सोने (Au): रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रियांचा अभ्यास मार्गदर्शक

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

सोने (Au) हे एक संक्रमण धातू आहे, जे त्याच्या निष्क्रियतेसाठी आणि उच्च गुणधर्मासाठी (nobility) प्रसिद्ध आहे.

अभिक्रियाशीलता श्रेणीतील स्थान

सोने अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीत (Reactivity Series) सर्वात खाली, हायड्रोजन आणि इतर बहुतेक धातूंच्या खाली येते. हे त्याची अत्यंत कमी रासायनिक अभिक्रियाशीलता दर्शवते.

विद्युतऋणता

सोन्याची पॉलिंग विद्युतऋणता (Pauling electronegativity) 2.54 इतकी तुलनेने जास्त आहे. असे असूनही, त्याची उच्च आयनीकरण ऊर्जा (ionization energy) आणि स्थिर इलेक्ट्रॉन संरचना (stable electron configuration) त्याच्या रासायनिक निष्क्रियतेला हातभार लावतात.

सामान्य अभिक्रियाशीलता

बहुतेक वातावरणात गंजणे आणि ऑक्सिडेशनला (oxidation) उत्कृष्ट प्रतिकारशक्ती असल्यामुळे सोन्याला नोबल धातू (noble metal) म्हणून वर्गीकृत केले जाते. सामान्य परिस्थितीत ते सामान्य आम्ल, आम्लारी (alkalis) किंवा ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करत नाही. त्याची सर्वात सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था +1 (ऑरस) आणि +3 (ऑरिक) आहेत.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

सोने हवा आणि ऑक्सिजनशी उल्लेखनीयपणे निष्क्रिय आहे.

• सामान्य तापमानाला: हवेच्या उपस्थितीत सोने कलंकित होत नाही किंवा त्याचे ऑक्सिडेशन होत नाही.
• तापवल्यावर: उच्च तापमानावरही सोने ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करत नाही. ते आपली धातूची चमक अनिश्चित काळासाठी टिकवून ठेवते.

हवा/ऑक्सिजनसोबतच्या अभिक्रियेसाठी कोणतीही महत्त्वपूर्ण रासायनिक समीकरणे नाहीत.

पाणी आणि वाफेची क्रिया

सोने पाणी आणि वाफेबद्दल पूर्णपणे निष्क्रियता दर्शवते.

• सामान्य तापमानाला: सोने पाण्याशी अभिक्रिया करत नाही.
• तापवल्यावर (वाफ): अत्युच्च तापमानाच्या वाफेशी सुद्धा सोने निष्क्रिय राहते.

पाणी/वाफ सोबतच्या अभिक्रियेसाठी कोणतीही महत्त्वपूर्ण रासायनिक समीकरणे नाहीत.

आम्ल आणि आम्लारींची क्रिया

सोने बहुतेक वैयक्तिक आम्ल आणि आम्लारींना प्रतिरोधक आहे, ज्यामुळे ते धातूंमध्ये अद्वितीय ठरते.

आम्लांची क्रिया

• ऑक्सिडायझिंग नसलेले आम्ल (उदा. HCl, सौम्य H₂SO₄): सोने अभिक्रिया करत नाही.

• ऑक्सिडायझिंग आम्ल (उदा. सांद्र HNO₃): सोने केवळ नायट्रिक आम्लाशी अभिक्रिया करत नाही.

• ॲक्वा रेजिया (Aqua Regia): हे एकमेव सामान्य अभिकर्मक आहे जे सोने विरघळवते. ॲक्वा रेजिया हे सांद्र नायट्रिक आम्ल आणि सांद्र हायड्रोक्लोरिक आम्ल यांचे मिश्रण आहे, सामान्यतः 1:3 मोलर प्रमाणात. नायट्रिक आम्ल ऑक्सिडायझिंग घटक (oxidizing agent) म्हणून कार्य करते, Au³⁺ आयन तयार करते, तर हायड्रोक्लोरिक आम्ल कॉम्प्लेक्सिंग घटक (complexing agent) म्हणून कार्य करते, टेट्राक्लोरोऑरेट(III) आयन ([AuCl₄]⁻) तयार करते, जे द्रावणातून Au³⁺ आयन काढून टाकून अभिक्रिया पूर्णत्वास नेते.

  Au(s) + HNO₃(aq) + 4HCl(aq) \rightarrow H[AuCl₄](aq) + NO(g) + 2H₂O(l)

आम्लारींची क्रिया

• सामान्य आम्लारी (उदा. NaOH, KOH द्रावण किंवा वितळलेले): सोने बहुतेक सामान्य आम्लारींशी (bases) साधारणपणे निष्क्रिय असते.

• सायनाइड द्रावण (ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत): सोने काढण्यासाठी (सायनायडेशन प्रक्रिया) ही अभिक्रिया अत्यंत महत्त्वाची आहे. ऑक्सिजन आणि पाण्याच्या उपस्थितीत अल्कली धातूंच्या सायनाइडच्या सौम्य द्रावणात सोने विरघळून विद्राव्य डायसायनाऊरेट(I) कॉम्प्लेक्स (dicyanoaurate(I) complexes) तयार करते.

  4Au(s) + 8NaCN(aq) + O₂(g) + 2H₂O(l) \rightarrow 4Na[Au(CN)₂](aq) + 4NaOH(aq)

महत्त्वाच्या प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया

सोन्याच्या आयनिक स्वरूपात, सामान्यतः Au³⁺ किंवा [AuCl₄]⁻ म्हणून, विविध क्षपणकारी घटकांचा (reducing agents) वापर करून मूलघटक सोन्यामध्ये (elemental gold) त्याचे क्षपण (reduction) करून ओळखले जाऊ शकते.

टिन(II) क्लोराइड (SnCl₂) सह क्षपण

सोन्याच्या आयनांसाठी ही एक अत्यंत संवेदनशील आणि वैशिष्ट्यपूर्ण चाचणी आहे. गोल्ड(III) आयनचे टिन(II) क्लोराइडद्वारे मूलघटक सोन्यामध्ये क्षपण केले जाते, ज्यामुळे ‘पर्पल ऑफ कॅशियस’ (सोने आणि टिन ऑक्साईडचे कलिल द्रावण) नावाचा जांभळा अवक्षेप (precipitate) तयार होतो.

2AuCl₃(aq) + 3SnCl₂(aq) \rightarrow 2Au(s) + 3SnCl₄(aq) (पर्यायी आयनिक सादरीकरण) 2Au³⁺(aq) + 3Sn²⁺(aq) \rightarrow 2Au(s) + 3Sn⁴⁺(aq)

आयर्न(II) सल्फेट (FeSO₄) सह क्षपण

गोल्ड(III) आयनचे आयर्न(II) सल्फेट द्रावणाने, विशेषतः आम्लारीय परिस्थितीत, धातूच्या सोन्यामध्ये क्षपण केले जाऊ शकते. सोन्याच्या धातूचा तपकिरी/काळा अवक्षेप तयार होतो.

AuCl₃(aq) + 3FeSO₄(aq) \rightarrow Au(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) + FeCl₃(aq) (पर्यायी आयनिक सादरीकरण) Au³⁺(aq) + 3Fe²⁺(aq) \rightarrow 2Au(s) + 3Fe³⁺(aq)

इतर क्षपणकारी घटक

सोने आयनचे इतर क्षपणकारी घटकांद्वारे देखील क्षपण केले जाऊ शकते, जसे की ऑक्सॅलिक आम्ल (H₂C₂O₄), हायड्रोजन सल्फाइड (H₂S), सल्फर डायऑक्साइड (SO₂), आणि विशिष्ट परिस्थितीत इथेनॉल (C₂H₅OH) देखील, ज्यामुळे धातूच्या सोन्याचा गडद अवक्षेप तयार होतो.