Золото

ЗОЛОТО, Au (лат. Aurum * а. gold; н. Gold; ф. or; и. oro), — химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 79, атомная масса 196,967. Природное золото состоит из стабильного изотопа ¹⁹⁷Au. Получены 13 радиоактивных изотопов с массовыми числами 192-196, 198-206 и периодами полураспада от нескольких секунд до 15,8 лет. Изделия из золота обнаружены при раскопках наиболее древних цивилизаций эпохи неолита в горах Франции, в кельтских могильниках, в додинастических памятниках Египта, среди наиболее древних культурных слоев в Индии и Китае. Рафинирование золота и отделение его от серебра началось во 2-й половине 2-го тысячелетия до н.э. Первые исследования золота связаны с развитием алхимии, главной целью которой было создание золота из неблагородных металлов.

Физические свойства золота

Золото — мягкий ярко-жёлтый тяжёлый металл. Кристаллическая решётка золота кубическая гранецентрированная, параметр а=0,40783 нм (4,0783 Е), физические свойства: плотность (при 20°С) 19320 кг/м³; t плавления 1046,5°С; t кипения 2947°С, удельная теплопроводность (при 0°С) 311,48 Вт/(м•К), удельная теплоёмкость (при 0°С и давлении 1 атм) 132,3 Дж/(кг•К); удельное сопротивление (при 0°С) 2,065•10^-8Ом•см, при 100°С 2,8873•10^-8Ом•м; температурный коэффициент электросопротивления 0,0039°С^-1 (0-100°С); электропроводность по отношению к меди (при 0°С) 75,0%; коэффициент линейного расширения (0-100 °С) 14,6•10^-6 К^-1; для отожжённого золота предел прочности при растяжении 100-140 МПа; твердость по Бринеллю 18,9•10 МПа.

Золото обладает самыми высокими по сравнению со всеми остальными металлами пластичностью и ковкостью. Легко расплющивается в тончайшие листочки, так 1 г золота можно расплющить в лист площадью 1 м². Легко полируется. Отражательная способность — высокая. Степени окисления золота +1, +2, +3, +5. В соединениях золота наиболее часто проявляет валентность + 1 и +3. Двухвалентное золото устойчиво лишь в форме сульфида, остальные соединения Au²⁺ разлагаются водой.

Химические свойства золота

Золото обладает исключительной химической инертностью, это единственный металл, на который не действуют разбавленные и концентрированные кислоты. При нормальных условиях золото не взаимодействует ни с кислородом, ни с серой. Золото стойко к действию атмосферной коррозии и различных типов природных вод.

Золото обычно растворяется в водных растворах, содержащих лиганд (образующий с золотом комплексы) и окислитель, но каждый из этих реагентов, взятый в отдельности, не способен растворить золото. Так, например, золото не растворяется в соляной или азотной кислоте, но легко растворяется в так называемой царской водке (смеси 3:1 HCl + HNO₃) с образованием золотохлористоводородной кислоты НAuCl₄, в хромовой кислоте в присутствии хлоридов и бромидов щелочных металлов, в цианидных растворах в присутствии воздуха или пероксида водорода с образованием цианоауратиона.

Золото растворяется также в растворах тиосульфата, тиомочевины, в смеси Kl + I₂, при повышенной температуре оно взаимодействует с теллуром с образованием AuTe₂, реагирует со всеми галогенами. Наиболее реакционноспособен по отношению к золоту бром: с порошком золота он вступает в экзотермическую реакцию при комнатной температуре, давая Au₂Br₆. Реакция золота с хлором проходит чрезвычайно медленно благодаря образованию поверхностных соединений. Только при температураx выше 200°С достигается высокая скорость реакции, поскольку при этих температураx хлориды золота сублимируют, в результате чего постоянно обнажается чистая поверхность. Продукт реакции — AuCl₃. При восстановлении солей золота дихлоридом олова образуется стойкий коллоидный раствор ярко-красного цвета ("кассиев пурпур").

Оксиды золота (AuO₂ и Au₂О₃) можно получить только испаряя металл при высокой температуре в вакууме. Красно-бурый гидроксид Au(OH)₃ выпадает в осадок при действии сильных щелочей на раствор AuCl₃. Соли Au(OH)₃ с основаниями — аураты — образуются при его растворении в сильных щелочах. Золото реагирует с водородом, образуя гидрид, при давлении от 28 до 65•10⁸ Па и температуре более 350°С. Сульфоаураты MeAuS образуются при реакции золота с гидросульфидами щелочных металлов при высокой температуре. Известны сульфиды золота Au₂S₃ и Au₂S, однако последние метастабильны и распадаются с выделением металлической фазы. Характерная особенность золота — резко выраженная склонность к образованию комплексных соединений.

