Золото - свойства атома и сплавов

Главная > Эволюция природы > Эволюция вещества > Атомы > Золото
Золотая решетка

Атомы - Lego природы.

Золото (лат. Aurum), Au, химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева; атомный номер 79, атомная масса 196,9665; тяжёлый металл жёлтого цвета, относящийся к благородным. Состоит из одного устойчивого изотопа 197Au.

Обзоры приведены в соответствии с энциклопедическими статьями С. А. Погодина и А. И. Стадниченко.

Разделы страницы:


Физические и физико-химические свойства золота

ЗОЛОТО (Aurum) Au, хим. элемент I гр. периодич. системы, ат. н. 79, ат. м. 196,9665; относится к благородным металлам. В природе один стабильный изотоп 197Аu. Конфигурация внеш. электронной оболочки 5d106s1; степени окисления +1, +3, редко +5; энергии ионизации Аu0 : Аи+ : Аu2+ : Аu3+ соответственно равны 9,2258, 20,5 и 30,5 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,4 сродство к электрону 2,8 эВ; атомный радиус 0,144 нм, ионные радиусы (в скобках указаны координац. числа) Аu+ 0,151 нм (6), Аu3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6).

Золото — мягкий, очень пластичный, тягучий металл (может быть проковано в листки толщиной до 8·10-5 мм, протянуто в проволоку, 2 км которой весят 1 г), хорошо проводит тепло и электричество, весьма стойко против химических воздействий.

3. - желтый металл; кристаллич. решетка гранецентрир. кубическая, а = 0,40786 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m.

Золото - очень мягкий и пластичный металл, твердость по Моосу ~ 2,5, по Бринеллю 220-250 МПа; модуль упругости 81 ГПа; sраст 10-25 МПа. Золото устойчиво на воздухе и в воде; с О2, Н2, N2, P, Sb и С непосредственно не взаимодействует. Фосфид Аu2Р3 (DH0обр -102 кДж/моль) и антимонид AuSb2 (DH0обр - 13 кДж/моль) получают косвенным путем.

3олото не раств. в р-рах щелочей и к-тах, раств. в горячей H2SeO4, смесях к-т - Н2SО4 с HNO3, H2SO4 с НМnО4, а также в царской водке (НСl + НNO3): Аu + HNO3 + 4НСl : H[AuCl4] + NO + 2Н2О; после осторожного выпаривания выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной к-ты НАuСl4.3Н2О. В водных р-рах цианидов (Na, Ca, К) при доступе О2 или др. окислителей золота раств. с образованием дицианоаурат-иона (цианирование): 2Au + 4CN- + Н2О + 0,5О2 : 2[Au(CN)2]- + 2OH-, что лежит в основе важнейшего пром. способа извлечения золота из руд. С галогенами в отсутствие влаги золото без нагревания не взаимод., при нагр. порошка золота в атмосфере галогенов образуются золота галогениды.

С мн. металлами золото дает сплавы. На легком образовании амальгамы золота основан один из методов извлечения золота из горных пород. Соед. золота неустойчивы, в водных р-рах гидролизуются, легко восстанавливаются до металла.

Химические свойства золота и его соединений

Конфигурация внешних электронов атома золота 5d10 6s1. В соединениях золото имеет валентности 1 и 3 (известны комплексные соединения, в которых золото 2-валентно).

Для золота характерна лёгкая восстановимость его из соединений до металла и способность к комплексообразованию. Существование закиси золота, т. е. оксида золота (I) Au2O - сомнительно.

С неметаллами (кроме галогенов) золото не взаимодействует. С галогенами золото образует галогениды, например 2Au + 3Cl2 =2AuC13. В смеси соляной и азотной кислот золото растворяется, образуя золотохлористоводородную кислоту H [AuCl4].

В растворах цианида натрия NaCN (или калия KCN) при одновременном доступе кислорода золото превращается в цианоаурат (I) натрия 2Na [Au (CN)2]. Эта реакция, открытая в 1843 П. Р. Багратионом, получила практическое применение только в конце 19 в. (см. Цианирование).

