బంగారం (Au) రసాయనశాస్త్రం - పరిష్కరించబడిన అభ్యాస ప్రశ్నలు

బహుళైచ్ఛిక ప్రశ్నలు (MCQs)

ప్రశ్న 1

బంగారం (Au) దాని సమ్మేళనాలలో అత్యంత సాధారణ మరియు స్థిరమైన ఆక్సీకరణ స్థితి ఏది?

A) +1 B) +2 C) +3 D) +4

సరైన సమాధానం: C) +3

వివరణ: బంగారం ప్రధానంగా +1 మరియు +3 ఆక్సీకరణ స్థితులను ప్రదర్శిస్తుంది. Au(I) సమ్మేళనాలు స్థిరంగా ఉన్నప్పటికీ (ఉదాహరణకు, AuCN), Au(III) తరచుగా జల ద్రావణాలలో మరియు AuCl₃ మరియు H[AuCl₄] వంటి అనేక ఘన సమ్మేళనాలలో మరింత సాధారణం మరియు స్థిరంగా ఉంటుంది.

ప్రశ్న 2

బంగారం దాని జడత్వానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. కింది వాటిలో ఏ కారకం బంగారాన్ని కరిగించగలదు?

A) Concentrated HCl B) Concentrated HNO₃ C) Aqua Regia D) Dilute H₂SO₄

సరైన సమాధానం: C) ఆక్వా రెజియా

వివరణ: బంగారం ఒక ఉత్కృష్ట లోహం మరియు గాఢ HCl లేదా గాఢ HNO₃ వంటి ఒకే ఆమ్లాలతో చర్య జరపదు. 3 భాగాలు గాఢ HCl మరియు 1 భాగం గాఢ HNO₃ మిశ్రమం అయిన ఆక్వా రెజియా, సమన్వయ చర్య ద్వారా బంగారాన్ని కరిగిస్తుంది. నైట్రిక్ ఆమ్లం ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేసి Au³⁺ అయాన్లను ఏర్పరుస్తుంది, మరియు హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం స్థిరమైన టెట్రాక్లోరోఆరేట్(III) సంక్లిష్టం, [AuCl₄]⁻ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది సమతాస్థితిని ముందుకు మార్చి, కరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తుంది.

ప్రశ్న 3

సైనైడ్ ప్రక్రియ (మక్‌ఆర్థర్-ఫారెస్ట్ ప్రక్రియ) ద్వారా బంగారాన్ని సంగ్రహించేటప్పుడు, బంగారం కింది సంక్లిష్టాలలో ఏదిగా మారుతుంది?

A) [AuCl₄]⁻ B) [Au(CN)₂]⁻ C) [Au(OH)₄]⁻ D) [Au(NH₃)₄]³⁺

సరైన సమాధానం: B) [Au(CN)₂]⁻

వివరణ: మక్‌ఆర్థర్-ఫారెస్ట్ సైనైడ్ ప్రక్రియలో, మెత్తగా చూర్ణం చేయబడిన బంగారు ధాతువును గాలి (ఆక్సిజన్) సమక్షంలో సోడియం లేదా పొటాషియం సైనైడ్ యొక్క పలుచని ద్రావణంలో కరిగించడం జరుగుతుంది. ఇది కరిగే డైసైనోఆరేట్(I) సంక్లిష్టం, [Au(CN)₂]⁻ను ఏర్పరుస్తుంది. ప్రతిచర్య: 4Au(s) + 8CN⁻(aq) + O₂(g) + 2H₂O(l) \rightarrow 4[Au(CN)₂]⁻(aq) + 4OH⁻(aq)

---

అసర్షన్-రీజన్ ప్రశ్నలు

సూచనలు: కింది ప్రశ్నలలో, అసర్షన్ (A) ప్రకటన తరువాత రీజన్ (R) ప్రకటన ఇవ్వబడింది. సరైన ఎంపికను ఇలా గుర్తించండి: A) A మరియు R రెండూ నిజం మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ. B) A మరియు R రెండూ నిజం కానీ R అనేది Aకి సరైన వివరణ కాదు. C) A నిజం కానీ R తప్పు. D) A తప్పు కానీ R నిజం.

