В любой воде содержится незначительное количество ионов золота, которые в теории можно было бы выделить и собрать в более-менее полноценный слиток. «Сделать это очень сложно. Однако бактерия, которую изучают микробиологи Канады, знает один природный трюк, позволяющий ей буквально жить на кусках драгоценного металла», — пишут Вести.ру.
Называется эта бактерия Delftia acidovorans. Чтобы превратить воду в золото, данный микроорганизм использует делфтибактин (delftibactin) – вещество, заставляющее золото осаждаться из раствора. Бактерии таким образом создают себе безопасные условия жизни (ионы больше не угрожают их клеткам) и приятный золотой дом, о котором многие могли бы только мечтать.
В статье, вышедшей в журнале Nature Chemical Biology, ученые из университета Макмастера (McMaster University) сообщают, что им удалось определить, какие гены отвечают за процессы производства золота и впервые выделить так называемый делфтибактин. Если исследователи получат это вещество в достаточном количестве, то им, возможно, удастся осуществить мечту многих алхимиков древности − превратить воду в золото. Однако есть ряд «но». Во-первых, воды понадобится очень много, во-вторых, вещество, создаваемое бактериями, с не меньшей охотой вытягивает из воды ионы железа. А это означает, что биологи на выходе могут получить самородки железа с примесью золота.
Ошибка в тексте Ctrl + Enter
Источник: www.vgoroden.ru
Как превратить аммиак и воду в золото
С точки зрения алхимиков золото — совершенное тело, которое ни в чем не имеет потребности, а вода, наоборот, суть порождение хаоса, «дым, чернота и смерть». Поэтому трансмутация воды в золото — важный шаг на пути к пониманию сути вещей. Рассказываем, как на это превращение можно посмотреть с точки зрения современной науки и помогает ли оно приблизиться к постижению устройства мира.
Золото как концепция
С точки зрения современного химика или физика, трансмутация железа в золото — ядерная реакция, в результате которой из атома с 26 протонами в ядре образуется атом с 79 протонами (уж не важно, при каких условиях такая реакция возможна). С точки зрения египетского или средневекового алхимика, золото — это желтый ковкий материал с металлическим блеском.
Золото есть совершенное тело, порождаемое чистой, неподвижной, прозрачной красной Ртутью и чистой, неподвижной, красной, не горящей Серой, и оно ни в чем не имеет потребности.
(Псевдо-)Роджер Бэкон, «Зеркало Алхимии», между XIII и XV веком
По-настоящему золотое золото, кроме того, проходит и другие тесты — например, плохо растворяется в кислоте. Но это не самое главное — в конце концов, алхимику нужно не золото, а философский камень, первоматерия. Искусственное золото настолько же далеко от золота, как и золото от философского камня, но намного ближе, чем изначальное вещество. Поэтому алхимики вполне гордились трансформацией железа, олова, свинца и меди в золотистый сплав — еще не венец Великого делания, но шаг в нужном направлении. Теперь дело за секретом трансмутации, изменения сущности вещей — а он уже позволит превращать что угодно во что угодно: грязь в золото, а болезнь в здоровье.
Про электрические свойства золота алхимики, конечно, не думали — это теперь мы пониманием, что металлический блеск и ковкость напрямую связаны с электронной структурой материала, а говоря «металл», в первую очередь имеем в виду кристалл, в котором электронный газ никак не привязан к решетке из атомных ядер. Так «желтое, ковкое и блестит» превращается в «проводит ток как металл».
У воды нет ни цвета, ни формы, ни металлического блеска. На пути к секрету всех тайных вещей (и золоту) каждый уважающий себя алхимик в первую очередь изгонял из запертого в тигеле вещества всякий намек на влагу, которая не благородна и суть «дым, чернота и смерть».
Знай, что Небо должно быть соединено с Землей через посредника — но Форма в средней природе [помещена] между небом и землей сопряженными, которая [форма] суть является нашей водой. Но вода во всем воздерживается от первенства, которое следует из этого камня; но второе суть золото и третье золото только в том, что более благородно, чем вода и испражнения.
«Золотой трактат Гермеса Трисмегиста»
Суть воды
Вода — настолько не золото, насколько это вообще возможно. Нет кристаллической решетки, состоит из совсем других атомов. А кроме того, вода диэлектрик, и свободных электронов в ней нет вообще. Чтобы сделать из нее что-то близкое к золоту, придется увеличить количество проводящих электронов на много порядков — не просто чтобы они там появились, а чтобы еще и перешли в свободное состояние. Растворять в воде электроны — не самая простая задача, но можно попытаться превратить воду в металл, начав с более естественных для воды носителей заряда — протонов, катионов металлов и анионов.
Вопрос: Каков материал Хаоса?
Ответ: Это ничто иное, как влажный пар, так как среди всех веществ только создание воды завершается в нехарактерные сроки, и она одна подлинный предмет, подготовленный к получению формы.
Барон де Чуди, «Пламенеющая Звезда, катехизис степени Подмастерья Устава Неизвестных Философов», ок. 1770 г.
Перед тем, как переходить непосредственно к превращениям, тщательно оценим начальное состояние вещества, с которым нам предстоит работать. Даже в чистой воде без примесей есть некоторое количество заряженных частиц.
Из-за автопротолиза , во время которого одна молекула отбирает у соседней протон, в воде возникают заряженные частицы: первая молекула превращается в положительно заряженный ион H3O+, а ее соседка — в гидроксид-анион OH-. Но их в воде совсем немного, 10^-7 моль на литр. Это примерно 6 × 10^16 катионов. Благодаря механизму транспорта катионов водорода между молекулами у воды аномально высокая протонная проводимость — намного выше, чем была бы при обычной диффузии, — но от нужного нам состояния металла вода невообразимо далеко. В таком же объеме золота примерно 6 × 10^25 электронов — это на девять порядков больше.
Попытка 0: солим воду
Хоть как-то приблизиться к нужному значению можно, насыпав в воду дополнительных носителей заряда. Разница в электроотрицательности между атомом водорода и кислорода в молекуле воды делает ее электрическим диполем. Это помогает воде хорошо растворять, образуя гидратные оболочки вокруг ионов, которые появляются в результате диссоциации. Ионы — заряженные частицы, поэтому двигаясь по воде они переносят заряд и превращают ее в электролит. Таким образом мы точно приближаем ее к металлическому состоянию, но насколько сильно?
Хорошо растворимые соли диссоциируют в воде практически полностью. Для разных солей величины будут отличаться, но оценить их порядок можно на примере хлорида натрия. Максимальная масса соли, которую можно растворить в литре воды при комнатной температуре, — 359 граммов, все лишнее останется лежать на дне сосуда. Это примерно 6 моль соли, то есть 3,6 × 10^24 ионов одного знака. Это намного ближе к концентрации электронов в золоте (их там 6 × 10^25).
Но ионы — это не электроны. Они не образуют единой среды, а скорость их перемещения определяется скоростью их диффузии в воде. Этого вполне хватает, чтобы на соленых растворах работали гальванические элементы, но в состояние, аналогичное электронному газу, ионы не переходят.
Засолить воду до состояния металла не получится — для хризопеи воды нужен более изощренный способ.
Попытка 1: делаем лед
Вообще, превращение диэлектрика в металл — фазовый переход , который происходит по квантовому механизму. Если постепенно увеличивать концентрацию электронов в веществе, то в какой-то момент их станет так много, что радиус экранирования кулоновского взаимодействия станет совсем маленьким, они полностью потеряют свою связь с положительно заряженным ядром атома и превратятся в единый электронный газ. Как единое целое он распространяется и по среде (обычно это кристаллическая решетка). Увеличить концентрацию носителей заряженных квантовых частиц в диэлектрике или полупроводнике можно изменяя температуру, давление, внешнее поле или степень допирования.
Чтобы применить существующие для твердых материалов наработки к воде, можно попробовать сначала ее заморозить и доводить количество носителей заряда до нужного количества уже в кристалле льда. По данным расчетов, лед действительно можно превратить таким образом в настоящий металл, только стабильными эти фазы становятся при невероятно высоких давлениях — около 50 миллионов атмосфер. В лабораторных условиях такое пока невозможно.
В конце XX века появилась еще одна идея. Раз у жидкой воды очень высокая протонная проводимость, то, может быть, возможны кристаллические фазы, в которых протоны тоже образуют единый газ и превращают лед в «протонный металл» — то есть проводящий материал, где заряд разносят не электроны, а протоны?
Сначала моделирование показало, что такая фаза действительно есть — это суперионный лед XVIII. В нем атомы кислорода образуют упорядоченную решетку, а протоны не связаны с ними валентными связями и свободно перемещаются между ними. Такая кристаллическая фаза льда возможна, но стабильной она будет только при давлениях, которые приближаются к 10 миллионам атмосфер, — как в ядрах ледяных гигантов (например, Нептуна или Урана). В 2018 году такую воду удалось получить в лаборатории.
Модель суперионного льда. Шариками обозначены атомы кислорода, линиями — траектории ионов водорода S. Hamel, M. Millot, J. Wickboldt / LLNL—NIF
Проблема в том, что в это состояние вода переходит в ячейке с алмазными наковальнями при давлении больше миллиона атмосфер, и даже для минимального количества вещества его можно поддерживать не дольше 20 наносекунд. Проводимость суперионного льда подбирается к проводимости золота значительно ближе, чем водные растворы соли: она в районе 10 тысяч сименсов на метр (у золота проводимость на три порядка больше: 45,5 миллиона сименсов на метр, а у морской воды на четыре порядка меньше, три сименса на метр). При этом протонная проводимость суперионного льда может дополняться и небольшой электронной проводимостью. Это состояние воды вполне могло бы претендовать на то, чтобы считаться алхимическим золотом, если бы оно было хоть немного более устойчивым и мы могли посмотреть на него своими глазами, оценив цвет и блеск.
Промежуточный итог первых двух попыток с более естественными для воды носителями заряда — ионами и протонами — скорее неутешительный. Несмотря на локальный успех с суперионным льдом, «золотым» его назвать все же нельзя. Поэтому придется вернуться к электронам, но искать более реальные условия, чем давление в 50 миллионов атмосфер.
Вопрос: Каковы предосторожности, которые необходимо принимать, чтобы не разувериться в работе?
Ответ: Нужно усердствовать в снимании испражнений материи и думать только о получении ядра или центра, который заключает в себе свойства смеси.
Барон де Чуди, «Пламенеющая Звезда, катехизис степени Подмастерья Устава Неизвестных Философов», ок. 1770 г.
Попытка 2: хризопея аммиака
Накачать воду электронами можно и в более приемлемых условиях. Для этого можно растворить в ней материал, который готов легко этими электронами делиться — например щелочной металл. Проблема в том, что в воде эти электроны не перемещаются в свободном состоянии по среде, а сразу же реагируют с молекулой растворителя, образуя гидроксид-анион и молекулу водорода. Эта реакция идет бурно, и в случае со многими щелочными металлами может привести к взрыву. Но чтобы удостовериться, что такой принцип вообще может работать, для начала можно потренироваться на какой-нибудь другой жидкости.
Один из подходящих кандидатов для такой тренировки — сжиженный аммиак. В нормальных условиях это газ, но его температура кипения всего -33 градуса Цельсия, и еще XIX веке его научились получать в жидком виде. Жидкий аммиак — тоже сильный ионизирующий растворитель, но, в отличие от воды, он не так бурно реагирует с щелочными металлами, поэтому может растворять в себе довольно много, например, лития.
Гемфри Дэви в начале XIX века заметил, что газообразный аммиак реагирует с литием, давая необычную синюю окраску, а когда аммиак стал доступен в жидком виде, наблюдения за взаимодействием щелочных металлов с аммиаком перенеслись в раствор. А в 1897 Хэмилтон Кэди увидел, что при определенной концентрации лития раствор начинает проводить как металл, а не как электролит. В течение XX века химики пытались определить, как много лития можно растворить в аммиаке и действительно ли он превращается в металл. Растворение в бесцветном аммиаке сравнительно небольшого количества лития придает ему голубую окраску, и связано это с повышением концентрации отрицательно заряженных частиц, в том числе свободных электронов. К середине века химики определились, что в аммиаке можно растворить до 21 мольного процента лития — его окраска при этом будет сначала синеть, потом станет зеленой, а затем — золотистой.
Изменение цвета аммиачного раствора лития в зависимости от концентрации лития. При концентрации около четырех мольных процентов лития происходит моттовский переход (TMS) в металлическое состояние и раствор приобретает золотистую окраску Eva Zurek et al. / Angewandte Chemie, 2009
Изменение окраски сопровождается расслоением раствора — связано это именно с увеличением концентрации электронов. Если при сравнительно небольших концентрациях лития и ионы металла, и растворенные в аммиаке электроны — отдельные частицы, то когда их становится больше, они начинают взаимодействовать друг с другом, собираться в пары и кластеры. В зависимости от количества растворенного лития могут формироваться молекулярные комплексы различной структуры с разным количеством молекул аммиака в комплексе, разной геометрией и разными свойствами.
В тот момент, когда у раствора появляется золотистая окраска, происходит моттовский переход : раствор лития в аммиаке действительно превращается в металл, электроны полностью теряют свою локализацию и становятся электронным газом. Происходит это, когда лития в аммиаке уже единицы мольных процентов. В литре раствора в этот момент находится около 10^24 электронов.
