Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт Материаловедения и Металлургии

Кафедра Термической обработки и физики металлов

Контрольная работа по теме:

“Свойства золота”

Выполнил ст.гр. Мт-341910

Клочкова Е.О.

Преподаватель: Карабаналов М.С.

Екатеринбург 2016

Содержание

• Введение
• 1. Свойства золота
• 2. Кристаллография
• 3. Дефекты кристаллической решетки
• Библиографический список


Введение

Золото -- элемент 11 группы (по устаревшей классификации -- побочной подгруппы первой группы), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 79. Обозначается символом Au (лат. Aurum). Простое вещество золото -- благородный металл жёлтого цвета.

Цвет золота ярко-желтый, если в нем отсутствуют примеси. Цвет природного золота может зависеть от размера частиц. Эти частицы иногда скапливаются, давая рыхлые сростки и скопления, видимые простым глазом. Это серо-зеленые пятна весьма непривлекательного вида с тусклым блеском или вовсе без блеска. Такого рода золото носит название «зеленого» золота. Гораздо реже встречается так называемое «желтое» золото, несколько отличающееся по виду и составу от «зеленого». Отношение количества «зеленого» к «желтому» примерно составляет 20:1.

Сплав, известный как «белое золото», - это сплав золота с палладием. Десятая часть палладия придает слитку бело-стальной оттенок. Платина окрашивает золото в белый цвет еще интенсивнее палладия. Никель тоже позволяет получить золотые сплавы белого цвета с едва уловимым желтым оттенком. По сравнению с желтым белое золото более стойко к воздействию атмосферы. Таким образом, цвет сплавов зависит от количества и состава примесей.

1. Cвойства золота

a) Физические свойства золота

Золото - очень мягкий металл, его твердость 2,5-3,0 по 10-балльной шкале твердости (шкале Мооса). Золото, имеющее твердость 2,5-3,0, не только легко царапается, но и при значительном усилии режется ножом. Проверка на твердость - это важный тест для отличия золота от похожих по цвету металлов или минералов.

Золото легко полируется и обладает высокой отражательной способностью. Через очень тонкие листы золота отлично могут проходить солнечные лучи, при этом тепловая их часть будет отражаться. Подобные тонкие слои золота используются также в защитном шлеме космонавтов, чтобы отражать большой поток инфракрасных лучей в открытом космосе.

Золото обладает исключительной способностью распыляться, давать частицы, соизмеримые с длиной световой волны, уноситься тоннами в виде мельчайшей пыли в реках, рассеиваться по полу, стенам и мебели золотосплавочных лабораторий и исчезать из банковского обмена за счет истирания монет. При золотом обращении ежегодно терялось от 0,01 до 0,1% веса монеты.

Золото имеет чрезвычайно высокую пластичность (тягучесть) и ковкость (расковывается до толщины 8•10-5 мм), т.е. из одного грамма золота можно получить лист фольги площадью до 1м2 . Благодаря высокой пластичности, золото может быть измельчено, искривлено, сдавлено, сжато, золоту можно придать различную форму, не ломая на части.

Высокая ковкость золота еще один признак, позволяющий отличить золото от похожих минералов. Например, если положить частицу золота на твердый камень и ударить по ней молотком, то она расплющится, а кусочек желтого пирита рассыплется на мелкие частички.

Температура плавления золота составляет 1063? С, кипения 2947? С. Расплавленное золото имеет бледно-зеленый цвет. Пары золота зеленовато-желтого цвета. Все металлы, входящие в состав сплава с золотом, понижают температуру его плавления. При нагревании золота и его сплавов выше температуры плавления золото начинает улетучиваться, и летучесть его тем выше, чем выше температура. Летучесть золота в значительной мере возрастает также в том случае, когда в сплаве присутствуют другие металлы, обладающие летучими свойствами, например, цинк, мышьяк, сурьма, теллур, ртуть и др.

Золото имеет еще одно отличительное качество - это плотность золота. Его плотность - 19,3 г/см3 - означает, что оно весит в 19,3 раза больше, чем равный объем чистой воды. Высокая плотность золота - это свойство, которое чаще всего используется для его извлечения из породы.

Плотность самородного золота несколько ниже, чем химически чистого, и, в зависимости от примесей в нем серебра и меди, колеблется в пределах 18--18,5.

