Этот элемент находится в группе XI (подгруппа меди), период VI периодической таблицы химических элементов.
Химический элемент золото (Au): свойства, способы получения и место в периодической таблице
Aurum metallicum (англ.) (металлическое золото) — это ярко-желтый блестящий металл. В переводе. Aurum означает ‘желтый’, на иврите его название наполнено поэзией и переводится как ‘сияющий’.сияние рассвет».
В народе этот драгоценный металл называют ‘утренней рассвет‘, ‘ золото ‘, ‘сияющий».
С древних времен золото символизировало солнце, связь с божественным разумом и небесным светом.
В греческой мифологии золото было символом божественного разума. мифология Существует легенда, согласно которой Геракл, совершая свой двенадцатый подвиг, должен был достать три золотых яблока с волшебного дерева, охраняемого атлантами. Гераклу удалось перехитрить атлантов и обрести свободу, захватив золотые яблоки.
Найдено в природе
Золото можно найти повсюду. В кубическом километре морской воды содержится 5 кг этого желанного элемента, а если уколоть палец и выдавить каплю крови, то в ней будет 0,00025 мг золота. В человеческом скелете содержится 10 мг: если бы вы задались целью выплавить из людей кольцо, хватило бы всего 300. Но это золото находится в такой рассеянной форме в окружающей среде, что извлекать его оттуда нерентабельно, а зачастую и невозможно.
Месторождения, пригодные для добычи золота, делятся на первичные (постмагматические) и вторичные (россыпные).
Первичные месторождения
Химическим элементом Au богата магма — расплавленный в недрах земного шара материал. Золото содержится в верхних слоях мантии и частично в земной коре (которая, однако, содержит почти всю периодическую таблицу). Магма поднимается на поверхность планеты, остывает и превращается в твердую породу. Места, где содержится достаточное количество ценного элемента, чтобы его было выгодно добывать промышленным способом, являются первичными месторождениями.
Природное золото встречается в виде самородков — цельных зерен химически чистого вещества. Часто оно сочетается с другими элементами (магма содержит почти все из них):
Вторичные месторождения
Вторичные месторождения образуются в результате разрушения первичных месторождений, известного как выветривание:
Выходы чистого золота выглядят как песок и иногда переносятся водами на многие километры от первичного месторождения.
Свойства
Конфигурация внешних электронных оболочек атома золота 4f 14 5d 10 6s 1; в соединениях золото обычно находится в состояниях окисления +1 и +3, реже +2 и +5; энергии ионизации Au 0 → Au + → Au 2+ → Au 3+ составляют 9,22, 20,52 и 30,47 эВ соответственно; электроотрицательность 2,54; атомный радиус 135 пм, ионный радиус Au + 151 пм (координационное число 6), Au 3+ 99 пм (координационное число 6). Золото — желтый, мягкий, ковкий и пластичный металл; кристаллическая решетка гранецентрированная, кубическая; t mel 1064,18 °C, t температура кипения 2856 °C; плотность 19300 кг/м 3 ; теплопроводность при 273 К, теплопроводность 310 Вт/(м · K; удельное электрическое сопротивление 2,06 · 10 -8 Ом-м; диамагнитен; твердость по Бринеллю 220-250 МПа; 81 ГПа. Золото можно прокатывать в фольгу толщиной до 0,1 мкм.
Образец золота. Фото: Bjoern Wylezich / Shutterstock
Золото стабильно на воздухе и в воде; с O 2 , H 2 , N 2 P, Sb и C оно не вступает в прямое взаимодействие. Золото нерастворимо в щелочах и большинстве кислот; оно растворяется в горячей селеновой кислоте H 2 SeO 4 и в смесях серной кислоты H 2 SO 4 с азотной кислотой HNO 3 или марганцевой кислотой HMnO 4 . В общем случае золото растворяется при обработке водным раствором: A u + H N O 3 + 4 H C l = H [ A u C l 4 ] + N O + 2 H 2 O Au + HNO_ + 4HCl = H[AuCl_ ] + NO + 2H_ O A u + H N O 3 + 4 H Cl = H [ A u C l 4 ] + NO + 2 H 2 O ; после осторожного выпаривания из раствора выделяются желтые кристаллы хлорида золота HAuCl. 4 -3H 2 O.
В водных растворах цианидов K и Na при доступе O 2 или других окислителей, золото растворяется с образованием дицианоаурид-иона: 4 A u + 8 C N — + 2 H 2 O + O 2 = 4 [ A u ( C N ) 2 ] — + 4 O H — 4Au + 8CN ^ + 2H_ O + O_ = 4[Au(CN)_]^ + 4OH^ 4 A u + 8 C N — + 2 H 2 O + O 2 = 4 [ A u ( CN ) 2 ] — + 4 O H — ; Эта реакция лежит в основе важнейшего промышленного метода извлечения золота из золотоносных руд путем селективного выщелачивания — цианирования. В отсутствие влаги золото не реагирует с галогенами без нагревания; при нагревании образуются моногалогены (например, хлорид AuCl) или тригалогены (например, AuBr). 3 ). Золото образует сплавы со многими металлами; один из старейших методов извлечения золота из горных пород (амальгамация) основан на образовании золотых амальгам. Соединения золота легко восстанавливаются до металла. Золото характеризуется способностью к комплексообразованию, образуя твердые растворы и металлические соединения со многими более электроотрицательными элементами.
