowy.

Obsługa samoorganizujących się monowarstw

Na złocie i jego tlenku pewne związki, takie jak disulfidy dialkilowe, RSSR, nie są adsorbowane w ten sam sposób. Gdy zachodzi ta adsorpcja, powstaje spontanicznie wiązanie Au-S, w którym atom siarki wykazuje i określa właściwości chemiczne tej powierzchni w zależności od grupy funkcyjnej, z którą jest związany.

RSSR nie może adsorbować na Au 2 O 3, ale na metalicznym złocie. Dlatego też, jeśli powierzchnia złota i jego stopień utlenienia zostaną zmodyfikowane, a także wielkość cząstek lub warstw Au 2 O 3, można zaprojektować bardziej niejednorodną powierzchnię.

Ta powierzchnia Au 2 O 3 -AuSR oddziałuje z tlenkami metali niektórych urządzeń elektronicznych, tworząc w ten sposób przyszłe inteligentniejsze powierzchnie.