Хлорид золота (I) AuCl получается при нагревании хлорида золота (III): AuC13 = AuCl + C12.

Хлорид золота (III) AuC13 получается действием хлора на порошок или тонкие листочки золота при 200 °С. Красные иглы AuCl3 дают с водой коричнево-красный раствор комплексной кислоты: AuC13 +Н2О=Н2[AuOC13].

При осаждении раствора AuC13 едкой щёлочью выпадает амфотерная жёлто-коричневая гидроокись золота(III) Au(OH)3 c преобладанием кислотных свойств; поэтому её называют золотой кислотой, а её соли — ауратами (III). При нагревании гидроокись золота (III) превращается в окись золота Au2O3, которая выше 220° разлагается по реакции: 2Au2O3 = 4Au + 3O2.

При восстановлении солей золота хлоридом олова (II) 2AuC13 + 3SnCl2 = 3SnCl4 + 2Au образуется весьма стойкий пурпуровый коллоидный раствор золота (кассиев пурпур); это используется в анализе для обнаружения золота. Количественное определение золота основано на его осаждении из водных растворов восстановителями (FeSO4, H2SO3, H2C2O4 и др.) или на применении пробирного анализа.

Гидроксид Au(OH)3 - темно-коричневые кристаллы; при нагревании дегидратируется с образованием сначала АuО(ОН), а затем сесквиоксида Аu2О3, к-рый выше 160°С разлагается на золото и О2; растворимость в воде 2,4.10-12 моль/л при 20°С, в р-рах НNО3 - до 0,38 моль/л при 25 °С, в растворах NaOH - до 8.10-4 моль/л при 25°С. В последнем случае в растворе золото находится в виде гидроксоаурат-ионов [Аu(ОН)4]- (рН 7-13). Образуется Аu(ОН)3 при добавлении концентрированного раствора щелочи или Mg(OH)2 к растворам Н[АuСl4].

Ауpaты неустойчивы, легко разлагаются при нагревании. Аураты щелочных металлов хорошо растворяются в воде, растворимость растет с увеличением ионного радиуса катиона; аураты Mg, Ca, Sr, Ba, Тl(I) ограниченно растворимы. Аураты с некоторыми органическими веществами образуют взрывчатые смеси. Предполагают, что при действии на гидроксид золота растворов щелочи образуются аурат-анионы [Н2АuО3]-, [HAuO3]2-, [AuO3]3-. См. также табл. 2.

Другие кислородные соединения золота неустойчивы, легко образуют взрывчатые смеси. Соединение Аu2О3 с аммиаком Au2O3.4NH3 называется "гремучим золотом"; взрывается при 145°С, иногда и при более низких температурах; без взрыва растворяется в растворах цианидов щелочных металлов.

Гемисульфид золота Au2S - черно-коричневые кристаллы; DG0обр 29 кДж/моль; плохо раств. в воде (произведение р-римости 4.10-69 при 25 °С), раств. в р-рах цианидов и полисульфидов щелочных металлов. Получают взаимод. конц. р-ра K[Au(CN)2] с H2S с послед. нагреванием до кипения с избытком соляной к-ты. Сесквисульфид Au2S3 - черные кристаллы; разлагается при нагр. до 200 °С; не раств. в соляной и серной к-тах, раств. в HNO3 с выделением элементарного золота, р-рах KCN, бромной воде. Получают взаимод. H2S с АuСl3 или комплексными хлоридами золота в безводном эфире на холоду. Известны комплексные соед., содержащие анионы [AuS3]2-, [AuS2]-, [AuS]-, [Au(SO3)2]3-, [Au(S2O3)2]3- .

Моноселенид AuSe существует в двух кристаллич. модификациях моноклинной сингонии. При обработке солянокислых р-ров золота на холоду селеноводородом осаждается сесквиселенид Au2Se3.H2Se, устойчивый (после сушки) в интервале 40-390°С; при 535-650°C разлагается с выделением элементарного золота.

Селенат (IV) Au2(SeO3)3.3H2SeO3 лимонно-желтые кристаллы; не раств. в воде, раств. в соляной и селенистой (при нагр.) к-тах.

