Золото
Общие сведения
Золото — химический элемент с атомным номером 79. Название элемента имеет древние корни и восходит к праиндоевропейскому языку, где оно было связано с понятием желтого цвета, что также закономерно отразилось в праславянском языке и этимологически родственно англоязычному наименованию данного металла. В силу своей редкости, химической инертности и устойчивости к коррозии золото исторически стало играть роль универсального эквивалента стоимости и меры богатства. В современных условиях значительная часть добытого в мире золота используется в качестве инвестиционного инструмента и хранится в виде банковских резервов, составляя основу золотовалютных фондов государств и частных накоплений.
Свойства и характеристики
В чистом виде золото представляет собой мягкий металл желтого цвета. Наличие примесей или образование сплавов с такими металлами, как серебро и медь, может придавать материалу серебристый или красноватый оттенок. Элемент отличается высокой плотностью, занимая седьмое место по этому показателю среди металлов после осмия, иридия, платины, рения, нептуния и плутония. Высокая плотность обуславливает значительную массу даже небольших по объему слитков. Температура плавления составляет 1064 градуса Цельсия, что является сравнительно низким показателем для тяжелых металлов, а кипение начинается при 2856 градусах Цельсия. Плотность металла в жидком состоянии составляет 17 граммов на кубический сантиметр, что несколько меньше аналогичного показателя в твердой фазе. Твердость золота по шкале Мооса оценивается в 2,5 балла. Металл обладает высокой пластичностью, что позволяет проковывать его в тончайшие полупрозрачные листы, известные как сусальное золото. Кроме того, материал характеризуется высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением. С химической точки зрения золото является одним из самых инертных металлов, располагаясь в ряду напряжений правее всех остальных элементов. В обычных условиях металл не взаимодействует с кислородом, озоном без нагревания и большинством кислот. Растворение золота возможно в смеси концентрированных азотной и соляной кислот, известной как царская водка, а также в селеновой и концентрированной хлорной кислотах. При комнатной температуре элемент реагирует с жидким бромом, образуя трибромид золота, и растворяется в ртути с образованием амальгамы. Реакции с хлором и йодом протекают при нагревании. Взаимодействие со фтором позволяет получать соединения с высокими степенями окисления, вплоть до семивалентного состояния. Золото способно образовывать комплексные соединения в водных растворах, такие как цианоаураты, из которых в дальнейшем возможно восстановление до чистого металла. Известен единственный стабильный изотоп золота с массовым числом 197, остальные полученные изотопы являются радиоактивными.
Нахождение в природе
Возникновение золота во Вселенной связывается с процессами разрушения нейтронных звезд, в результате которых тяжелые элементы выбрасываются в космическое пространство и впоследствии конденсируются. Предполагается, что на Земле значительная часть изначального золота сконцентрирована в ядре планеты. Наличие элемента в земной коре и на ее поверхности объясняется поздней тяжелой бомбардировкой астероидами, которые занесли металл после завершения основного этапа формирования планеты. В природе золото встречается преимущественно в виде самородков, которые обычно представляют собой естественные сплавы с примесями серебра, меди, свинца и висмута. Наиболее распространенным природным сплавом золота и серебра является электрум. Также элемент образует различные минералы, многие из которых являются теллуридами золота, включая калаверит, креннерит, сильванит и пецит. Месторождения металла разделяются на первичные и вторичные, к последним относятся россыпи. В формировании месторождений и круговороте золота в природе могут участвовать некоторые микроорганизмы, способные осаждать металлическое золото из растворов солей или растворять его.
Получение
Добыча золота известна человечеству с эпохи неолита, а масштабные промышленные разработки в настоящее время ведутся во многих регионах мира. Современные технологии извлечения металла из руды включают несколько основных методов. Традиционный метод промывки основывается на высокой плотности золота, благодаря которой тяжелые частицы металла отделяются от более легкой породы в потоке воды на промышленных промывочных установках или драгах. Метод амальгамации предполагает смешивание увлажненной дробленой породы с ртутью, что приводит к образованию сплава золота и ртути. Впоследствии амальгаму извлекают из шлама, а ртуть отгоняют. Широко применяется метод цианирования, при котором золото растворяется в растворах цианида натрия с образованием цианоаурата. Из полученного раствора металл осаждается с использованием цинка или ионообменных смол. Физико-химические методы позволяют синтезировать золото искусственным путем, в частности посредством ядерных реакций трансмутации из ртути, что было практически реализовано в середине двадцатого века. Однако данный способ является экономически нерентабельным из-за чрезмерно высокой стоимости процесса по сравнению с традиционной добычей. Золото, полученное любым из промышленных способов, содержит примеси и требует последующей очистки на специализированных аффинажных предприятиях цветной металлургии.
Применение
Основной объем добываемого золота, составляющий около девяноста процентов, используется в качестве меры стоимости и сбережений, распределяясь между банковскими резервами, инвестиционными накоплениями и ювелирной промышленностью. В производстве ювелирных изделий чистое золото практически не применяется из-за недостаточных механических характеристик; вместо него используются сплавы с серебром, медью, цинком, никелем и палладием. Содержание чистого металла в сплавах определяется системой проб, среди которых наиболее распространены пробы 585 и 750, обеспечивающие оптимальное сочетание устойчивости к коррозии, эстетических свойств и прочности. Около десяти процентов добываемого золота находит применение в промышленности и медицине. В микроэлектронике металл используется для создания проводников и гальванических покрытий контактных поверхностей благодаря низкому электрическому сопротивлению и высокой стойкости к окислению. Золото применяется при изготовлении мишеней для ядерных исследований, специальных оболочек в термоядерных зарядах, тонких прокладок в технике сверхвысокого вакуума, а также покрытий для зеркал, оконных и витражных стекол. Золочение металлических поверхностей выступает эффективным методом защиты от коррозии. В стоматологии из золотых сплавов изготавливают коронки, отличающиеся высокой механической прочностью и биоинертностью. Радиоактивные изотопы элемента используются в онкологии для терапии злокачественных новообразований. Исторически соли и коллоидные растворы золота применялись для лечения туберкулеза, сифилиса и ревматоидного артрита, однако эффективность подобных препаратов считается недоказанной, а передозировка ионов золота приводит к токсическому поражению внутренних органов и другим побочным эффектам. Токсичностью обладают именно растворимые соли золота, в то время как чистый металл является биологически неактивным и безопасным.