Złotek cezu

Złotek cezu
Oznaczenia: __ Cs+
     __ Au−
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

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 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(ang.) 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. Greenwood, Alan Earnshaw, 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.). 

Media użyte na tej stronie

CsCl polyhedra.png
Crystal structure of CsCl with coordination polyhedra