Золото (Au) - характеристика, строение и свойства элемента таблицы Менделеева

История металла

Новость о первой найденном золотом самородке датируется аж периодом неолита. Тогда горную породу использовали при изготовлении посуды и различных предметов быта. Металл был распространён в Древнем Египте, Риме, Китае и Индии. В те времена золото называли царём всех металлов. Древние люди верили, что материал жёлтого цвета обладает лечебными и магическими свойствами, он был символом солнца. Позже его стали использовать как платёжное средство. Золото подчёркивало высокий статус владельца, но и было опасно: люди были готовы на любые поступки, чтобы завладеть привлекательным и драгоценным материалом.

Первые цивилизации на территории Центральной Европы, Южной Америки и Северной Африки добывали золото ручным способом. Несколько самородков весом в 8−10 г можно было получить только за 2−3 дня. Поскольку минерал не могли очистить от примесей, в тот период он имел низкую пробу. Во время поздней античности стала набирать популярность алхимия. Люди научились превращать недрагоценные вещества в благородные. Хотя алхимия не достигла больших успехов, благодаря ей существуют современные технологии, которые позволяют добыть из руды золото и очистить его от примесей.

Некоторых людей интересует, почему при открытии металла учёные дали такое название химическому элементу. «Золото» родственно обозначениям солнца на разных языках. Наименование элемента Aurum с латыни переводится как «жёлтый». Слово родственно с «Авророй» (Aurora), богиней утренней зари. На славянском языке «жёлтый» звучало как «зёлто», что близко к золоту.

Открытие в природе

В природных условиях золото встречается часто. Оно составляет почти 5% всей литосферы планеты. Высокая цена металла обусловлена его трудоёмкой добычей даже со специальной техникой. Существует много видов горных пород, в составе которых есть мелкие частицы золота, однако оно представлено рассеянной пылью. Из истории известны интересные факты, что люди находили крупные залежи ископаемого просто под пластами земли.

Химический элемент формируется в земной коре под влиянием перепадов температуры. Материал добывают из железных и минеральных руд. В основном металл встречается в виде самородков, но в природе можно встретить его соединения с серебром, висмутом, медью, селеном или сурьмой. Известные природные твёрдые растворы называются:

• электрум (серебристое золото);
• аурокуприд (медистое золото);
• порпецит (палладистое золото).

Есть вторичные месторождения вещества, которые представляют собой результат разрушения первичных соединений. Причины происхождения таких ископаемых могут быть:

• физическими (ветер, вода, колебания температуры);
• химическими (химические реакции);
• биологическими (бактерии и другие микроорганизмы).

Довольно большой объём химического элемента встречается в морской воде, но добывать его оттуда нерентабельно. Россыпь материала похожа на песок, который разносится течением на далёкие расстояния от первичного месторождения. Небольшое количество чистого вещества можно обнаружить даже в обычной проточной воде.

Сегодня драгметалл добывают во многих странах мира:

• Россия;
• Китай;
• Австралия;
• Перу;
• Канада;
• США;
• ЮАР.

Золото обнаружено в Гане, Индонезии и Мексике. Эти страны поставляют золото на мировой рынок металлов. На физической карте он отмечается условным знаком в виде круга с затушёванной левой половиной.

Строение атома и физические свойства

В таблице золото располагается в шестом периоде в подгруппе меди 11 группы. Его обозначение буквами — Au. Элемент имеет порядковый номер — 79. В ядре атома металла находится 79 протонов и 117 нейтронов. На шести энергетических уровнях атома располагаются 79 электронов. Природный элемент существует в виде химически устойчивого изотопа 197Au. Остальные нестабильны и возможны только в условиях ядерного реактора.

Распределение электронов по орбиталям в электронной формуле золота — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s¹. В своих соединениях металл проявляет валентность I. Это обусловлено наличием одного неспаренного электрона. Но для элемента также характерна валентность II.

Золото относится к группе переходных металлов. Абсолютно чистое вещество характеризуется ярко-жёлтым цветом. Если в минерале есть примеси меди, тогда он может обладать красноватым оттенком. Химическому элементу характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решётка.

Основные физические характеристики золота:

• температура плавления — 1064,18 °C;
• температура кипения — 2856 °C;
• атомная масса — 196,96655;
• плотность — 19,3 г/см³;
• молярный объём — 10,2 см³/моль;
• твёрдость по шкале Мооса — 2,5.

