Важным физическим свойством металлов является их твердость. Твердость золота — не самая сильная из всех металлов. По 10-балльной шкале Мооса, описывающей твердость материи, этот драгоценный металл имеет всего 2,5-3 балла. Что же это значит? Физические свойства золота, к которым относится, прежде всего, его мягкость, позволяют использовать его для изготовления изысканных ювелирных изделий. Однако этот металл легко поцарапать. Многие знают, что в старину золотые монеты проверяли на подлинность, царапая их. При этом на них оставались углубления.
Свойства золота. Физические и химические свойства золота
Золото — самый популярный драгоценный металл в мире. Всем нравится его блеск и сияние. Почти в каждой семье есть хотя бы несколько украшений из этого металла. О золоте думали многие алхимики и ученые. Ему посвящены сотни научных работ. Однако не все знают о свойствах золота, которые сделали его таким популярным. С каждым днем цена на этот металл только растет. Например, на сегодняшний день цена грамма чистого золота в Сбербанке России составляет 2536 рублей.
Несмотря на то, что золото — это металл, который известен всему миру уже тысячи лет, не все знают, что в природе оно встречается в разных формах и в разных местах. Размер его частиц может варьироваться от микронов до десятков сантиметров. Из-за различных примесей этот драгоценный металл не всегда имеет традиционный желтый цвет. Добыча золота — очень прибыльный бизнес, основанный на различных свойствах этого природного материала. Именно накопленные веками знания об этом металле позволяют удовлетворять спрос на него.
В химии золото (латинское Aurum) обозначается символом Au. Aurum можно перевести как ‘желтый’. Этот элемент относится к группе 1 периодической таблицы. Его атомный номер — 79. Формула золота зависит от компонентов, входящих в состав сплава. В природе встречается изотоп 197 Au. Этот металл имеет кубическую ограненную кристаллическую решетку типа Cu.
Существует 15 природных минералов, содержащих этот химический элемент. К ним относятся самородное золото, пропитанное медью или серебром, порпезит, электрум, осмий-иридий (ауросмирид), калаверит, креннерит, лецит, сильванит, мутманит, нагиагит, монтбраит. Существуют и другие соединения, содержащие этот металл. К ним относятся платина, родий, иридий и медьсодержащее золото. В горных породах это вещество обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях золото часто заключено в сульфиды и арсениды.
Химические методы извлечения золота
Промышленный метод извлечения металла из руд, называемый цианированием, основан на способности золота растворяться в концентрированной серной кислоте. В химической реакции должны присутствовать окислители, такие как азотная кислота, йодистая кислота и диоксид марганца.
В прошлом для извлечения золота из горных пород использовали растворение золота в ртути. В результате этой реакции получалась амальгама, или легкоплавкий сплав. Эту смесь химических веществ легко отделяли от пустой породы, а затем энергично нагревали. Летучая ртуть испарялась, а золото оставалось на дне сосуда. Правда, этот древний метод до сих пор используется в некоторых странах третьего мира, несмотря на его вредность. В настоящее время этот способ добычи считается неэффективным, поскольку не позволяет полностью отделить драгоценный металл от породы.
Химические свойства золота
Химические свойства.
Несмотря на то, что золото в периодической таблице D. I. Менделеева находится в одной группе с серебром и медью, его химические свойства гораздо ближе к свойствам металлов платиновой группы. Электродный потенциал пары Au — Au (111) составляет — 1,5 В. Из-за этого высокого значения на золото не влияют разбавленные и концентрированные HCI, HNO и HSO. Однако оно растворяется в HCI в присутствии окислителей, таких как диоксид магния, хлорид железа и меди, а также при высоком давлении и температуре в присутствии кислорода. Золото также легко растворяется в смеси HCI и HNO (aqua regia). С химической точки зрения золото — нереактивный металл. Оно не изменяется под воздействием воздуха, даже при сильном нагревании. Золото легко растворяется в хлорной воде и в аэрированных растворах цианидов щелочных металлов. Ртуть также растворяет золото, образуя амальгаму, которая становится твердой при содержании золота более 15%. Известны две серии соединений золота, соответствующие состояниям окисления +1 и +3. Например, золото образует два оксида — оксид золота, или золотооксид, Au O и оксид золота, или золотооксид, Au O . Более стабильными соединениями являются те, в которых золото имеет степень окисления +3. Соединения золота легко восстанавливаются до металла. Восстановителями могут быть водород высокого давления, многие металлы, обращенные в золото, перекись водорода, дихлорид олова, сульфат железа, трихлорид титана, оксид свинца, диоксид марганца, пероксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Для восстановления золота используются также различные органические вещества: муравьиная и щавелевая кислоты, гидрохинон, гидразин, метилен, ацетилен и др. Для золота характерна способность образовывать комплексы с кислород- и серосодержащими лигандами, аммиаком и аминами благодаря высокой энергии образования ионов. Наиболее распространенными соединениями являются моновалентные и трехвалентные соединения золота. Их часто рассматривают как сложные молекулы, состоящие из равного количества атомов Au (1) и Au (3). Трехвалентное золото является очень сильным окислителем и образует множество стабильных соединений. Золото соединяется с хлором, фтором, йодом, кислородом, серой, теллуром и селеном.
Физические и механические свойства.
Золото уже давно является предметом научных исследований и
Физические свойства золота
Золото — мягкий, очень ковкий, пластичный металл. (его можно ковать в листы толщиной до 8-10-5 мм, вытягивать в проволоку, 2 км которой весят 1 г), хорошо проводит тепло и электричество, очень устойчиво к химическому воздействию. Кристаллическая решетка золота — гранецентрированная кубическая, a = 4,704 Å. Атомный радиус составляет 1,44 Å, а ионный радиус Au 1+ — 1,37 Å. Плотность (при 20°С) составляет 19,32 г/см3, tmel 1064,43 °С, tкипения 2947 °C; коэффициент линейного теплового расширения 14,2-10 -6 (0-100 °C); удельная теплопроводность 311,48 Вт/(м-К) [0,744 кал/(см-сек — °C)]; удельная теплоемкость 132,3 Дж/(кг-К) [0,0316 кал/(г-С)] (при темп. 0°-100 °C); удельное электрическое сопротивление 2,25-10-8 Ом-м (2,25-10-6 Ом-см) (при 20° C); температурный коэффициент электрического сопротивления 0,00396 (0-100° C). Твердость золота по Бринеллю составляет 180 Мн/м 2 (18 кгс/мм 2 ) (для золота, отожженного при температуре около 400 °C).
Золото — самый инертный металл, то есть правее всех других металлов по напряжению, При нормальных условиях оно не реагирует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его классифицировали как драгоценный металл, в отличие от обычных металлов, которые легко разлагаются в окружающей среде. Открытие способности водки растворять золото разрушило мнение о его инертности.
Из чистых кислот золото растворимо только в горячей концентрированной селеновой кислоте:
Золото относительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями с образованием комплексообразователей. Например, золото растворяется в водных растворах цианидов при наличии кислорода, образуя цианоаураты:
При реакции с хлором возможное комплексообразование также значительно облегчает реакцию: если хлор сухой, золото реагирует с образованием хлорида золота(III) при ~ 200 °С, в то время как в водном растворе (aqua regia) золото растворяется с образованием хлорид-иона при комнатной температуре:
Добыча золота.
Из россыпных месторождений золото может быть извлечено методом флотации (осаждения) на основе большой разницы в плотности между золотом и пустой породой. Золото примерно в 20 раз тяжелее воды и примерно в 8 раз тяжелее песка, Поэтому зерна золота могут быть отделены от песка или измельченной пустой породы потоком воды. Древний метод промывки овечьих шкур, на которых оседали частицы золота, отражен в древнегреческом мифе о золотом руне. Самородки и месторождения золота часто находили вдоль русла рек, которые тысячелетиями размывали золотоносные породы. В древние времена золото добывали только из этих месторождений. Даже сегодня там, где они остались, золотоносный песок добывается со дна рек и озер и обогащается в драгах — огромных сооружениях размером с многоэтажный дом, способных перерабатывать миллионы тонн золотоносной породы в год.
Однако этот метод, применявшийся уже в древности, связан с большими потерями. Он уступил место амальгамации (известной уже в первом веке до нашей эры и применявшейся в Америке с XVI века) и цианированию, получившему широкое распространение в Америке, Африке и Австралии в 1890-х годах.
