Свойства и применение золота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зомлото - элемент побочной подгруппы первой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 79. Обозначается символом Au (лат. Aurum^[2]). Простое вещество золото (CAS-номер: 7440-57-5) - благородный металл жёлтого цвета.

Физические свойства

Чистое золото - мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Золото - очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19 621 кг/мі (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия, иридия, рения, платины и плутония. Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы.

Золото - очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2.5 (сравнима с твёрдостью ногтя), по Бринеллю 220-250 МПа. Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем - окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м/г.

Химические свойства

Золото - самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, благодаря чему было отнесено к благородным металлам, в отличие от обычных металлов, разрушающихся под действием окружающей среды. Затем была открыта способность царской водки растворять золото, что опровергло мнение об его химической инертности.

Наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, в этой степени окисления оно легко образует с однозарядными анионами (F^?, Cl^? CN^?) устойчивые плоские квадратные комплексы [AuX₄]^? Относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1, дающие линейные комплексы [AuX₂]^? Долгое время считалось, что +3 - высшая из возможных степеней окисления золота, однако, используя дифторид криптона, удалось получить соединения Au⁺⁵ (фторид AuF₅, соли комплекса [AuF₆]^?). Соединения золота(V) стабильны лишь со фтором и являются сильнейшими окислителями.

При взаимодействии атомарного фтора с пентафторидом золота были получены летучие фториды золота (VI) и (VII): AuF₆ и AuF₇. Они крайне неустойчивы, особенно AuF₆, который дисмутирует с образованием AuF₅ и AuF₇. ^[3]

Степень окисления +2 для золота нехарактерна, в веществах, в которых она формально равна 2, половина золота, как правило, окислена до +1, а половина - до +3, например, правильной ионной формулой сульфата золота(II) AuSO₄ будет не Au²⁺(SO₄)^2?, а Au¹⁺Au³⁺(SO₄)^2?₂, однако обнаружены комплексы, в которых золото всё-таки имеет степень окисления +2.

Есть соединения золота, называемые ауридами, со степенью окисления ?1. Например, CsAu (аурид цезия), Na₃Au (аурид натрия)^[4].

Из чистых кислот золото растворяется только в горячей концентрированной селеновой кислоте:

2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O

Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты:

4Au + 8CN^? + 2H₂O + O₂ > 4 [Au(CN)₂]^? + 4 OH^?

Цианоаураты легко восстанавливаются до чистого золота:

2Na [Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

В случае реакции с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200°C с образованием хлорида золота(III), то в концентрированном водном растворе соляной и азотной кислот (царская водка) золото растворяется с образованием хлораурат-иона уже при комнатной температуре:

2Au + 3Cl₂ + 2Cl^? > 2 [AuCl₄]^?

Золото легко реагирует с жидким бромом и его растворами в воде и органических растворителях, давая трибромид AuBr₃^[5].

Со фтором золото реагирует в интервале температур 300?400°C, при более низких реакция не идёт, а при более высоких фториды золота разлагаются.

Золото также растворяется во ртути, фактически образуя легкоплавкий сплав (амальгаму), содержащий интерметаллиды.

Существуют золотоорганические соединения (например, бромид диэтилзолота).

Геохимия золота

Содержание золота в земной коре очень низкое - 0,5ч5 мкг/кг^[6][7], но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. 1 л и морской, и речной воды несёт примерно 4Ч10^?9 г золота, что соответствует 4 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.

Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами. Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях. В экзогенных условиях видимое золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях. Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа, марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений, происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.

В природе известны 15 золотосодержащих минералов: самородное золото с примесями серебра, меди и др., электрум Au и 25 - 45% Ag; порпесит AuPd; медистое золото, бисмутоаурит (Au, Bi); родистое золото, иридистое золото, платинистое золото. Остальные минералы представлены теллуридами золота: калаверит AuTe₂, креннерит AuTe₂, сильванит AuAgTe₄, петцит Ag₃AuTe₂, мутманит (Ag, Au) Te, монтбрейит Au₂Te₃, нагиагит Pb₅AuSbTe₃S₆.

