Какими свойствами обладает химический элемент золото?

Уникальные химические свойства золота обеспечили ему особое место в ряду металлов, используемых на Земле. Золото известно человечеству с древнейших времен. Его издревле использовали в качестве украшений, алхимики пытались вывести драгоценный металл из других менее благородных веществ. В настоящее время спрос на него только растет. Его используют в промышленности, медицине, технике. Кроме того, его приобретают и государства, и частные лица, используя в качестве инвестиционного металла.

Химические свойства «короля металлов»

Для обозначения золота используется знак Au. Это сокращение от латинского наименования металла — Aurum. В периодической системе Менделеева оно находится под номером 79 и располагается в 11 группе. По внешнему виду это металл желтого цвета. Золото находится в одной группе с медью, серебром и рентгением, но его хим свойства ближе к металлам платиновой группы.

Инертность — ключевое свойство этого химического элемента, которая возможна благодаря высокому значению электродного потенциала. При стандартных условиях золото не взаимодействует ни с чем, за исключением ртути. С ней этот химический элемент образует амальгаму, которая легко распадается при нагревании всего в 750 градусов по Цельсию.

Хим свойства элемента таковы, что остальные соединения с ним тоже недолговечны. Это свойство активно используется в добыче благородного металла. Существенно реакционность золота возрастает только при интенсивном нагревании. Например, его можно растворить в хлорной или бромной воде, спиртовом растворе йода и, конечно, в царской водке — смеси соляной и азотной кислоты в определенной пропорции. Химическая формула реакции такого соединения: 4HCl + HNO3 + Au = H (AuCl4) + NO + 2H2.

Химия золота такова, что при нагревании оно может взаимодействовать с галогенами. Чтобы образовать соли золота, надо восстановить этот химический элемент из кислотного раствора. При этом соли не выпадут в осадок, а растворятся в жидкость, образуя коллоидные растворы различного цвета.

Несмотря на то что золото не вступает в активные химические реакции с веществами, в быту не стоит допускать взаимодействия изделий из него с ртутью, хлором и йодом. Различная бытовая химия тоже не лучший сосед для изделий из драгоценного металла.

Дело в том, что в ювелирных украшениях используется сплав золота с другими металлами, и различные вещества, взаимодействуя с этими примесями, могут нанести красоте изделия непоправимый ущерб. Если нагреть золото выше 100 градусов по Цельсию, то на его поверхности появится окисная пленка толщиной в одну миллионную долю миллиметра.

Распространение золота в природе

Золото не очень сильно распространено на нашей планете, но и не является редкостью, содержание его в литосфере около 4,3·10-7%, а в одном литре морской воды его содержится около 4·10-9 г. Некоторое количество золота находится в почве, оттуда его получают растения. Кукуруза является отличным источником природного золота для питания человека, это растение имеет способность концентрировать его в себе. Добыча золота крайне сложное занятие, именно за счет этого оно и имеет такую высокую цену. Как говорят геологи, «золото любит одиночество», т.к. чаще всего его находят в виде самородков, т.е. оно находится в руде в чистом виде. Лишь в крайне редких случаях встречаются соединения золота с висмутом и селеном. Очень небольшое его количество имеется в магматических горных породах, в застывшей лаве. Но из них добыть золото стоит еще большего труда, а содержание его очень низкое. Поэтому способ добычи из магматических пород не находит применения ввиду своей нерентабельности. Основные запасы золота сосредоточены в России, ЮАР и Канаде.

Другие особенности драгоценного металла

Золото — один из самых тяжелых известных металлов. Его плотность равна 19,3 г/cм3. Слиток весом в 1 килограмм имеет совсем небольшие размеры, 8х4х1,8 сантиметров. Именно таков стандартный размер банковского золотого слитка этого веса. Он сопоставим с размером обычной кредитной карты, правда, слиток немного толще.

