Золото как химический элемент

Химический элемент золото (Au): свойства, способы получения и место в периодической таблице Менделеева

Золото — химический элемент, унесший много жизней. При строительстве Исаакиевского собора в Петербурге купола золотились с помощью золотой амальгамы. Архитектор Огюст Монферран принял меры, чтобы защитить рабочих от паров ртути, но понимал, что они обречены. Зато купола не придется золотить больше никогда.

Так и случилось: все 60 человек погибли от отравления, а собор с тех пор ни разу не золотили.

Нахождение в природе

Золото везде. Кубический километр морской воды содержит 5 кг вожделенного элемента, а если уколоть палец и выдавить каплю крови, в ней будет 0,00025 мг золота. 10 мг содержится в человеческом скелете: если задаться целью выплавить кольцо из людей, понадобится всего 300 человек. Но это золото находится в окружающей среде в настолько рассеянной форме, что извлекать его оттуда невыгодно, а часто и невозможно.

Месторождения, подходящие для добычи золота, подразделяются на коренные — первичные (постмагматические) и вторичные (россыпные).

Химия 13. Химический элемент золото — Академия занимательных наук

Первичные месторождения

Химическим элементом Au богата магма — расплав внутри земного шара. Золото есть в верхних слоях мантии и частично в земной коре (впрочем, в ней содержится почти вся периодическая таблица). Магма выходит на поверхность планеты, остывает и превращается в твердую породу. Места, где она содержит столько драгоценного элемента, чтобы окупилась промышленная разработка, и есть коренные месторождения.

Природное золото находят в виде самородков — цельных зерен химически чистого вещества. Часто оно соединено с другими элементами (магма содержит почти все):

• серебром;
• медью;
• металлами платиновой группы;
• висмутом и другими.

Вторичные месторождения

Вторичные месторождения — итог разрушения первичных, так называемого выветривания, которое бывает:

• физическим (причина — ветер, вода, температурные колебания);
• химическим (химические реакции);
• биологическим (бактерии и другие организмы).

Россыпь чистого золота выглядит как песок и порой относится водами на много километров от коренного месторождения.

История открытия элемента

В чистом виде золото попало в руки человека в VI веке до нашей эры. Массовые разработки африканских месторождений начались раньше — около 2000 года до н. э., но методик избавления от примесей не было, и золотые изделия того времени имеют низкую пробу.

Во времена поздней античности (начало нашей эры) по миру начала распространяться алхимия с ее стремлением превращать недрагоценные химические элементы в благородные. Она не добилась успеха, но современная цивилизация благодаря ей владеет многими чудесами — например, техникой добычи химическичистого золота из руды.

Латинское название золота — Aurum (читается как аурум) — «желтый». Оно принято как интернациональное. Символ солнца у алхимиков выглядел как круг с точкой внутри, а в современной химии оно обозначается сокращением Au.

Как получают

Основные способы получения золота в промышленных масштабах дополняют друг друга — например, шлих можно очистить от плотных примесей путем амальгамации.

Промывка

Промывка (шлихование) — древний метод добычи золотого песка (шлиха) из вторичных месторождений. Песок отмывается благодаря плотности: менее плотные минералы вымываются водой, а шлих оседает.

Масштабная добыча золота автоматизирована: вместо людей работают промывочные устройства и экскаваторы. Однако принцип их действия за последние 2000 лет почти не изменился.

Шлих — не чистое золото. Существуют элементы плотнее — они оседают с песком на дне промывочной емкости. Для финальной очистки используются другие, в частности химические, способы.

Амальгамация

Этот метод тоже известен с древности, но описан в XVI веке. Он возможен благодаря свойству ртути образовывать сплавы (амальгамы) с другими металлами без дополнительного термического или химического воздействия. После избавления от фрагментов пустой породы химические элементы механически разделяются.

Амальгамация применяется не везде: в ряде стран (с 1988 года — в России) запрещено использовать ртуть из-за смертельной опасности этого элемента для человека.

Цианирование

Способ извлечения драгоценного элемента из руды цианированием основывается на способности золота растворяться в синильной кислоте (цианистом водороде, HCN) и ее солях. Руда обрабатывается слабым (0,03–0,3 %) раствором цианида. Благородный металл реагирует раньше других химических элементов, а после химической реакции осаждается из раствора.

Физические и химические свойства

Золото инертно: в чистом виде не образует оксидов, не подвержено коррозии. Еще у него:

• высокая плотность — 19,32 г/см³;
• среднеплавкость (температура плавления в диапазоне 600–1600 °С — 1064,43 °С);
• низкая твёрдость — 2,5 пунктов по шкале Мооса;
• высокая ковкость (благодаря ей создается позолота);
• высокая пластичность, тягучесть.

