Esta es una pregunta fascinante y nos invita a explorar tendencias en las propiedades de los elementos.
Comencemos con una respuesta simple: el oro tiene una alta energía de primera ionización en comparación con otros metales . Esto se ilustra muy bien en el siguiente diagrama. Esperemos que sea obvio por qué esto debería correlacionarse con la resistencia a la oxidación.
Observamos lo siguiente:
- ¿Podemos preparar una solución saturada de ácidos minerales fuertes como H2SO4, HNO3, HCl y la de H3PO4, en agua destilada?
- ¿Dónde puedo comprar sodio?
- ¿Puede predecir el comportamiento de los metales de transición, o algunos grupos de ellos, en función de su grupo en la tabla periódica?
- ¿Se reventará un recipiente, debido a la presión de vapor, si hervimos agua dentro a alta temperatura?
- ¿Por qué la martensita no se encuentra en el diagrama de equilibrio Hierro-Carbono aunque la estructura ocurre en los aceros?
- Las energías de ionización generalmente aumentan de izquierda a derecha.
- Los metales de transición (bloque d) tienen energías de ionización mucho más bajas que los metaloides y los no metales (bloque p).
- A través de una serie de transición, las energías de ionización aumentan lentamente. Esto se debe a que los electrones agregados son de capa interna y protegen la carga del núcleo.
- Al bajar el bloque s o el bloque p, las energías de ionización disminuyen, porque la capa externa se aleja más del núcleo. Sin embargo, al bajar el bloque d, las energías de ionización generalmente aumentan . Esto es por razones complicadas relacionadas con la detección de la carga nuclear, una discusión que omito por razones de brevedad (ver la contracción de lantánidos ).
- Hay un salto hacia abajo en la energía de ionización desde el extremo derecho del bloque d hasta el extremo izquierdo del bloque p. Esto se debe a un salto hacia arriba en el radio atómico; n p electrones están más lejos del núcleo que n s electrones.
De lo anterior está bastante claro que las energías de ionización más altas entre los metales deben encontrarse en la esquina inferior derecha del bloque d. Y, de hecho, el mercurio tiene una energía de ionización aún mayor que el oro. Pero, ¿por qué el oro es menos reactivo que el mercurio? Esto nos lleva a nuestro siguiente punto:
El oro tiene una fuerte unión metálica en comparación con (algunos) otros metales . La estabilidad del oro elemental lo hace menos termodinámicamente favorable para oxidar el oro.
De hecho, el mercurio claramente no tiene una unión metálica muy fuerte, ya que es líquido a temperatura ambiente. Más precisamente, podríamos considerar las entalpías de atomización de oro y mercurio. Para el oro, esto es 368 kJ / mol, y para el mercurio, un mísero 64 kJ / mol [1]. Claramente, los átomos de oro son fuertemente atraídos por otros átomos de oro, mientras que los átomos de mercurio no son fuertemente atraídos por otros átomos de mercurio. La razón de esto es que el mercurio tiene todas las subcapas llenas, mientras que el oro tiene un electrón 6s no apareado. (También hay una corrección relativista que aumenta aún más la magnitud del efecto; sin él, el mercurio no sería líquido a temperatura ambiente. [2])
Entonces, nuestra respuesta completa es que el oro tiene una alta energía de ionización y una fuerte unión metálica. Es la combinación de los dos lo que hace que los compuestos de oro sean menos estables que los compuestos de otros metales. La resistencia del oro a la oxidación es un efecto puramente termodinámico . De todos los metales, el oro tiene el potencial de reducción estándar más alto en solución acuosa, +1,52 V [3] y el óxido menos estable. (El óxido de oro (III) se descompone a solo 160 ° C. [4])
Pero el oro no es el metal más resistente a la corrosión; eso sería iridio . Mientras que el oro reacciona fácilmente con agua regia, el iridio no reacciona con ningún ácido a temperatura ambiente. Aún así, el iridio tiene un potencial de reducción estándar más bajo que el oro y un óxido más estable, lo que nos lleva a concluir que esto tiene que ser un efecto cinético . La entalpía de atomización del iridio es de 671 kJ / mol, casi el doble que la del oro, por lo que debe existir una barrera de activación considerable para eliminar un átomo de iridio del metal a granel e incorporarlo a un compuesto. Sin embargo, termodinámicamente , la diferencia está más que compensada por el hecho de que el iridio tiene una segunda energía de ionización (1600 kJ / mol) más baja que el oro (1980 kJ / mol) [1], y es bastante fácil ver por qué a partir de las configuraciones electrónicas .
[1] WebElements
[2] F. Calvo, E. Pahl, M. Wormit, P. Schwerdtfeger, “Evidencia de fusión de mercurio a baja temperatura debido a la relatividad”, Angew. Chem En t. Ed. 52 , 7583-7585 (2013).
[3] AJ Bard, R. Parsons y J. Jordan, Standard Potentials in Aqueous Solutions , IUPAC (Marcel Dekker), Nueva York, EE. UU., 1985.
[4] Greenwood y Earnshaw
