Что такое золото в химии

Золото

Золото — минерал, являющийся природным твёрдым раствором серебра (следы, до 43%) в золоте; обычны примеси (следы, до 0,9%) меди, железа, свинца, реже — висмута, ртути, платины, марганца и др. Известны разновидности с повышенным содержанием меди — до 20% (медистое золото, купроаурит), висмута — до 4% (висмутистое золото, висмутаурит), платиноидов (платинистое и иридистое золото; порпецит — Au, Pd, родит — Au, Rh), природные амальгамы (Au, Hg).

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

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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

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. Тонкий слой золота (20 нм) на внутренней поверхности оконных и витражных стекол существенно уменьшает нежелательные тепловые потери зимой, а летом предохраняет внутренние помещения зданий и транспортных средств от нагревания инфракрасными лучами.
Золотые припои очень хорошо смачивают различные металлические поверхности и применяются при пайке металлов. Тонкие прокладки, изготовленные из мягких сплавов золота, используются в технике сверхвысокого вакуума.
Традиционным и самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости. В настоящее время для этого служат сплавы Au-Ag-Cu, которые могут содержать добавки цинка, никеля, кобальта, палладия. Стойкость к коррозии таких сплавов определяются, в основном, содержанием в них золота, а цветовые оттенки и механические свойства — соотношением серебра и меди.
Значительные количества золота потребляет стоматология: коронки и зубные протезы изготовляют из сплавов золота с серебром, медью, никелем, платиной, цинком. Такие сплавы сочетают коррозионную стойкость с высокими механическими свойствами.
Соединения золота входят в состав некоторых медицинских препаратов, используемых для лечения ряда заболеваний (туберкулёза, ревматоидных артритов и т. д.). Радиоактивный изотоп 198 Au (период полураспада 2,967 сут.) используется при лечении злокачественных опухолей в радиотерапии.

Источник

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

Здравствуйте! 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).

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):

Вторичные месторождения

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

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.

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:

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:

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.

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:

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:

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

Обозначение золота в таблице менделеева и его свойства

Запись обновлена: Май 25, 2020

Золото пленяло умы многие века, заставляя тратить на его поиски большую часть жизни, вступать в войны, идти на обман и предательство. На нашей планете есть множество металлов и иных химических веществ, давно подвергнутых периодизации. Среди них есть более ценные, а есть те, что стоят сравнительно недорого и повсеместно применяются в промышленности. Разграничение по классам ценности металлов произошло уже давно, чтобы понять, почему до сих пор страны, биржи, крупнейшие компании и богатейшие люди стремятся обладать золотом, следует познакомиться с ним поближе. Формула золота еще с древности использовалась учеными в предшествующих химии науках.

Химическая справка

Золото обозначается в химии как Aurum, сокращенно Au, в электронном виде: KLMNO6s1, Eион(Ме=>Ме++e)=9,22 эВ. В таблице Менделеева золото занимает атомный номер 79. Оно находится в 11 группе шестого периода. Также у золота есть международный регистрационный номер CAS: 7440-57-5. Атомная масса элемента равна 196,9665 г/молль. Золото — это простое вещество, так как оно состоит из изотопов одного металла.

Свойства золота уникальны и позволяют использовать его в области электроники, в медицине, в производстве оборудования для химических лабораторий. Оно обладает повышенной тепло- и электропроводимостью. Именно поэтому тонкое напыление золота методом гальванизации до сих пор может использоваться в производстве электрики. Золото кипит только при 2880 градусах, его плотность составляет 19.32г/см3, а температура плавления — 1064.43°С. Золото достаточно инертно, даже при высокой температуре не вступает в реакции с иными химическими элементами.

[править] Ссылки

Электрохимический ряд активности металлов

История золота

Название золото получило за свой желтый окрас. На многих языках его название звучит по-разному, но так или иначе связано с обозначением желтого, золотистого или зеленоватого цвета. Золото отличает несколько ключевых параметров. Это благородный металл, так как он не подвержен коррозии и не вступает в окислительные реакции под воздействием внешней среды. Кстати, именно поэтому он успешно применяется в стоматологии. Золото обладает повышенной плотностью и именно на этом построена система его добычи путем промывания ила, песка, речной воды. Также, золото очень мягкое и пластичное. Не смотря на свойства металла, его можно поцарапать даже без применения специального инвентаря.

Золото было, пожалуй, первым металлом, который открыл человек. Упоминания о нем есть во всех сохранившихся источниках древности, оно пользовалось почетом и стоило достаточно дорого. Нет сомнений, что интерес к золоту никогда не ослабевал. Его ценили за красоту и особые свойства, лишь позже осознав и ценность его физических свойств. Еще до того, как стала известна химическая формула вещества, покупка золота считалась отличным вложением средств.

Содержание

Природное золото

В природе золото встречается в виде ископаемых самородков или россыпи. Если речь идет не о крупицах, разбросанных в руде или вымытых водой, то это самородки, которые можно отнести к различным подвидам: электрум, палладиевое золото, медистое, висмутовое. В этом случае химический состав золота будет включать и примеси, которые могут варьироваться в процентном соотношении.

Электрум — это сплав с серебром, известный еще в глубокой древности. Собственно, это первый сплав, с которым имел дело человек. Это минерал, в котором около половины занимают частицы серебра. Его название произошло от слова “янтарь”, что было процитировано внешним видом минерала. Палладиевые сплавы — это соединения с серебром, медью, хромом, никелем и иными веществами. Висмутовое золото содержит до 4% этого серебристо-розового металла. Медистое золото содержит до 20% меди, которая придает ему рыжеватый оттенок. Также возможно минеральное образование золота с железом, ртутью, иридием. Россыпное золото называется шлиховым, и состоит из осадка тяжелых металлов, среди которых есть и золотые крупицы.

[править] Физические свойства

Чистое золото — мягкий металл желтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких пленках золото просвечивает зеленым или синевато-зеленым цветом.

Коллоидное золото может иметь красный и пурпурный цвет (т. н. кассиев пурпур).

Добавки серебра придают золоту зеленоватый оттенок, а меди — оранжевый или красноватый.

Белое золото — это его сплав с палладием.

Золото — мягкий металл, может царапаться ногтем и в чистом виде быстро истирается, поэтому его сплавляют с другими металлами (см. выше). Твёрдость по Моосу — 2,5; по Бриннелю 220—250 МПа.

Температура плавления золота: 1064 °C (1337 К), кипения — 2856 °C (3129 К). Плотность жидкого золота меньше, чем твердого, и составляет 17 г / см³ при температуре плавления. Жидкое золото довольно летучее, и активно испаряется задолго до температуры кипения.

Золото — тяжелый металл: плотность чистого золота — 19321 кг / м³ (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия, иридия, рения, платины и плутония. Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие как промывка на шлюзах, могут обеспечить высокую степень извлечения золота из промывных пород.

Золото является высокопластичным металлом: оно может быть прокатано в пластинки толщиной до

0,1 мкм (сусальное золото). Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м / ч.

Получение чистого золота

Золото почти не встречается в природе в своем чистом виде. После долгих веков промывки золотоносного песка и руды, человечество нашло более эффективный способ выделения золотых крупиц — амальгамацию. Для этого способа необходимы элементы, которые способны вступать в реакцию с золотом и этим элементом является ртуть. Она добавляется в руду, соединяется с золотом, а затем удаляется и пускается в дальнейшую работу. Также работает и цианирование. Золото осаждается из полученного раствора с применением цинка. Также может проводиться регенерация с помощью раствора щелочи.

Для того, чтобы получить чистый слиток или сплав с контролируемым количеством и составом примесей, нужно провести ряд процедур. Комплекс таких мер называется аффинаж — очистка руды, лома, сплава с целью получить чистое золото. В качестве материала для работы могут быть взяты любые частички золота — детали электродов, элементы лабораторного оборудования, ювелирные изделия. Есть несколько методов, считающихся наиболее успешными. Химия золота остановилась на этих способах, как несущих минимальные потери золотых частиц и расходующих меньше средств на вспомогательные материалы.

Химическое рафинирование — это выделение химических элементов из руды, золотоносной природной крошки или лома изделий, бывших в употреблении. Оно многоступенчатое и включает ряд опытов, которые направлены на выделение ценной составляющей. В первую очередь исключается из состава железо, так как оно не дает проводить необходимые операции. Оно может быть исключено с помощью магнита, или же с применением серной или соляной кислоты, которые растворят его частицы. Следующая стадия требует применения азотной кислоты, которая растворяет многие примеси, традиционно соседствующие с золотом — медь, серебро, цинк, олово. Золото остается в осадке, а в реакции используется поваренная соль. Далее осадок, содержащий золото и серебро, обрабатывается с помощью азотной и соляной кислоты. После проведения необходимых смешиваний, ряда нагревов и сливов, получают коричневый осадок, который тщательно промывают. После проведения финальной стадии очистки, получается золотая пыль, которую сплавляют в слиток. Чистота такого золота может составлять от 99,95%.

На производстве используется электрохимический способ очистки, в этом случае требуется чистое сырье, не ниже 900 пробы, чистейшее золото для проведения процедуры, а также кислоты. Также существует способ Миллера, который основан на газообразном выпаривании примесей посредством использования летучего хлора. Этот метод может быть опасен, так как ядовитые газы могут попасть в воздух.

Сплавы с другими металлами

Сплавы благородного металла образуются с двумя целями:

Различные добавки в золото называются лигатурой. Цвет и свойства сплава зависят от того, какова химическая формула его составляющих. Так, серебро и медь значительно повышают твердость сплава, что позволяет использовать его для изготовления ювелирных изделий. А вот свинец, платина, кадмий, висмут и некоторые другие хим элементы делают сплав более хрупким. Несмотря на это, их часто используют для производства самых дорогих украшений, так как они существенно изменяют цвет изделия. Самые распространенные сплавы:

В зависимости от количества золота в сплаве, определяют его пробу. Она измеряется в промилле и обозначается трехзначной цифрой. Количество искомого металла в каждом сплаве строго регулируется государством. В России официально приняты только 5 проб: 375, 500, 585, 750, 958, 999. Цифры пробы означают, что именно столько мер золота приходится на 1000 мер сплава.

Иными словами, в слитке или изделии 585 пробы содержится 58,5% золота. Золото высшей пробы, 999, считается чистым. Его для своих нужд использует только химия, так как этот металл слишком хрупкий и мягкий. 750 проба — самая популярная в ювелирной промышленности. Ее основные компоненты — серебро, медь, платина. На изделии обязательно должно стоять клеймо — цифровой знак, обозначающий пробу.

Алхимики

Никто не ставит сейчас под сомнение состав золота, но когда-то оно считалось не только составляющим минералов и благородным металлом в очищенном виде, но и чем-то, что можно получить из другого вещества. Речь идет об алхимии, науке, которая появилась задолго до химии и стала ее прародительницей. Алхимиков считали колдунами и шарлатанами, им не доверяли и их боялись, но, тем не менее, не существует доказательств, которые бы позволили с уверенностью сказать, что это лженаука или вымысел. Существуют книги по алхимии, свидетельства очевидцев, истории, вписанные в хроники. Конечно, золото всегда было наибольшей ценностью и идея его получения при помощи опытов стала «идеей фикс» для многих поколений ученых.

У алхимиков было особое видение мира, они считали, что в природе все едино и все эволюционирует. Это относилось и к человеческой душе, и к минералам, веществам. Низшим металлом считался свинец, он был несовершенен, высшим — золото, так как оно обладало исключительными свойствами. Многие свидетельства указывают на то, что алхимики нашли секретное соединение, которое обращало олово и ртуть в чистейшее золото — философский камень. Состав и свойства этого камня остались неизвестны, так как те, кто его изобрели, унесли секрет в могилу, а свидетели могли рассказать лишь о процессе превращения олово, смешанного с порошком или камнем, в золото. Алхимическое золото по сей день будоражит умы, формула неизвестна даже сейчас при том, что наши технологии так развиты. Единственным доказательством в пользу достоверности этих экспериментов можно назвать эксперименты с ураном, когда при особом воздействии он образует совсем иные, новые, вещества. История требует уважительного отношения и вспомнив о грандиозных сооружениях, возведенных еще до нашей эры, дальних путешествиях и блестящих изобретателях, можно лишь развести руками, предположив, что алхимики древности знали о металлах гораздо больше, чем мы.

Золото в химии — лишь один из элементов, обладающий особыми свойствами, но его название в жизни людей побуждает совершенно другие ассоциации, чем другие металлы. Оно является мерилом состоятельности и успеха, символизирует власть и влияние. Конечно, человека в самом начале его знакомства с этим металлом привлекла его красота. Золотой цвет напоминал о Солнце, которое обожествлялось многими народами многие века. Золото стало материалом для культовых сооружений, украшений. Позже из него были выпущены первые монеты, так вошло в обиход понятие денег. Во времена империй и царств золото использовалось в отделке утвари и помещений. В церквях оно всегда использовалось для рам, покрытий, украшений, сусальное золото получило широкое распространение, а купола церквей покрывало листовое. Сейчас золото используется и для эстетических целей, и ради науки.

Источник