Селенат (VI) Au2(SeO4)3 желтые кристаллы; DH0обр — 954 кДж/моль; не раств. в воде, разлагается соляной к-той, раств. в H2SO4, HNO3 и горячей конц. H2Se04.

Теллурид (гемителлурид) АuТе2 - кристаллы от латунно-желтого до серебристо-белого цвета с металлич. блеском; плотн. 9,3 г/см, DH0обр — 11 кДж/моль; хрупок, твердость по Моосу 2,5-3.

Тиоцианат AuSCN - бесцв. кристаллы; не раств. в воде и орг. р-рителях; при 140°С разлагается до металлич. золота и (SCN)n; под действием воды образует в р-рах прочные комплексные анионы [Au(SCN)2]- и [Au(SCN)4]- .

Коллоидное золото

При восстановлении золота в разб. р-рах его солей, а также при электрич. распылении золота в воде образуются коллоидные р-ры золота, окраска к-рых зависит от степени дисперсности частиц, а интенсивность окраски от их концентрации. Частицы золота в коллоидном р-ре отрицательно заряжены. Гидрофобный золь золота в солянокислом водном р-ре можно представить схемой:

[Аu]m - ядро мицеллы (число атомов т в зависимости от условий может меняться от неск. сотен до миллионов единиц); АuСl4- - ионы, определяющие отрицательный заряд коллоидной частицы золота и величину потенциала адсорбционного слоя толщиной d0; Н+ - противоионы, определяющие потенциал диффузионного слоя (электрокинетич. потенциал), из к-рых х ионов находится в размытой части двойного слоя толщиной d; n - кол-во ионов АuСl4-, адсорбированных на поверхности ядра мицеллы, при этом п << т.

Золото в природе

Распространённость золота

Среднее содержание золота в литосфере (земной коре) составляет 4,3·10-7% по массе, в воде морей и океанов менее 5.10-6 мг/л. Относится к рассеянным элементам. В магме и магматических породах золото рассеяно, но из горячих вод в земной коре образуются гидротермальные месторождения золота, имеющие важное промышленное значение (кварцевые золотоносные жилы и др.). В рудах золото в основном находится в свободном (самородном) состоянии и лишь очень редко образует минералы с селеном, теллуром, сурьмой, висмутом. Пирит и др. сульфиды часто содержат примесь золота, которое извлекают при переработке медных, полиметаллических и др. руд.

Известно более 20 минералов, из к-рых главный - самородное золото (электрум, медистое, палладистое, висмутистое 3. и др.), представляющее собой твердый раствор серебра (от следов до 43%) в золоте и содержащее также Сu, Fе, Рb, реже - металлы платиновой группы, Mn, Bi и др. Химические соединения золота в природе редки, в осн. это теллуриды - калаверит АuТе2, креннерит (Au,Ag)Te2, сильванит AuAgTe4, петцит Ag3AuTe2, мутманнит (Ag,Au)Te, монтбрейит Аu2Те3 и др. 3олото присутствует гл. обр. в кварце, карбонатах, пирите, арсенопирите, галените, сфалерите, халькопирите.

Золото в месторождениях

В рудах золото присутствует в виде вкраплений размерами б. ч. 0,1-1000 мкм, иногда находят самородки до неск. десятков кг. Разрушение эндогенных месторождений золота приводит к образованию россыпей золота, имеющих промышленное значение.

Генетические типы промышленных месторождений золота: гидротермальные высокотемпературные золото-арсенопиритовой формации; гидротермальные среднетемпературные кварц-сульфидной и золото-кварцевой формаций; гидротермальные низкотемпературные золото-серебряной формации; месторождения выветривания и метаморфизованные; аллювиальные россыпи.

3олото извлекают из собственно золотых руд и, попутно, из железных, медных, свинцово-цинковых и урановых руд. Золото добывается в 41 стране; его основные запасы сосредоточены в СССР, ЮАР и Канаде. Мировые пром. ресурсы золота (без СССР) ок. 65 тыс. т.

