Золото – символ богатства и солнечного света, самый древний из металлов, известных человеку. Украшения из золота начали изготавливать задолго до того, как древние люди познакомились с более практичными бронзой и железом. Созданием этого металла тщетно занимались алхимики, и человечество пролило немало крови за сияющие манящим светом кусочки желтого металла. Но что он представляет собой по существу?
Общие сведения о золоте
Чистое золото представляет собой тяжелый металл, который в виде слитков обладает свойствами высокой пластичности и тягучести. Физические свойства золота позволяют создать проволоку протяженностью 2 км всего из одного грамма вещества. Применение золота весьма обширно за счет того, что этот металл хорошо проводит тепло, электричество, но при этом не окисляется и практически не вступает в реакции с другими веществами.
Молекулы золота распространяются в воздухе и воде, накапливаются в почве и в некоторых растениях в следовых количествах (в частности, в кукурузе). Этот металл редко образует минералы с другими химическими элементами, главным образом находясь в почве в виде самородков или золотого песка. Россыпи золота, имеющие промышленное значение, на данный момент обнаружены в 41 стране, а самые крупные месторождения золота расположены в ЮАР, Канаде и на территории стран СНГ.
Золотодобыча производится главным образом из россыпей методом амальгамации.
Для того, чтобы получить чистое золото из породы, необходимо сначала подвергнуть ее дроблению и обогащению, а затем обработать солевым раствором (обычно используются цианид натрия или цианид калия). После этого золото осаждают раствором цинка и впоследствии получают чистое золото методом электролиза.
Ранее золото имело огромное экономическое значение ввиду его платежеспособности и концепции золотого стандарта – т.е. мера ценности любого товара зависела от золота. Отказ от золотого стандарта стал важнейшим шагом для мировой экономики ввиду того, что, как уже упоминалось, золото – очень мягкий металл, который подвержен деформации и стиранию в ходе эксплуатации. На сегодняшний день золото является предметом инвестиций ввиду небольших запасов этого металла и широкого технического применения.
В промышленности золото используется чаще всего в качестве проводников и электрических контактов. Помимо этого, известно применение золота в ядерной промышленности, в строительстве (в качестве покрытия оконных стекол), в металлургии, косметологии и даже в пищевой промышленности. Кроме того, радиоактивные изотопы золота используются для лечения онкологических заболеваний. Но самое популярное использование золота, конечно, приходится на ювелирную промышленность.
Понятие о пробах золота
Проба золота – это показатель, который отражает количество чистого золота в образце. На данный момент используются метрическая и каратная системы обозначения проб. Метрическая система берет за основу расчет количества золота на 1000 единиц вещества, а каратная – на 24 единицы. Существовала также золотниковая система проб, которая в данный момент устарела. Она использовала систему измерения чистого вещества из расчета на 96 единиц.
Кажется, будто чистое золото непременно самое ценное и именно за него нужно бороться, выбирая ювелирное украшение.
Однако, плотность золота 24 карата слишком мала, чтобы служить декоративным целям. В чистом виде этот металл слишком мягок, и его невозможно было бы носить – он моментально деформировался бы. Такие образцы используют в технических целях – для получения электродов, сырья для фармацевтической или иной промышленности, в качестве эталонных слитков и т.д.
Отличным показателем высокой пластичности золота является знаковый жест «пробы на зуб». В древности, когда золотые монеты отливали от самородков золота относительно высокой пробы, прикусывание монет позволяло отличить чистый металл от сплава с медью – на настоящей монете оставался след от зубов, тогда как сплавленные с медью монеты было практически невозможно повредить таким образом.
В ювелирных украшениях чаще всего используют золото 56 пробы по устаревшей системе, или в 14 карат по современной. Для этого делают сплавы с различными цветными металлами, в зависимости от выбора которых конечный сплав имеет различные твердость, плавкость, цвет, блеск и другие характеристики.
К примеру, белое золото получают путем добавления примесей никеля, цинка, палладия, серебра или меди в различных соотношениях. Розовый цвет золоту придает смесь из серебра, палладия и меди. Примеси меди и серебра создают эффектный красный оттенок. Кроме того, осветление и холодный цвет металлу придает родиевое покрытие, используемое также в целях повышения прочности изделия.