Старый (так называемый ртуть) метод извлечения золота из руды — амальгамация — был основан на том, что ртуть хорошо смачивает золото — как вода смачивает стекло. Мелко измельченную золотую руду встряхивали в бочках с ртутью на дне. Частицы золота прилипали к жидкому металлу, смачивая ртуть со всех сторон. Когда цвет золотых частиц исчезал, золото как бы ‘растворялось’. Затем ртуть отделяли от пустой породы и энергично нагревали. Летучая ртуть удалялась, а золото оставалось неизменным. Недостатками этого метода являются высокая токсичность ртути и неполное извлечение золота: мельчайшие частицы золота плохо смачиваются ртутью.
На рубеже 20-го века основным источником золота стали первичные месторождения. Золотоносная порода дробится и выщелачивается цианидом натрия, который превращает даже самые мелкие частицы в водорастворимые цианистые соединения. Затем золото извлекается из водного раствора с помощью цинкового порошка: 2Na[Au(CN)2] + Zn → Na[Zn(CN)4] + 2Au. Выщелачивание позволяет извлекать остаточное золото из хвостов заброшенных шахт, эффективно превращая их в новое месторождение. Перспективен также метод выщелачивания in situ: раствор цианида закачивается в скважины, проникает глубоко в породу, где растворяет золото, а затем раствор откачивается через другие скважины.
Химические свойства и место в периодической таблице
Золото в Периодической таблице имеет латинское название Aurum (Au), это элемент первой группы с атомным номером 79. Почти все природное золото состоит из изотопа 197 Au. Валентность золота в различных химических соединениях и сплавах обычно составляет +1 или +3.
Как мы уже писали выше, алхимики на протяжении последующих веков проводили множество различных экспериментов с золотом в попытке создать философский камень. Философский камень, к сожалению, так и не был создан, но в ходе своих поисков они обнаружили множество химических свойств золота и сделали много других полезных научных открытий в области химии.
Одним из интересных химических свойств золота является то, что сера и кислород, которые очень агрессивны по отношению ко многим другим металлам, не вступают в реакцию с золотом. Другими словами, золото не окисляется и не ржавеет со временем. Возможно, именно это и сделало его таким ценным в глазах людей.
Золото также не реагирует с такими химическими элементами, как водород, углерод, фосфор и азот. При нагревании галогены и золото образуют соединения AuF3AuCl3AuBr3 и AuI.
Щелочи и большинство минеральных кислот также не оказывают влияния на золото. На этом свойстве основан один из методов проверки подлинности золота: азотную кислоту наливают в фарфоровую чашку со вставленным в нее золотом и нагревают до температуры кипения. Если золото растворяется в кислоте, то это вовсе не золото, а подделка; настоящее золото не растворится в таких условиях.
И наоборот, золото хорошо реагирует с хлорной и бромной водой, но такие химические реакции проводят только профессиональные химики. В бытовых условиях опасность для золота представляет йодная настойка — водно-спиртовой раствор йода и йодистого калия, поэтому держите золотые кольца и другие золотые украшения подальше от нее. Химическая реакция между золотом и йодной настойкой может быть описана следующей формулой:
Золото в природе
В природе золото встречается в горных породах и рудах. В разных породах может быть разное количество золота; где-то его очень мало, а где-то есть золотые жилы. В прежние времена обнаружение таких жил приводило к так называемым ‘золотым лихорадкам’. Например, когда в XIX веке на Аляске было найдено золото, тысячи старателей устремились туда в надежде разбогатеть. Среди таких старателей был известный американский писатель Джек Лондон. Причина, по которой Джек Лондон не нашел золото, заключается в том, что он писал великие романы, которые сделали его богатым и знаменитым.
Золото в небольших количествах содержится в организмах животных и растений. Еще в 18 веке французский химик Клод Луи Бертолле обнаружил золото в пепле некоторых растений.
Большое количество золота также можно найти в гидросфере нашей планеты, в глубинах Мирового океана. Интересно, что самая высокая концентрация золота обнаружена в Мертвом море, самом необычном море на Земле.
И по сей день люди продолжают добывать золото, хотя в современном мире оно не имеет такого значения, как в древности, но и сегодня оно остается одним из самых ценных материалов и элементов в Периодической таблице.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Poznanvayka
При написании этой статьи я старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду признателен за любые отзывы и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также вы можете написать свои пожелания/вопросы/предложения на мою электронную почту [email protected] или на Facebook.
Читайте далее:
