Свойства золота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Происхождение золота

2. Химические свойства

3. Физические свойства

4. Добыча золота

5. Применение

6. Мера чистоты золота

Заключение

Список использованных источников

Введение

Золото было первым металлом, известным человеку. Изделия из Золота найдены в культурных слоях эпохи неолита (5-4-е тысячелетия до н. э.). В древних государствах - Египте, Месопотамии, Индии, Китае добыча золота, изготовление украшений и других предметов из него существовали за 3-2 тысячелетия до н. э. Золото часто упоминается в Библии, "Илиаде", "Одиссее" и других памятниках древней литературы. Алхимики называют золото "царем металлов" и обозначали его символом Солнца. Открытие способов превращения неблагородных металлов в Золото было главной целью алхимии.

Из всех благородных металлов (коих насчитывается всего восемь: три всем известных и пять металлов платиновой группы - иридий, осмий, палладий, родий, рутений) золото - самый красивый. Чистое золото отличается характерной глянцевой желтизной, и выглядит очень нарядно как в малых изделиях, так и в крупных слитках. Правда, природная пластичность благородного металла желтого цвета препятствует его практическому применению. В прежние времена мягкость драгоценного металла служила его диагностическим признаком. Именно поэтому золотые монеты старинной чеканки нередко испещрены отпечатками зубов...

В данной работе изучены происхождение золота, его физические и химические свойства, а так же области применения металла.

1. Происхождение золота

золото металл добыча химический

Золото -- первый металл, с которым познакомилось человечество. Самородное золото и серебро известны человечеству несколько тысячелетий; об этом свидетельствуют изделия, найденные в древних захоронениях, и примитивные горные выработки, сохранившиеся до наших дней. В древности основными центрами добычи благородных металлов были Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида (Кавказ).Имеются сведения о добыче и в Центральной, в Южной Америке, в Азии (Индия, Алтай, Казахстан, Китай).Из россыпей металлы извлекали промывкой песка на шкурах животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей. Из руд металлы добывали нагреванием породы до растрескивания с последующими дроблением глыб в каменных ступах, истиранием жерновами и промывкой. Разделение по крупности проводили на ситах. В Древнем Египте был известен способ разделения сплавов золота и серебра кислотами, выделение золота и серебра из свинцового сплава купелированием, извлечение золота путем амальгамирования ртутью, или сбор частиц с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купелирование осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, поваренную соль, олово и отруби.

В XI--VI веках до н. э. золото добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В VI--IV веках до н. э. начались разработки коренных и россыпных месторождений золота в Трансильвании и Западных Карпатах.

Поскольку золото было известно, вероятно, ещё до появления письменности, проследить историю его названия, скорее всего, невозможно. Известно, однако, что в славянских языках слово золото имело в древности общий корень со словом «жёлтый», первоначальный вариант слова записывают как zolto. Некоторые связывают происхождения слова «золото» со словом «солнце» (корень sol). Однако достаточно достоверных версий происхождения названия нет.

2. Химические свойства

Золото -- один из самых инертных металлов, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его относят к благородным металлам, в отличие от обычных металлов, разрушающихся под действием кислот и щелочей. В XIV веке 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, соликомплекса [AuF6]?). Соединения золота стабильны лишь со фтором и являются сильнейшими окислителями.

При взаимодействии атомарного фтора с пентафторидом золота были получены летучие фториды золота: AuF6 и AuF7. Они крайне неустойчивы, особенно AuF6, которыйдисмутирует с образованием AuF5 и AuF7.

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 AuSO4 будет не Au2+(SO4)2?, а Au1+Au3+(SO4)2?2, однако обнаружены комплексы, в которых золото всё-таки имеет степень окисления +2.

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

Из чистых кислот золото растворяется только в концентрированной селеновой кислоте при 200 °C:

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

Цианоаураты легко восстанавливаются до чистого золота:

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, то в концентрированном водном растворе соляной и азотной кислот («царская водка») золото растворяется с образованием хлораурат-иона уже при комнатной температуре:

Кроме того, золото растворяется в хлорной воде. Золото легко реагирует с жидким бромом и его растворами в воде и органических растворителях, образуя трибромид AuBr3.

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 в ртути, образуя легкоплавкий сплав (амальгаму), содержащий интерметаллиды золото-ртуть.