Производство
Промышленными источниками золота являются золотоносные руды и кварцевые пески собственно золоторудных месторождений (содержание золота 5-15 г/т), а также промежуточные продукты (содержание золота 0,5-3 г/т) свинцово-цинковой, медной, урановой и других отраслей промышленности. Золото извлекается из месторождений методом гравитационного обогащения в водном потоке с использованием ловушек, сифонов, концентрационных смол, шлюзов и различных панорамирующих устройств. Золотоносные пески извлекаются со дна рек и озер и обогащаются драгами. Для извлечения золота из рудных тел используются комбинированные системы, включающие обогащение (гравитация, флотация) и металлургические операции (в основном ионообменная сорбция пульпы, цианирование). При цианировании измельченная руда или концентрат обрабатываются раствором NaCN, золото осаждается из раствора порошком Zn при перемешивании, а затем извлекается с помощью ионообменных смол или активированного угля. Конечными продуктами являются гравитационный концентрат (так называемая золотая головка) и аффинированное золото. Золото очищается путем растворения в водной среде с последующим селективным осаждением (например, с помощью FeSO 4 ), хлорирования в расплаве или растворе (хлорирование) и электролитического рафинирования в растворе соляной кислоты.
Золото и золотые сплавы используются в декоративных целях, для изготовления ювелирных изделий, часов, монет, медалей, зубных протезов (содержание золота в этих сплавах характеризуется их тонкостью; см. Glossa Glossa. В статье Ювелирные сплавы), в технике — для изготовления деталей химической аппаратуры, электрических контактов и проводов, микроэлектронных изделий, окраски стекла, покрытия металлических поверхностей (в самолетостроении, космической технике и т.д.), в производстве припоев, катализаторов и т.д.; см. также Золочение . Радиоактивный изотоп 198 Au (период полураспада T ½ 2,694 дня) используется в радиотерапии для лечения рака. Золото — это валютный металл (всеобщий эквивалент денег).
Распространение золота в природе
Золото не очень распространено на планете, но и не является редким; его содержание в литосфере составляет около 4,3-10 -7%, а в одном литре морской воды содержится около 4-10 -9 г. Часть золота содержится в почве, из которой его извлекают растения. Кукуруза является прекрасным источником природного золота для питания человека, поскольку растение обладает способностью концентрировать его. Золото чрезвычайно трудно добывать, поэтому оно имеет такую высокую цену. Как говорят геологи, ‘золото любит одиночество’, потому что в большинстве случаев его находят в виде самородков, то есть оно находится в руде в чистом виде. Лишь в очень редких случаях золото сочетается с висмутом и селеном. Очень мало его содержится в магматических породах и застывшей лаве. Но извлечь из них золото еще труднее, а его содержание очень мало. Поэтому метод добычи из магматических пород неприменим из-за своей нерентабельности.
Основные запасы золота сосредоточены в России, ЮАР и Канаде.
Золото чаще всего оценивается в +1 или +3. Это высокопрочный металл. Золото совершенно не подвержено окислению, то есть при нормальных условиях на него не действует кислород. Однако если золото нагревается выше 100 °C, на поверхности образуется очень тонкая оксидная пленка, которая не исчезает даже при охлаждении. При 20 °C толщина пленки составляет примерно 0,000001 мм. Сера, фосфор, водород и азот не реагируют с золотом.
На золото не влияют кислоты. Но только когда они действуют на него по отдельности. Единственной чистой кислотой, в которой можно растворить золото, является горячая концентрированная селеновая кислота H2SeO4. При комнатной температуре драгоценный металл растворяется в так называемой aqua regia, то есть азотная кислота + соляная кислота. При нормальных условиях золото также очень чувствительно к растворам йодистого калия и йода.
Применение золота
С древних времен золото использовалось в ювелирном искусстве, как предметы роскоши и власти. В промышленности золото используется в качестве сплава с другими металлами. В промышленности золото используется в сплавах с другими металлами. Это повышает прочность сплава и удешевляет его производство. Содержание золота в сплаве называется ‘проба сплава’, которая выражается стандартным целым числом. Например, килограмм золотого сплава 750 пробы содержит 750 граммов золота. Остальные 250 — это другие примеси. Следовательно, чем выше каратная проба, тем выше содержание золота в сплаве. Существует стандарт этой пробы: 375, 500, 585, 750, 900, 916 i 958.