Место золота в периодической таблице Менделеева

Элемент располагается в XI группе (подгруппа меди), VI периоде периодической таблицы химических элементов.

Атомный номер (зарядовое число) золота — 79. Это количество протонов в ядре атома, равное количеству электронов, вращающихся вокруг ядра. Атомная масса — суммарная масса протонов и нейтронов (ядра атома) — у золота равна 196,9665 а.е.м. (атомных единиц массы). Природное золото существует в виде химически устойчивого изотопа 197 Au. Все остальные нестабильны и возможны только в условиях ядерного реактора.

Формула

Своей химической формулы золото не имеет, поскольку существует в виде одноатомных молекул. Электронная конфигурация атома Au записывается как [Xe] 4f14 5d10 6s1 и обозначает точное распределение электронов по орбиталям.

Взаимодействие с кислотами

В силу своей инертности (не абсолютной, но значительной) золото не растворяется в кислотах. Это позволяет использовать их для аффинажа (химической очистки элемента от примесей): сплав обрабатывается кислотой, например азотной, и так избавляется от лигатуры.

Но есть исключения. Чистое золото растворяют кислоты:

• селеновая;
• синильная и ее соли (цианиды);
• азотная в смеси с соляной (царская водка).

Степени окисления и связь с галогенами

В естественных условиях Au не окисляется под воздействием кислорода — это одно из свойств, делающих элемент драгоценным. При нагревании золото взаимодействует с галогенами (элементами XVII группы): йодом, фтором, бромом и хлором, образуя соответственно йодид, фторид, бромид и хлорид.

Стандартные степени окисления — 1 и 3. В лабораторных условиях выведен фторид со степенью окисления +5.

Меры чистоты золота

Государства контролируют оборот драгметалла. Век назад почти в каждой стране работала своя система пробирования, но сейчас большинство приведено к общему знаменателю.

Британская каратная система

В каратной системе (США, Канада, Швейцария) за 100 % принято число 24. Клеймо «18 K» говорит о том, что украшение состоит на 75 % из драгоценного металла, а на 25 % из чего-то ещё — например меди и палладия.

Метрическая система

В России, СНГ, Германии число на клейме — это количество промилле (тысячных долей) золота в сплаве. 500 ‰ — проба 500, 375 ‰ —375. Не существует только пробы 1000 — вместо нее 999,9. Она содержит микроскопическое количество примесей и условно считается чистой.

Золотниковая система

Золотниковая система проб действовала в Российской империи, РСФСР и СССР в 1798–1927 годах. Она основана на русском фунте, равном 96 золотникам, аналогична каратной математически, но делит целое не на 24, а на 96 долей.

Таблица соответствия проб

Посмотрим на три системы в сравнении. Существует также лотовая проба — она по сути повторяет каратную, но берет за сто процентов 16 единиц (лот). Лотовая проба использовалась для пробирования серебра в Европе до введения метрической системы и не имеет отношения к золоту.

Метрическая система проб	999	958	916	900	750	585	500	375
Каратная система проб	24	23	22	21,6	18	14	12	9
Золотниковая система проб	96	92	88	86,4	72	56	48	36

Сплавы с другими металлами

В промышленности применяются сплавы золота с медью, серебром, платиной, палладием, никелем и другими металлами. Лигатура меняет свойства сплава. Платина и палладий придают ему белый цвет, цинк и кадмий понижают температуру плавления (но цинк делает сплав хрупким, а кадмий — нет), медь окрашивает в красный и делает тверже.

Применение

Без золота нельзя представить себе:

• ювелирное дело;
• информационные технологии;
• нефтехимическое производство;
• производство измерительных приборов;
• элетронику и микроэлектронику;
• фармакологию;
• ядерные исследования.

До сих пор золото не утратило и первоначального предназначения — оно используется для сбережения и приумножения средств.

Как отличить подделку

Чтобы навариться, выдав изделия из неблагородных сплавов за ценные, мошенники прибегают к уловкам: обжигают серебро на огне, соединяют медь с цинком и оловом. Обращайте внимание на:

• Клеймо — оно должно соответствовать стандарту.
• Цену — если она неправдоподобно низка, это тревожный знак.
• Страну-производитель — проверьте украшение лишний раз, если это Турция, Китай или ОАЭ.

Встречаются советы попробовать вещь на зуб при продавце или испытать химически, капнув на нее йодом. Это действенные для определения подлинности высоких проб способы, но они не всегда приемлемы в обществе. Если продавец вызывает у вас сомнения настолько, что вы готовы кусать его товар, стоит отказаться от покупки.

Заключение

Не кладите золото в ртуть и не проливайте на него синильную кислоту — так оно прослужит дольше. А еще подписывайтесь на мои статьи и делитесь ими с друзьями!

Источник

Золото

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура золота

Кристаллизуется в кубической сингонии, в виде октаэдров, ромбододекаэдров, кубов и более сложных по форме кристаллов; нередко они искажены, сильно вытянуты, образуя “проволочки”, “волоски”, или уплощены параллельно грани октаэдра. Для самородного золота особенно низкопробного, характерно многообразие форм роста, оно обычно в виде скелетных кристаллов, дендритов, нитевидных и скрученно-нитевидных кристаллов. Широко распространены прожилковидные и неправильные комковидные, “крючковатые” выделения; на их поверхности нередко сохраняются отпечатки кристаллов других минералов, агрегаты которых включали скопления самородного золота. Травление выявляет кристаллически-зернистое строение золотых частиц.

СВОЙСТВА

Золотые слитки и самородки

Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19,32 г/см³ (шар из чистого золота диаметром 46,237 мм имеет массу 1 кг). Диамагнетик, то есть, магнитное поле в золоте ослабевает. Среди металлов по плотности занимает седьмое место после осмия, иридия, рения, платины, нептуния и плутония. Сопоставимую с золотом плотность имеет вольфрам (19,25). Высокая плотность золота облегчает его добычу, отчего даже простые технологические процессы — например, промывка на шлюзах, — могут обеспечить высокую степень извлечения золота из промываемой породы.
Золото — очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2,5, по Бринеллю 220—250 МПа (сравнима с твёрдостью ногтя).
Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (100 нм) (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 2 мг/м.
Температура плавления золота 1064,18 °C (1337,33 К), кипит при 2856 °C (3129 К). Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см 3 при температуре плавления. Жидкое золото довольно летучее, и активно испаряется задолго до температуры кипения.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Содержание золота в земной коре очень низкое — 4,3·10 -10 % по массе (0,5-5 мг/т), но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. Один литр и морской, и речной воды содержит менее 5·10 −9 граммов Au, что примерно соответствует 5 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами.
Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами (ртуть, цианиды). С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы.
В 1947 году американские физики Ингрем, Гесс и Гайдн проводили эксперимент по измерению эффективного сечения поглощения нейтронов ядрами ртути. В качестве побочного эффекта эксперимента было получено около 35 мкг золота. Таким образом, была осуществлена многовековая мечта алхимиков — трансмутация ртути в золото. Однако экономического значения такое производство золота не имеет, так как обходится во много раз дороже добычи золота из самых бедных руд.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Изделия из золота

Самородное золото – главная форма нахождения золота в природе. Оно концентрируется в гидротермальных месторождениях образуя золотые руды, неравномерно распределяясь в трещиноватом жильном кварце и в сульфидах – пирите, арсенопирите, пирротине и др. В существенно сульфидных рудах самородное золото тонкодисперсное. При окислении руд на земной поверхности мелкое самородное золото частично растворяется и переотлагается; в ряде случаев оно обогащает верхние части рудных тел. Процессы их разрушения приводят к освобождению частиц самородного золота и их накоплению в россыпях; перемещаясь водными потоками вместе с другим кластическим материалом, частицы окатываются, округляются, деформируются, частично перекристаллизовываются; в результате электрохимической коррозии на них образуется тонкая оболочка высокопробного золота, что приводит к общему повышению пробы самородного золота в россыпях.

ПРИМЕНЕНИЕ

Источник

Золото

Золото — пожалуй, первый металл, с которым познакомилось человечество (см. подробнее России первым золотодобытчиком считается Ерофей Марков , памятник которому стоит в городе Екатеринбурга.

Об истории добычи золота см. Происхождение названия

Поскольку золото было известно, вероятно, ещё до появления письменности, проследить историю его названия, скорее всего, невозможно. Известно, однако, что в славянских языках слово золото имело в древности общий корень со словом «жёлтый», первоначальный вариант слова записывают как zolto. Некоторые связывают происхождения слова «золото» со словом «солнце» (корень sol). Однако достаточно достоверных версий происхождения названия нет.

Слово gold в европейских языках связано с греческим богом Солнца Физические свойства

Схема атома золота

‎Химический элемент периодической системы Менделеева; п. н 79, ат. В. 196,967; относится к благородным металлам. Известен лишь один устойчивый изотоп Au197. Из искусственно радиоактивных изотопов наиболее важны Au195 и Au198. Конфигураия внешних электронов атома золота. : 5d10 6s1.

Энергия ионизации Au – Au+ 9,22 эВ.

Чистое золото — мягкий металл чисто желтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности меди. В тонких пленках золото просвечивает зеленым. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким сопротивлением.

Золото — очень тяжёлый металл: Химические свойства

Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты:

В случае реакции с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200 °С с образованием Физиологическое воздействие

Содержание золота в земной коре очень низкое — 3 мг/т, но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны.

Для золота харатерна серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождения оно зачастую заключено в сульфиды и Получение

Промывка

Метод промывки основан на высокой плотности золота, благодаря которой в потоке воды, минералы с плотностью меньше золота (а это почти все минералы земной коры) смываются и металл концентрируется в тяжелой фракции, песка состоящего из минералов повышенной плотности, который называется Амальгамация

Метод амальгамации основан на способности ртути образовывать сплавы — Испании начиная с XVI века: это стало возможным благодаря наличию в Испании огромного ртутного месторождения — Цианирование

Золото растворяется в растворах синильной кислоты и её солей, и это его свойство дало начало ряду методов извлечения путем цианирования руд.

Метод цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии кислорода воздуха: измельчённая золотоносная порода обрабатывается разбавленным (0,3-0,03 %) раствором цианида натрия, золото из образующегося раствора цианоаурата натрия Na[Au(CN)2] осаждается либо цинковой пылью, либо на специальных ионнообменых смолах.

Золото в промышленности

По своей химической стойкости и механической прочности ,золото уступает большинству платиноидов, но незаменимо, как материал для электрических контактов. Поэтому в микроэлектронике золотые проводники и гальванические покрытия золотом (контактных поверхностей, разъёмов, печатных плат) используются очень широко.

Золото используется в качестве мишени в ядерных исследованиях, в качестве покрытия зеркал работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, в качестве специальной оболочки в нейтронной бомбе.

Золотые Золото в экономике

Золото является важнейшим элементом мировой финансовой системы, поскольку данный металл не подвержен коррозии, внешне привлекателен и запасы его невелики. Мировые банковские резервы золота оцениваются в 32 тыс. тонн (если сплавить все это золото воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м).

Золото издавна использовалось многими народами в качестве денег. Золотые XIX веку. Вплоть до Первой мировой войны золото являлось мерилом всех мировых валют (период 1870—1914 называют «золотым веком»). Бумажные купюры в это время выполняли роль удостоверений о наличии золота. Они свободно обменивались на золото.

В 1792 в США было установлено, что 1 1834 году за унцию давали уже 20,67 $, поскольку США не имели достаточного 1934 году за 1 унцию золота давали 35 $. Несмотря на экономический кризис, США пытались сохранить фиксированную привязку доллара к золоту, ради этого поднималась 1944 было принято Бреттон-Вудское соглашение . Был введен золотодевизный стандарт, основанный на золоте и двух валютах — долларе США и фунте стерлингов Великобритании, что положило конец монополии золотого стандарта. Согласно новым правилам, доллар становился единственной валютой, напрямую привязанной к золоту. Казначейство США обязывалось обменивать доллары на золото иностранным правительственным учреждениям и центральным банкам в соотношении 35 $ за тройскую унцию. Фактически золото превратилось из основной в резервную валюту.

После этого золото превратилось в особый инвестиционный товар. Инвесторы на протяжении многих лет доверяли исключительно золоту. К концу 1974 цены на золото подскочили до 195 $ за унцию, а к 1978 — до 200 $ за унцию. К началу 1980 года цена на золото достигло рекордной отметки — 850 $ за унцию, после чего она начала постепенно падать. В конце 1987 года она составляла около 500 $ за унцию.

Самое быстрое падение произошло в 1996—1999 гг., когда цена на золото снизилась с 420 до 260 $ за унцию. Среди аналитиков нет единого мнения по поводу причин столь быстрого снижения цены на золото: одни объясняют это объективными экономическими факторами, другие говорят о глобальном заговоре крупнейших стран во главе с США.

Как бы то ни было, падение прекратилось и снова начался рост цены на золота в связи с соглашением ведущих центральных банков об ограничении продаж золота в 1999 году. К концу 2004 году цена на золото достигла 450 $. Аналитики предсказывают, что по причине нестабильности экономики США и мирового финансового климата в целом цена на золото может вырасти до 1000 $ за унцию. Золото для инвестиций выступает в двух формах — золотые слитки и Золотой запас России

См. также 2006 г. составили 386,6 тонны (без учета золота в операциях swap). Доля золота в общем объёме золотовалютных резервов России в марте 2006 составила 3,8 %. Россия занимает 14 место в мире по объёму золота, находящегося в государственном резерве.

Золото, как материал для ювелирных изделий

Золотые сплавы в стоматологии

Благодаря высокой коррозионной стойкости и лёгкости обработки, золото издавно использовалось, как материал для зубных протезов. Для придания изделиям высокой прочности, применяют специальные сплавы.

Меры чистоты золота

Британская каратная система

Традиционно чистота золота измеряется в британских Российская система проб

Принятая в России система отличается от общемировой. В России чистота золота измеряется См. также

Источник