ЗОЛОТО (химический элемент)

ЗОЛОТО (химический элемент)

ЗО́ЛОТО (лат. Aurum), Au (читается «аурум»), химический элемент с атомным номером 79, атомная масса 196,9665. Известно с глубокой древности. В природе один стабильный изотоп ¹⁹⁷Au. Конфигурация внешней и предвнешней электронных оболочек 5s²p⁶d¹⁰6s¹. Расположено в IВ группе и 6-м периоде периодической системы, относится к благородным металлам. Степени окисления 0, +1, +3, +5 (валентности от I, III, V).
Металлический радиус атома золота 0,137 нм, радиус иона Au⁺ — 0,151 нм для координационного числа 6, иона Au³⁺ — 0,084 нм и 0,099 нм для координационных чисел 4 и 6. Энергии ионизации Au⁰ — Au⁺ — Au²⁺ — Au³⁺ соответственно равны 9,23, 20,5 и 30,47 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 2,4.
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 4,3·10^–7% по массе, в воде морей и океанов менее 5·10^–6% мг/л. Относится к рассеянным элементам. Известно более 20 минералов, из которых главный — самородное золото (электрум, медистое, палладиевое, висмутовое золото). Самородки большого размера встречаются крайне редко и, как правило, имеют именные названия. Химические соединения золота в природе редки, в основном это теллуриды — калеверит AuTe₂, креннерит (Au,Ag)Te₂ и другие. Золото может присутствовать в виде примеси в различных сульфидных минералах: пирите (см. ПИРИТ), халькопирите (см. ХАЛЬКОПИРИТ), сфалерите (см. СФАЛЕРИТ) и других.
Современные методы химического анализа позволяют обнаружить присутствие ничтожных количеств Au в организмах растений и животных, в винах и коньяках, в минеральных водах и в морской воде.
История открытия
Золото было известно человечеству с древнейших времен. Возможно, оно явилось первым металлом, с которым познакомился человек. Имеются данные о добыче золота и изготовлении изделий из него в Древнем Египте (4100—3900 годы до н. э.), Индии и Индокитае (2000—1500 годы до н. э.), где из него изготавливали деньги, дорогие украшения, произведений культа и искусства.
Получение
Источники золота при его промышленном получении — руды и пески золотых россыпных и коренных месторождений, содержание золота в которых составляет 5—15 г на тонну исходного материала, а также промежуточные продукты (0,5—3 г/т) свинцово-цинкового, медного, уранового и некоторых других производств.
Процесс получения золота из россыпей основан на разнице плотностей золота и песка. С помощью мощных струй воды измельченную золотоносную породу переводят во взвешенное в воде состояние. Полученная пульпа стекает в драге по наклонной плоскости. При этом тяжелые частицы золота оседают, а песчинки уносятся водой.
Другим способом золото извлекают из руды, обрабатывая ее жидкой ртутью и получая жидкий сплав — амальгаму. Далее амальгаму нагревают, ртуть испаряется, а золото остается. Применяют и цианидный способ извлечения золота из руд. В этом случае золотоносную руду обрабатывают раствором цианида натрия NaCN. В присутствии кислорода воздуха золото переходит в раствор:
4Au + O₂ + 8NaCN + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH
Далее полученный раствор комплекса золота обрабатывают цинковой пылью:
2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄) + 2AuЇ
Очищают золото растворением в царской водке (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА):
Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO +H₂O
с последующим избирательным осаждением золота из раствора, например, с помощью FeSO₄.
Физические и химические свойства
Золото — желтый металл с кубической гранецентрированной решеткой (a = 0,40786 нм). Температура плавления 1064,4 °C, температура кипения 2880 °C, плотность 19,32 кг/дм³. Обладает исключительной пластичностью, теплопроводностью и электропроводимостью. Шарик золота диаметром в 1 мм можно расплющить в тончайший лист, просвечивающий голубовато-зеленым цветом, площадью 50 м². Толщина самых тонких листочков золота 0,1 мкм. Из золота можно вытянуть тончайшие нити.