Знаете ли вы.
Для производства одного золотого кольца требуется переработать тонну золотосодержащей руды!
В других отраслях золото находит разнообразное применение в химической и нефтехимической промышленности, в энергетике и электронике, а также в аэрокосмической промышленности. Этот драгоценный металл используется везде, где коррозия нежелательна. С незапамятных времен оно также широко используется в медицине благодаря своей устойчивости к окислению. В египетских гробницах были найдены мумии с золотыми зубными коронками. В настоящее время для изготовления зубных протезов и коронок используются сплавы золота большей прочности. Кроме того, золото используется и в фармакологии. Используются различные соединения этого драгоценного металла, которые либо входят в состав препаратов, либо применяются отдельно. Золотые нити используются в косметологии, где они способствуют омоложению кожи.
Читайте далее:Знаете ли вы.
В Суве, Япония, есть завод, где золото добывают из золы, остающейся после сжигания промышленных отходов! И в этой золе содержится больше золота, чем в любом золотом руднике. Этот факт объясняется тем, что в городе много заводов по производству электроники, которые широко используют этот драгоценный металл.
Добыча чистого золота
Золото редко встречается в природе в чистом виде. После многих веков работы с золотоносными песками и рудами человечество нашло более эффективный способ извлечения золотых зерен — амальгамацию. Для этого метода необходимы элементы, способные вступать в реакцию с золотом, и таким элементом является ртуть. Она добавляется в руду, соединяется с золотом, а затем извлекается и пускается в дело. Цианирование также работает. Золото осаждается из полученного раствора с помощью цинка. Регенерация также может быть проведена с помощью щелочного раствора.
Чтобы получить чистый слиток или сплав с контролируемым количеством и составом примесей, необходимо провести ряд процедур. Комплекс таких операций называется аффинажем — очисткой руды, лома или сплава для получения чистого золота. Материалом могут быть любые частицы золота — части электродов, детали лабораторного оборудования или ювелирные изделия. Существует несколько методов, которые считаются наиболее эффективными. Химия золота установила, что при этих методах потери частиц золота минимальны, а на вспомогательные материалы тратится меньше средств.
Химический аффинаж предполагает выделение химических элементов из руды, золотосодержащей природной стружки или лома. Это многоступенчатый процесс, включающий ряд экспериментов по выделению ценного компонента. Прежде всего, из состава исключают железо, так как оно мешает проведению необходимых операций. Его можно удалить с помощью магнита, а также растворить его частицы в серной или соляной кислоте. Следующий этап требует использования азотной кислоты, которая растворяет многие примеси, традиционно сопровождающие золото — медь, серебро, цинк и олово. Золото остается в осадке, а для реакции используется поваренная соль. Осадок, содержащий золото и серебро, затем обрабатывается азотной и соляной кислотой. После необходимого перемешивания, ряда этапов нагревания и слива получается коричневый осадок, который тщательно промывается. После заключительного этапа очистки получается золотая пыль, которая затем переплавляется в слиток. Чистота такого золота может достигать 99,95%.
Алхимики
Сегодня никто не ставит под сомнение состав золота, но когда-то считалось, что золото — это не только минеральный компонент и драгоценный металл в чистом виде, но и то, что можно получить из другого вещества. Речь идет об алхимии, науке, которая предшествовала химии и была ее прообразом. Алхимиков считали колдунами и шарлатанами, им не доверяли и их боялись, однако нет никаких доказательств, чтобы с уверенностью сказать, что это псевдонаука или вымысел. Существуют книги об алхимии, рассказы очевидцев и истории, записанные в хрониках. Конечно, золото всегда имело самую большую ценность, и идея получить его путем экспериментов стала ‘фикс’ для многих поколений ученых.
У алхимиков было особое видение мира; они верили, что все в природе представляет собой единство и все развивается. Это относилось как к человеческой душе, так и к минералам и веществам. Свинец считался самым низким металлом, поскольку был несовершенен; золото — самым высоким, поскольку обладало уникальными свойствами. Многие свидетельства говорят о том, что алхимики нашли таинственное соединение, которое превращало олово и ртуть в чистейшее золото — философский камень. Состав и свойства этого камня остаются неизвестными, потому что те, кто его изобрел, унесли секрет в могилу, а свидетели могли только рассказывать о процессе превращения олова, смешанного с порошком или камнем, в золото. Алхимическое золото и сегодня будоражит умы; его формула неизвестна даже сейчас, когда наши технологии настолько развиты. Единственным доказательством достоверности этих экспериментов являются опыты с ураном, где он под особым воздействием образует совершенно другие, новые вещества. История требует уважения, и, вспоминая грандиозные сооружения, возведенные до нашей эры, далекие путешествия и гениальных изобретателей, остается только развести руками и предположить, что алхимики древности знали о металлах гораздо больше, чем мы.
