Степень окисления золота (Au): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления золота (Au) в большинстве соединений принимает значение +3, однако для этого благородного металла также характерно устойчивое состояние +1.

Кроме того, выделяют показатель 0, который относится к чистому химическому элементу в виде самородного металла.

Но есть и другие -1, +2, +5, эти состояния встречаются крайне редко, соединения малоустойчивы и часто существуют только в специфических условиях.

Например для наиболее стабильной СО +3: в соединении AuCl₃ (хлорид золота III) степень окисления металла равна +3.

Для сравнения, СО +1: встречается в таких веществах, как AuCl (хлорид золота I).

• Почему +3? Золото — это d-элемент. При образовании связей оно может отдавать один 6s-электрон и два 5d-электрона, что приводит к формированию устойчивой плоскоквадратной конфигурации комплексов.
• Почему +1 так часто встречается? У золота электронная конфигурация [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Отдача единственного внешнего s-электрона оставляет полностью заполненный 5d¹⁰ слой, что энергетически выгодно.
• Уникальность золота: Это один из немногих металлов, способных в специфических условиях (с цезием) принимать отрицательную степень окисления -1 (ауриды), ведя себя подобно галогенам.

Рис. 1. Основные степени окисления золота: от 0 до +3.

Наиболее устойчивые формы — +3 (в комплексах) и +1, а состояние 0 соответствует металлическому золоту, обладающему исключительной химической стойкостью.

Обратите внимание, что химия золота в значительной степени определяется релятивистскими эффектами, которые сближают энергии 6s и 5d орбиталей.

Это объясняет и его характерный желтый цвет, и высокую электроотрицательность.

На формирование его параметров влияют электронное строение (5d¹⁰ 6s¹), положение в 11-й группе и значение электроотрицательности 2,4 по шкале Полинга (самое высокое среди металлов).

Почему +3 — самая стабильная степень окисления у золота в растворах

Причина преобладания этого состояния заключается в высокой прочности образуемых комплексных соединений, где золото достигает стабильной координации.

1. В простом веществе (Au⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: [Xe] 4f14 5d10 6s1.
2. В ионе (Au⁺¹): Золото теряет s-электрон. Конфигурация: [Xe] 4f14 5d10.

Рис. 2. Процесс окисления золота: от инертного металла до катионов +1 и +3 за счет взаимодействия с сильными окислителями (например, царской водкой).

Степень окисления золота в соединениях

В зависимости от реагентов, золото в соединениях проявляет степень окисления, которая определяет устойчивость и цвет вещества:

• Оксид золота(III) (Au₂O₃): Au +3, O -2.
• Хлорид золота(I) (AuCl): Au +1, Cl -1.
• Золотохлористоводородная кислота (H[AuCl₄]): Au +3.
• Аурид цезия (CsAu): Au -1, Cs +1.
• Фторид золота(V) (AuF₅): Au +5.

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления Au в стабильных условиях равна +3, однако в присутствии фтора может достигать значения +5.

Низшая степень окисления

Для золота зафиксирована уникальная степень окисления -1, но чаще всего атом золота имеет заряд 0 в самородном состоянии.

Промежуточные степени окисления

Степень окисления золота в веществах редко принимает значения +2. Такие формы крайне неустойчивы и быстро превращаются в смесь состояний +1 и +3 (диспропорционируют).

Важно: Способность золота переходить в СО +3 под действием смеси кислот делает степень окисления золота формула соединения (например, в «царской водке») ключевой для процессов аффинажа и ювелирного дела.

Почему золото — благородный металл (степени 0, +1, +3)?

Поведение заряда продиктовано высокой инертностью и положением в ряду напряжений:

1. Положительная СО (+): Требует воздействия мощных окислителей или комплексообразователей.
2. Нулевая СО (0): Предпочтительное состояние, обеспечивающее сохранность золотых изделий тысячелетиями.
3. Отрицательная СО (-): Проявляется только с самыми активными щелочными металлами из-за аномально высокой электроотрицательности золота.

4 способа определить степень окисления золота

По таблице Менделеева

1. Семейство: d-элемент.
2. Валентные электроны: 1 (на 6s-подуровне) и потенциально электроны 5d-подуровня.
3. Атомная масса золота: 197 а.е.м.

По валентности (Число связей)

Типичная валентность золота составляет III или I.

1. В оксиде (Au₂O₃): Золото образует связи, соответствующие валентности III, СО — +3.
2. В цианиде (KAu(CN)₂): Золото проявляет валентность I, СО — +1.

По электронной конфигурации

1. Электронная формула золота: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.
2. Атому золота степени окисления +1 достичь легче всего, но комплексы в СО +3 часто оказываются более прочными.

Для просмотра квантовомеханических характеристик используй таблицу квантовых чисел.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Пример для KAuCl₄ (тетрахлороаурат III калия):

Сумма СО равна 0. Калий +1, Хлор -1. Золото — x.

(+1) + x + 4 · (-1) = 0 ⇒ x = +3

Примеры степеней окисления золота

Шпаргалка для золота

• +3 — самая распространенная СО в химии растворов.
• +1 — устойчивое состояние, важное для добычи золота (цианирование).
• Инертность — золото почти не окисляется кислородом даже при нагревании.

Пример решения задачи:

Проверка знаний

1) Золото относится к благородным металлам.

2) Основными степенями окисления золота являются +1 и +3.

3) Золото никогда не проявляет отрицательную степень окисления.

4) Растворение золота в царской водке приводит к образованию СО +3.

5) Золото является самым электроотрицательным металлом.

Часто задаваемые вопросы