Историческая справка об использовании золота

Золото было первым металлом, известным человеку. Изделия из золота найдены в культурных слоях эпохи неолита (5—4-е тыс. до н. э.). В древних государствах — Египте, Месопотамии, Индии, Китае добыча золота, изготовление украшений и др. предметов из него существовали за 3—2 тыс. до н. э. Золото часто упоминается в Библии, «Илиаде», «Одиссее» и др. памятниках древней литературы. Алхимики называли золото «царём металлов» и обозначали его символом Солнца; открытие способов превращения неблагородных металлов в золото было главной целью алхимии.

Первоначально золото употреблялось исключительно для выделки украшений, затем оно стало служить средством сбережения и накопления богатств, а также обмена (сначала в форме слитков). В качестве денег золото использовалось ещё за 1500 лет до н. э. в Китае, Индии, Египте и государствах Месопотамии, а в Древней Греции — в 8—7 вв. до н. э. В Лидии, богатой месторождениями золотами, в 7 в. до н. э. началась чеканка первых в истории монет. Имя лидийского царя Креза (правил около 560—546 до н. э.) стало синонимом несметного богатства. На территории СССР (в Армении) монеты из золота чеканились в 1 в. до н. э. Но в древности и в средние века золото не являлось основным валютным металлом. Наряду с ним функции денег выполняли медь и серебро.

Погоня за золотом, страсть к обогащению были причинами многочисленных колониальных и торговых войн, в эпоху Великих географических открытий толкали на поиски новых земель. Поток драгоценных металлов в Европу после открытия Америки явился одним из источников первоначального накопления капитала. До середины 16 в. из Нового Света в Европу ввозилось преимущественно золото (97—100% ввозимого металла), а со 2-й трети 16 в., после открытия богатейших месторождений серебра в Мексике и Перу — преимущественно серебро (85—99%).

В  России в начале 19 в. стали разрабатываться новые месторождения золота на Урале и в Сибири, и в течение трёх десятилетий страна занимала первое место в мире по его добыче. В середине 19 в. были открыты богатые месторождения золота в США (Калифорния) и Австралии, в 1880-х гг. — в Трансваале (Южная Африка). Развитие капитализма, расширение межконтинентальной торговли усилили спрос на денежные металлы, и, хотя добыча золота возросла, во всех странах наряду с золотом в качестве денег ещё продолжало широко использоваться серебро. В конце 19 в. произошло резкое снижение стоимости серебра вследствие совершенствования способов его добычи из полиметаллических руд. Рост мировой добычи золота и особенно прилив его в Европу и США из Австралии и Африки ускорили вытеснение обесценившегося серебра и создали условия для перехода большинства стран к монометаллизму (золотому) в его классической форме золотомонетного стандарта (см. Золотой стандарт). Первой к золотому монометаллизму перешла в конце 18 в. Великобритания. К началу 20 в. золотая валюта утвердилась в большинстве стран мира.

Извлечение золота

Источники золота - пески и руды собственно золотых россыпных и коренных месторождений (содержание золота в них 5-15 г/т), а также промежут. продукты (0,5-3 г/т) свинцово-цинкового, медного, уранового и нек-рых др. произ-в. Из россыпей золото извлекают гравитац. методами, используя т. н. ловушки, отсадочные машины, концентрац. смолы, шлюзы, разл. промывочные приборы. Со дна рек и озер золотоносные пески добывают и обогащают на драгах. При извлечении золота из коренных руд используют комбинир. схемы, включающие обогатительные (гравитация, флотация) и металлургические (выщелачивание, ионообменная сорбция из пульп, цианирование, реже амальгамирование) операции. При использовании цианирования измельченную руду или концентрат обрабатывают р-ром NaCN при перемешивании; из цианистых р-ров золото осаждают порошком Zn, с помощью ионообменных смол или активир. углей. Конечные продукты схемы - обычно гравитационный концентрат (т. н. золотая головка) и черновое золото. Очищают золото растворением в царской водке с послед. избират. осаждением (напр., с помощью FeSO4), хлорированием в расплаве или р-ре (хлоринация) и электролитич. рафинированием в солянокислом р-ре.