б) Химические свойства золота

Золото - химический элемент 1-й группы периодической системы таблицы Менделеева, атомный номер 79. Почти все природное золото состоит из изотопа 197 Au. Валентность золота в химических соединениях обычно +1, +3. За прошедшие столетия химики провели с золотом огромное количество различных экспериментов, и оказалось, что золото вовсе не так инертно, как об этом думают неспециалисты. Правда, сера и кислород, агрессивные по отношению к большинству металлов (особенно при нагревании), на золото не действуют ни при какой температуре. Исключение - атомы золота на поверхности. При 500-700°С они образуют чрезвычайно тонкий, но очень устойчивый оксид, не разлагающийся в течение 12 часов при нагреве до 800° С. Это может быть Au2O3 или AuO(OH). Такой оксидный слой найден на поверхности крупинок самородного золота.

Не реагирует золото с водородом, азотом, фосфором, углеродом, а галогены с золотом при нагревании образуют соединения: AuF3, AuCl3, AuBr3 и AuI. Особенно легко, уже при комнатной температуре, идет реакция с хлорной и бромной водой. С этими реактивами встречаются только химики

Щелочи и большинство минеральных кислот на золото не действуют. На этом основан один из способов определения подлинности золота. Весь истолченный металл пересыпается в фарфоровую чашку, куда наливается азотная кислота в количестве, достаточном для покрытия всего металла. Чашку с кислотой и металлом, при непрерывном помешивании стеклянной палочкой, подогревают на примусе до кипения. Если при этом не происходит растворения металла и выделения пузырьков газа, то металл является золотом. Смесь концентрированных азотной и соляной кислот («царская водка») легко растворяет золото:

Au + HNO3 + 4HCl ® H[AuCl4] + NO + 2H2O.

После осторожного выпаривания раствора выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной кислоты HAuCl4 ·3H2O. Менее известно, что золото растворяется в горячей концентрированной селеновой кислоте:

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

В концентрированной серной кислоте золото растворяется в присутствии окислителей: иодной кислоты, азотной кислоты, диоксида марганца. В водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется с образованием очень прочных дицианоауратов:

4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 ® 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH;

эта реакция лежит в основе важнейшего промышленного способа извлечения золота из руд - цианирования.

Действуют на золото и расплавы из смеси щелочей и нитратов щелочных металлов:

2Au + 2NaOH + 3NaNO3 ® 2Na[AuO2] + 2Na2O,

пероксиды натрия или бария: 2Au + 3BaO2 ® Ba[AuO2]2 + 3BaO,

водные или эфирные растворы высших хлоридов марганца, кобальта и никеля:

3Au + 3MnCl4 ® 2AuCl3 + 3MnCl2,

тионилхлорид: 2Au + 4SOCl2 ® 2AuCl3 + 2SO2 + S2Cl2, некоторые другие реагенты.

Интересны свойства мелкораздробленного золота. При восстановлении золота из сильно разбавленных растворов оно не выпадает в осадок, а образует интенсивно окрашенные коллоидные растворы - гидрозоли, которые могут быть пурпурно-красными, синими, фиолетовыми, коричневыми и даже черными. Так, при добавлении к 0,0075%-му раствору H[AuCl4] восстановителя (например, 0,005%-го раствора солянокислого гидразина) образуется прозрачный голубой золь золота, а если к 0,0025%-му раствору H[AuCl4] добавить 0,005%-й раствор карбоната калия, а затем по каплям при нагревании добавить раствор танина, то образуется красный прозрачный золь. Таким образом, в зависимости от степени дисперсности окраска золота меняется от голубой (грубодисперсный золь) до красной (тонкодисперсный золь).

При размере частиц золя 40 нм максимум его оптического поглощения приходится на 510-520 нм (раствор красный), а при увеличении размера частиц до 86 нм максимум сдвигается до 620-630 нм (раствор голубой). Реакция восстановления с образованием коллоидных частиц используется в аналитической химии для обнаружения малых количеств золота.

При восстановлении соединений золота хлоридом олова в слабокислых растворах образуется интенсивно окрашенный темно-пурпурный раствор так называемого кассиевого золотого пурпура. Кассиев пурпур, введенный в расплавленную стеклянную массу, дает великолепно окрашенное рубиновое стекло, количество затрачиваемого при этом золота ничтожно. Кассиев пурпур применяется и для живописи по стеклу и фарфору, давая при прокаливания различные оттенки - от слаборозового до ярко-красного.

В геологических процессах подвижность золота связана с водными растворами, имеющими высокую температуру (сотни градусов) и находящимися под высоким давлением. Золото при этом может находиться в форме различных простых и смешанных комплексов: гидроксильных, гидроксохлоридных, гидросульфидных. В низкотемпературных гидротермальных условиях, а также в биосфере, миграция золота возможна в виде растворимых металлоорганических комплексов.

В нормальных природных условиях золото стойко к различным типам минеральных вод и атмосферной коррозии. Частицы золота практически не меняются с течением времени. Изделия из золота сделанные тысячи лет назад сохраняются практически неизменными в земле и морской воде. Со временем они не только не теряют своей ценности, но становятся дороже. Такая устойчивость дает основание относить золото к группе благородных металлов.

2. Кристаллография

a) Тип кристаллической решетки, базис

Кристаллическая решетка золота - гранецентрированная кубическая.

ГЦК - решётка обладает весьма высокой пластичностью. У ГЦК-решетки элементарной ячейкой служит куб с центрированными гранями.

В гранецентрированной кубической решетке атомы расположены в углах куба и центрах его граней. Эта решетка характеризуется периодом а = 4,704 Е.

Под базисом понимают совокупность координат минимального числа узлов, выраженную в осевых единицах, трансляцией которых можно получить всю пространственную решетку. Базис данной решетки, равен 4: (1/8) * 8 + Ѕ * 6 = 4; 8 атомов в углах куба и 6 атомов в центрах граней, каждый из которых принадлежит двум элементарным ячейкам.

б) Пространственная группа, формула симметрии и элементы симметрии

Пространственная группа - Fm3m.

Символы: L - ось симметрии; P - плоскость симметрии; C - центр инверсии.

Формулу симметрии записывают так: сначала - оси симметрии и инверсионные оси от более высоких к более низким порядкам, затем - плоскости симметрии, в конце - центр симметрии, если он есть. Перед символами осей и плоскостей ставят цифрой их число в данной точечной группе.

Формула симметрии - 3L44L36L29PC.

Элементы симметрии - поворотные оси 2-го, 3-го и 4-го порядка, 9 плоскостей симметрии, центр симметрии.

в) Первые три координационных числа и радиусы первых трех координационных сфер

Координационное число - 12

Индексы узлов

Индексы направлений

Индексы плоскостей

3. Дефекты кристаллической решетки

а) Точечные дефекты в решетке

Точечные дефекты - дефекты соизмеримы с размерами атомов, характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях, их размеры не больше нескольких атомных диаметров.

В чистых металлах основными видами точечных дефектов является вакансия -- узел кристаллическои? реше?тки, в котором отсутствует атом, и междоузельныи? атом, внедре?нныи? в одну из пор реше?тки. Из рис. 26 видно, что окружающие атомы при этом смещаются, то есть точечныи? дефект является центром упругих напряжении?. В структуре ГЦК междоузельные атомы могут находиться в октаэдрических порах. К точечным дефектам можно также отнести атомы примесеи?.

Один из возможных механизмов образования точечных дефектов очевиден и был предложен еще? Я.И.Френкелем: поскольку все атомы в кристалле непрерывно колеблются, то при очередном колебании атом может «запрыгнуть» в соседнюю с ним октаэдрическую пору. Если в этот момент другои?, соседнии? с ним атом заи?ме?т его место, в кристалле образуется пара вакансия -- междоузельныи? атом (рис. 27, а). Ясно, что при таком механизме образования количество вакансии? и междоузельных атомов в кристалле должно быть одинаковым. Однако в обычных условиях междоузельные атомы в металлах практически не обнаруживаются, в то время как вакансии? может быть достаточно много.

Второи? механизм образования вакансии?, устранившии? это противоречие, был предложен В.Шоттки. По Шоттки, вакансии рождаются на внешнеи? поверхности кристалла. Поскольку она всегда атомно-шероховата, то есть имеет ступеньки атомнои? высоты, то, например, атом 2 (рис. 27, б) может «перепрыгнуть» в позицию 1, «нарастив» ступеньку; и если теперь атом 3 заи?ме?т прежнюю позицию атома 2, то на его месте возникнет вакансия, которая сможет дальше перемещаться в глубь кристалла путе?м последовательных перескоков атомов. Именно этот механизм считается сеи?час основным -- с тои? поправкои?, что местом рождения вакансии? является не только внешняя поверхность кристалла, но и границы зе?рен. Вакансии могут также рождаться и исчезать на краевых дислокациях, «наращивая» или «сокращая» экстраплоскость.

Так же происходит и уничтожение точечных дефектов: слияние вакансии и междоузельного атома приводит к их аннигиляции, а отдельная вакансия может исчезнуть при выходе на внешнюю поверхность или на границу зерна.