ప్రశ్న 4

అసర్షన్ (A): బంగారం ఒక ఉత్కృష్ట లోహం మరియు సులభంగా క్షయీకరణకు గురికాదు. రీజన్ (R): బంగారం చాలా అధిక ధనాత్మక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ను కలిగి ఉంటుంది (E°Au³⁺/Au = +1.50 V).

సరైన సమాధానం: A) A మరియు R రెండూ నిజం మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ.

వివరణ: అధిక ధనాత్మక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ ఒక లోహం ఆక్సీకరణను నిరోధించడానికి మరియు దాని లోహ స్థితిలో ఉండటానికి బలమైన ప్రవృత్తిని సూచిస్తుంది. ఇది బంగారాన్ని ఆక్సీకరణ, క్షయీకరణ మరియు చాలా ఆమ్లాలతో ప్రతిచర్యకు అత్యంత నిరోధకతను కలిగి ఉండేలా చేస్తుంది, దీనిని ఉత్కృష్ట లోహంగా వర్గీకరిస్తుంది. కాబట్టి, రీజన్ అసర్షన్‌ను సరిగ్గా వివరిస్తుంది.

ప్రశ్న 5

అసర్షన్ (A): వెండి తెల్లగా ఉన్నప్పటికీ, బంగారం పసుపు రంగులో కనిపిస్తుంది. రీజన్ (R): బంగారం యొక్క పసుపు రంగు దాని ఎలక్ట్రాన్ కక్ష్యలపై సాపేక్ష ప్రభావాల వల్ల వస్తుంది, ఇది నీలి కాంతిని శోషించడానికి దారితీస్తుంది.

సరైన సమాధానం: A) A మరియు R రెండూ నిజం మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ.

వివరణ: బంగారం యొక్క ప్రత్యేకమైన పసుపు రంగు వాస్తవానికి సాపేక్ష ప్రభావాలకు కారణం. బంగారం వంటి భారీ మూలకాలకు, సాపేక్ష ప్రభావాల వల్ల 6s కక్ష్య సంకోచించి, శక్తి తక్కువగా ఉంటుంది, అయితే 5d కక్ష్యలు స్థిరీకరించబడతాయి. ఇది 5d మరియు 6s/6p బ్యాండ్‌ల మధ్య శక్తి అంతరాన్ని తగ్గిస్తుంది, దృశ్య స్పెక్ట్రం నుండి అధిక శక్తి కలిగిన ఫోటాన్‌లను (నీలి మరియు ఊదా కాంతి) శోషించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. దాని పూరకమైన పసుపు మరియు ఎరుపు కాంతి అప్పుడు పరావర్తనం చెందుతుంది, బంగారానికి దాని లక్షణమైన బంగారు రంగును ఇస్తుంది. వెండి, తేలికైనది కాబట్టి, ఈ ప్రభావాలను అదే స్థాయిలో అనుభవించదు, ఇది పెద్ద శక్తి అంతరాన్ని మరియు UV కాంతిని మాత్రమే శోషించడానికి దారితీస్తుంది, అన్ని దృశ్య కాంతిని పరావర్తనం చేస్తుంది (తెల్లగా కనిపిస్తుంది).

---

లఘు సమాధాన ప్రశ్నలు

ప్రశ్న 6

బంగారం ఆక్వా రెజియాలో ఎందుకు కరుగుతుంది కానీ నైట్రిక్ ఆమ్లంలో మాత్రమే ఎందుకు కరగదు వివరించండి.

మోడల్ సమాధానం: బంగారం నైట్రిక్ ఆమ్లంలో మాత్రమే కరగదు ఎందుకంటే ఇది చాలా అధిక ధనాత్మక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ (E°Au³⁺/Au = +1.50 V) కలిగిన ఒక ఉత్కృష్ట లోహం. ఈ అధిక పొటెన్షియల్ H⁺ అయాన్లు లేదా నైట్రేట్‌ల ద్వారా ఆక్సీకరణకు దాని బలమైన నిరోధకతను సూచిస్తుంది.