Плотность золота равна 19,32 г/см³. Это делает золото очень тяжелым металлом, что также нежелательно для его использования в декоративных целях в чистом виде. Однако такая высокая плотность золота заметно облегчает задачу по его добыче, т.к. уже при промывке оно отделяется от более легких металлов, породы и минералов. Удельный вес золота составляет приблизительно 197 г/моль. Химический состав золота – чистые молекулы металла, связанные кубической кристаллической решеткой.
Как определить подлинность золота?
Неудивительно, что такое ценное и полезное ископаемое, как золото, подвергается использованию в мошеннических схемах разного рода. Однако свойства золота в большинстве случаев позволяют отличить благородный металл от подделки несколькими простейшими манипуляциями. Однако, следует сразу оговориться, что речь пойдет об определении чистого золота среди, например, сплавов, так что этими способами можно будет определять разве что подлинность слитков. Процент золота в ювелирных украшениях выявить не получится.
Прежде всего, следует помнить, что элемент Au не обладает магнитной активностью.
Поэтому при проверке магнитом чистое золото не должно к нему притягиваться. Если магнита нет под рукой, можно протестировать золото химическим взаимодействием. Выберите наименее заметный участок изделия и оставьте на нем небольшую каплю йода на несколько минут, затем сотрите. На чистом золоте останется темный след.
Можно проверить золото и уксусом. Погрузите часть металлического изделия в уксус на несколько минут. Если золото начнет темнеть, то это – сплав с другим металлом, т.к. чистое золото не реагирует с уксусной кислотой.
Для того, чтобы определить пробу золота, необходимо отправиться к ювелиру. Тест проводится различными методами, самым популярным из которых является использование золотых игл.
Проверка заключается в том, чтобы сравнить плотность золота образца (иглы) с тестируемым материалом. Если содержание золота в игле больше, то она не оставит следа на поверхности изделия, т.к. плотность золота невелика по сравнению со сплавами.
Кроме того, в ювелирных мастерских проводят анализ пробы золота и без всяких царапин. Существует аппаратная проверка пробы при помощи растворов и их последующего анализа в приборе, или же при помощи рентгеновских лучей, применение которых возможно лишь в относительно крупных лабораториях. Рентген необходим для того, чтобы убедиться в отсутствии сердцевины из другого металла в золотых слитках.
Найденные самородки и другие крупные образцы проверяют методом пробирного анализа. Для мелких предметов этот способ не подойдет, т.к. он требует определенных жертв – кусочек образца необходимо расплавить, а затем слить со свинцом и серебром. После этого производится расчет массы и объема, из которого и вычисляется доля чистого золота.
Современные мошенники делают сплавы золота и с инактивными примесями, так что такие методы обнаружения подделки работают скорее на старых образцах золота. Кроме того, домашние опыты могут повредить украшение, не дав достоверного результата, поэтому предпочтительнее при необходимости определить чистоту металла обращаться к профессионалам, которые быстро и безопасно смогут подтвердить подлинность образца.
Уникальные химические свойства золота обеспечили ему особое место в ряду металлов, используемых на Земле. Золото известно человечеству с древнейших времен. Его издревле использовали в качестве украшений, алхимики пытались вывести драгоценный металл из других менее благородных веществ. В настоящее время спрос на него только растет. Его используют в промышленности, медицине, технике. Кроме того, его приобретают и государства, и частные лица, используя в качестве инвестиционного металла.
Химические свойства «короля металлов»
Для обозначения золота используется знак Au. Это сокращение от латинского наименования металла — Aurum. В периодической системе Менделеева оно находится под номером 79 и располагается в 11 группе. По внешнему виду это металл желтого цвета. Золото находится в одной группе с медью, серебром и рентгением, но его хим свойства ближе к металлам платиновой группы.
Инертность — ключевое свойство этого химического элемента, которая возможна благодаря высокому значению электродного потенциала. При стандартных условиях золото не взаимодействует ни с чем, за исключением ртути. С ней этот химический элемент образует амальгаму, которая легко распадается при нагревании всего в 750 градусов по Цельсию.
Хим свойства элемента таковы, что остальные соединения с ним тоже недолговечны. Это свойство активно используется в добыче благородного металла. Существенно реакционность золота возрастает только при интенсивном нагревании. Например, его можно растворить в хлорной или бромной воде, спиртовом растворе йода и, конечно, в царской водке — смеси соляной и азотной кислоты в определенной пропорции. Химическая формула реакции такого соединения: 4HCl + HNO 3 + Au = H (AuCl 4) + NO + 2H 2.
Химия золота такова, что при нагревании оно может взаимодействовать с галогенами. Чтобы образовать соли золота, надо восстановить этот химический элемент из кислотного раствора. При этом соли не выпадут в осадок, а растворятся в жидкость, образуя коллоидные растворы различного цвета.
Несмотря на то что золото не вступает в активные химические реакции с веществами, в быту не стоит допускать взаимодействия изделий из него с ртутью, хлором и йодом. Различная бытовая химия тоже не лучший сосед для изделий из драгоценного металла.
Дело в том, что в ювелирных украшениях используется сплав золота с другими металлами, и различные вещества, взаимодействуя с этими примесями, могут нанести красоте изделия непоправимый ущерб. Если нагреть золото выше 100 градусов по Цельсию, то на его поверхности появится окисная пленка толщиной в одну миллионную долю миллиметра.
Другие особенности драгоценного металла
Золото — один из самых тяжелых известных металлов. Его плотность равна 19,3 г/cм 3 . Слиток весом в 1 килограмм имеет совсем небольшие размеры, 8х4х1,8 сантиметров. Именно таков стандартный размер банковского золотого слитка этого веса. Он сопоставим с размером обычной кредитной карты, правда, слиток немного толще.
Тяжелее, чем золото, только несколько химических элементов: плутоний, осмий, иридий, платина и рений. Но их содержание в земной коре, даже вместе взятых, намного меньше, чем этого драгоценного металла. При этом плутоний (химический знак Pu, не путать с Pt — это знак платины) — радиоактивный элемент.
Химический состав золота обеспечивает его физические свойства. Так, к основным свойствам этого металла, делающим его уникальным, относится:
- Ковкость, пластичность, тягучесть. Его очень легко расплющить или вытянуть. Так, из всего одного грамма золота можно получить проволоку длиной в 3 километра, а площадь тонких листов, полученных из 1 килограмма, составит 530 квадратных метров. Сверхтонкие листы из золотой фольги получили название «сусального золота». Им покрывают, к примеру, церковные купола и внутреннее убранство дворцов. Благодаря пластичности малым количеством желтого металла можно покрыть гигантские площади.
- Мягкость. Золото высокой пробы мягко настолько, что его легко поцарапать даже ногтем. Именно поэтому слитки в банках продаются в герметичных пластиковых упаковках. Если на нем будет замечена хоть одна маленькая царапина, то он будет признан бракованным. Для того чтобы сделать золото более прочным, при изготовлении изделий в него добавляют другие металлы. Это свойство обеспечило высокую популярность короля металлов в ювелирной промышленности.
- Высокая электропроводность. За счет этого хим свойства золото высоко ценится в электротехнике и промышленности. Лучше него электричество проводит только серебро и медь. При этом золото почти не нагревается: по теплопроводности выше него алмаз, серебро и медь. Вместе с таким свойством, как устойчивость к окислению, золото — идеальное вещество для изготовления полупроводников.
- Отражение инфракрасного света. Тончайшее , нанесенное на стекло, не пропускает инфракрасное излучение, оставляя видимую часть спектра. Это свойство активно применяется в космонавтике, когда нужно защитить глаза космонавтов от пагубного солнечного воздействия. Зачастую напыление применяют и в зеркальной системе высотных зданий, чтобы снизить расходы на охлаждение помещений.
- Устойчивость к коррозии и окислению. Слитки, которые хранятся в соответствии с правилами, даже при взаимодействии с воздухом практически не подвержены никакому химическому влиянию. Так что большая сохранность золота обеспечила его высокую популярность.
Метод добычи золота
Золото является довольно редким элементом на Земле. Его содержание в земной коре невелико. В основном оно встречается в виде россыпей в самородном состоянии или в виде руды и изредка встречается в виде минералов. Иногда золото добывается в качестве сопутствующего вещества при разработке медных или полиметаллических руд.
Способов добычи этого благородного металла человечество знает множество. Самый простой — отмучивание, то есть отделение золотой руды от пустой породы по специальному техпроцессу. Однако этот способ предполагает большие потери, так как технология далеко не совершенна. На смену механическому способу добычи золотой руды пришла химия. Алхимики, а после них химики получили множество способов выделения искомого металла из породы, среди них самые распространенные:
- амальгамация;
- цианирование;
- электролиз.
Электролиз, открытый в 1896 году Э. Вольвиллом, получил широкое распространение в промышленности. Его суть заключается в том, что аноды, состоящие из золотосодержащего вещества, помещаются в ванную с солянокислым раствором. В качестве катода используется лист из чистого золота. В процессе электролиза (пропускание тока через катод и анод) на катоде откладывается искомое вещество, а все примеси выпадают в осадок. Таким образом хим свойства драгоценного металла помогают получать его в промышленных масштабах практически без потерь.
Сплавы с другими металлами
Сплавы благородного металла образуются с двумя целями:
- Изменить механические свойства золота, сделать его более прочным или, напротив, более хрупким и ковким.
- Сэкономить запасы драгоценного металла.
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:
- зеленое золото — сплав 75% золота, 20% серебра и 5% индия;
- белое золото — сплав золота и платины (в соотношении 47:1) или золота, палладия и серебра в пропорции 15:4:1.
- красное золото — сплав золота (78%) и алюминия (22%);
- в пропорции 3:1 (что интересно, сплав в любой другой пропорции приобретет белый цвет, и эти сплавы называются общим термином «электрон»).
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.
December 15th, 2013
Золото… Желтый металл, простой химический элемент с атомным номером 79. Предмет вожделения людей во все времена, мерило ценности, символ богатства и власти. Кровавый металл, порождение дьявола. Сколько человеческих жизней было погублено ради обладания этим металлом!? И сколько еще будет погублено?
В отличие от железа или, например, от алюминия, золота на Земле очень мало. За всю свою историю человечество добыло золота столько, сколько оно добывает железа за один день. Но откуда же этот металл появился на Земле?
Считается, что Солнечная система образовалась из остатков взорвавшейся когда-то в глубокой древности сверхновой. В недрах той древней звезды происходил синтез химических элементов тяжелее водорода и гелия. Но в недрах звезд не могут синтезироваться элементы тяжелее железа, и стало быть, золото не могло образоваться в результате термоядерных реакций в звездах. Так, откуда же этот металл вообще появился во Вселенной?
Похоже, астрономы теперь могут ответить на этот вопрос. Золото не может рождаться в недрах звезд. Но оно может образоваться в результате грандиозных космических катастроф, которые ученые буднично называют гамма-всплесками (ГВ).
Астрономы пристально наблюдали за одним из таких гамма-всплесков. Данные наблюдений дают достаточно серьезные основания считать, что эта мощная вспышка гамма-излучения произведена столкновением двух нейтронных звезд – мертвых ядер звезд, погибших в сверхновом взрыве. Кроме того, уникальное свечение, сохранявшееся на месте ГВ в течение нескольких дней, указывает на то, что во время этой катастрофы образовалось значительное количество тяжелых элементов, в том числе – золото.
«По нашим оценкам, количество золота, образовавшегося и выброшенного в пространство во время слияния двух нейтронных звезд, может сотавить более 10 лунных масс»,– сказал ведущий автор исследования Эдо Бергер из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) во время пресс-конференции CfA в Кембридже, штат Массачусетс.
Гамма-всплеск (ГВ) – это вспышка гамма-излучения от чрезвычайно энергичного взрыва. Большинство ГВ обнаруживаются в очень отдаленных областях Вселенной. Бергер и его коллеги изучали объект GRB 130603B, находящийся на расстоянии 3,9 миллиардов световых лет. Это один из самых близких ГВ из замеченных до настоящего времени.
ГВ бывают двух видов – длинные и короткие, в зависимости от того, сколько длится вспышка гамма-лучей. Длительность вспышки GRB 130603B, зафиксированной спутником НАСА «Свифт», составила менее двух десятых секунды.