Для золота характерна самородная форма. Среди других его форм стоит отметить электрум, сплав золота с серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды.

Различаются первичные месторождения золота, россыпи, в которые оно попадает в результате разрушения рудных месторождений и месторождения с комплексными рудами, в которых золото извлекается в качестве попутного компонента.

Добыча золота

Люди добывают золото с незапамятных времён. С золотом человечество столкнулось уже в V тыс. до н.э. в эпоху неолита благодаря его распространению в самородном состоянии.

По предположению археологов, начало системной добычи было положено на Ближнем Востоке, откуда золотые украшения поставлялись, в частности, в Египет. Именно в Египте в гробнице королевы Зер и одной из королев Пу-аби Ур в Шумерской цивилизации были найдены первые золотые украшения, датируемые III тыс. до н.э.

В России принято считать началом золотодобычи 21 мая (1 июня) 1745 г., когда Ерофей Марков, нашедший золото на Урале, объявил о своем открытии в Канцелярии Главного правления заводов в Екатеринбурге.

За всю историю человечеством добыто около 161 тысячи тонн золота (оценка на 2011 год)^[8]. Если сплавить всё это золото воедино, получится куб со стороной примерно 20 м.

Эти запасы распределены следующим образом (оценка на 2003 год)^[9]:

· государственные ЦБ и международные финансовые организации - около 30 тыс. тонн;

· в ювелирных изделиях - 79 тыс. тонн;

· изделия электронной промышленности и стоматологии - 17 тыс. тонн;

· инвестиционные накопления - 24 тыс. тонн.

В 2007 году добыли 2,38 тыс. т золота, а в 2008 - 2,33 тыс. т. Лидерами добычи золота стали^[10]:

·  Китай (добыл в 2007 году 275 т, а в 2008 г. - 295 т).

·  ЮАР (252/250).

·  США (238/230).

·  Австралия (246/225).

·  Перу (170/175).

·  Россия (157/165).

·  Канада (101/100).

·  Индонезия (118/90).

·  Узбекистан (85/85).

·  Гана (84/84).

·  Папуа - Новая Гвинея (65/65).

·  Чили (42/42).

·  Мексика (39/41).

·  Бразилия (40/40).

В России существует около 16 золотодобывающих компаний. Лидером добычи золота в России является компания Полюс Золото, на которую приходится около 20% рынка. Наибольшее количество золота добывается в Чукотском автономном округе, Красноярском крае и Амурской области^[11].

В 2009 г. ЮАР покинулa тройку лидеров по добыче золота. Первое место занимает Китай (314 т), потом следуют Австралия (227 т), США (216 т). Россия в 2009 г. добыла 183 т золота.

Получение

Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами (ртуть, цианиды). С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы.

В 1947 году американские физики Ингрем, Гесс и Гайдн проводили эксперимент по измерению эффективного сечения поглощения нейтронов ядрами ртути. В качестве побочного эффекта эксперимента было получено около 35 мкг золота. Таким образом, была осуществлена вековая мечта алхимиков - трансмутация ртути в золото. Однако, экономического значения такое производство золота не имеет, так как обходится во много раз дороже добычи золота из самых бедных руд.^[12]

Промывка

Метод промывки основан на высокой плотности золота, благодаря которой в потоке воды минералы с плотностью меньше золота (а это почти все минералы земной коры) смываются, и металл концентрируется в тяжёлой фракции песка, которая называется шлихом. Этот процесс называется отмывкой шлиха или шлихованием. В небольших объёмах такую промывку можно проводить вручную с помощью промывочного лотка. Этот способ используется с древности и до нашего времёни для отработки маленьких россыпных месторождений старателями, но основное его применение - поиск месторождений золота, алмазов и других ценных металлов.