Тяжелее, чем золото, только несколько химических элементов: плутоний, осмий, иридий, платина и рений. Но их содержание в земной коре, даже вместе взятых, намного меньше, чем этого драгоценного металла. При этом плутоний (химический знак Pu, не путать с Pt — это знак платины) — радиоактивный элемент.

Химический состав золота обеспечивает его физические свойства. Так, к основным свойствам этого металла, делающим его уникальным, относится:

1. Ковкость, пластичность, тягучесть. Его очень легко расплющить или вытянуть. Так, из всего одного грамма золота можно получить проволоку длиной в 3 километра, а площадь тонких листов, полученных из 1 килограмма, составит 530 квадратных метров. Сверхтонкие листы из золотой фольги получили название «сусального золота». Им покрывают, к примеру, церковные купола и внутреннее убранство дворцов. Благодаря пластичности малым количеством желтого металла можно покрыть гигантские площади.
2. Мягкость. Золото высокой пробы мягко настолько, что его легко поцарапать даже ногтем. Именно поэтому слитки в банках продаются в герметичных пластиковых упаковках. Если на нем будет замечена хоть одна маленькая царапина, то он будет признан бракованным. Для того чтобы сделать золото более прочным, при изготовлении изделий в него добавляют другие металлы. Это свойство обеспечило высокую популярность короля металлов в ювелирной промышленности.
3. Высокая электропроводность. За счет этого хим свойства золото высоко ценится в электротехнике и промышленности. Лучше него электричество проводит только серебро и медь. При этом золото почти не нагревается: по теплопроводности выше него алмаз, серебро и медь. Вместе с таким свойством, как устойчивость к окислению, золото — идеальное вещество для изготовления полупроводников.
4. Отражение инфракрасного света. Тончайшее золотое напыление, нанесенное на стекло, не пропускает инфракрасное излучение, оставляя видимую часть спектра. Это свойство активно применяется в космонавтике, когда нужно защитить глаза космонавтов от пагубного солнечного воздействия. Зачастую напыление применяют и в зеркальной системе высотных зданий, чтобы снизить расходы на охлаждение помещений.
5. Устойчивость к коррозии и окислению. Слитки, которые хранятся в соответствии с правилами, даже при взаимодействии с воздухом практически не подвержены никакому химическому влиянию. Так что большая сохранность золота обеспечила его высокую популярность.

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.

Метод добычи золота

Золото является довольно редким элементом на Земле. Его содержание в земной коре невелико. В основном оно встречается в виде россыпей в самородном состоянии или в виде руды и изредка встречается в виде минералов. Иногда золото добывается в качестве сопутствующего вещества при разработке медных или полиметаллических руд.

Способов добычи этого благородного металла человечество знает множество. Самый простой — отмучивание, то есть отделение золотой руды от пустой породы по специальному техпроцессу. Однако этот способ предполагает большие потери, так как технология далеко не совершенна. На смену механическому способу добычи золотой руды пришла химия. Алхимики, а после них химики получили множество способов выделения искомого металла из породы, среди них самые распространенные:

• амальгамация;
• цианирование;
• электролиз.

Электролиз, открытый в 1896 году Э. Вольвиллом, получил широкое распространение в промышленности. Его суть заключается в том, что аноды, состоящие из золотосодержащего вещества, помещаются в ванную с солянокислым раствором. В качестве катода используется лист из чистого золота. В процессе электролиза (пропускание тока через катод и анод) на катоде откладывается искомое вещество, а все примеси выпадают в осадок. Таким образом хим свойства драгоценного металла помогают получать его в промышленных масштабах практически без потерь.

Где добывают золото?

Больше всего сейчас занимаются добычей золота в Южно-Африканской республике. За один год специалисты могут найти более пятисот тонн золота. Для такого космического результата им приходится прокапывать более семисот тонн других различных пород. Также тратится невероятное количество воды, чтобы промыть золотую руду.

Еще добычей золота занимаются в Китае, США, Австралии и Перу. В России тоже есть золотой металл, но не так много. Под его добычу специализированы Чукотка, Красноярский край и Амурская область.