Известны комплексные соединения золота с различными лигандами: хлоридные AuCl₂^-, AuCl₄^-; гидрооксокомплексы Au(OH)^-, Au(OH)₂^-, Au(OH)₄^-; смешанные гидрооксохлоридные типа AuCl₂(OH)₂^-; бромидные AuBr₂^-, AuBr₄^-; йодидные AuI₂^-; фторидные AuF₄^-, AuF₆^-; сульфидные и гидросульфидные AuS^-, Au(HS)^-; тиосульфатные Au(S2О₃)₂^-; цианидные Au(CN)₂^-; комплексы золота с различными органическими соединениями. Все растворимые соединения золота токсичны. Распространённость золота во Вселенной 5,34•10^-8%. Относительное содержание золота на Солнце составляет 4,0•10^-6%, что на порядок выше, чем в породах Земли.

Нахождения золота в природе

Среднее содержание его в земной коре 4,3•10^-7 (по А. П. Виноградову). По возрастающей концентрации золото выстраивается в следующий ряд природных образований: морская вода, осадочные породы, кислые изверженные породы, средние изверженные породы, основные и ультраосновные изверженные породы, хромиты базальтоидных пород, гидротермальные руды.

В гидросфере содержание золота 1,0•10^-9%, т.е. более чем на два порядка ниже среднего для земной коры. Однако общее количество в гидросфере огромно и составляет около 5-6 млн. т. Среднее содержание золота для всех видов пресных вод около 3,0•10^-9%. Содержание золота в морской воде непостоянно: в полярных морях 5,0•10^-9%, у берегов Европы 1-3,0•10^-7%, в прибрежных зонах Австралии до 5,0•10^-6%. Содержание золота в осадочных породах относительно низкое (1,79-4,57•10^-7%). Вместе с тем с осадочными образованиями связано формирование промышленных концентраций (золотоносные россыпи). В изверженных породах среднее содержание золота отвечает величине 3,57• 10^-7%, при этом имеется тенденция к повышению среднего содержания золота от кислых пород к основным.

Подвижность золота в геологических процессах главным образом связана с воздействием водных растворов. Наиболее реально нахождение золота в гидротермальных растворах в форме различных простых и смешанных моноядерных комплексов Au⁺¹. К ним относятся гидроксильные, гидроксохлоридные и гидросульфидные комплексы. При повышенных содержаниях сурьмы и мышьяка возможно образование гетероядерных комплексов золота с этими элементами. Возможен перенос золота в атомарном виде. В низкотемпературных гидротермальных условиях, а также в поверхностных водах возможна миграция золота в виде растворимых металлоорганических комплексов, среди которых наиболее вероятны фульватные и гуматные комплексы. В гипергенных условиях миграция золота осуществляется в виде коллоидных растворов и механической взвеси. Для золота характерно разнообразие факторов, приводящих к его концентрированию и фиксации. Наряду с изменением температуры, давления и величины pH большую роль в концентрировании золота играет изменение окислительно-восстановительного потенциала среды. В процессах концентрирования золота значительна роль соосаждения и сорбции.

В природе золото главным образом встречается в виде золота самородного, а также в виде твёрдых растворов с серебром (электрум), медью (купроаурид), висмутом (бисмутоаурид), родием (родит), иридием (ирааурид) и платиной (платинистое золото). Известны теллуриды золота AuTe₂ (калаверит) и AuTe₃ (монтбрейит). Природные сульфиды золота не обнаружены, однако в ряде мест встречен сульфид золота и серебра утенбогардит (Ag₃AuS₂). Известен также ряд золотосодержащих теллуридов и сульфидов. Основные генетические типы месторождений золота смотреть в статье Золотые руды. Наиболее древний метод выделения золота — гравитационный — является ведущим процессом получения золотосодержащего концентрата. Начиная с 1-го тысячелетия до н.э. при извлечении золота из концентратов использовалось амальгамирование (растворение металлической ртутью с последующей отгонкой ртути). В конце 18 в. и в течение большей части 19 в. распространился метод хлорирования. Хлор пропускался через измельчённый рудный концентрат, и образующийся при этом хлорид золота вымывался водой. В 1843 П. Р. Багратионом предложен цианидный способ выделения золота, который широко используется и позволяет практически полностью выделить золото даже из самых бедных руд. Для извлечения золота рудный концентрат обрабатывается при доступе воздуха разбавленным раствором NaCN. При этом золото переходит в раствор, из которого затем выделяется действием металлического цинка. Очистка полученного тем или иным путём золота от примесей производится обработкой его горячей серной кислотой. Экономическое значение золота определяется его ролью основного валютного металла. В технике его используют в виде сплавов с другими металлами. Покрытие золотом применяют в авиационной и космической технике, для изготовления некоторых отражателей, электрических контактов и деталей проводников, а также в радиоаппаратуре. В электронике из золота, легированного Ge, In, Ga, Si, Sn и другими, изготовляют контакты. Значительная часть золота идёт на ювелирные изделия. Золото применяется также в медицине; радиоактивное золото (обычно ¹⁹⁸Au) помогает диагностировать опухоли.