Хотя само гамма-излучение исчезло быстро, GRB 130603B продолжал светить в инфракрасных лучах. Яркость и поведение этого света не соответствовали типичному послесвечению, которое возникает при бомбардировке ускоренными частицами окружающего вещества. Свечение GRB 130603B вело себя так, как будто оно исходит из распадающихся радиоактивных элементов. Вещество, богатое нейтронами, выброшенное при столкновении нейтронных звезд, может превратиться в тяжелые радиоактивные элементы. Радиоактивный распад таких элементов порождает инфракрасное излучение, характерное для GRB 130603B. Именно это и наблюдали астрономы.
По вычислениям группы, во время взрыва было выброшено вещества с массой около одной сотой солнечной. И часть этого вещества была золотой. Примерно оценив количество золота, образовавшегося во время этого ГВ, и число таких взрывов, произошедших за всю историю Вселенной, астрономы пришли к предположению, что все золото во Вселенной, в том числе и на Земле, возможно, было образовано во время таких гамма-всплесков.
Вот еще одна интересная, но ужасно спорная версия:
В процессе формирования Земли расплавленное железо спускалось вниз к её центру, чтобы составить её ядро, увлекая с собой большинство драгоценных металлов планеты, таких как золото и платина. Вообще, драгметаллов в ядре хватит на то, чтобы покрыть их слоем четырёхметровой толщины всю поверхность Земли.
Перемещение золота в ядро должно было лишить внешнюю часть Земли этого сокровища. Однако распространённость благородных металлов в силикатной мантии Земли превышает расчётные величины в десятки и тысячи раз. Уже обсуждалась идея о том, что это свалившееся на голову сверхизобилие имеет своей причиной катастрофический метеоритный ливень, который настиг Землю после образования её ядра. Вся масса метеоритного золота, таким образом, вошла в мантию обособленно и не пропала глубоко внутри.
Для проверки этой теории доктор Маттиас Виллболд и профессор Тим Эллиот из Бристольской изотопной группы Школы наук о Земле подвергли анализу собранные в Гренландии профессором Оксфордского университета Стивеном Мурбатом породы, возраст которых насчитывает около 4 миллиардов лет. Эти древние камни дают уникальную картину состава нашей планеты вскоре после формирования ядра, но до предполагаемой метеоритной бомбардировки.
Затем ученые начали исследовать содержание вольфрама-182 и в метеоритах, которые называют хондритами, – это один из главных строительных материалов твердой части Солнечной системы. На Земле нестабильный гафний-182 распадается cобразованием вольфрама-182. А вот в космосе из-за космических лучей этот процесс не происходит. В результате стало ясно, что образцы древних горных пород содержат на 13% больше вольфрама-182 по сравнению с более молодыми горными породами. Это дает геологам основание утверждать, что когда Земля уже имела твердую кору, на нее обрушилось около 1 миллиона триллионов (10 в 18-й степени) тонн астероидного и метеоритного вещества, которое имело более низкое содержаниевольфрама-182, но при этом гораздо большее, чем в земной коре, содержание тяжелых элементов, в частности золота.
Будучи весьма редким элементом (на килограмм породы приходится всего около 0,1 миллиграмма вольфрама), подобно золоту и другим драгоценным металлам он должен был войти в ядро в момент его формирования. Как и большинство других элементов, вольфрам подразделяется на несколько изотопов – атомов со сходными химическими свойствами, но слегка различающимися массами. По изотопам можно с уверенностью судить о происхождении вещества, а смешивание метеоритов с Землей должно было оставить характерные следы в составе её изотопов вольфрама.
Доктор Виллболд заметил в современной породе сокращение количества изотопа вольфрама-182 на 15 миллионных долей по сравнению с гренландской.
Это небольшое, но многозначительное изменение превосходно согласуется с тем, что и требовалось доказать – что избыток доступного золота на Земле является положительным побочным эффектом метеоритной бомбардировки.
Доктор Виллболд говорит: «Извлечение вольфрама из каменных образцов и анализ с необходимой точностью его изотопного состава были крайне сложной задачей, принимая во внимание небольшое количество имеющегося в камнях вольфрама. Фактически, мы стали первой в мире лабораторией, которая успешно выполнила измерения такого уровня».
Упавшие метеориты смешались с земной мантией в ходе гигантских конвекционных процессов. Задачей-максимум на будущее является выяснение продолжительности этого перемешивания. Впоследствии геологические процессы сформировали континенты и привели к концентрации драгоценных металлов (а также вольфрама) в залежах руды, которая добывается в наши дни.
Доктор Виллболд продолжает: «Результаты нашей работы показывают, что большая часть драгоценных металлов, на которых основывается наша экономика и многие ключевые производственные процессы, была занесена на нашу планету по счастливой случайности, когда Землю накрыло где-то 20 квинтиллионами тонн астероидного вещества».
Таким образом, мы обязаны своими золотыми запасами настоящему потоку ценных элементов, которые оказались на поверхности планеты благодаря массированной астероидной «бомбардировке». Потом в ходе развития Земли в течение последних миллиардов лет золото вступило в круговорот пород, появляясь на ее поверхности и вновь скрываясь в глубинах верхней мантии.
Но теперь ему путь к ядру закрыт, и большое количество этого золота просто обречено оказаться в наших руках.
Слияние нейтронных звезд
И еще мнение другого ученого:
Происхождение золота оставалось до конца невыясненным, поскольку, в отличие от более легких элементов, таких как углерод или железо, оно не может образовываться непосредственно внутри звезды, — признался один из исследователей центра Эдо Бергер.
Ученый пришел к этому выводу, наблюдая за гамма-всплесками — масштабными космическими выбросами радиоактивной энергии, вызванными столкновением двух нейтронных звезд. Гамма-всплеск был замечен космическим аппаратом НАСА Swift и длился всего двух десятых секунды. А после взрыва осталось свечение, которое постепенно исчезало. Свечение же при столкновении таких небесных тел свидетельствует о выбросе большого количества тяжелых элементов, утверждают специалисты. А доказательством того, что после взрыва образовались тяжёлые элементы, можно считать инфракрасный свет в их спектре.
Дело в том, что нейтронно-богатые вещества, выброшенные при коллапсе нейтронных звезд, могут генерировать элементы, претерпевающие радиоактивный распад, при этом испуская свечение преимущественно в инфракрасном диапазоне, — объяснял Бергер. — И мы полагаем, что при гамма-всплеске выбрасывается примерно одна сотая доля материала солнечной массы, в том числе золото. Причем, количество золота, произведенного и выброшенного во время слияния двух нейтронных звезд, может быть сравнимо с массой 10 Лун. А стоимость такого количества драгоценного металла равнялась бы 10 октильонам долларов — это 100 трлн в квадрате .
Для справки, октильон — это миллион септиллионов или миллион в седьмой степени; число, равное 1042 и записываемое в десятичной системе как единица с 42 нулями.
Также сегодня учеными установлен тот факт, что практически все золото (и прочие тяжелые элементы) на Земле — космического происхождения. Золото, оказывается, попало на Землю в результате астероидной бомбардировки, которая произошла в далекие времена после застывания коры нашей планеты.
Практически все тяжелые металлов «утонули» в мантии Земли на самом раннем этапе формирования нашей планеты, именно они образовали твердое металлическое ядро в центре Земли.
Алхимики XX века
Еще в 1940 году американские физики А. Шерр и К. Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета начали облучать нейтронами соседние с золотом элементы – ртуть и платину. И вполне ожидаемо, облучив ртуть, получили изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200. Их отличие от естественного природного Au-197 в том, что изотопы неустойчивы и, испуская бета-лучи, максимум за несколько дней опять превращаются в ртуть с массовыми числами 198,199 и200.
Но все равно это было здорово: впервые человек смог самостоятельно создавать нужные элементы. Вскоре стало понятно, как вообще можно получить настоящее, стабильное золото-197. Это можно сделать, используя только изотоп ртути-196. Этот изотоп достаточно редок – его содержание в обычной ртути с массовым числом 200 составляет около 0,15%. Его надо бомбардировать нейтронами, чтобы получить малоустойчивую ртуть-197, которая, захватив электрон, и превратится в стабильное золото.
Однако расчеты показали, что если взять 50 кг природной ртути, то в ней будет всего 74 грамма ртути-196. Для трансмутации в золото реактор может дать поток нейтронов 10 в 15-й степени нейтронов на кв. см в секунду. С учетом того, что в 74 г ртути-196 содержится около 2,7 на 10 в 23-й степени атомов, для полной трансмутации ртути в золото потребовалось бы четыре с половиной года. Это синтетические золото стоит бесконечно дороже золота из земли. Но это означало, что для образования золота в космосе тоже нужны гигантские потоки нейтронов. И взрыв двух нейтронных звезд как раз все объяснял.
И еще подробности про золото:
Немецкие ученые подсчитали, что для того, чтобы на Землю был занесен присутствующий сегодня объем драгметаллов, понадобились всего 160 металлических астероидов, диаметром около 20км каждый. Специалисты отмечают, что геологический анализ различных благородных металлов показывает, что все они появились на нашей планете примерно в одно и то же время, однако на самой Земле не было и нет условий для их естественного происхождения. Именно это натолкнуло специалистов на космическую теорию появления благородных металлов на планете.
Слово «gold», по мнению лингвистов, произошло от индо-европейского термина «желтый» как отражение наиболее заметной характеристики этого металла. Этот факт находит свое подтверждение в том, что произношение слова «gold» на разных языках похоже, например Gold (по-английски), Gold (по-немецки), Guld (по-датски), Gulden (по-голландски), Gull (по-норвежски), Kulta (по-фински).
Золото в земных недрах
В ядре нашей планеты содержится в 5 раз больше золота, чем во всех остальных породах, доступных для разработки, вместе взятых. Если бы все золото ядра Земли вылилось на поверхность, то покрыло бы всю планету слоем толщиной полметра. Интересно, что в каждом литре воды всех рек, морей и океанов растворено около 0,02 миллиграмма золота.
Определено, что за все время добычи благородного металла из недр было извлечено около 145 тысяч тонн (по данным других источников – около 200 тысяч тонн). Производство золота растет из года в год, но основной рост пришелся на конец 1970-х годов.
Чистота золота определяется различными путями. Carat (в США и Германии пишется «Karat») первоначально был единицей массы на основе семян рожкового дерева «carob tree» (созвучно со словом «карат»), используемого древними торговцами Среднего Востока. Карат сегодня в основном используется при измерении веса драгоценных камней (1 карат = 0,2 грамма). Чистоту золота также можно измерить в каратах. Эта традиция восходит к древним временам, когда карат на Ближнем Востоке стал мерилом чистоты золотых сплавов. Британский карат золота – неметрическая единица оценки содержания золота в сплавах, равная 1/24 массы сплава. Чистое золото соответствует 24 каратам. Чистота золота сегодня измеряется также и понятием химической чистоты, то есть тысячных долях чистого металла в массе сплава. Так, 18 карат – это 18/24 и в пересчете на тысячные доли соответствует 750-й пробе.
Добыча золота
В результате природного концентрирования примерно лишь 0,1% всего золота, содержащегося в земной коре, доступно, хотя бы теоретически, для добычи, однако благодаря тому, что золото встречается в самородном виде, ярко блестит и легко заметно, оно стало первым металлом, с которым познакомился человек. Но природные самородки редки, поэтому самый древний способ добычи редкого металла, основанный на большой плотности золота, – промывание золотоносных песков. «Добыча промывного золота требует только механических средств, а потому немудрено, что золото известно было даже дикарям и в самые древние исторические времена» (Д.И.Менделеев).
Но богатых золотых россыпей почти не осталось, и уже в начале XX века 90% всего золота добывали из руд. Сейчас многие золотые россыпи практически исчерпаны, поэтому добывают, в основном, рудное золото, добыча которого во многом механизирована, но производство остается трудным, так как часто находится глубоко под землей. В последние десятилетия постоянно росла доля более рентабельных открытых разработок. Месторождение экономически выгодно разрабатывать, если в тонне руды содержится всего 2-3г золота, а при содержании более 10 г/т оно считается богатым. Существенно, что затраты на поиск и разведку новых золотых месторождений составляют от 50 до 80% всех затрат на геологоразведочные работы.
Сейчас крупнейшим поставщиком золота на мировой рынок является Южная Африка, где шахты достигли уже 4-километровой глубины. В ЮАР находится самый большой в мире рудник Вааль-Рифс в Клексдорпе. ЮАР – единственное государство, где золото – главный продукт производства. Там его добывают на 36 крупных рудниках, на которых трудятся сотни тысяч человек.
В России добыча золота ведется из рудных и россыпных месторождений. О начале его добычи мнения исследователей расходятся. По-видимому, первое отечественное золото было добыто в 1704 году из Нерчинских руд вместе с серебром. В последующие десятилетия на Московском монетном дворе золото выделяли из серебра, которое содержало немного золота в виде примеси (около 0,4%). Так, в 1743-1744гг. «из золота, обретающегося в серебре, выплавленном на Нерчинских заводах», было изготовлено 2820 червонцев с изображением Елизаветы Петровны.
Первую в России золотую россыпь обнаружил весной 1724 года крестьянин Ерофей Марков в районе Екатеринбурга. Ее эксплуатация началась только в 1748 года. Добыча уральского золота медленно, но неуклонно расширялась. В начале XIX века были открыты новые месторождения золота в Сибири. Открытие (в 1840-е гг.) Енисейского месторождения вывело Россию на первое место в мире по добыче золота, но еще до этого местные охотники-эвенки делали из золотых самородков пули для охоты. В концу XIX века Россия добывала в год около 40т золота, из них 93% – россыпного. Всего же в России до 1917 год было добыто, по официальным данным, 2754т золота, но по оценкам специалистов – около 3000т, причем максимум пришелся на 1913 год (49т), когда золотой запас достиг 1684т.
С открытием богатых золотоносных районов в США (Калифорния, 1848г.; Колорадо, 1858г.; Невада, 1859г.), Австралии (1851г.), Южной Африке (1884г.), Россия утратила свое первенство в добыче золота, несмотря на то, что были введены в эксплуатацию новые месторождения, главным образом в Восточной Сибири.
Добыча золота велась в России полукустарным способом, разрабатывались преимущественно россыпные месторождения. Свыше половины золотых приисков находилось в руках иностранных монополий. В настоящее время доля добычи из россыпей постепенно снижается, составляя к 2007 году немного более 50 тонн. Менее 100 тонн добывается из рудных месторождений. Окончательная переработка золота ведется на аффинажных заводах, ведущим из которых является Красноярский завод цветных металлов. На его долю приходится аффинаж (очистка от примесей, получение металла пробы 99,99%) около 50% добываемого золота и большая часть платины и палладия, добываемых в России.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Золото - семьдесят девятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Au от латинского «aurum». Расположен в шестом периоде, IB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 79.
Золото встречается в природе почти исключительно в самородном состоянии, главным образом в виде мелких зерен, вкрапленных в кварц или содержащихся в кварцевом песке. В небольших количествах золото встречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Следы его открыты в морской воде. Общее содержание золота в земной коре составляет всего 5×10 -7 % (масс.).
Золото - ярко-желтый блестящий металл (рис. 1). Оно очень ковко и пластично; путем прокатки из него можно получить листочки толщиной менее 0,0002 мм, а из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Золото - прекрасный проводник теплоты и электрического тока, уступающий в этом отношении только серебру и меди.
Рис. 1. Золото. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса золота
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии золото существует в виде одноатомных молекул Au, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 196,9699.
Изотопы золота
Известно, что в природе золото может находиться в виде единственного стабильного изотопа 197 Au. Массовое число равно 197, ядро атома содержит семьдесят девять протонов и сто восемнадцать нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы золота с массовыми числами от 169-ти до 205-ти, а также более десяти изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 195 Au с периодом полураспада равным 186 суток.
Ионы золота
На внешнем энергетическом уровне атома золота имеется один электрон, который является валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5р 6 5d 10 6s 1 .
В результате химического взаимодействия золото отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Au 0 -1e → Au + ;
Au 0 -2e → Au 2+ ;
Au 0 -3e → Au 3+ .
Молекула и атом золота
В свободном состоянии золото существует в виде одноатомных молекул Au. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу золота:
Сплавы золота
Ввиду мягкости золото употребляется в сплавах, обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для электрических контактов, для зубопротезирования, в ювелирном деле.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Определите количество золота и серебра, которое содержится в обручальном кольце 585 пробы массой 3,75 г. |
| Решение | 585 проба означает, что в изделии содержится 58,5% (0,585) золота. Найдем массу золота в сплаве:
m(Au) = m ring × ω(Au)/ 100%; |
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.
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.
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.
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.
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.
