Золото (Au, от латинского Aurum) — химический элемент, который находится в I группе Таблицы Менделеева, входит в группу благородных металлов. К этой группе, помимо золота, относятся также серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий, иридий и иногда рений. Это название вышеперечисленные металлы получили благодаря высокой химической стойкости. Золото очень ценится во всем мире ещё с самых древних времен. О его особой ценности говорит тот факт, что любой средневековый алхимик считал целью своей жизни получить золото из других веществ, чаще всего в качестве исходного использовалась ртуть. Существуют легенды, что некоторым, таким как Николя Фламель, это даже удалось.
Нахождение в природе
Золото везде. Кубический километр морской воды содержит 5 кг вожделенного элемента, а если уколоть палец и выдавить каплю крови, в ней будет 0,00025 мг золота. 10 мг содержится в человеческом скелете: если задаться целью выплавить кольцо из людей, понадобится всего 300 человек. Но это золото находится в окружающей среде в настолько рассеянной форме, что извлекать его оттуда невыгодно, а часто и невозможно.
Месторождения, подходящие для добычи золота, подразделяются на коренные — первичные (постмагматические) и вторичные (россыпные).
Первичные месторождения
Химическим элементом Au богата магма — расплав внутри земного шара. Золото есть в верхних слоях мантии и частично в земной коре (впрочем, в ней содержится почти вся периодическая таблица). Магма выходит на поверхность планеты, остывает и превращается в твердую породу. Места, где она содержит столько драгоценного элемента, чтобы окупилась промышленная разработка, и есть коренные месторождения.
Природное золото находят в виде самородков — цельных зерен химически чистого вещества. Часто оно соединено с другими элементами (магма содержит почти все):
- серебром;
- медью;
- металлами платиновой группы;
- висмутом и другими.
Вторичные месторождения
Вторичные месторождения — итог разрушения первичных, так называемого выветривания, которое бывает:
- физическим (причина — ветер, вода, температурные колебания);
- химическим (химические реакции);
- биологическим (бактерии и другие организмы).
Россыпь чистого золота выглядит как песок и порой относится водами на много километров от коренного месторождения.
История открытия элемента
В чистом виде золото попало в руки человека в VI веке до нашей эры. Массовые разработки африканских месторождений начались раньше — около 2000 года до н. э., но методик избавления от примесей не было, и золотые изделия того времени имеют низкую пробу.
Во времена поздней античности (начало нашей эры) по миру начала распространяться алхимия с ее стремлением превращать недрагоценные химические элементы в благородные. Она не добилась успеха, но современная цивилизация благодаря ей владеет многими чудесами — например, техникой добычи химическичистого золота из руды.
Латинское название золота — Aurum (читается как аурум) — «желтый». Оно принято как интернациональное. Символ солнца у алхимиков выглядел как круг с точкой внутри, а в современной химии оно обозначается сокращением Au.
Как получают
Основные способы получения золота в промышленных масштабах дополняют друг друга — например, шлих можно очистить от плотных примесей путем амальгамации.
Промывка
Промывка (шлихование) — древний метод добычи золотого песка (шлиха) из вторичных месторождений. Песок отмывается благодаря плотности: менее плотные минералы вымываются водой, а шлих оседает.
Масштабная добыча золота автоматизирована: вместо людей работают промывочные устройства и экскаваторы. Однако принцип их действия за последние 2000 лет почти не изменился.
Шлих — не чистое золото. Существуют элементы плотнее — они оседают с песком на дне промывочной емкости. Для финальной очистки используются другие, в частности химические, способы.
Амальгамация
Этот метод тоже известен с древности, но описан в XVI веке. Он возможен благодаря свойству ртути образовывать сплавы (амальгамы) с другими металлами без дополнительного термического или химического воздействия. После избавления от фрагментов пустой породы химические элементы механически разделяются.
Мнение эксперта
Всеволод Козловский
6 лет в ювелирном деле. Знает все о пробах и может определить подделку за 12 секунд
Амальгамация применяется не везде: в ряде стран (с 1988 года — в России) запрещено использовать ртуть из-за смертельной опасности этого элемента для человека.
Цианирование
Способ извлечения драгоценного элемента из руды цианированием основывается на способности золота растворяться в синильной кислоте (цианистом водороде, HCN) и ее солях. Руда обрабатывается слабым (0,03–0,3 %) раствором цианида. Благородный металл реагирует раньше других химических элементов, а после химической реакции осаждается из раствора.
