Золото (Gold, Au)

Общие сведения и методы получения

Золото (Аu) — благородный металл желтого цвета с приятным блеском. Известно с древних времен (за 12 тыс лет до н. э).

Среднее содержание золота в земной коре (1:6)*10^-7 % (по массе).

Золото наряду с его ближайшими аналогами по группе медью и серебром относится к самородным металлам. Кроме того, известно до 20 минералов, содержащих, помимо золота, некоторые другие элементы, в том числе медь, железо, теллур, селен. Самородное золото чаще всего содержит до 10—15 % Ag При более высоком содержании серебра (35—45 °/о) минерал становится серебристо-белым с зеленоватым оттенком; ои носит название электрум. Практически ~97 % всего добываемого золота получают из самородного золота и лишь остальные ~3 % из его теллуридов, образующих минералы калаверит ( AuTe2 ), кренмерит ( Au , Ag ) Te , сильванит ( AuAgTaTe4 ) и петунит ( AgAuTe2 ). ГОСТ 6835— 80 регламентирует химический состав золота и его сплавов с серебром, медью, платиной, палладием, а также примерные области применения золота и его сплавов.

Характеристикой степени чистоты золота является его проба, которая отражает содержание этого металла в 1000 ч сплава Так, проба'560 указывает, что данный образец содержит 56 % золота и 44 % примесей, которыми могут быть серебро, медь и другие металлы.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 79, атомная масса 196,967 а. е м., атомный объем 10,2*10^-6 м^3/моль. Атомный радиус (металлический) 0,144 нм, ионный радиус Аu+ 0,137 нм, ковалентный радиус 0,134 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек, атома золота 5d^10 6s^1 . Природное золото состоит из стабильного изотопа ^ 1^97Au . Получено 20 радиоактивных изотопов с массовыми числами 184— 196, 198—204 и периодами полураспада от нескольких секунд до 185 сут.

Золото — мономорфный металл, имеет г. ц. к. решетку с периодом а=0,40785 нм. Энергия кристаллической решетки 345 мкДж/кмоль. Электроотрицательность 2,4.

Механические свойства

Золото — малопрочный, легко деформируемый металл.

В процессе пластической деформации золото упрочняется очень слабо из-за большой склонности к рекристаллизации в процессе деформирования. Температура рекристаллизации близка к комнатной. Небольшие добавки (0,1—0,25 °/о) меди, серебра значительно повышают температуру рекристаллизации. Сжимаемость золота х = 0,617-10^-11Па^^1.

Химические свойства

Наиболее характерная степень окисления золота +3; известны соединения золота со степенями окисления +1 и +2.

Золото — малоактивный в химическом отношении металл, нормальный электродный потенциал реакции Au ^3 + + 3_ e —"-Аu при 298 К фо= = 1,498 В. Для одновалентного золота Au ++ e —"-Аи, при нормальных условиях этот потенциал составляет 1,962 В. В ряду напряжений металлов золото располагается правее водорода, причем дальше всех остальных металлов. Поэтому в растворе соляной, серной и других кислот при отсутствии окислителей золото ие растворяется. Хорошо растворяет золото смесь кислот, состоящая из 1 объема азотной кислоты и 3 —4 объемов соляной («царская водка»). На воздухе золото не изменяет своего цвета и не взаимодействует с кислородом даже при нагревании до 400 "С. При обычных условиях поверхность золота покрыта тончайшим адсорбированным слоем кислорода, однако непосредственно, даже при нагреве, золото не соединяется не только с кислородом, ио и с серой, и селеном.

Оксид Au 2 0 и оксид Au 2 03 могут быть получены только косвенным путем.

С водородом золото ие реагирует даже при высоких температурах. Однако летучие гидриды типа АиН образуются в небольших количествах и при обдувке золота струей водорода при температурах выше 1425 °С. Воздействуя на золото атомарным водородом, удается получить бесцветный твердый гидрид, который очень неустойчив. Водород крайне незначительно растворяется в твердом золоте. Максимальная растворимость при 900°С составляет — 8• 10—^4%.

При воздействии аммиака на водную суспензию Au 2 0 образуется соединение Au 3 N - NH 3 , которое после промывки разбавленной азотной кислотой переходит в Au 3 N - H 2 0. В сухом состоянии оба соединения взрывоопасны.

Золото не реагирует с углеродом даже при высоких температурах. Соединение золота с этим элементом может быть получено косвенным путем — воздействием ацетилена на раствор тиосульфатного комплекса золота, при этом образуется желтый карбид Аи2С2, точнее ацетилид золота, который крайне взрывоопасен.

Золото реагирует с хлором, бромом и иодом. Реакция с бромом протекает при комнатной температуре с образованием бромида AuBr 3 С сухим хлором и иодом золото вступает в реакцию только при нагревании, при этом образуется хлорное золото АиС13. Теплоты образования АиС13 и АиВг3 соответственно равны 117,08 и 54,15 кДж/моль. В водном растворе хлора (хлорной воде) золото легко растворяется.

Еще более активно, чем ионы хлора, действуют на золото ионы CN ~. В их присутствии золото окисляется даже кислородом воздуха. Этот процесс лежит в основе получения золота цианидным выщелачиванием из золотоносной руды. Со своими ближайшими аналогами — серебром и медью — золото образует непрерывные твердые растворы, аналогичный характер взаимодействия наблюдается при сплавлении золота с некоторыми элементами VIII группы — платиной и палладием. В системах золото— медь и золото — платина непрерывные твердые растворы существуют лишь при высоких температурах, при понижении температуры наблюдается их распад с образованием упорядоченных металлических соединений, так называемых фаз Курнакова. Золото образует ряд металлических соединений (ауридов) с электроположительными и переходными металлами IIA , ША, IVA , VIIA и VIIIA подгрупп. Ограниченные твердые растворы и металлические соединения золото образует со многими элементами, более электроотрицательными по сравнению с ним. Так, золото образует широкие области ограниченных твердых растворов с металлами ПА подгруппы (цинком, кадмием, ртутью), ША подгруппы (алюминием, галлием, индием), IVA подгруппы (германием, оловом, свинцом) и VA подгруппы (мышьяком, сурьмой). За пределами растворимости в этих системах образуются соединения, имеющие во многих случаях переменные составы.

Характерная черта золота — большое разнообразие во взаимодействии с другими элементами Периодической системы, связанное с образованием твердых растворов и большого числа металлических соединений различного состава, с различной кристаллической структурой и различной природой химической связи. Все это обусловливает возможность создания на основе золота большого числа сплавов различного назначения.