3. 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 высокойтеплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Золото -- очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19,32 г/смі (шар из чистого золота диаметром 46,237 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, по Бринеллю 220--250 МПа (сравнима с твёрдостью ногтя).

Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (100 нм) (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 2 мг/м.

Температура плавления золота 1064,18 °C (1337,33 К), кипит при 2856 °C (3129 К). Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см3 при температуре плавления. Жидкое золото довольно летуче, и активно испаряется задолго до температуры кипения.

Линейный коэффициент теплового расширения-- 14,2·10-6 К?1 (при 25 °C). Теплопроводность -- 320 Вт/м·К, удельная теплоёмкость -- 129 Дж/(кг·К), удельное электрическое сопротивление -- 0,023 Ом·мм2/м.

Электроотрицательность по Полингу -- 2,4. Энергия сродства к электрону равна 2,8 эВ; атомный радиус 0,144 нм, ионные радиусы: Аu+ 0,151 нм (координационное число 6), Аu3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6).

4. Добыча золота

Содержание золота в земной коре очень низкое -- 4,3·10-10 % по массе (0,5-5 мг/т), но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. Один литр и морской, и речной воды содержит менее 5·10?9 граммов Au, что примерно соответствует 5 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.

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 всульфиды 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

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.

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 называетсяшлихом. 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 времени для отработки маленьких россыпных месторождений старателями, но основное его применение -- поиск месторождений алмазов, золота 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.

Метод амальгамации основан на способности ртути образовывать сплавы -- амальгамы с различными металлами, в том числе и с золотом. В этом методе увлажнённая дроблёная порода смешивалась со ртутью и подвергалась дополнительному измельчению в мельницах -- бегунных чашах. Амальгаму золота (и сопутствующих металлов) извлекали из получившегося шлама промывкой, после чего ртуть отгонялась из собранной амальгамы и использовалась повторно. Метод амальгамации известен с I века до н. э., наибольшие масштабы приобрёл в американских колониях Испании начиная с XVI века: это стало возможным благодаря наличию в Испании огромного ртутного месторождения -- Альмаден. В более позднее время использовался метод внешней амальгамации, когда дроблёная золотоносная порода при промывке пропускалась через обогатительные шлюзы, выстланные медными листами, покрытыми тонким слоем ртути. Метод амальгамации применим только на месторождениях с высоким содержанием золота или уже при его обогащении. Сейчас он используется очень редко, главным образом старателями в Африке и Южной Америке.

Золото растворяется в растворах синильной кислоты и её солей, и это его свойство дало начало ряду методов извлечения путем цианирования руд.

Метод цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии кислорода воздуха: измельчённая золотоносная порода обрабатывается разбавленным (0,3-0,03 %) раствором цианида натрия, золото из образующегося раствора цианоаурата натрия Na[Au(CN)2] осаждается либо цинковой пылью, либо на специальных ионнообменых смолах.

Метод цианирования первоначально применялся на крупных заводах, где порода дробилась и цианирование проводилось в специальных чанах. Однако развитие технологии привело к появлению метода кучного выщелачивания, который заключается в следующем: готовится водонепроницаемая площадка, на неё насыпается руда и её орошают растворами цианидов, которые, просачиваясь через толщу породы, растворяют золото. После этого они поступают в специальные сорбционные колонны, в которых золото осаждается, а регенерированный раствор вновь отправляется на кучу.

Метод цианирования ограничен минеральным составом руд, он неприменим, если руда содержит большое количество сульфидов или арсенидов, так как цианиды реагируют с этими минералами. Поэтому цианированием перерабатываются малосульфидные руды или руды из зоны окисления, в которой сульфиды и арсениды окислены атмосферным кислородом.

Для извлечения золота из сульфидных руд используются сложные многоэтапные технологии. Золото, добытое из месторождений, содержит различные примеси, поэтому его подвергают специальным процессам высокой очистки, которые производятся на аффинажных заводах.

Регенерация осуществляется действием 10 % раствора щёлочи на растворы солей золота с последующим осаждением аффинажного золота на алюминий из горячего раствора гидроксида.

5. Применение золота

Как объект инвестирования 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). Неоднократно подчёркивалось снижение роли золота в качестве международной валюты, тем не менее практически все банки мира хранят золото в качестве одного из источников ликвидности.