Промывка используется для разработки крупных россыпных месторождений, но при этом применяются специальные технические устройства: драги и промывочные установки. Полученные шлихи, кроме золота, содержат множество других тяжёлых минералов, и металл из них извлекается путём, например, амальгамации.

Методом промывки разрабатываются все россыпные месторождения золота, но ограничено он применяется и на коренных месторождениях. Для этого породу дробят и затем подвергают промывке. Этот метод не может быть применён на месторождениях с рассеянным золотом, где оно так распылено в породе, что после дробления не обособляется в отдельные зёрна и смывается при промывке вместе с другими минералами. К сожалению, при промывке теряется не только мелкое золото, которое легко смывается с промывочной колоды, но и крупные самородки, гидравлическая крупность которых не позволяет им спокойно оседать в ячейках коврика. Поэтому на драгах и на промприборах обязательно следят за крупными катящимися обломками - это вполне могут оказаться самородки.

Применение

Золото является важнейшим элементом мировой финансовой системы, поскольку данный металл не подвержен коррозии, имеет много сфер технического применения, а запасы его невелики. Золото практически не терялось в процессе исторических катаклизмов, а лишь накапливалось и переплавлялось. В настоящее время мировые банковские резервы золота оцениваются в 32 тыс. тонн (если сплавить все это золото воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м).

Золото издавна использовалось многими народами в качестве денег. Золотые монеты - наиболее хорошо сохраняющийся памятник старины. Однако как монопольный денежный товар золотые монеты утвердились только к XIX веку. Вплоть до Первой мировой войны все мировые валюты были основаны на золотом стандарте (период 1870-1914 называют «золотым веком»). Бумажные купюры в это время выполняли роль удостоверений о наличии золота. Они свободно обменивались на золото.

В промышленности

По своей химической стойкости и механической прочности золото уступает большинству платиноидов, но незаменимо как материал для электрических контактов. Поэтому в микроэлектронике золотые проводники и гальванические покрытия золотом контактных поверхностей, разъёмов, печатных плат используются очень широко.

Золото используется в качестве мишени в ядерных исследованиях, в качестве покрытия зеркал, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, в качестве специальной оболочки в нейтронной бомбе.

Золотые припои очень хорошо смачивают различные металлические поверхности и применяются при пайке металлов. Тонкие прокладки, изготовленные из мягких сплавов золота, используются в технике сверхвысокого вакуума.

Золочение металлов (в древности - исключительно амальгамный метод, в настоящее время - преимущественно гальваническое) широко используется в качестве метода защиты от коррозии. Хотя такое покрытие неблагородных металлов имеет существенные недостатки (мягкость покрытия, высокий потенциал при точечной коррозии), оно распространено также из-за того, что готовое изделие приобретает вид очень дорогого, «золотого».

Золото зарегистрировано в качестве пищевой добавки Е175.

В ювелирных изделиях

Традиционным и самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости. В настоящее время для этого служат сплавы Au-Ag-Cu, которые могут содержать добавки цинка, никеля, кобальта, палладия.

Стойкость к коррозии таких сплавов определяются, в основном, содержанием в них золота, а цветовые оттенки и механические свойства - соотношением серебра и меди.

Важнейшей характеристикой ювелирных изделий является их проба, характеризующая содержание в них золота.

В стоматологии

Значительные количества золота потребляет стоматология: коронки и зубные протезы изготовляют из сплавов золота с серебром, медью, никелем, платиной, цинком. Такие сплавы сочетают коррозионную стойкость с высокими механическими свойствами.

В фармакологии

Соединения золота входят в состав некоторых медицинских препаратов, используемых для лечения ряда заболеваний (туберкулёза, ревматоидных артритов и т.д.). Радиоактивное золото используют при лечении злокачественных опухолей.

Список литературы

золото химический добыча

1. http://ru.wikipedia.org/

2. Мозберг Р.К. «Материаловедение» Москва: Высшая школа 1991 г.

3. Ржевская С.В. «Материаловедение» Москва: 2005 г.

Размещено на Allbest.ru