Физические параметры металла
С точки зрения физики, у золота также немало преимуществ по сравнению с другими металлами. Чистое золото имеет ярко-желтый насыщенный цвет. Если у изделия есть оттенок, поинтересуйтесь, что входит в состав лигатуры. Добавление меди придает красноватый оттенок, серебро или другой белый металл в сплаве образуют белое золото. В природе на месторождении золота можно увидеть драгметалл с зеленым оттенком в зависимости от количества руды, входящей в состав.
По твердости золото считается мягким металлом. Шкала с критериями названа в честь Мооса, и самым твердым веществом на земле считается алмаз. Ему присвоили цифру 10. У золота этот показатель 2,5-3,0. Все потому, что чистое золото легко можно порезать ножом или даже просто поцарапать. Именно из-за этого ювелиры не хотят делать украшение из 999 пробы, поскольку она недолговечна и изделие нужно будет дополнительно покрывать защитными слоями сверху.
Чтоб в полевых условиях определить твердость металла, достаточно царапнуть по нему острым предметом. Если след остался, значит твердость ниже 5. А еще таким способом в старину проверяли подлинность монет. Их просто кусали, и если на деньгах оставались следы, это значит, что монеты настоящие.
Золото способно распыляться и рассеиваться, а также стираться. Поэтому монеты из чистого драгметалла быстро выходили из строя и становились непригодными для торговли. Металл легко полировать и использовать в качестве отражателя света.
Металл имеет высокую ковкость, пластичность и тягучесть. Именно благодаря этим свойствам из золота изготавливаются украшения и изделия разной формы. Есть возможность даже раскатать из металла тоненькие листы. Этот вид золота называют сусальным и им покрывают иконы, изделия интерьера.
Из металла создают очень маленькие чипы в микросхемах. К тому же, кроме ковкости, золото хорошо проводит электричество, и контакты не отходят друг от друга со временем. Расплавить золото можно при температуре 1063 градуса по Цельсию, а прокипятить — при 2947 градусах по Цельсию. Во время этих процессов металл потеряет свой цвет и станет бледно-зеленым.
Помогает золотоискателям такое свойство металла, как плотность. Она у золота в 19,3 раза больше, чем у воды. Поэтому золотые частицы оседают на дне проточных вод, также их легко промыть и очистить от примесей.
Место золота в периодической таблице Менделеева
Элемент располагается в XI группе (подгруппа меди), VI периоде периодической таблицы химических элементов.
Атомный номер (зарядовое число) золота — 79. Это количество протонов в ядре атома, равное количеству электронов, вращающихся вокруг ядра. Атомная масса — суммарная масса протонов и нейтронов (ядра атома) — у золота равна 196,9665 а.е.м. (атомных единиц массы). Природное золото существует в виде химически устойчивого изотопа 197 Au. Все остальные нестабильны и возможны только в условиях ядерного реактора.
Формула
Своей химической формулы золото не имеет, поскольку существует в виде одноатомных молекул. Электронная конфигурация атома Au записывается как [Xe] 4f14 5d10 6s1 и обозначает точное распределение электронов по орбиталям.
Взаимодействие с кислотами
В силу своей инертности (не абсолютной, но значительной) золото не растворяется в кислотах. Это позволяет использовать их для аффинажа (химической очистки элемента от примесей): сплав обрабатывается кислотой, например азотной, и так избавляется от лигатуры.
Но есть исключения. Чистое золото растворяют кислоты:
- селеновая;
- синильная и ее соли (цианиды);
- азотная в смеси с соляной (царская водка).
Степени окисления и связь с галогенами
В естественных условиях Au не окисляется под воздействием кислорода — это одно из свойств, делающих элемент драгоценным. При нагревании золото взаимодействует с галогенами (элементами XVII группы): йодом, фтором, бромом и хлором, образуя соответственно йодид, фторид, бромид и хлорид.
Стандартные степени окисления — 1 и 3. В лабораторных условиях выведен фторид со степенью окисления +5.
Меры чистоты золота
Государства контролируют оборот драгметалла. Век назад почти в каждой стране работала своя система пробирования, но сейчас большинство приведено к общему знаменателю.
Британская каратная система
В каратной системе (США, Канада, Швейцария) за 100 % принято число 24. Клеймо «18 K» говорит о том, что украшение состоит на 75 % из драгоценного металла, а на 25 % из чего-то ещё — например меди и палладия.