అయినప్పటికీ, బంగారం ఆక్వా రెజియా (గాఢ HCl మరియు గాఢ HNO₃ యొక్క 3:1 మిశ్రమం)లో సమన్వయ చర్య కారణంగా కరుగుతుంది:

1. నైట్రిక్ ఆమ్లం ద్వారా ఆక్సీకరణ: నైట్రిక్ ఆమ్లం ఒక శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేసి, లోహ బంగారాన్ని (Au⁰) బంగారం(III) అయాన్‌లుగా (Au³⁺) ఆక్సీకరణం చేస్తుంది: Au(s) + 4H⁺(aq) + 3NO₃⁻(aq) \rightarrow Au³⁺(aq) + 3NO₂(g) + 2H₂O(l) (సరళీకృత ప్రతిచర్య)
2. హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం ద్వారా సంక్లిష్ట నిర్మాణం: అదే సమయంలో, హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం ఏర్పడిన Au³⁺ అయాన్‌లతో చర్య జరిపి, అత్యంత స్థిరమైన టెట్రాక్లోరోఆరేట్(III) సంక్లిష్ట అయాన్, [AuCl₄]⁻ను ఏర్పరుస్తుంది: Au³⁺(aq) + 4Cl⁻(aq) \rightarrow [AuCl₄]⁻(aq)

స్థిరమైన [AuCl₄]⁻ సంక్లిష్టం ఏర్పడటం ద్రావణంలో స్వేచ్ఛా Au³⁺ అయాన్‌ల సాంద్రతను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది. లె చాటెలియర్ సూత్రం ప్రకారం, Au³⁺ అయాన్‌లను తొలగించడం ప్రారంభ ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్య సమతాస్థితిని కుడివైపుకు మారుస్తుంది, మరింత బంగారాన్ని నిరంతరం కరిగించడాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది. మొత్తం ప్రతిచర్యను ఇలా సూచించవచ్చు: Au(s) + 3HCl(aq) + HNO₃(aq) \rightarrow HAuCl₄ + NO(g) + 2H₂O(l)

ప్రశ్న 7

బంగారాన్ని సంగ్రహించే మక్‌ఆర్థర్-ఫారెస్ట్ సైనైడ్ ప్రక్రియలో సైనైడ్ మరియు ఆక్సిజన్ పాత్రను వివరించండి.

మోడల్ సమాధానం: బంగారాన్ని సంగ్రహించే మక్‌ఆర్థర్-ఫారెస్ట్ సైనైడ్ ప్రక్రియలో, మెత్తగా చూర్ణం చేయబడిన బంగారు ధాతువును ఆక్సిజన్ సమక్షంలో సోడియం లేదా పొటాషియం సైనైడ్ యొక్క పలుచని ద్రావణంతో లీచింగ్ చేస్తారు. సైనైడ్ మరియు ఆక్సిజన్ రెండూ కీలక పాత్రలు పోషిస్తాయి:

1. సైనైడ్ (CN⁻) పాత్ర: సైనైడ్ ఒక సంక్లిష్ట కారకంగా పనిచేస్తుంది. ఇది లోహ బంగారంతో చర్య జరిపి అత్యంత స్థిరమైన, కరిగే డైసైనోఆరేట్(I) సంక్లిష్టం, [Au(CN)₂]⁻ను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ సంక్లిష్ట నిర్మాణం చాలా ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది బంగారం, సాధారణంగా నీటిలో మరియు చాలా కారకాలలో కరగనిది, జల ద్రావణంలో కరగడానికి అనుమతిస్తుంది. సంక్లిష్టం యొక్క స్థిరత్వం బంగారు కరుగుదల వైపు సమతాస్థితిని మారుస్తుంది.

2. ఆక్సిజన్ (O₂) పాత్ర: ఆక్సిజన్ ఒక ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది. ఇది లోహ బంగారాన్ని (Au⁰) Au(I) ఆక్సీకరణ స్థితికి ఆక్సీకరణం చేస్తుంది, ఇది బంగారం సైనైడ్ అయాన్‌లతో చర్య జరిపి సంక్లిష్టం ఏర్పడటానికి అవసరం. ఆక్సిజన్ లేకపోతే, ఆక్సీకరణ దశ జరగదు, మరియు బంగారం కరగదు. ఆక్సిజన్ ముఖ్యంగా ఘన బంగారాన్ని దాని అయానిక్ రూపంలోకి మార్చడానికి సహాయపడుతుంది.

వాటి సంయుక్త పాత్రను ప్రదర్శించే మొత్తం రసాయన ప్రతిచర్య: 4Au(s) + 8CN⁻(aq) + O₂(g) + 2H₂O(l) \rightarrow 4[Au(CN)₂]⁻(aq) + 4OH⁻(aq) ఈ ప్రక్రియ బంగారం ధాతువు నుండి సమర్థవంతంగా కరిగించి, తరువాత రిడక్షన్ ద్వారా (ఉదాహరణకు, జింక్ ఉపయోగించి) దానిని తిరిగి పొందడానికి అనుమతిస్తుంది.

---

ఉన్నత స్థాయి ఆలోచనా నైపుణ్యాల (HOTS) ప్రశ్న

ప్రశ్న 8

చాలా పరివర్తన లోహాలు వేరియబుల్ ఆక్సీకరణ స్థితులను ప్రదర్శిస్తాయి మరియు రంగుల సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి. గోల్డ్ (Au), ఒక d-బ్లాక్ మూలకం, ప్రధానంగా +1 మరియు +3 ఆక్సీకరణ స్థితులను చూపుతుంది మరియు స్థిరమైన సంక్లిష్టాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఐరన్ లేదా కాపర్ వంటి ఇతర పరివర్తన లోహాల కంటే గోల్డ్ తరచుగా తక్కువ క్రియాశీలకంగా ఎందుకు కనిపిస్తుందో మరియు దాని ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ దాని లక్షణాలకు ఎలా దోహదపడుతుందో వివరించండి.

మోడల్ సమాధానం: బంగారం యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు, ఐరన్ లేదా కాపర్ వంటి ఇతర పరివర్తన లోహాలతో పోలిస్తే దాని సాపేక్ష జడత్వం మరియు దాని లక్షణ ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ అనేక కారకాలలో ఉన్నాయి:

1. ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ మరియు అయనీకరణ శక్తి: బంగారం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.

   • అధిక మొదటి అయనీకరణ శక్తి: బంగారం చాలా అధిక మొదటి అయనీకరణ శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. ఇది దాని కాంపాక్ట్ కేంద్రక ఆవేశం (Z=79) మరియు దాని 6s కక్ష్య యొక్క సాపేక్ష సంకోచం కారణంగా జరుగుతుంది. సాపేక్ష ప్రభావం 6s ఎలక్ట్రాన్‌లను కేంద్రకానికి మరింత గట్టిగా కట్టివేస్తుంది, వాటిని తొలగించడానికి గణనీయమైన శక్తి అవసరం. ఈ అధిక అయనీకరణ శక్తి ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడానికి మరియు ఆక్సీకరణకు గురికావడానికి దాని అయిష్టతకు దోహదపడుతుంది.
   • స్థిరమైన d¹⁰ కాన్ఫిగరేషన్: బంగారం పూర్తిగా నిండిన 5d¹⁰ సబ్‌షెల్‌ను కలిగి ఉంటుంది. ఈ స్థిరమైన కాన్ఫిగరేషన్ పాక్షికంగా నిండిన d-కక్ష్యలతో కూడిన పరివర్తన లోహాలతో పోలిస్తే దాని సాధారణంగా తక్కువ క్రియాశీలతకు దోహదపడుతుంది, ఇవి లోహ బంధం మరియు రసాయన ప్రతిచర్యలలో సులభంగా పాల్గొంటాయి.

2. అధిక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్: బంగారం చాలా అధిక ధనాత్మక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌ను కలిగి ఉంటుంది (E°Au³⁺/Au = +1.50 V; E°Au⁺/Au = +1.69 V). ఇది బంగారం అయాన్‌లను ఏర్పరచడం కంటే దాని లోహ, ఆక్సీకరణ చెందని స్థితిలో ఉండటానికి బలమైన ప్రవృత్తిని కలిగి ఉందని సూచిస్తుంది. పోల్చితే, ఐరన్ (E°Fe²⁺/Fe = -0.44 V) మరియు కాపర్ (E°Cu²⁺/Cu = +0.34 V) వంటి మూలకాలు చాలా తక్కువ లేదా ఋణాత్మక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఇది ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడానికి మరియు చర్య జరపడానికి ఎక్కువ ప్రవృత్తిని సూచిస్తుంది.

3. సాపేక్ష ప్రభావాలు: బంగారం, చాలా భారీ మూలకం కావడం వల్ల, సాపేక్ష ప్రభావాలు ముఖ్యమైనవిగా మారతాయి:

   • 6s కక్ష్య సంకోచం: 6s కక్ష్యలోని ఎలక్ట్రాన్లు సాపేక్ష ద్రవ్యరాశి పెరుగుదలకు సరిపడా అధిక వేగంతో కదులుతాయి, దీనివల్ల కక్ష్య సంకోచించి, శక్తి గణనీయంగా తగ్గుతుంది. ఇది 6s ఎలక్ట్రాన్‌లను తొలగించడం చాలా కష్టం చేస్తుంది.
   • 5d కక్ష్య స్థిరీకరణ: సంకోచించిన s-ఎలక్ట్రాన్‌ల నుండి పెరిగిన షీల్డింగ్ కారణంగా 5d కక్ష్యలు కూడా కొంతవరకు స్థిరీకరించబడతాయి. ఈ సాపేక్ష ప్రభావాలు ఆక్రమిత d-కక్ష్యలు మరియు ఆక్రమించబడని s/p కక్ష్యల మధ్య పెద్ద శక్తి అంతరాన్ని కలిగిస్తాయి, ఇది దాని రసాయన ప్రవర్తనను ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు దాని సాపేక్ష జడత్వానికి దోహదపడుతుంది.

4. సంక్లిష్ట నిర్మాణ ప్రవృత్తి: చాలా కారకాల ద్వారా ప్రత్యక్ష ఆక్సీకరణకు దాని జడత్వం ఉన్నప్పటికీ, బంగారం స్థిరమైన సంక్లిష్టాలను, ముఖ్యంగా సైనైడ్ (CN⁻) మరియు హాలైడ్‌లు (Cl⁻) వంటి మృదువైన లిగాండ్‌లతో సులభంగా ఏర్పరుస్తుంది. ఈ స్థిరమైన సంక్లిష్టాలు (ఉదాహరణకు, [Au(CN)₂]⁻, [AuCl₄]⁻) ఏర్పడటం ఆక్వా రెజియా లేదా సైనైడ్ ద్రావణాలు వంటి నిర్దిష్ట కారకాలలో దాని కరుగుదలకు కీలకం. ఈ సంక్లిష్టాల అధిక స్థిరత్వం ప్రతిచర్య సమతాస్థితిని మారుస్తుంది, ప్రభావవంతంగా Au అయాన్‌లను ద్రావణంలోకి ‘లాగి’, దాని అంతర్లీన జడత్వాన్ని అధిగమిస్తుంది.

క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, బంగారం యొక్క అసాధారణ జడత్వం దాని అధిక అయనీకరణ శక్తి, స్థిరమైన d¹⁰ ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ మరియు ముఖ్యంగా, దాని వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌లను గట్టిగా కట్టివేసే ముఖ్యమైన సాపేక్ష ప్రభావాల నుండి ఉద్భవిస్తుంది, ఇది చాలా అధిక ధనాత్మక ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్‌గా వ్యక్తమవుతుంది. అనేక కారకాలకు జడత్వం ఉన్నప్పటికీ, అత్యంత స్థిరమైన సంక్లిష్టాలను ఏర్పరచగల దాని సామర్థ్యం నిర్దిష్ట పరిస్థితులలో చర్య జరపడానికి అనుమతిస్తుంది.