Złotek cezu

Złotek cezu
Oznaczenia: __ Cs+
     __ Au−
Nazewnictwo
Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
konst.

złotek cezu

Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

CsAu

Inne wzory

Cs+
Au−

Masa molowa

329,87 g/mol

Wygląd

jasnożółte kryształy[1]

Identyfikacja
Numer CAS

12256-37-0

PubChem

71308168

InChI
InChI=1S/Au.Cs
InChIKey
COOMJVRPVOQALF-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
Gęstość
7,12 g/cm³ (gęstość wyznaczona dla kryształu)[2]; ciało stałe
5,93 g/cm³ (650 °C)[3]; ciecz
Rozpuszczalność w wodzie
reaguje[4]
w innych rozpuszczalnikach
ciekły amoniak
Temperatura topnienia

590 °C[5]

Niebezpieczeństwa
Globalnie zharmonizowany system
klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
Wiarygodne źródła oznakowania tej substancji
według kryteriów GHS są niedostępne.
Podobne związki
Inne aniony

CsCl, CsF, CsOH

Inne kationy

NaAu, KAu, RbAu

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Złotek cezu, CsAu – nieorganiczny związek chemiczny złota i cezu, w którym złoto występuje na −I stopniu utlenienia.

Budowa

Złotek cezu (podobnie jak wszystkie związki potasowców ze złotem) tworzy kryształy typu CsCl[6], w których stosunek molowy cezu do złota wynosi dokładnie 1:1[2]. Należą one do układu regularnego, mają grupę przestrzenną Pm3m[2] i są izostrukturalne z kryształami halogenków cezu[1]. Ma on budowę jonową, z ok. 50% udziałem wiązania jonowego, i może być traktowany jako Cs+
Au−
[2][7][a]. Długość wiązania Cs−Au wynosi 3,69 Å[2].

Budowa jonowa CsAu wynika z dużej różnicy elektroujemności cezu i złota, 1,75 w skali Paulinga, która jest typowa dla soli jonowych[8]. Silna elektroujemność złota (2,54; najwyższa spośród wszystkich metali) i związana z tym zdolność do tworzenia anionu Au−
 wynika z efektów relatywistycznych[9].

Otrzymywanie

Po raz pierwszy został otrzymany w roku 1938 przez Wilhelma Blitza(inne języki) i Weibkego[1][10], a stechiometrię 1:1 cezu i złota w CsAu potwierdził w 1943 roku A. H. Sommer[1][11] (któremu zazwyczaj przypisywane jest odkrycie tego związku[12][4][13][14][15]). Otrzymywany jest zwykle przez ogrzewanie metalicznego złota z nadmiarem cezu w temperaturze ok. 200 °C w wysokiej próżni i oddestylowanie nadmiaru cezu[12][4]. Po oczyszczeniu przez krystalizację z ciekłego amoniaku tworzy jasnożółte kryształy[1] (produkt nieoczyszczony ma kolor żółtobrązowy[16], czarny[2][1] lub szaroczarny[4]).

Inne metody otrzymywania to ogrzewanie złota z azydkiem cezu, CsN
3, w temperaturze 400 °C w próżni[2] oraz reakcja cyjanku złota(I), AuCN, z cezem w ciekłym amoniaku[7].

Właściwości fizyczne

Rozpuszcza się w ciekłym amoniaku, tworząc jasnożółty roztwór[1][9], w którym jest zdysocjowany na kationy Cs+
 i solwatowane aniony Au−
[17]. Roztwory takie przewodzą prąd elektryczny[1]. W stanie ciekłym także przewodzi prąd, i podobnie jak w roztworze, jest to przewodnictwo także typu jonowego, a nie metalicznego[5]. W formie krystalicznej jest półprzewodnikiem typu n[6], należąc do stosunkowo nielicznej grupy półprzewodników jonowych[3].

Właściwości chemiczne

Złotek cezu jest podatny na wilgoć i tlen, podobnie jak metaliczny cez. Wymaga stosowania bardzo wysokiej próżni lub atmosfery gazów szlachetnych, np. helu lub argonu, o bardzo niskiej zawartości tlenu. Pod wpływem zakwaszonej wody rozkłada się z wydzieleniem wolnego złota[4]:

2CsAu + 2H
2O → 2CsOH + 2Au↓ + H
2↑

Z ciekłego amoniaku krystalizuje jako ciemnoniebieski krystaliczny amoniakat, CsAu·NH
3, niezwykle wrażliwy na ślady wilgoci i powietrza[9][1]. W temperaturze powyżej −50 °C rozkłada się on do CsAu[1].

Za pomocą chromatografii jonowymiennej roztworu CsAu w amoniaku można wymienić kation cezowy na tetrametyloamoniowy i uzyskać krystaliczny, bezbarwny złotek tetrametyloamoniowy, [(CH
3)
4N]Au[13]. Złotek cezu jest zdolny do reakcji w ciele stałym, w których następuje migracja anionu złotkowego, Au−
. Zostało to stwierdzone przez ogrzewanie go z Cs
2O do 300 °C, w efekcie czego otrzymano związek o wzorze Cs
3AuO, w którym złoto pozostało na niezmienionym −I stopniu utlenienia[1]:

CsAu + Cs
2O → Cs
3AuO

Cs
3AuO tworzy ochrowożółte kryształy heksagonalne. Związek ten pod wpływem dwutlenku węgla rozkłada się, odtwarzając złotek cezu[16]:

Cs
3AuO + CO
2 → CsAu + Cs
2CO
3

Natomiast podczas długotrwałego ogrzewania CsAu w 380 °C z mieszaniną Cs
2O i CsO
2 (1:1) powstaje złocian(I) cezu, Cs
3AuO
2, który można wyizolować w formie jasnopomarańczowych kryształów[18]

Uwagi

  1. ↑ Spośród złotków potasowców także złotek rubidu ma budowę jonową, natomiast NaAu i KAu mają charakter stopów metalicznych[6].