Вблизи насыщения концентрация металла в аммиаке составляет около 21 процента. По проводимости металлический аммиак превосходит даже ртуть.
Наблюдения: золотистый блеск
Если в веществе достаточно электронов, то оно начинает блестеть. Это происходит оттого, что фотоны взаимодействуют с электронным газом: свет рассеивается и дает блеск. «Металлизация» аммиака состоялась, именно когда он заблестел.
Если блеск возник, как только в нем появился электронный газ, то с золотистой окраской аммиачному раствору лития просто повезло. Электронная структура молекулярных кластеров из молекул аммиака и лития мало похожа на электронную структуру атомов золота — просто спектр поглощения этого раствора оказался достаточно близок к спектру поглощения золота.
Источник: dzen.ru
Вода в жидкое золото Алхимический эксперимент
Превращение воды в золото — одна из целей алхимия , исследование, предшествующее современной химии и до сих пор представляющее интерес. Процесс превращения воды или свинца в золото вовлекает трансмутация . Физики достигают этого с помощью ускорителей частиц, успешно превращающих несколько атомов свинца в золото. Превратить воду в настоящее золото невозможно, но есть способы сделать воду золотой и металлической. Вот как самому превратить воду в «золото».
Материалы
Превратите воду в золото, смешав два прозрачных раствора:
Решение А
- 1 грамм арсенита натрия (NaAsO3)
- 50 мл воды (H2O)
- 5,5 мл ледяной уксусной кислоты (CH3COOH)
Размешайте арсенит натрия с водой, а затем добавьте ледяную уксусную кислоту.
Арсенит натрия также известен под названием мета-арсенит натрия. Его можно найти в Интернете и у компаний-поставщиков химической продукции, как в твердой, так и в растворной форме. Если вы используете раствор арсенита натрия или обычную (разбавленную) уксусную кислоту, учитывайте воду, уже присутствующую в растворе.
Решение B
Просто добавьте тиосульфат натрия в воду.
Превратите воду в жидкое золото
Все, что вам нужно сделать, это перелить один раствор в другой. Примерно через 30 секунд прозрачная жидкость станет золотистой.
Если вы проводите реакцию в качестве демонстрации химии или алхимии, сначала попробуйте реакцию, которая протекает при скорость в основном в зависимости от температуры . Затем для аудитории произнесите волшебное слово непосредственно перед изменением цвета, приказывая воде превратиться в золото.
Химия в основе алхимии
В результате химической реакции между уксусной кислотой и тиосульфатом натрия выделяется газообразный сероводород и образуется трисульфид мышьяка (As2S3), более известный как арипимент. Орпимент — это минерал золотисто-желтого цвета, популярный в качестве пигмента. Орпимент имеет золотистый цвет и при некоторых условиях кажется металлическим. И западные, и китайские алхимики были настолько увлечены цветом, что экспериментировали, чтобы увидеть, могут ли они извлечь золото или преобразовать вещество.
Современный метод превращения воды в золото
Совсем недавно химики превратили воду в золотисто-металлическое состояние, которое даже проводит электричество. В этом случае вода становится металлической, когда она находится в тонком слое, окружающем металлы натрий и калий. Эти щелочные металлы охотно отдают электроны. Эти электроны разбавляют воду, изменяя ее цвет и делая ее проводящей. Обычно вода напрямую вступает в реакцию со щелочными металлами, но ученые подавили взрывную реакцию, поглотив любой водяной пар.
Другие неметаллы также принимают металлические состояния. Обычно это связано с сильным давлением. Газовые гиганты, такие как Уран или Нептун, вероятно, имеют металлические водородные ядра и могут даже содержать металлическую воду. Кислород также образует металлический аллотроп под давлением более 96 ГПа.
использованная литература
- Кастельвекки, Давиде (2021 г.). “ Вода превратилась в блестящий золотой металл .’ Природа. 58: 18.
- Фитцхью, E.W. (1997). «Арипимент и Реалгар». в Художественные пигменты, справочник по их истории и характеристикам, Том 3: Э. В. Фитцхью (ред.) Oxford University Press.
- Mason, P.E.; Шеве, Х. С., Buttersack, T.; и другие. (2021). “ Спектроскопические доказательства наличия металлического водного раствора золотого цвета .” Природа. 595: 673-676.
- Месны, Уильям (1899 и 1905). Китайский сборник Месны. Учебник заметок по Китаю и китайцам. Vol. III и том. IV. Шанхай.
- Сент-Клер, Кассия (2016). Тайная жизнь цвета. Лондон: Джон Мюррей. 82–83. ISBN 9781473630819.
Источник: radyomx.com