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 доПервой 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.

В пищевой промышленности золото зарегистрировано в качестве пищевой добавки Е175.

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 коррозиитаких 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.

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 фармакалогии соединения золота входят в состав некоторых медицинских препаратов, используемых для лечения ряда заболеваний (туберкулёза,ревматоидных артритов и т. д.). Радиоактивный изотоп 198Au (период полураспада 2,967 сут.) используется при лечении злокачественных опухолей в радиотерапии.

6. Мера чистоты золота

Традиционно чистота золота измеряется в британских каратах. 1 британский карат равен одной 1/24 массы чистого вещества в общей массе сплава. 24-каратное золото (24K) является чистым, без каких-либо примесей.

Чтобы изменить качественные характеристики золота, для различных целей (например, увеличить твёрдость) изготавливают сплавы с различными примесями. Например, 18-каратное золото (18K) означает содержание в сплаве 18 частей золота и 6 частей примесей.

Российская система проб, принятая в России система проб отличается от британской и аналогична принятой в Германии.

Проба варьируется от 0 до 1000 и показывает содержание золота в тысячных долях (промилле). Так, 18-каратное золото соответствует 750-й пробе. Золото 999,9-й пробы считается «чистым», именно такой пробы оно и бывает в слитках. Золото 999,99 пробы крайне дорого в получении и употребляется только в химии. Чистое золото пластичное и ковкое, оно легко царапается. Поэтому для повышения износостойкости ювелирных изделий в сплав, кроме золота, добавляют медь, никель, палладий и другие легирующие элементы. В российской ювелирной промышленности изготавливаются ювелирные изделия из золота 375, 500, 585, 750, 900, 916 и 958 пробы. По просьбе физического лица пробирная инспекция может поставить 583 пробу, хотя во многих странах бывшего СССР отказались от 583 пробы и оставили 585, например, в Латвии.

До 1927 года в России существовала так называемая золотниковая система обозначения пробы (на основе русского фунта, содержащего 96 золотников), по которой проба выражалась весовым количеством благородного металла в 96 единицах сплава. Чистый металл соответствовал 96-й пробе.

Золотниковая система проб официально была введена в России в 1711 г. для серебряных сплавов, а для золотых -- в 1733 г. В конце XIX -- начале XX в. для золотых изделий законными пробами были: 94, 92, 82, 72 и 56 (от последней и произошла популярная позднее 583-я проба), для серебряных -- 95, 91, 88 и 84. С 1927 г. в связи с переходом СССР на метрическую систему проб все изделия из золотых и серебряных сплавов, которые имели золотниковую пробу, при поступлении в продажу были переклеймены на метрические пробы.

Заключение

В данной работе был изучен один из благородных металлов - золото. Из истории известно, что золото было найдено, добывалось и было востребовано раньше всех остальных металлов.

В современном мире золото имеет широкое применение в различных сферах деятельности человека. В первую очередь золото известно как материал для изготовления ювелирных изделий.

В экономике золото играет роль объекта инвестирование: оно не меняет своих физических свойств и не обесценивается.

В промышленности и медицине применение золота не распространено в силу того, что оно не достаточно прочное механически и не стойкое химически, но незаменимо как материал для электрических контактов. Золото используется в стоматологии, применяется в лечении тяжелых заболеваний, таких как туберкулез и онкологические заболевания.

Добыча золота осуществляется различными способами: от древнейшего методы промывки и до современных методов амальгамации и регенерации.

Существуют системы измерения чистоты золота. Традиционно золото измеряется в британских каратах. В России существует своя российская система проб.

Список использованных источников

1 Масленицкий И.Н. Металлургия благородных металлов. Учебник для вузов [Текст] / Под ред. Л.В. Чугаева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1987. - 432 с.

2 Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов [Текст] / Под ред. А.И. Ермакова. - 30-е изд., исправленное - М.: Интеграл-Пресс, 2003. - 728 с.

3 Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий [Текст] / Н. А. Фигуровский - М.: Наука, 1970. - 311 с.

4 Ювелинет. Ювелирный отраслевой портал [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.juvelinet.ru. - Загл. с экрана

5 Золото. Википедия. Свободная энциклопедия [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ru.wikipedia.org. - Статья

Размещено на Allbest.ru