Przypisy

  1. ↑ a b c d e f g h i j k Martin Jansen. Effects of relativistic motion of electrons on the chemistry of gold and platinum. „Solid State Sciences”. 7 (12), s. 1464–1474, 2005. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2005.06.015. 
  2. ↑ a b c d e f g Uwe Zachwieja. Einkristallzüchtung und Strukturverfeinerung von RbAu und CsAu. „Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie”. 619 (6), s. 1095–1097, 1993. DOI: 10.1002/zaac.19936190621. (niem.). 
  3. ↑ a b A. Kempf, R.W. Schmutzler. Measurements of the Molar Volumes of Liquid Cs – Au Alloys. „Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie”. 84 (1), s. 5–9, 1980. DOI: 10.1002/bbpc.19800840104. 
  4. ↑ a b c d e G.A. Tinelli, D.F. Holcomb. NMR and structural properties of CsAu and RbAu. „Journal of Solid State Chemistry”. 25 (2), s. 157–168, 1978. DOI: 10.1016/0022-4596(78)90099-3. 
  5. ↑ a b H. Hoshino, R.W. Schmutzler, F. Hensel. Transition to the nonmetallic state in liquid cesium-gold alloys. „Physics Letters A”. 51 (1), s. 7–8, 1975. DOI: 10.1016/0375-9601(75)90293-5. 
  6. ↑ a b c Norman N.N.N. Greenwood Norman N.N.N., AlanA. Earnshaw AlanA., Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 81, 1177, ISBN 0-7506-3365-4  (ang.).
  7. ↑ a b Raymond J. Batchelor, Thomas Birchall, Robert C. Burns. Gold-197 Moessbauer analysis of alkali-metal-gold intermetallics and (2,2,2-crypt-M+)Au− compounds: existence of Au− in the solid state. „Inorganic Chemistry”. 25 (12), s. 2009–2015, 1986. DOI: 10.1021/ic00232a021. 
  8. ↑ R.W. Schmutzler, H. Hoshino, R. Fischer, F. Hensel. Nonelectronic Electrical Transport in Liquid CsAu. „Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie”. 80 (2), s. 107–113, 1976. DOI: 10.1002/bbpc.19760800203. 
  9. ↑ a b c Anja-Verena Mudring, Martin Jansen, Jörg Daniels, Steffen Krämer i inni. Cesiumauride Ammonia (1/1), CsAu⋅NH3: A Crystalline Analogue to Alkali Metals Dissolved in Ammonia?. „Angew. Chem. Int. Ed.”. 41 (1), s. 120–124, 2002. DOI: <120::AID-ANIE120>3.0.CO;2-6 10.1002/1521-3773(20020104)41:1<120::AID-ANIE120>3.0.CO;2-6. 
  10. ↑ Wilhelm Biltz, Friedrich Weibke, Versuchen Hans-Joachim Ehrhorn, Roman Wedemeyer i inni. Über Wertigkeit und chemische Kompression von Metallen in Verbindung mit Gold. „Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie”. 236 (1), s. 12–23, 1938. DOI: 10.1002/zaac.19382360104. (niem.). 
  11. ↑ A.H. Sommer. Alloys of Gold with Alkali Metals. „Nature”. 152, s. 215, 1943. DOI: 10.1038/152215a0. 
  12. ↑ a b W.E. Spicer, A.H. Sommer, J.G. White. Studies of the Semiconducting Properties of the Compound CsAu. „Phys. Rev.”. 115 (1), s. 57–62, 1959. DOI: 10.1103/PhysRev.115.57. 
  13. ↑ a b Pascal D.C. Dietzel, Martin Jansen. Synthesis and crystal structure determination of tetramethylammonium auride. „Chemical Communications”, s. 2208–2209, 2001. DOI: 10.1039/B105648B. 
  14. ↑ Pekka Pyykkö. Relativity, Gold, Closed-Shell Interactions, and CsAu⋅NH3. „Angewandte Chemie International Edition”. 41 (19), s. 3573–3578, 2002. DOI: <3573::AID-ANIE3573>3.0.CO;2-R 10.1002/1521-3773(20021004)41:19<3573::AID-ANIE3573>3.0.CO;2-R. 
  15. ↑ Pekka Pyykkö. Theoretical Chemistry of Gold. „Angewandte Chemie International Edition”. 43 (34), s. 4412–4456, 2004. DOI: 10.1002/anie.200300624. 
  16. ↑ a b Claus Feldmann, Martin Jansen. Zur Kenntnis Neuer ternärer Oxide mit anionischem Gold. „Z. anorg. allg. Chem.”. 621 (2), s. 201–206, 1995. DOI: 10.1002/zaac.19956210207. (niem.). 
  17. ↑ William J. Peer, J.J. Lagowski. Metal-ammonia solutions. 11. Gold(1-), a solvated transition metal anion. „Journal of the American Chemical Society”. 100 (19), s. 6260–6261, 1978. DOI: 10.1021/ja00487a064. 
  18. ↑ Anja-Verena Mudring, Martin Jansen. Synthese und Kristallstruktur von Cs3AuO2. „Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie”. 627 (1), s. 77–80, 2001. DOI: <77::AID-ZAAC77>3.0.CO;2-N 10.1002/1521-3749(200101)627:1<77::AID-ZAAC77>3.0.CO;2-N. (niem.).