Вещество характеризуется пластичностью и гибкостью. Золото — самый мягкий среди всех металлов, оно отлично поддаётся обработке. Изделия из этого вещества высокой пробы возможно погнуть и повредить, поэтому их нужно беречь от любых механических повреждений. При изготовлении столовых приборов производители добавляют в золото дополнительные сплавы, которые повышают прочность предметов. Жидкое вещество летучее и способно испаряться ещё до температуры плавления.

Минерал отличается высокой стойкостью к химическим реакциям и процессам. Это отличный проводник, который быстро транспортирует электрический ток и тепловую энергию. Металл легко полируется, после обработки приобретает мягкий блеск. Тонкая пластина, изготовленная из золота, способна пропускать свет. Поскольку температура вещества падает, его можно применять для тонировки окон.

Химические особенности

Золото имеет несколько степеней окисления: +1, +3, -1. Показатель +5 проявляется с фтором, соединение с которым выступает сильнейшим окислителем.

Поскольку элемент характеризуется относительной инертностью, он обычно не растворяется в кислотах. Поэтому его можно очищать от примесей этими соединениями. Однако есть несколько исключений: золото может растворяться в селеновой и синильной кислотах, цианидах, а также в царской водке.

В естественных условиях металл не окисляется под влиянием кислорода. Это одна из причин, почему он считается драгоценным. При высоких температурах вещество взаимодействует с галогенами (йодом, бромом и хлором).

Наиболее устойчивая — степень окисления +3. С однозарядными анионами золото образует плоско-квадратные комплексы. Степень окисления +1 считается относительно устойчивой. Показатель +2 обычно выражен формально, но при нём в веществах половина металла окислена до +1, а другая — до +3. В ауридах степень окисления Au равна -1.

Золото может реагировать с хлорной кислотой при комнатной температуре с образованием нестойких оксидов хлора, оно взаимодействует с кислородом и иными окислителями при комплексообразователях: растворяясь в цианидах, элемент образует цианоаураты.

Способы получения

Современные технологии позволяют получать благородный металл химическими способами. В 1947 году физики из США смогли преобразовать ртуть в золото. Однако такой путь требует крупных затрат, поэтому он не имеет экономического значения.

Популярные способы получения вещества:

1. Промывка. Поскольку металл обладает высокой плотностью, его можно получить в потоке воды, которая смывает примеси с материала. Предварительно добытые ископаемые дробят, а затем промывают. В результате остаётся шлих, который представляет собой золотой песок тяжёлой фракции. Промывка применяется ещё с древних времён для обработки небольших россыпных месторождений. Сегодня при этом методе используются специальные промывочные установки и драги. Во время промывки специалисты следят не только за мелкими, но и за крупными обломками, которые могут оказаться самородками.
2. Амальгамация. Этот метод был распространён в Испании в XVI веке. Тогда дроблёную породу сначала увлажняли, затем смешивали со ртутью и дополнительно измельчали на мельницах. После этого получался сплав амальгам, который подвергали промывке для получения золота. Позже дроблёный материал стали пропускать через специальные шлюзы с медными листами, покрытыми тонким слоем ртути. Этот способ применяется только на месторождениях с большим объёмом драгоценного металла. Сегодня он популярен в Африке и Южной Америке.
3. Цианирование. При этом методе золото смешивают с цианидами в присутствии кислорода. Полученный измельчённый материал обрабатывают раствором цианида натрия, а затем осаждают нужное вещество цинковой пылью или ионообменными смолами. Сначала такой способ использовался на крупных заводах в специальных чанах для дробления добытых ископаемых. Но с развитием технологий было придумано кучное выщелачивание: на водонепроницаемую площадку насыпают руду и орошают её растворами цианидов. Растворившееся вещество попадает в специальные колонны, в которых осаждается.

Есть метод регенерации. Его осуществляют с помощью раствора щёлочи 10%, который воздействует на растворы солей золота и потом осаждает металл на алюминий из горячего раствора гидроксида. Чтобы извлечь элемент из сульфидных руд, используются многоэтапные технологии с высокой степенью очистки.

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:

1. 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.
2. 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.
3. Стоматология. Золотые сплавы применяют для производства коронок и зубных протезов, которые не портятся.
4. 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.
5. 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.