Сплавы с другими металлами

Сплавы благородного металла образуются с двумя целями:

1. Изменить механические свойства золота, сделать его более прочным или, напротив, более хрупким и ковким.
2. Сэкономить запасы драгоценного металла.

Различные добавки в золото называются лигатурой. Цвет и свойства сплава зависят от того, какова химическая формула его составляющих. Так, серебро и медь значительно повышают твердость сплава, что позволяет использовать его для изготовления ювелирных изделий. А вот свинец, платина, кадмий, висмут и некоторые другие хим элементы делают сплав более хрупким. Несмотря на это, их часто используют для производства самых дорогих украшений, так как они существенно изменяют цвет изделия. Самые распространенные сплавы:

• зеленое золото — сплав 75% золота, 20% серебра и 5% индия;
• белое золото — сплав золота и платины (в соотношении 47:1) или золота, палладия и серебра в пропорции 15:4:1.
• красное золото — сплав золота (78%) и алюминия (22%);
• сплав золота и серебра в пропорции 3:1 (что интересно, сплав в любой другой пропорции приобретет белый цвет, и эти сплавы называются общим термином «электрон»).

В зависимости от количества золота в сплаве, определяют его пробу. Она измеряется в промилле и обозначается трехзначной цифрой. Количество искомого металла в каждом сплаве строго регулируется государством. В России официально приняты только 5 проб: 375, 500, 585, 750, 958, 999. Цифры пробы означают, что именно столько мер золота приходится на 1000 мер сплава.

Иными словами, в слитке или изделии 585 пробы содержится 58,5% золота. Золото высшей пробы, 999, считается чистым. Его для своих нужд использует только химия, так как этот металл слишком хрупкий и мягкий. 750 проба — самая популярная в ювелирной промышленности. Ее основные компоненты — серебро, медь, платина. На изделии обязательно должно стоять клеймо — цифровой знак, обозначающий пробу.

Где находится добытое золото?

Хранилище золотого запаса

По статистике, почти все найденное золото, а конкретно 90%, находится в банке. Также оно может храниться у частных лиц под видом ювелирных украшений. Для промышленности остается всего лишь 10% всего добытого металла.

В мировом списке по объему золота, которое находится в резерве государства, лидером является США. По состоянию на 2021 год, золотой резерв США составляет более 8,1 тыс. тонн. Россия с запасам золота около 2,3 тыс. тонн, находится на 5 месте в этом рейтинге.

Фальсификация украшений из золота

Если что-то хорошо продается, это знак того, что можно что-то подделать под это. Фальсификации под золото, пожалуй, одна из самых распространенных мошеннических схем на сегодняшний день, что обеспечивается высокой стоимостью драгоценного металла. Чаще всего подделывают «белое золото», выдавая за сплав с платиной обыкновенное серебро высокой пробы. Но опытный покупатель всегда отличит один драгоценный металл от другого.

Идеален для подделки золота другой хим элемент — вольфрам. Из него изготавливают волоски лампочек, электроды и так далее. Этот химический элемент имеет сходную с золотом плотность, поэтому по весу практически не отличим от благородного металла.

Кроме того, иногда подделывают знак пробы. Если есть сомнения относительно качества изделия или если клеймо с пробой не совпадает с цифрой пробы, указанной в сопроводительных документах, лучше отказаться от приобретения такого изделия.

Получение

Золото производится с использованием его основных физико-химических свойств: Наличие в природе в родном состоянии, способность реагировать лишь с несколькими веществами (ртуть, цианиды). С развитием современных технологий все большую популярность приобретают химические методы.

Промывка

Метод промывки основан на высокой плотности золота, которое вымывает в потоке воды минералы, менее плотные, чем золото (а это почти все минералы в земной коре), а металл концентрируется в тяжелой фракции, песке, который состоит из минералов высокой плотности, называемых шлихом. Этот процесс называется промывкой слизи или похудением. В небольших количествах это можно сделать вручную с помощью промывочной чаши. Этот метод используется с древних времен и до сих пор используется шахтерами для извлечения небольших месторождений мыла, но его основное применение — поиск месторождений золота, алмазов и других драгоценных металлов.

Промывка используется для разработки крупных месторождений мыльной воды, но используется специальное техническое оборудование: экскаваторы и моечное оборудование. За исключением золота, полученные шламы содержат ряд других плотных минералов, из которых извлекается металл, например, путем плавления.

Все месторождения россыпного золота разрабатываются методом промывки, и их использование ограничено коренными месторождениями. Для этого камень измельчают, а затем промывают. Этот метод не может применяться в залежах с рассеянным золотом, где оно распределяется в породе таким образом, что после дробления не разделяется на отдельные зерна и во время промывки промывается вместе с другими минералами. К сожалению, во время стирки теряется не только мелкое золото, которое легко смывается с моечной палубы, но и большие самородки, которые из-за своей гидравлической крупности не могут спокойно уместиться в ячейках ковра. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы на экскаваторах и промышленном оборудовании не оставалось крупного катящегося мусора — это могут быть самородки.

Слияние

Метод амальгамации основан на способности ртути образовывать сплавы — амальгамы с различными металлами, в том числе с золотом. В этом методе увлажненную, измельченную породу смешивали с ртутью и дополнительно измельчали в мельницах — бегущих чашах. Золотую амальгаму (и связанные с ней металлы) извлекали из образовавшегося шлама путем промывки, после чего из собранной амальгамы дистиллировали ртуть и повторно использовали.

Известно, что наибольшее количество ртути было приобретено в американских колониях Испании начиная с XVI века до нашей эры: Это стало возможным благодаря наличию в Испании огромного месторождения ртути — Альмадена. В более поздние времена использовался метод внешнего слияния, при котором измельченная золотоносная порода проходила при промывке через обогатительные шлюзы, облицованные медными листами, покрытыми тонким слоем ртути. Способ слияния применим только к месторождениям с высоким содержанием золота или уже в момент его обогащения. В настоящее время он используется очень редко, в основном шахтерами в Африке и Южной Америке.

Цианирование

Золото растворяется в растворах синильной кислоты и ее солей, и это свойство привело к ряду методов добычи путем цианирования руд.

Способ цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии атмосферного кислорода: измельченную золотоносную породу обрабатывают разбавленным (0.3-0.03 %) раствором цианида натрия, золото из полученного раствора цианида натрия Na[Au(CN)2] осаждают либо цинковой пылью, либо специальными ионообменными смолами.

Метод цианирования первоначально применялся на крупных предприятиях, где горная порода дробилась, а цианирование осуществлялось в специальных чанах. Однако развитие технологии привело к методу кучного выщелачивания, который заключается в подготовке водонепроницаемого участка, выливании на него руды и орошении ее цианидными растворами, которые, просачиваясь сквозь толщу породы, растворяют золото. Затем они идут в специальные сорбционные колонны, где кладут золото, а восстановленный раствор отправляют обратно в кучу.

Способ цианирования ограничивается минеральным составом руд, он неприменим, если руда содержит большое количество сульфидов или арсенидов, так как цианиды вступают в реакцию с этими минералами. Поэтому цианирование подразумевает переработку низкосернистых руд или руд из зоны окисления, в которой сульфиды и арсениды окисляются атмосферным кислородом.

Для извлечения золота из сульфидных руд используются сложные многоступенчатые технологии. Добываемое из месторождений золото содержит различные примеси, поэтому оно подвергается специальным процессам высокой степени очистки, которые проводятся на аффинажных заводах.

В 2005 году Рик Мунаррис задался вопросом, выгоднее ли инвестировать в Google, который владеет одноименной поисковой системой, или в золото. В то время цена 1 акции Google и 1 унции золота на бирже была одинаковой. В конце 2008 года Google закрылся на 307 долларов за акцию, а золото — на 866 долларов за унцию.

Золото является важнейшим элементом мировой финансовой системы, поскольку оно не подвержено коррозии, имеет множество технических применений, а его запасы низки. Золото практически никогда не теряется в исторических катастрофах, а только накапливается и плавится. В настоящее время золотые запасы Всемирного банка оцениваются в 32 тысячи тонн золота (если расплавить все это золото вместе, то получится куб со стороной всего 12 метров).

Золото долгое время использовалось как деньги многими народами. Золотые монеты являются наиболее хорошо сохранившимся памятником древнего мира. Однако золотые монеты закрепились в качестве монопольных денег лишь в XIX веке. До Первой мировой войны все мировые валюты основывались на золотом стандарте (период 1870-1914 гг. называется «Золотой Век»). Бумажные купюры в это время служили золотыми сертификатами. Их свободно обменяли на золото.

Как отличить подделку?

Есть несколько способов, как отличить подлинное изделие от фальсификации. Надо отметить, что применение только одного теста не гарантирует точность результата. Лучше вести проверку по нескольким параметрам. Итак, опытные ювелиры используют следующие способы, чтобы отличить золото от подделки:

1. Проверяют мягкость. Настоящий желтый металл очень мягкий. Если надкусить его, то на нем останется след. Именно так, на зуб, можно отличить подделку. Сплавы с минимальным содержанием благородного металла твердые.
2. Проверяют звучание. Настоящее ювелирное изделие из золота звенит мягко, легко. Но только на слух полагаться не стоит. Различные примеси по-разному искажают звучание.
3. Капают йодом. Если в изделии большая доля искомого металла, то капля йода, помещенная на поверхность предмета, почернеет. В противном случае — станет белой.
4. Чертят по кафелю. Так как плотность золота выше кафеля, то оно должно оставить на нем характерный золотистый след. Если же это подделка, то след останется на изделии. Также следы золотой пыли останутся на коже, если изделие тщательно потереть, например, о руку.
5. Взвешивают на специальных весах. Если плотность металла меньше заявленной, то и вес изделия будет меньше.
6. Скребут по тыльной стороне предмета. Это делается для того, чтобы узнать, не скрывается ли под слоем позолоты обыкновенная медь или вольфрам.

Потенциального покупателя должны насторожить и следующие моменты:

• отсутствие документации;
• несоответствие клейма с пробой, задекларированной в документах;
• исправления в документах;
• стертое клеймо с пробой;
• знак пробы советского периода;
• непривычный цвет изделия.

Если смущает что-то непонятное и есть какие-то подозрения, это верный знак, что сперва изделие стоит показать профессионалу, оценщику или сотруднику ломбарда, и только потом принимать решение о покупке.

Что мы узнали?

Золото — ценный металл и широко используется. В статье кратко дана характеристика металла, его местонахождение в природе. Золото используется в ювелирном деле, промышленности, стоматологии, в производстве лекарств, лечении онкологических заболеваний, о чём можно рассказать в докладе или сочинении на тему «Золото. Свойства и применение» для 4 класса.

Предыдущая

Окружающий мирКлимат в тайге – кратко для детей зимой и летом (4 класс, окружающий мир)

Следующая

Окружающий мирЭкологические проблемы пустынь и полупустынь в России кратко (4 класс, окружающий мир)

Банковская сфера

В глубокой древности золото использовалось только для изготовления украшений. Далее оно стало отличным средством сбережения и накопления богатств. Тем, кто знал, как получить золото, не нужно было задумываться о завтрашнем дне. Ведь драгоценный металл стоил достаточно дорого во все времена.

Сегодня золото широко используется для изготовления монет. Но в денежный оборот драгоценный металл не поступает. Монеты или слитки хранятся в финансовых учреждениях в виде сбережений. Инвестирование в драгоценные металлы сегодня на пике популярности. Таким образом можно не только сохранить денежные средства, но и приумножить их.