Получение золота и его аффинаж. Из россыпных месторождений золота можно извлечь отмучиванием, основанным на большой разности плотностей золота и пустой породы. Этот способ, применявшийся уже в глубокой древности, сопряжён с большими потерями. Он уступил место амальгамации (известной уже в 1 в. до н. э. и применявшейся в Америке начиная с 16 в.) и цианированию, получившему широкое распространение в Америке, Африке и Австралии в 1890-х гг. В конце 19 — начале 20 вв. основным источником золота стали коренные месторождения. Золотоносную породу сначала подвергают дроблению и обогащению. Из полученного концентрата извлекают золото раствором цианида калия или натрия. Из раствора комплексного цианида осаждают золото цинком; при этом выпадают и примеси. Для очистки (аффинажа) золота электролизом (способ Э. Вольвилла, 1896) аноды, отлитые из нечистого золота, подвешивают в ванне, содержащей солянокислый раствор AuC13, катодом служит лист чистого золота. При прохождении тока примеси выпадают в осадок (анодный ил, шлам), а на катоде отлагается золото чистотой не менее 99,99%.

Определение [идентификация в породах и минералах]. Качественно золото обнаруживают по образованию окрашенных осадков и р-ров. Используют р-ции соед. золота с Hg2Cl2, H2O2, SnCl2, K4[Fe(CN)6], KI, бснзидином, 1-нафтиламином, о-толуидином, гваяковой смолой, комплексоном III, аскорбиновой к-той, фенилтиомочевиной, дитизоном, родамином, изохинолином и др. Можно использовать сорбцию на ионообменных смолах, а также методы электрофореза, хроматографии (круговой тoнкослойной, осадительной и распределительной), люминесценции. Количественно золото определяют 1) гравиметрически (в виде металлического золота), 2) титриметрически (восстановлением Аu3+ с послед. титрованием избытка восстановителя), 3) фотометрически (по оранжевой окраске бромаурат-иона, а также по интенсивной окраске соед. 3. с разл. орг. реагентами), 4) электрохимически, спектральными методами, методами активац., атомно-абсорбц. и пробирного анализов. Для предварит. концентрирования золота используют химические методы, жидкостную экстракцию и хроматографию.

Золото в ноосфере (применение)

Золото - валютный металл, выполняет функцию всеобщего эквивалента денег. Золото и его сплавы используют для декоративных целей, изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, зубных протезов, деталей химической аппаратуры, электрических контактов и проводов, изделий микроэлектроники, для плакирования труб в хим. пром-сти, в произ-ве припоев, катализаторов, часов, для окрашивания стекол, изготовления перьев для авторучек, нанесения покрытий на металлич. пов-сти (в самолетостроении, космич. технике и др. областях). Искусств. радиоактивный изотоп 198Аu (T1/2 2,967 сут) используют для лечения опухолей в радиотерапии. Мировое произ-во 3. (без СССР) ок. 1100 т/год (1984). Осн. производители - ЮАР, СССР, Канада, США, Бразилия, Австралия. Нек-рые препараты Au(I) токсичны, накапливаются в почках, в меньшей мере - в печени, селезенке и гипоталамусе; накопление золота в почках может привести к их заболеванию, а также к дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. Золото было известно человеку уже в древнейшие времена; возможно, что оно явилось первым металлом, к-рый человечество стало применять для своих потребностей. Имеются данные о добыче золота и изготовлении из него разл. изделий в Египте (4100-3900 до н. э.), Индии, Индокитае (2000-1500 до н. э.) и др.

Золото в технике

В технике золото применяют в виде сплавов с др. металлами, что повышает прочность и твёрдость золота и позволяет экономить его (см. Золотые сплавы). Содержание золота в сплавах, применяемых для изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, полуфабрикатов зубопротезного производства и т.д., выражают пробой (см. Проба благородных металлов, Ювелирные сплавы); обычно добавкой служит медь (т. н. лигатура). В сплаве с платиной золото используется в производстве химически стойкой аппаратуры, в сплаве с платиной и серебром — в электротехнике. Соединения золота используют в фотографии (тонирование).