Примесные атомы замещения - атомы, по диаметру соизмеримые с атомами данного металла, поэтому замещают атомы основного металла.

Примесные атомы внедрения имеют очень малые размеры и поэтому находящиеся в междоузлиях.

В ГЦК-решетке имеются поры двух типов: октаэдрические и тетраэдрические.

Октаэдрическая пора (октапора) окружена шестью атомами двух соседних плотноупакованных слоёв -- рис. а; центры этих атомов образуют правильный октаэдр.

В ГЦК-решётке центры октапор находятся в центре элементарной ячейки и на серединах её рёбер (рис. б). Следовательно, подрешётка октапор имеет базис [[1/2 0 0]]; [[0 1/2 0]]; [[0 0 1/2]]; [[ 1/2 1/2 1/2 ]]: на элементарную ячейку приходится четыре поры. Поскольку атомов в элементарной ячейке ГЦК-решётки тоже четыре, то число октапор равно числу атомов. Радиус октаэдрической поры равен где R -- радиус атома (рис. в).

Тетраэдрическая пора (тетрапора) окружена четвёркой атомов двух соседних плотноупакованных слоёв, которые образуют правильный тетраэдр (рис. а). Базис подрешётки тетрапор в ГЦК-решётке (рис. б) состоит из 8 пор: [[ 1/4 1/4 1/4 ]]; [[ 3/4 1/4 1/4 ]]; [[ 1/4 3/4 1/4 ]]; [[ 3/4 3/4 1/4 ]]; [[ 1/4 1/4 3/4 ]]; [[ 3/4 1/4 3/4 ]]; [[ 1/4 3/4 3/4 ]]; [[ 3/4 3/4 3/4 ]], и на каждый атом в решётке приходится по две тетрапоры. Это ясно и из рис. а: к каждому атому прилегают три атома в нижележащем плотноупакованном слое и три -- в вышележащем, поэтому над и под каждым атомом имеется по тетраэдрической поре, направленной соответственно вершиной вверх и вниз. Радиус тетраэдрической поры равен:

б) Линейные дефекты

Линейные дефекты малы в двух направлениях, а в третьем направлении они соизмеримы с длиной кристалла.

Дислокации - линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.

Краевые (линейные) дислокации

Образуются в результате возникновения в решетке полуплоскости или экстраплоскости. Нижний ряд экстраплоскости называется дислокацией

Дислокации можно легко представить путем смещения одной части кристалла по отношению к другой, но не по всей плоскости, а только по ее части. При этом часть соседних атомов в плоскости смещается по отношению к своим соседям, а часть плоскости остается без нарушения взаимного расположения атомов.

Силы упругого взаимодействия между дислокациями зависят от знака дислокации: одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются. Под действием внешнего напряжения дислокации в кристалле могут двигаться. Т.к. знаки напряжений, создаваемых (+) и (-) дислокациями, противоположны, разноименные дислокации движутся в разные стороны под действием одного и того же внешнего напряжения. Разноименные дислокации, движущиеся в одной плоскости, при встрече аннигилируют, в результате чего восстанавливается целостность решетки.

Винтовые (спиральные) дислокации

Винтовая дислокация в кристалле тоже возникает при сдвиге одной части кристалла относительно другой параллельна вектору сдвига. Можно представить, что в кристалле произведен разрез, а затем сдвиг вдоль плоскости разреза.

Линия ВС, отделяющая сдвинутую часть от несдвинутой, и есть линия винтовой дислокации. Выход винтовой дислокации на поверхность кристалла заканчивается незарастающей ступенькой.

Кристалл, содержащий винтовую дислокацию, состоит не из параллельных атомных плоскостей, а как бы из одной- единственной атомной плоскости, закрученной как винтовая лестница.

Винтовые дислокации бывают правые и левые, причем направление вращения играет ту же роль, что и знак у краевых дислокации

Т.о., дислокации -- это границы между сдвинутой и несдвинутой частями кристалла, причем краевая дислокация перпендикулярна вектору сдвига, а винтовая -- параллельна ему.

Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка искажена, что вызывает образование поля напряжений: выше линии дислокации решетка сжата, а ниже растянута.

золото дефект кристаллический менделеев

Библиографический список

1. Бусев А. И., Иванов В. М. Аналитическая химия золота. М., 1973.

2. Малышев В. М., Румянцев Д. В. Золото. М., 1979.

3. Паддефет Р. Химия золота. / Пер с англ. М., 1982.

4. Бокштеи?н Б.С. Диффузия в металлах. - М. Металлургия, 1978.

Размещено на Allbest.ru