Золото

К.х.н. О.В. Мосин
ЗОЛОТАЯ ВОДА

Золото (лат. Aurum), Au – это химический элемент I группы периодической системы Менделеева с атомным номером 79 и атомной массой 196,9665.

В природе золото – это тяжелый металл желтого цвета. Состоит только из одного устойчивого изотопа ¹⁹⁷Аu.

Золото было первым металлом, известным человеку. Изделия из золота найдены в культурных слоях эпохи неолита (5-4-е тысячелетия до н. э.). В древних государствах - Египте, Месопотамии, Индии, Китае добыча золота, изготовление украшений и других предметов из него существовали за 3-2 тысячелетия до н. э.

Золото часто упоминается в Библии, "Илиаде", "Одиссее" и других памятниках древней литературы. Алхимики называли золото "царем металлов" и обозначали его символом Солнца. Открытие способов превращения неблагородных металлов в золото было главной целью алхимии.

Распространение золота в природе

Среднее содержание золота в земной коре составляет 4,3·10^-7% по массе. В магме и магматических породах золото рассеяно, но из горячих вод в земной коре образуются гидротермальные месторождения золота, имеющие важное промышленное значение (кварцевые золотоносные жилы и др.). В природе золото в основном находится в свободном (самородном) состоянии и лишь очень редко образует минералы с селеном, теллуром, сурьмой, висмутом. Пирит и другие сульфиды часто содержат примесь золота, которое извлекают при переработке медных, полиметаллических и других руд.

В биосфере золото мигрирует в комплексе с органическими соединениями и механическим путем в речных взвесях. Один литр морской и речной воды содержит около 4·10^-9 г золота. На участках золоторудных месторождений подземные воды содержат приблизительно 10^-6г/л золота. Оно мигрирует в почвах и оттуда попадает в растения, которые концентрируют золото - хвощи, кукуруза. Разрушение эндогенных месторождений золота приводит к образованию россыпей золота, имеющих промышленное значение. Золото добывается в 41 стране; его основные запасы сосредоточены в России, ЮАР и Канаде.

Физические свойства золота

Золото - мягкий, очень пластичный, тягучий металл (может быть проковано в листки толщиной до 8·10-5 мм, протянуто в проволоку, 2 км которой весят 1 г), хорошо проводит тепло и электричество, весьма стойко против химического воздействий. Кристаллическая решетка Золото гранецентрированная кубическая, а = 4,704 Å. Атомный радиус 1,44 Å, ионный радиус Au¹⁺ 1,37 Å. Плотность (при 20°С) 19,32 г/см3, t_пл 1064,43 °С, t_кип 2947 °С; термический коэффициент линейного расширения 14,2·10^-6 (0-100 °С); удельная теплопроводность 311,48 вт/(м·K) [0,744 кал/(см·сек·°С)]; удельная теплоемкость 132,3 дж/(кг·К) [0,0316 кал/(г·°С)] (при 0°-100 °С); удельное электросопротивление 2,25·10^-8ом·м (2,25·10-6 ом·см) (при 20 °С); температурный коэффициент электросопротивления 0,00396 (0-100 °С). Твердость золота по Бринеллю 180 Мн/м² (18 кгс/мм²) (для Золота отожженного около 400 °С).

Химические свойства золота

Золото — самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов, при нормальных условиях оно не реагирует с большинством кислот и не образует оксидов, благодаря чему было отнесено к благородным металлам, в отличие от металлов обычных, легко разрушающихся под действием окружающей среды. Затем была открыта способность царской водки растворять золото, что поколебало уверенность в его инертности.

Из чистых кислот золото растворяется только в горячей концентрированной селеновой кислоте:

2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O

Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты:

4Au + 8CN− + 2H₂O + O₂ → 4[Au(CN)₂]− + 4 OH−

В случае реакции с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200 °С с образованием хлорида золота(III), то в водном растворе (царская водка) золото растворяется с образованием хлораурат-иона уже при комнатной температуре:

2Au + 3Cl₂ + 2Cl− → 2[AuCl₄]−

Золото легко реагирует с жидким бромом и его растворами в воде и органических растворителях, давая трибромид AuBr₃.

Со фтором золото реагирует в интервале температур 300−400°C, при более низких реакция не идёт, а при более высоких фториды золота разлагаются.

Золото также растворяется во ртути, фактически образуя легкоплавкий сплав (амальгаму).

В концентрированной серной кислоте золото растворяется в присутствии окислителей: иодной кислоты, азотной кислоты, диоксида марганца. В водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется с образованием очень прочных дицианоауратов:

4Au + 8NaCN + 2H₂O + O₂ → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

Эта реакция лежит в основе важного промышленного способа извлечения золота из руд.

Но самыми необычными являются свойства мелкораздробленного золота. При восстановлении золота из сильно разбавленных растворов оно не выпадает в осадок, а образует интенсивно окрашенные коллоидные растворы – гидрозоли, которые могут быть пурпурно-красными, синими, фиолетовыми, коричневыми и даже черными. Так, при добавлении к 0,0075%-ному раствору H[AuCl₄] восстановителя (например, 0,005%-ного раствора солянокислого гидразина) образуется прозрачный голубой золь золота, а если к 0,0025%-ному раствору H[AuCl₄] добавить 0,005%-ный раствор карбоната калия, а затем по каплям при нагревании добавить раствор танина, то образуется красный прозрачный золь. Таким образом, в зависимости от степени дисперсности окраска золота меняется от голубой (грубодисперсный золь) до красной (тонкодисперсный золь). При размере частиц золя 40 нм максимум его оптического поглощения приходится на 510–520 нм (раствор красный), а при увеличении размера частиц до 86 нм максимум сдвигается до 620–630 нм (раствор голубой). Реакция восстановления с образованием коллоидных частиц используется в аналитической химии для обнаружения малых количеств золота.

Науке известны и органические соединения золота. Так, действием хлорида золота(III) на ароматические соединения получают соединения, устойчивые к воде, кислороду и кислотам, например: AuCl₃ + C₆H₆  C₆H₅AuCl₂ + HCl. Органические производные золота (I) стабильны только в присутствии координационно связанных с золотом лигандов, например, триэтилфосфина: CH₃Au·P(C₂H₅)₃.

Получение золота

Из россыпных месторождений золото можно извлечь методом флотации (осаждение), основанным на большой разности плотностей золота и пустой породы. Золото почти в 20 раз тяжелее воды и примерно в 8 раз тяжелее песка, поэтому крупинки золота можно струей воды отделить от песка или от измельченной пустой породы. Старинный способ промывки с помощью бараньих шкур, на которых отлагались золотые крупинки, отражен в древнегреческом мифе о золотом руне. Самородки и россыпи золота часто находили по течению рек, которые тысячелетиями размывали золотоносные породы. В древние времена золото добывали только из россыпей. И сейчас там, где они остались, золотоносный песок вычерпывают со дна рек и озер и обогащают на драгах – огромных сооружениях размером с многоэтажный дом, способных перерабатывать миллионы тонн золотоносной породы в год.

Однако, этот способ, применявшийся уже в глубокой древности, сопряжен с большими потерями. Он уступил место амальгамации (известной уже в 1 веке до н. э. и применявшейся в Америке начиная с XVI века) и цианированию, получившему широкое распространение в Америке, Африке и Австралии в 1890-х годах.

Старый (так называемый ртутный) способ извлечения золота из руды – амальгамирование основан на том, что ртуть хорошо смачивает золото – как вода смачивает стекло. Тонко размолотую золотоносную породу встряхивали в бочках, на дне которых находилась ртуть. При этом частички золота прилипали к жидкому металлу, смачиваясь ртутью со всех сторон. Поскольку при этом цвет золотых частиц исчезает, может показаться, что золото «растворилось». Затем ртуть отделяли от пустой породы и сильно нагревали. Летучая ртуть отгонялась, а золото оставалось в неизменном виде. Недостатки этого метода – высокая ядовитость ртути и неполнота выделения золота: самые мелкие его частицы смачиваются ртутью плохо.

В конце XIXначале XX века основным источником золота становятся коренные месторождения. Золотоносную породу подвергают дроблению и выщелачиванию цианидом натрия, при котором даже самые мелкие крупинки переводят в водорастворимые цианистые соединения. Затем из водного раствора золото извлекают с помощью цинкового порошка: 2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na[Zn(CN)4] + 2Au. Выщелачивание позволяет извлекать остатки золота из отвалов заброшенных разработок, фактически превращая их в новое месторождение. Перспективен и метод подземного выщелачивания: раствор цианида закачивают в скважины, он по трещинам проникает внутрь породы, где растворяет золото, после чего раствор выкачивают через другие скважины.

Другой способ очистки золота электролизом, был предложен Э. Вольвиллом в 1896 году. Аноды, отлитые из нечистого золото, подвешивают в ванне, содержащей солянокислый раствор АuCl3, катодом служит лист чистого золота. При этом при прохождении тока примеси выпадают в осадок (анодный ил, шлам), а на катоде отлагается золото чистотой не менее 99,99%.