Метрическая система
В России, СНГ, Германии число на клейме — это количество промилле (тысячных долей) золота в сплаве. 500 ‰ — проба 500, 375 ‰ —375. Не существует только пробы 1000 — вместо нее 999,9. Она содержит микроскопическое количество примесей и условно считается чистой.
Золотниковая система
Золотниковая система проб действовала в Российской империи, РСФСР и СССР в 1798–1927 годах. Она основана на русском фунте, равном 96 золотникам, аналогична каратной математически, но делит целое не на 24, а на 96 долей.
Таблица соответствия проб
Посмотрим на три системы в сравнении. Существует также лотовая проба — она по сути повторяет каратную, но берет за сто процентов 16 единиц (лот). Лотовая проба использовалась для пробирования серебра в Европе до введения метрической системы и не имеет отношения к золоту.
| Метрическая система проб | 999 | 958 | 916 | 900 | 750 | 585 | 500 | 375 |
| Каратная система проб | 24 | 23 | 22 | 21,6 | 18 | 14 | 12 | 9 |
| Золотниковая система проб | 96 | 92 | 88 | 86,4 | 72 | 56 | 48 | 36 |
Сферы применения
Золото давно используется различными странами в виде монет. Однако в качестве монопольного денежного средства их утвердили только к XIX веку.
Сегодня драгметалл используется во многих сферах жизни общества:
- Ювелирная промышленность. Именно на эту область приходится большой объём добываемой горной породы. Украшения и аксессуары производят не из чистого вещества, а из его сплавов с другими металлами, которые повышают механическую прочность и стойкость изделий. Обычно золото соединяют с серебром и медью. Дополнительными компонентами служат цинк, кобальт, никель или палладий. Драгметалл определяет устойчивость сплава к коррозии, соотношение меди и серебра — оттенок и механические особенности. Важная характеристика таких изделий — проба. Она определяется содержанием золота в них.
- Промышленность. Вещество используется для электрических контактов. Микроэлектроника не обходится без золотых проводников и гальванических покрытий металлом. Обработка оконных стёкол этим материалом позволяет уменьшить потери тепла зимой и предохранить помещения от нагревания ультрафиолетовыми лучами летом. Золотыми припоями смачивают поверхности из разных металлов. Вещество применяется для защиты от коррозии и придания другим материалам дорогого вида.
- Стоматология. Золотые сплавы применяют для производства коронок и зубных протезов, которые не портятся.
- Фармакология. Вещество часто служит дополнительным компонентом в лекарствах от туберкулёза и ревматоидных артритов. Радиоактивный изотоп, который обозначается 198Au, применяется для лечения злокачественных опухолей. Перед использованием препаратов необходимо убедиться в том, что у пациента нет негативных реакций на золото.
- Пищевая промышленность. Элементом в качестве пищевой добавки E175 декорируют различные блюда.
Во все времена золото служило важным элементом финансовой системы. Этот металл не подвержен коррозии, поэтому ему стараются найти применение в различных областях. Периодически роль металла снижалась в качестве международной валюты, однако банки в любых странах хранят его как самый важный источник ликвидности.
Как отличить подделку
Чтобы навариться, выдав изделия из неблагородных сплавов за ценные, мошенники прибегают к уловкам: обжигают серебро на огне, соединяют медь с цинком и оловом. Обращайте внимание на:
- Клеймо — оно должно соответствовать стандарту.
- Цену — если она неправдоподобно низка, это тревожный знак.
- Страну-производитель — проверьте украшение лишний раз, если это Турция, Китай или ОАЭ.
Встречаются советы попробовать вещь на зуб при продавце или испытать химически, капнув на нее йодом. Это действенные для определения подлинности высоких проб способы, но они не всегда приемлемы в обществе. Если продавец вызывает у вас сомнения настолько, что вы готовы кусать его товар, стоит отказаться от покупки.
Другие цвета
Современные технологии позволяют создавать сплавы золота практически любого оттенка, но далеко не любой из них обладает достаточными характеристиками, чтобы выйти на широкий рынок. Так, есть несколько технологий изобретения фиолетового золота. Но такие изделия не всегда практичны.
В Уральске ученые физического института металлов придумали способ, с помощью которого можно создавать зеленое, пурпурное, голубое, фиолетовое и черное золото.
Кроме того, учеными обнаружен тот факт, что при сопоставлении некоторых условий, поверхность золота способна приобретать разные оттенки. Экспериментируя с желтым золотом, удалось достичь глубокого синего оттенка сплава.