Золото устойчиво на воздухе и в воде. С кислородом (см. КИСЛОРОД), азотом (см. АЗОТ), водородом (см. ВОДОРОД), фосфором (см. ФОСФОР), сурьмой (см. СУРЬМА) и углеродом (см. УГЛЕРОД) непосредственно не взаимодействует. Антимонид AuSb₂ и фосфид золота Au₂P₃ получают косвенными путями.
В ряду стандартных потенциалов золото расположено правее водорода, поэтому с неокисляющими кислотами в реакции не вступает. Растворяется в горячей селеновой кислоте:
2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O,
в концентрированной соляной кислоте при пропускании через раствор хлора:
2Au + 3Cl₂ + 2HCl = 2H[AuCl₄]
При аккуратном упаривании получаемого раствора можно получить желтые кристаллы золотохлористоводородной кислоты HAuCl₄·3H₂O.
С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) без нагревания в отсутствие влаги золото не реагирует. При нагревании порошка золота с галогенами или с дифторидом ксенона образуются галогениды золота:
2Au + 3Cl₂ = 2AuCl₃,
2Au + 3XeF₂ = 2AuF₃ + 3Xe
В воде растворимы только AuCl₃ и AuBr₃, состоящие из димерных молекул:
Термическим разложением гексафторауратов (V), например, O₂⁺[AuF₆]^– получены фториды золота AuF₅ и AuF₇. Их также можно получить, окисляя золото или его трифторид с помощью KrF₂ и XeF₆.
Моногалогениды золота AuCl, AuBr и AuI образуются при нагревании в вакууме соответствующих высших галогенидов. При нагревании они или разлагаются:
2AuCl = 2Au + Cl₂
или диспропорционируют:
3AuBr = AuBr₃ + 2Au.
Соединения золота неустойчивы и в водных растворах гидролизуются, легко восстанавливаясь до металла.
Гидроксид золота (III) Au(OH)₃ образуется при добавлении щелочи или Mg(OH)₂ к раствору H[AuCl₄]:
H[AuCl₄] + 2Mg(OH)₂ = Au(OH)₃Ї + 2MgCl₂ + H₂O
При нагревании Au(OH)₃ легко дегидратируется, образуя оксид золота (III):
2Au(OH)₃ = Au₂O₃ + 3H₂O
Гидроксид золота (III) проявляет амфотерные свойства, реагируя с растворами кислот и щелочей:
Au(OH)₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + 3H₂O,
Au(OH)₃ + NaOH = Na[Au(OH)₄]
Другие кислородные соединения золота неустойчивы и легко образуют взрывчатые смеси. Соединение оксида золота (III) с аммиаком Au₂O₃·4NH₃ — «гремучее золото», взрывается при нагревании.
При восстановлении золота из разбавленных растворов его солей, а также при электрическом распылении золота в воде образуется стойкий коллоидный раствор золота:
2AuCl₃ + 3SnCl₂ = 3SnCl₄ +2Au
Окраска коллоидных растворов золота зависит от степени дисперсности частиц золота, а интенсивность от их концентрации. Частицы золота в растворе всегда отрицательно заряжены.
Применение
Золото и его сплавы используют для изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, зубных протезов, деталей химической аппаратуры, электрических контактов и проводов, изделий микроэлектроники, для плакирования труб в химической промышленности, в производстве припоев, катализаторов, часов, для окрашивания стекол, изготовления перьев для авторучек, нанесения покрытий на металлические поверхности. Обычно золото используют в сплаве с серебром или палладием (белое золото; также называют сплав золота с платиной и другими металлами). Содержание золота в сплаве обозначают государственным клеймом. Золото 583 пробы является сплавом с 58,3% золота по массе. См также Золото (в экономике) (см. ЗОЛОТО (в экономике)).
Физиологическое действие
Некоторые соединения золота токсичны, накапливаются в почках, печени, селезенке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении.