d區過渡金屬

鑄幣金屬

銅、銀、金是第 11 族的三種金屬,位於過渡區的右緣。幾千年來人類珍視它們,把它們打成錢幣——故稱「鑄幣金屬」——因為它們美觀、易加工,而且(銀、尤其是金)抗失光、抗腐蝕。它們也是所有元素中最好的電導體,銀第一、銅第二、金第三。作為一個三元組,它們展示了近乎充滿的 d 殼層如何馴服過渡金屬那些更野性的行為。

三者都在充滿的 d10 殼層之上有一個單獨的 s 電子(如銅的 3d10 4s1),所以保留閉合 d10 內核的 +1 氧化態看起來很自然——銀(I)、金(I)、銅(I) 也確實都存在。但這個 d10 內核不像鹼金屬那樣惰性,所以更高的態也出現了,而且有一個奇特的分化:銅穩定的水溶液態是銅(II)(d9),銀的是銀(I)(d10),金最穩定的常見態則是金(III)(d8,平面正方形)。金還表現出顯著的相對論效應——這樣一個重原子裡高速運動的內層電子被相對論拉近,使它的 6s 軌道收縮,這部分解釋了為什麼金呈金色(它吸收藍光)而不是銀色,也解釋了金為何如此不活潑。三者都易於形成配合物,尤其與氰化物、氨這樣的軟配體,這被用來從礦石中提取金和銀。

它們的用途直接源於它們的性格。銅為世界佈線(便宜又導電);銀在導電性、攝影、抗菌塗層和電子學中領先;金幾乎完美地不活潑,用於珠寶、貨幣儲備、牙科以及防腐蝕的電接觸點。銀和金像鉑系一樣是「貴」金屬——它們處在活潑性序列的底部附近、位於氫之下,所以不溶於普通的酸(金需要王水)。鑄幣金屬為過渡區收尾,展示了當 d 殼層充滿時,這些元素如何變得美麗、導電而化學上平靜。

金極不活潑,沒有任何單一的常見酸能溶解它;你需要王水,即濃鹽酸與濃硝酸 3:1 的混合物。硝酸把微量金氧化成金(III),而氯離子立刻把它結合成穩定的配合物 [AuCl4]-,從而拉動平衡、讓更多金溶解。單獨任何一種酸都做不到——它們只有聯手才行。

王水能溶金,因為硝酸將其氧化、氯離子把它鎖成 [AuCl4]-——單獨任何一種酸都不行。

三種鑄幣金屬並不共享同一個偏好的氧化態:銅偏愛 +2,銀偏愛 +1,金偏愛 +3。而金的顏色和惰性確實是其重核帶來的相對論效應,並非只是怪癖——這提醒我們,對最重的元素而言,相對論成了日常化學的一部分。

又稱
group 11 metalscopper silver gold货币金属第 11 族金属