Золото в экономике

Золото в условиях товарного производства выполняет функцию всеобщего эквивалента (денег). Выражая стоимость всех др. товаров, золото в качестве всеобщего эквивалента приобретает особую потребительную стоимость, становится деньгами. Товарный мир выделил золото в качестве денег потому, что оно обладает наилучшими для денежного товара физическими и химическими свойствами: однородностью, делимостью, сохраняемостью, портативностью (большой стоимостью при небольших объёме и весе), легко поддаётся обработке. Значительное количество золота применяется для изготовления монет или в форме слитков хранится в качестве золотого запаса центральных банков (государства). Золото широко используется для промышленного потребления (в радиоэлектронике, приборостроении и др. прогрессивных отраслях), а также как материал для изготовления ювелирных изделий.

Размеры запасов золота — важный показатель устойчивости капиталистических валют и экономического потенциала отдельных стран. Купля-продажа золота для промышленного потребления, а также и для частной тезаврации (накопления) осуществляется на специальных рынках золота (см. Рынки золота). Выпадение золота из свободного межгосударственного рыночного оборота вызвало сокращение его доли в валютной системе капиталистического мира и, прежде всего, в валютных резервах капиталистических стран (с 89% в 1913 до 71% в 1928, 69% в 1958 и 55% в 1969). Всё более значительная часть вновь добываемого золота поступает для тезаврации и промышленного использования (в современной химической промышленности, для ракетостроения, космической техники). Так, за 1960—70 частная тезаврация золота возросла в 3,3 раза, его промышленное и ювелирное использование почти в 2,3 раза, золотые запасы капиталистических стран сохранились практически на одном уровне (41 млрд. долл.).

Золото в искусстве

Золото применяется с древнейших времён в ювелирном искусстве (украшения, культовая и дворцовая утварь и т.д.), а также для золочения. Благодаря своей мягкости, ковкости, способности тянуться золото поддаётся особо тонкой обработке чеканкой, литьём, гравировкой. Золото используют для создания разнообразных декоративных эффектов (от глади жёлтой полированной поверхности с плавными переливами световых бликов до сложных фактурных сопоставлений с богатой светотеневой игрой), а также для выполнения тончайшей филиграни. Золото, часто окрашенное примесями др. металлов в различные цвета, применяется в сочетании с драгоценными и поделочными камнями, жемчугом, эмалью, чернью.

Золото в биосфере и в медицине

В биосфере золото мигрирует в комплексе с органическими соединениями и механическим путём в речных взвесях. 1 л морской и речной воды содержит около 4·10-9 г золота. На участках золоторудных месторождений подземные воды содержат золота приблизительно 10-6 г/л. Оно мигрирует в почвах и оттуда попадает в растения; некоторые из них концентрируют золото, например хвощи, кукуруза.

В  медицине препараты золота используют в виде взвеси в масле (отечественный препарат кризанил, зарубежный — миокризин) или водорастворимых препаратов (зарубежные — санкризин и солганал) для инъекций при лечении хронических ревматических артритов, эритематозной красной волчанки, часто в сочетании с гормональными и др. препаратами. Препараты золота нередко вызывают побочные явления (повышение температуры тела, раздражение кишечника, почек и др.). Противопоказания к применению препаратов золота: тяжёлые формы туберкулёза, сахарный диабет, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек, крови. Радиоактивное золото (чаще 198Au) вводят в ткани в виде штифтов, гранул и т.п. — для гамма-терапии и в виде коллоидных растворов — для бета-терапии. Его применяют при лечении опухолей, обычно в сочетании с хирургическим и медикаментозным лечением, а также с диагностическими целями — в виде коллоидных растворов при исследовании ретикуло-эндотелиальной системы, печени, селезёнки и др. органов.

Сетевые обзоры, статьи и новости о золоте

Библиография по золоту

См. также литературу при статье Золота сплавы.


Атомы: металлы (железо, золото...) | неметаллы (...)
Связанные по теме страницы: Месторождения золота
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 22.05.2017
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня