Введение
Зо́лото (Au от лат. Aurum)— элемент 11 группы(по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером79. Простое веществозолото — благородный металлжёлтого цвета. Несмотря на то, что золото в периодической системе Д. И. Менделеева находится в одной группе с серебром и медью, его химические свойства гораздо ближе к химическим свойствам металлов платиновой группы. Электродный потенциал пары Au – Au (111) равен – 1,5 В. Вследствие такого высокого значения на золото не действуют разбавленные и концентрированные HCI, HNO, HSO. Однако в HCI оно растворяется в присутствии таких окислителей, как двуокись магния, хлористое железо и медь, а также под большим давлением и при высокой температуре в присутствии кислорода. Золото легко растворяется также в смеси HCI и HNO (царская водка). В химическом отношении золото - малоактивный металл. На воздухе оно не изменяется, даже при сильном нагревании. Золото легко растворяется в хлорной воде и в аэрируемых растворах цианидов щелочных металлов. Ртуть также растворяет золото, образуя амальгаму, которая при содержании более 15% золота становится твердой. Известны два ряда соединений золота, отвечающие степеням окисления +1 и +3. Так, золото образует два оксида – оксид золота, или закись золота, Au O и оксид золота, или окись золота, Au O. Более устойчивы соединения, в которых золото имеет степень окисления +3. Соединения золота легко восстанавливаются до металла. Восстановителями могут быть водород под большим давлением, многие металлы, стоящие в ряду напряжений до золота, перекись водорода, двух хлористое олово, сернокислое железо, треххлористый титан, окись свинца, двуокись марганца, перекиси щелочных и щелочноземельных металлов. Для восстановления золота используют также различные органические вещества: муравьиную и щавелевую кислоты, гидрохинон, гидразин, метол, ацетилен и др. Для золота характерна способность к образованию комплексов с кислородом и серосодержащими лигандами, аммиаком и аминами вследствие высокой энергии образования соответствующих ионов. Чаще всего встречаются соединения одновалентного и трехвалентного золота. Часто их рассматривают как сложные молекулы, состоящие из равного числа атомов Au (1) и Au (3). Трехвалентное золото – очень сильный окислитель, оно образует много устойчивых соединений. Золото соединяется с хлором, фтором, йодом, кислородом, серой, теллуром и селеном.
1 Общая характеристика химического элемента
Слово золото происходит от старославянского «злато», берущего начало от праславянского «zolto» родственны с ним лит. geltonas «жёлтый», латыш. zelts «золото»; с другим вокализмом: готск. gulþ, нем. gold, англ. gold; далее санскр. авест. «жёлтый, золотистый, зеленоватый», происходящих от праиндоевропейского корня «жёлтый, зелёный, яркий. Отсюда же названия цветов: «жёлтый», «зелёный». Латинское aurum означает «жёлтое» и родственно с «Авророй» (Aurora) — утренней зарёй.
Золото — ярко-жёлтый блестящий металл. Золото – один из самых малоактивных металлов, стандартный электродный потенциал его равен +1,68 В.Оно очень ковко и пластично; путём прокатки из него можно получить листочки толщиной менее 0.0002мм, а из 1 грамма золота можно вытянуть проволоку длиной 3.5км. Золото — прекрасный проводник тепла и электрического тока, уступающий в этом отношении только серебру и меди. Золото очень мягкий металл (и опять-таки не самый мягкий, свинец и олово, например, еще мягче). Чистое золото царапается ногтем. Мягкость всегда делала золото очень удобным для обработки материалом. Ввиду мягкости золото употребляется в сплавах, обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для электрических контактов, для зубопротезирования и в ювелирном деле. Золото очень легко истирается, превращаясь в тончайшую пыль. Благодаря этому свойству оно рассеяно везде, и таким образом, широко распространено в природе. Золото очень ковко и тягуче, что, конечно, является результатом его мягкости. На воздухе оно не изменяется даже при высоких температурах, не растворяется в соляной, серной и азотных кислотах. Но в царской водке золото легко растворяется с получением комплексной золотохлористоводородной кислоты:
Au + HNO + 4HCl = H [AuCl ] + NO + 2H O
Так же легко растворяется золото в хлорной воде, ртути и в аэрируемых (продуваемых воздухом) растворах цианидов щелочным металлов.
1.1 Открытие элемента
История золота - это история цивилизации. Первые крупицы этого металла попали в руки людей несколько тысячелетий назад, и тогда же он был возведен человеком в ранг драгоценного.
Самой богатой страной древнего мира считался Египет. Не случайно при раскопках захоронений египетской знати археологи находят много украшений и других золотых предметов.
“Отблески золота вспыхнули всюду, чуть только брызнул первый луч... Золото на полу, золото на стенах, золото там, в самом отдаленном углу, где рядом со стеной стоит гроб, золото яркое и светлое, как будто бы оно только что вышло совсем новое из рук золотых дел мастера...”, - писал один из участников первого проникновения в могилу неизвестного фараона, найденную в 1907 году в Долине царей близ Фив, на левом берегу Нила.
Спустя 15 лет английский археолог Говард Картер обнаружил там же гробницу фараона Тутанхамона, правившего в XIV веке до нашей эры. Тысячелетия сохранили здесь бесценные произведения древнего искусства, многие из которых сделаны из чистого золота. Мумия юного фараона покоилась в золотом гробу, весившем 110 кг. необычайно красива маска Тутанхамона, выполненная из золота и разноцветных поделочных камней.
Примерно два с половиной тысячелетия назад появились первые золотые монеты. Родиной их стала Лидия - могущественное рабовладельческое государство, располагавшееся в западной части Малой Азии. Лидия вела обширную торговлю с Грецией и своими восточными соседями. Для удобства расчетов при торговых сделках лидийцы ввели в обращение золотую чеканную монету - статер.
После завоевания Лидии персидским царем Киром золотые монеты начали чеканить и в других странах Ближнего и Среднего Востока.
Первые русские золотые монеты - гривенники и пятаки - появились в начале XVII века, выпущенные в обращение Василием Шуйским. При императрице Елизавете Петровне появилась крупная золотая монета достоинством в 10 рублей, получившая название “империал”.
Форма самородного золота разнообразна. Листочки , зерна, сфероиды, октаэдры, палочки и т. д. Поверхность частичек самородного золота покрыта пленками других веществ, главным образом гидроксида железа, затрудняющих извлечение золота при промышленной добыче.
Самородное золото почти всегда содержит серебро (в массовой доле от 5 до 30%) и почти всегда - медь (в массовой доле до 20%), изредка - металлы платиновой группы.
Из полукустарного промысла добыча золота превратилась в одну из самых современной отраслей промышленности. Старательский лоток можно встретить в наши дни только в музее.
За всю историю человечество добыло не более 1000000 тонн золота. Если это количество золота представить в идее куба, то высота его окажется равной всего 17 метрам. Только в земной коре, по мнению геологов, заключено приблизительно 100 миллиардов тонн золота.
Практически неисчерпаемые запасы этого металла растворены в водах рек, морей и океанов нашей планеты (0,01-0,05мг/т). многие зарубежные фирмы ведут сейчас исследования в этой области, может быть, в ближайшие годы океан станет неисчерпаемым золотым прииском.
Учеными также установлено, что золото присутствует в крови и тканях
живых организмов (0,1 - 0,4мг/кг).
В начале XVI века испанские и португальские завоеватели нашли более доходный способ добычи золота: они подвергли варварскому грабежу
древние государства Америки, открытой в 1492 году Христофором Колумбом.
Накопленное за много веков ацтеками, инками, майя и другими народами Нового Света, золото широким потоком хлынуло в Европу. У древних народов, населявших Латинскую Америку, золото считалось священным металлом, металлом бога Солнца.
Золото - один из самых тяжелых металлов. Именно это свойство позволило Архимеду уличить в мошенничестве ювелиров сиракузского царя Герона, изготовивших по его заказу золотую корону.
Чистое золото - очень мягкий и пластичный металл. Кусочек его со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной в несколько километров или раскатать в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 м2.
Если царапнуть ногтем по чистому золоту, на нем останется след. Поэтому золото, идущее на ювелирные украшения, обычно содержит лигатуры - добавки меди, серебра, никеля, кадмия, палладия и других металлов, придающих золоту прочность.
Одно из самых важных свойств золота - его исключительно высокая химическая стойкость. На него не действуют кислоты и щелочи. Лишь “царская водка” (смесь азотной и соляной кислот) способна растворить золото.
В настоящее время сравнительно большая доля добываемого золота идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, сувениров и зубных протезов, спрос на которые продиктован прежде всего модой и ценой на золото.
Использование золота в таких отраслях промышленности, как электроника, связь, космическая техника, химия меньше зависит от колебаний цен на золото.
Несомненно, что если бы не специфические монетарные функции золота, этот металл гораздо более широко применялся бы в технике уже в настоящее время.
1.2 Физические свойства
Кристаллы чистого золота (99,99 %), выращенные методом химического транспорта[en] в атмосфере хлора
Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.
Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19,32 г/см³ (шар из чистого золота диаметром 46,237 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает седьмое место после осмия, иридия, платины, рения, нептуния и плутония. Сопоставимую с золотом плотность имеет вольфрам (19,25 грамма в одном кубическом сантиметре).
Высокая плотность золота облегчает его добычу, отчего даже простые технологические процессы — например, промывка на шлюзах, — могут обеспечить высокую степень извлечения золота из промываемой породы.
Золото — очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2,5, по Бринеллю 220—250 МПа (сравнима с твёрдостью ногтя).
Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (100 нм) (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 2 мг/м.
Температура плавления золота 1064,18 °C (1337,33 К)[2], кипит при 2856 °C (3129 К). Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см3 при температуре плавления. Жидкое золото довольно летучее, оно активно испаряется задолго до температуры кипения.
Линейный коэффициент теплового расширения — 14,2⋅10-6 К−1 (при 25 °C). Теплопроводность — 320 Вт/м·К, удельная теплоёмкость — 129 Дж/(кг·К), удельное электрическое сопротивление — 0,023 Ом·мм2/м.
Электроотрицательность по Полингу — 2,4. Энергия сродства к электрону равна 2,8 эВ; атомный радиус 0,144 нм, ионные радиусы: Аu+ 0,151 нм (координационное число 6), Аu3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6).
Спектральный коэффициент отражения золота (Au) и для сравнения алюминия (Al) и серебра (Ag)
Причиной того, что цвет золота отличается от цвета большинства металлов, является малость энергетической щели между полузаполненной 6s-орбиталью и заполненными 5d-орбиталями[11]. В результате золото поглощает фотоны в синей, коротковолновой части видимого спектра, начиная с примерно 500 нм, но отражает более длинноволновые фотоны с меньшей энергией, которые не способны перевести 5d-электрон на вакансию в 6s-орбитали (см. рис.). Поэтому золото при освещении белым светом выглядит жёлтым. Сужение щели между 6s- и 5d-уровнями вызвано релятивистскими эффектами — в сильном кулоновском поле вблизи ядра золота орбитальные электроны движутся со скоростями, составляющими заметную часть скорости света, причём на s-электронах, у которых максимум плотности орбитали находится в центре атома, эффект релятивистского сжатия орбитали сказывается сильнее, чем на p-, d-, f-электронах, чья плотность электронного облака в окрестностях ядра стремится к нулю. Кроме того, релятивистское сжатие s-орбиталей увеличивает экранировку ядра и ослабление притяжения к ядру электронов с более высокими орбитальными моментами (непрямой релятивистский эффект). В целом, 6s-уровень снижается, а 5d-уровни растут.
1.3 Электронная конфигурация атома золота.
Валентность
Атом золота состоит из положительно заряженного ядра (+79), внутри которого есть 79 протонов и 117 нейтронов, а вокруг, по шести орбитам движутся 79 электронов.
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
+79Au)2)8)18)32)18);
1s22s22p63s23p63d104s24p64f145s25p65d106s1.
Валентными электронами атома золота считаются электроны, расположенные на 5d— и 6s— подуровнях. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Наличие одного неспаренного электрона свидетельствует о том, что для золота характерна степень окисления +1.
Валентные электроны атома золота можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое)
Для золота характерно наличие возбужденного состояния за счет вакантных орбиталей 5p-подуровня (степень окисления +2)
1.4 Химические свойства
Золото — самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов, при нормальных условиях оно не взаимодействует 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.
Наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, в этой степени окисления оно легко образует с однозарядными анионами (F−, Cl−. CN−) устойчивые плоские квадратные комплексы [AuX4]−. Относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1, дающие линейные комплексы [AuX2]−. Долгое время считалось, что +3 — высшая из возможных степеней окисления золота, однако, используя дифторид криптона, удалось получить соединения Au+5 (фторид AuF5, соли комплекса [AuF6]−). Соединения золота(V) стабильны лишь со фтором и являются сильнейшими окислителями.
Степень окисления +2 для золота нехарактерна, в веществах, в которых она формально равна 2, половина золота, как правило, окислена до +1, а половина — до +3, например, правильной ионной формулой сульфата золота(II) AuSO4 будет не Au2+(SO4)2−, а Au1+Au3+(SO4)2−2. Недавно обнаружены комплексы, в которых золото всё-таки имеет степень окисления +2.
Есть соединения золота со степенью окисления −1. Например CsAu (Аурид цезия) Na3Au (Аурид натрия)[3]. Эти соединения называют Ауриды.
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−
Цианоаураты легко восстанавливаются до чистого золота:
2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au
В случае реакции с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200 °C с образованием хлорида золота(III), то в концентрированном водном растворе соляной и азотной кислот (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[4].
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), содержащий интерметаллиды.
Существуют золотоорганические соединения (например, бромид диэтилзолота).
1.5 Нахождения в природе и основные соединения
Золото в небольших количествах содержится во многих горных породах. Среднее его содержание в литосфере (Кларк) составляет 4,3 мг/т.
Золото содержится в организмах и в растениях.
Есть предположение, что золото имеет определенное значение для организма животных. В золе растений золото впервые обнаружено французским химиком Клодом Луи Бертолле в XVIII веке. По современным данным содержание золота в некоторых гумусовых почвах достигает 0,5 г/т. Растения, произрастающие на таких участках, поглощают золото, сосредотачивая его в корневой системе, стеблях, стволах и в ветвях. В настоящее время разработаны методы поиска месторождений (биогеохимические), основанные на выявлении ореолов с повышенным содержанием золота в золе растений.
Огромное количество золота содержится в гидросфере. Во всех видах пресных вод его среднее содержание составляет порядка 3•10-9% (0,03 мг/т), но иногда многократно выше, например, в подземных водах золоторудных месторождений содержание золота достигает порядка 1 мг/т. На изменении содержания золота в подземных водах основан один из методов поиска золоторудных месторождений (гидрохимический метод).
В морских водах содержание золота также колеблется: в полярных морях - 0,05 мг/т, у берегов Европы - 1-3•мг/т. Наиболее высокая концентрация золота отмечается в прибрежной зоне США - до 16 мг/т., в водах Карибского моря - 15-18 мг/т., в водах Мертвого моря - до 50 мг/т.
Океаны насыщаются золотом вследствие приноса его грунтовыми, поземными и поверхностными водами, за счет распыления метеоритов, выбросов вулканических веществ и ряда других естественных источников. Французскими исследователями было выяснено, что сицилийский вулкан Этна каждый день выбрасывает в виде мелких частиц более 2,5 кг и большая часть этого уходит в океан. По подсчетам каждый год в атмосфере Земли распыляется примерно 3,5 тыс. метеоритного вещества, содержащие примерно 18 кг золота, что составляет за миллион лет где-то 18 тыс.т. Поступление золота в океаны происходит также с речными и морскими взвесями, а также в виде растворимых металлоорганических комплексов. Циркулирующие на золотоносных площадях поверхностные и подземные водотоки содержат, как правило, золото, находящееся во взвешенном состоянии, или растворенное золото, которое может достигнуть океана. Особенно велик перенос золота речными системами. Специалисты посчитали, что только Амур в своих водах за год выносит в океан около 8,5 т золота.
Общее количество золота в водах Мирового океана оценивается в 25-27 млн.т. Это чрезвычайно много. Человечеством за все время добыто около 150 тыс.т. Ведутся изыскания технологий извлечения золота из воды океанов, запатентованы технические решения, но приемлемых экономических показателей добычи золота из воды пока не достигнуто.
В земной коре золото может находиться в сплошных горных массах - рудах или в разрушенных горных породах - россыпях. В первом случае оно называется рудным, а во втором - россыпным золотом. Россыпи обычно встречаются в долинах рек, ручейков или сухих логов и образуют более или менее мощные пласты, прикрытые слоем пустой породы, так называемыми торфами. Золото находится в россыпях в виде кусочков, чешуек, зерен и пыли.
Золото в рудных и россыпных месторождениях встречается главным образом в сплавах с серебром, медью, железом и другими металлами. Кроме этих природных сплавов золота известны также платинистое и родистое золото, в состав которых соответственно входят платина и родий. Чаще всего в состав самородного золота входит от 5 до 30 % серебра. Относительно редко, но все же встречается в природе сплав золота с 30--40% серебра, который называется электрумом. Довольно распространено в природе самородное медистое золото, состоящее из 74--80% золота, 2--16% серебра, 9--20% меди.
Больше всего в природе частиц золота размером от доли микрона до десятков микронов. Такие частицы называются дисперсными. Условно они делятся на грубодисперсные и тонкодисперсные (высокодисперсные). В грубодисперсных системах частицы имеют размеры от 1 мкм и выше, в тонкодисперсных -- от 1 нм до 1 мкм (0,001 мм).
Дисперсные частицы золота есть в породах, в воде и в растениях. Такие частицы видны только в электронный микроскоп, их не удастся взвесить на лучших микроаналитических весах. Расчетная масса частицы размером 0,001 мм составляет всего 0,00000001 мг, а предел взвешивания лучших микроаналитических весов -- 0,0001 мг. Количество мельчайших частиц золота несметное. В каждом грамме золота заключено больше 100 миллиардов таких частиц. При огромном количестве дисперсных частиц их извлечение представляет наибольшую трудность и обходится дороже всего.
Чрезвычайно много в природе также золотин размером порядка 0,01 мм. Самая крупная золотина этого класса (0,01 мм) имеет массу порядка 0,00001 мг и ее также невозможно взвесить на микроаналитических весах. В каждом грамме золота количество таких частиц превышает 100 миллионов. Несмотря на то, что золота мельче 0,01 мм в природе больше, чем любого другого, оно находится преимущественно в рассеянном состоянии. Иногда оно концентрируются в виде включений в некоторые минералы (пирит, арсенопирит и т.п.), но если свободное золото крупностью 0,01-0,1 мм попадает в речной поток, то оно преимущественно рассеивается. Мелкие легкие золотинки свободно переносятся во взвешенном состоянии даже при небольшой скорости течения.
Золото крупнее 0,1 мм относится к «гравитационному», то есть к такому, которое осаждается в воде под действием силы тяжести и образует скопления, выгодные для отработки - россыпные месторождения. Извлеченное из россыпей золото часто называют «золотой песок». Фактически так оно и есть, частицы золота легко пересыпаются и их можно насыпать в кожаный мешочек (раньше так носили в кармане или сумке), золотой песок можно ссыпать в бутылку (в ней удобно прятать золото) или в любую емкость.
Золотины размером 8 мм и более обычно имеют массу свыше 1 г и называются самородками. Различают самородки мелкие (1-10 г), средние (10-100 г), крупные (100-1000 г), весьма крупные (1-10 кг) и гигантские (более 10 кг). Однако иногда самородками называют также золотины «резко выделяющиеся по размерам среди других частиц металла», и нижний предел массы самородка принимают 0,1 грамма.
Самый крупный самородок золота найден в Австралии - “Плита Холтермана” (285 кг вместе с кварцем, чистого золота 83,3 кг); на Урале найден самородок золота “Большой треугольник” (36,2 кг). Большинство крупных самородков имеют свои имена (Табл.4).
В последние десятилетия самородки начали искать с помощью металлодетекторов (разновидность миноискателей). Крупнейший самородок найденный металлодетектором весит 27,2 кг. Его нашел в Австралии в штате Виктория Кевин Хиллер (Kevin Hillier) 26 сентября 1980 года. Самородок назван «Рука Судьбы». Его размеры: 47 см в длину, 20 см в ширину и 9 см толщиной, проба 926. Кевин продал свой самородок в 1981 году за 1 000 000 долларов в казино «Золотой Самородок» в Лас-Вегасе.
Трудно назвать другой металл, который в истории человечества сыграл бы большую роль, чем золото. Во все времена люди старались завладеть золотом хотя бы путем преступлений, насилий и войн. Начиная с первобытного человека, украшавшего себя золотыми блестками, намытыми в песках рек, и кончая современным промышленником, обладающим огромным производством, человек в упорной борьбе завладел частью природного богатства. Но эта часть золота ничтожна по сравнению с количеством распыленного в природе металла и с потребностями и желаниями самого человечества. Сегодня поиски золота и его месторождений идут все усиливающимся темпом, по добыче золота во всем мире работает не менее пяти миллионов человек, а добывается его около трех тысяч тонн ежегодно. Природа очень бережно хранит свои сокровища и упорно не отдает человеку этот металл. В наши дни создано большое количество золотодобывающей, самой современной техники, но наибольший эффект в золотодобыче дают все возрастающие знания человека о свойствах золота.
Содержание золота в земной коре очень низкое -- 3 мкг/кг, но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. 1 л и морской, и речной воды несёт примерно 4*10?9 г золота.
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов , небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами. Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях. В экзогенных условиях видимое золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях. Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа, марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений, происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.
В природе известны 15 золотосодержащих минералов: самородное золото с примесями серебра, меди и другие:
Электрум: Au и 25-45% Ag.
Порпесит: AuPd
Висмутоаурит:(Au, Bi)
Кюстелит
Амальгама золота:Au2Hg3.
Аурикуприд :AuCu3.
Калаверит: AuTe2,
Креннерит :AuTe2,
Сильванит :AuAgTe4,
Петцит:Ag3AuTe2,
Монтбрейит: Au2Te3,
Гессит: Ag2Te
Для золота характерна самородная форма. Среди других его форм стоит отметить электрум, сплав золота с серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды.
Различаются первичные месторождения золота, россыпи, в которые оно попадает в результате разрушения рудных месторождений и месторождения с комплексными рудами, в которых золото извлекается в качестве попутного компонента.
Основная масса золота в природе находиться в самородном состоянии в виде мельчайших, невидимых простым глазом частиц. В естественных условиях золото содержится или непосредственно в рудах в рудообразующей природе(чаще всего в кварце) или в рудных минералах -арсеноперите, пирите, халькопирите, стибните, пирротине ,галените, молибдените и других сульфидов.
В природе золото выглядит далеко не так эффектно, как в изделиях, особенно если зерна его покрыты темным налетом из соединений железа, марганца, и других металлов.
Кроме типичных самородков, в некоторых коренных месторождениях встречаются исключительно богатые скопления золота. В Калифорнии на месторождении Мозер-Лод в ряде крупнейших рудных блоков среднее содержание золота составляло от 60 до 200кг на 1 т руды! Вес отдельного гнезда золота достигал 60кг .
2 Биологическая роль химического элемента
Некоторые соединения золота токсичны, накапливаются в почках, печени, селезёнке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. Органические соединения золота (препараты кризанол и ауранофин) применяются в медицине при лечении аутоиммунных заболеваний, в частности, ревматоидного артрита.
2.1 Функции биогенного элемента
Золото — элементI-Бгруппы ПСЭ, порядковый номер79, атомная масса196,97.
Название произошло от лат. aurum (желтый). Золото явля- ется одним из первых открытых человеком металлов и извест- но со времен древних цивилизаций. В природе встречается преимущественно в виде самородного золота.
Электронная формула золота [Хe] 4f145d106s1. Золото про- являет степени окисления+1 и+3, наиболее характерная из них+3. Для золота типична способность к комплексообра- зованию, координационное число атома равно4. Золотохло- ристоводородная комплексная кислотаH[AuCl4] образуется при растворении золота в«царской водке».
Золото представляет собой мягкий, ковкий металл желто- го цвета, химически инертен, устойчив к действию воды, кис- лот и щелочей.
Сплавы золота с другими благородными металлами ши- роко применяются в приборостроении, в космической, элек- тронной и медицинской промышленности, при изготовлении ювелирных изделий, медалей и монет.
Биологическая роль. В организме взрослого человека со- держится около10 мг золота, примерно половина этого ко- личества сконцентрирована в костях. Распределение золота в организме зависит от растворимости его соединений. Колло- идные соединения в большей степени накапливаются в пече- ни, тогда как растворимые— в почках.
Механизм действия соединений золота до конца не ясен, однако в настоящее время известно, что золото может вхо- дить в состав металлопротеидов, взаимодействовать с медью и протеазами, гидролизующими коллаген, также и с другими активными компонентами соединительной ткани. Золото мо- жет вовлекаться в процессы связывания гормонов в тканях. Данные о пониженном содержании золота в организме от- сутствуют.
Металлическое золото почти не всасывается, данные о его токсичности также отсутствуют. В то же время некото- рые соли золота обладают токсическим действием, сходным с действием ртути. Механизм токсичности основан на боль- шом сродстве этого элемента к сульфгидрильным группамSH-содержащихбелков, в результате чего золото ингибируетSH-ферменты. Появляются симптомы угнетения ЦНС, боли по ходу нервов, отеки, боли в костях и суставах, металличес- кий вкус во рту.
При интоксикации золотом используются комплексооб- разователи— димеркаптол, купренил, депен, купримин.
Вмедицинезолотоиспользовалиещесосреднихвеков, при лечении больных с такими заболеваниями, как туберкулез, проказа, сифилис, эпилепсия, глазные болезни, злокачествен- ные опухоли. Внастоящее время препараты наоснове различ- ных солей золота используются в терапии больных ревмато- идными и псориатическими артритами, красной волчанкой.
Тиосульфат золота и натрия AuNaS2O3 успешно применяется для лечения трудноизлечимого кожного заболевания— эри- тематозной волчанки.
Вмедицинской практике применяются и органические со- единения золота, прежде всего кризолган и трифал. Кризол- ган одно время широко применяли в Европе для борьбы с ту- беркулезом, а трифал, менее токсичный и более эффективный,чем тиосульфат золота и натрия, — как лекарство от эрите- матозной волчанки. В Советском Союзе был синтезирован высокоактивный препарат— кризанол(Au–S–СН2–СНОН– CH2SO3)2Ca для лечения волчанки, туберкулеза, проказы.
После открытия радиоактивных изотопов золота его роль в медицине заметно возросла. Коллоидные частицы изотопов используют для лечения злокачественных опухолей. Эти час- тицы физиологически инертны, и потому их не обязательно как можно скорее выводить из организма. Введенные в от- дельные области опухоли, они облучают только пораженные места, поэтому при помощи радиоактивного золота удается излечивать некоторые формы рака. Создан специальный«ра- диоактивный пистолет», в обойме которого15 стерженьков из радиоактивного золота с периодом полураспада в2,7 су- ток. Практика показала, что лечение«радиоактивными игол- ками» дает возможность ликвидировать поверхностно распо- ложенную опухоль молочной железы уже на25-йдень.
Радиоактивное золото (Au-198) применяется при лечении впервую очередь рака легких. Оно оказывает антисептичес- кое действие на бактерии и вирусы. Вводятся препараты зо- лота как внутрь, так и парентерально, в виде коллоидных рас- творов(хризотерапия). Как правило, применение препаратов золота связано с большим числом побочных эффектов.
Первые попытки применять золото в медицинских целях относятся еще ко временам алхимии, но они были немногим успешнее поисков философского камня.
В XVI в. Парацельс пытался использовать препараты золота для лечения некоторых болезней, в частности сифилиса. «Не превращение металлов в золото должно быть целью химии, а приготовление лекарств», — писал он.
Значительно позднее соединения, содержащие золото, были предложены в качестве лекарства против туберкулеза. Было бы неверным считать, что это предложение лишено разумных оснований: in vitro, т.е. вне организма, «в пробирке», эти соли губительно действуют на туберкулезную палочку, но для эффективной борьбы с болезнью нужна довольно высокая концентрация этих солей. В наши дни соли золота имеют значение для борьбы с туберкулезом лишь постольку, поскольку они повышают сопротивляемость заболеванию.
2.2 источник поступление в жировой организм
Биологическая роль золота оказалась не так велика, как полагали в Средние века. Это и неудивительно, ведь химическая инертность золота очень велика. Справедливости ради нужно отметить, что биологическая роль золота до конца не изучена.
На сегодняшний день установлено, что золото обладает бактерицидным действием само по себе, а в смеси с серебром оно усиливается многократно. Оно также оказывает заметное антисклеротическое действие. Существует предположение, что золото необходимо нашему организму для поддержания иммунитета от некоторых болезней.
Суточная потребность взрослого человека в золоте составляет всего 2-4 мкг. Такую дозу можно получить простым ношением обручального кольца на пальце.
В человеческом организме содержится около 0,01 г золота, почти 50% которого сконцентрировано в костях. Остальная часть приходится на печень, почки и другие органы и ткани.
Золото входит в состав некоторых металлопротеидов, вступает в химические реакции с соединениями меди, эластазой и протеазами, которые гидролизуют коллаген, а также другими веществами соединительной ткани. Оно участвует в процессах связывания гормонов в тканях.
Считается, что как микроэлемент золото оказывает благотворное действие при общем старении организма, в том числе при таких возрастных заболеваниях, как атеросклероз, пародонтоз, остеохондроз, гипертония, деформирующий артрит, заболевания печени, депрессивные расстройства.
Йодистое золото применяется как средство против атеросклероза, и ценится тем, что в терапевтических дозах не имеет побочных эффектов. Другие соединения золота (ауранофин, кризанол и другие) используются в лечении ревматоидного и псориатического артрита, синдрома Фелти и системной красной волчанки.
Изотоп золота 198Au применяется в лечении некоторых онкологических заболеваний, в основном опухоли легких.
2.3 Гипо- и гиперэлементоз
Гипо- и гиперэлементозы, по-видимому, являются значительно более распространенной патологией, чем считалось ранее.
Во-первых, это связано с тем, что изменение нормального содержания того или иного микроэлемента влечет за собой дисбаланс многих других микроэлементов в организме. С другой стороны, даже незначительное (маргинальное) изменение содержания того или иного микроэлемента создает предпосылки для развития патологических состояний, особенно в связи с урбанизацией и ускоряющимся темпом жизни, повышением требований, предъявляемых к человеку. По современным данным, маргинальные микроэлементозы характерны даже для населения развитых стран Европы и Северной Америки, где уровень жизни высок, не говоря уже о странах с низким уровнем жизни, где эти состояния, по-видимому, чрезвычайно распространены.
Хронический и выраженный дефицит того или иного микроэлемента в пищевом рационе вызывает характерную для каждого из них картину заболевания. Однако для этих состояний, особенно маргинального типа, характерны и общие черты. К ним относятся: нарушения иммунного гомеостаза организма (снижение иммунной резистентности, извращение реакций), снижение функциональной активности эндокринной системы (полигландулярная недостаточность), повышенная частота злокачественных заболеваний и нарушения со стороны нервной системы.
2.4 Профилактика и лечение элементозов
Тысячелетиями золото использовалось для производства ювелирных украшений и монет, а применение золота для зубопротезирования известно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленности известно с конца XVII в. Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытия золотом широко применяли для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние 40 – 45 лет можно отнести к периоду чисто технического применения золота. Золото обладает уникальным комплексом свойств, которого не имеет ни какой другой металл. Оно обладает самой высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, по электро – и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, ядро золота имеет большое сечение захвата нейтронов, способность золота к отражению инфракрасных лучей близка к 100%, в сплавах оно обладает каталитическими свойствами. Золото очень технологично, из него легко изготавливают сверхтонкую фольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят на металлы и керамику. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением. Такая совокупность полезных свойств послужила причиной широкого использования золота в важнейших современных отраслях техники: электронике, технике связи, космической и авиационной технике, химии.
Микроэлементами называются химические элементы, содержащиеся в организме в очень малых количествах. Их содержание не превышает 0,005% массы тела, а концентрация в тканях – не более 0,000001%. Среди всех микроэлементов в особую группу выделяют так называемые незаменимые микроэлементы, регулярное поступление которых с пищей или водой в организм абсолютно необходимо для его нормальной жизнедеятельности.
Следует отметить, что в электронике на 90% золото используют в виде покрытий. Электроника и связанные с ней отрасли машиностроения являются основными потребителями золота в технике. В этой области золото широко используют для соединения интегральных схем сваркой давлением или ультразвуковой сваркой, контактов штепсельных разъемов, в качестве тонких проволочных проводников, для пайки элементов транзисторов и других целей. В последнем случае особенно важно то, что золото образует легкоплавкие эвтектики с индием, галлием, кремнием и другими элементами, которые обладают проводимостью определенного типа. Помимо технологических усовершенствований в электронике, для ряда деталей и узлов вместо золота стали использовать палладий, покрытия оловом, сплавами олова со свинцом и сплавом 65% Sn + 35% Ni с золотым подслоем. Сплав олова с никелем обладает высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью, приемлемой величиной контактного сопротивления и электропроводностью. Несмотря на то, что в настоящее время расход золота в электронике непрерывно возрастает, считается, что он мог быть на 30% выше, если бы не меры, направленные на экономию золота.
В микроэлектронике широко применяют пасты на основе на основе золота с различным электросопротивлением. Широкое использование золота и его сплавов для контактов слаботочной аппаратуры обусловлено его высокими электрическими и коррозионными свойствами. Серебро, платина и их сплавы при использовании в качестве контактов, коммутирующих микротоки при микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстро тускнеет в атмосфере, загрязненной сероводородом, а платина полимеризует органические соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из его сплавов обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. Золотые припои с низким давлением пара используют для пайки вакуумноплотных швов деталей электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмической промышленности.
В измерительной технике для контроля температуры и, особенно для измерений низких температур используют сплавы золота с кобальтом или хромом. В химической промышленности золото главным образом используют для плакирования стальных труб, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ.
Заключение.
Зарядовое число 79 золота делает его одним из высших по количеству протонов элементов, которые встречаются в природе. Ранее предполагалось, что золото образовывалось при нуклеосинтезе сверхновых звёзд, однако по новой теории предполагается, что золото и другие элементы тяжелее железа образовались в результате разрушения нейтронных звёзд. Спутниковые спектрометры в состоянии обнаружить образующееся золото лишь косвенно, «у нас нет прямых спектроскопических доказательств, что такие элементы действительно образуются». По этой теории в результате взрыва нейтронной звезды содержащая металлы пыль (в том числе тяжёлые металлы, например, золото) выбрасывается в космическое пространство, в котором оно впоследствии конденсируется, так произошло в Солнечной системе и на Земле. Поскольку сразу после своего возникновения Земля была в расплавленном состоянии, почти всё золото в настоящее время на Земле находится в ядре. Большинство золота, которое сегодня присутствует в земной коре и мантии, было доставлено на Землю астероидами во время поздней тяжёлой бомбардировки.
На Земле золото находится в рудах в породах, образованных начиная с докембрийского периода.
Содержание золота в земной коре очень низкое — 4,3⋅10-10 % по массе(0,5-5 мг/т), но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. Один литр и морской, и речной воды содержит менее 5⋅10−9 граммов Au, что примерно соответствует 5 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами.
Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях.
В экзогенных условиях золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях. Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа и марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.
В природе известны 15 золотосодержащих минералов: самородное золото с примесями серебра, меди и др., электрум Au и 25 — 45 % Ag; порпесит AuPd; медистое золото, бисмутоаурит (Au, Bi); родистое золото, иридистое золото, платинистое золото. Встречается также вместе с осмистым иридием (ауросмирид) Остальные минералы представлены теллуридами золота: калаверит AuTe2, креннерит AuTe2, сильванит AuAgTe4, петцит Ag3AuTe2, мутманит (Ag, Au)Te, монтбрейит Au2Te3, нагиагит Pb5AuSbTe3S6.
Для золота характерна самородная форма. Среди других его форм стоит отметить электрум, сплав золота с серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды.
Различаются вторичные месторождения золота — россыпи, в которые оно попадает в результате разрушения первичных рудных месторождений, и месторождения с комплексными рудами — в которых золото извлекается в качестве попутного компонента.
Некоторые микроорганизмы, такие, как Cupriavidus metallidurans, способны осаждать металлическое золото из растворов его солей. Некоторые же другие микроорганизмы, напротив, обладают способностью растворять металлическое золото, выделяя в окружающую среду соединения с сильной окислительной активностью, способные к окислению золота, такие, как перхлорат, селенат, или же соединения, способные к растворению золота за счёт образования стабильных комплексов с ионами золота, такие, как цианиды, тиоцианаты, некоторые органические кислоты и свободные аминокислоты. Этот цикл растворения и осаждения золота при участии микроорганизмов играет важную роль в формировании вторичных месторождений золота. Нередко самородное золото, находимое в этих вторичных месторождениях, под электронным микроскопом оказывается имеющим бактериоформную структуру.
Кроме того, растворение некоторыми микроорганизмами золота делает его биодоступным для других живых организмов — почвенных беспозвоночных, растений, и, по восходящей пищевой цепочке, других животных, птиц и человека. Для некоторых микроорганизмов ионы золота могут играть биологическую роль. Так, Micrococcus luteus способен факультативно использовать ионы золота в качестве кофактора для одного из своих ферментов — метанмонооксигеназы. При этом данный фермент более эффективно окисляет метан, чем используя по умолчанию железо. Выдвинуто предположение, что ассоциация многих видов метанотрофных и метилотрофных бактерий с месторождениями золота, или даже непосредственно с поверхностью зёрен золота, возможно, не является случайной. Возможно, что и другие метанотрофные бактерии могут использовать золото таким же образом, как это делает M. luteus. Однако это предположение пока не подвергалось научной проверке, и другие ферменты или виды микроорганизмов, способные использовать золото в своём метаболизме, пока не обнаружены.
Список летературы
- Потёмкин С. В. Благородный 79-й: Очерк о золоте / Рецензент: д-р техн. наук В. Г. Лешков. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Недра, 1988. — 176 с. — 141 500 экз. — ISBN 5-247-00161-3. (обл.)
- Брук Лармер, Цена Золота: National Geographic Россия, Февраль 2009, с. 85-105.
- Определение в компонентах водных экосистем золота и других элементов методом нейтронноактивационного анализа // Вода: технология и экология. 2009. № 2. с. 62 — 68.
- Золото // Железное дерево — Излучение. — М. : Большая российская энциклопедия, 2008. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 10). — ISBN 978-5-85270-341-5.
12. Анюфриева Л.В. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. Москва изд. «АСТ-ПРЕСС», 1994.
13. 2. Манкевич В.А. Основы химии. Справочник. Санкт-Петербург,1990
14. 3. Степин Б.Д Книга по химии для домашнего чтения. Москва: Химия, 1995.
15. 4. Токарев Б.Н. Любознательным о химии. Москва изд. «Химия», 1978г.
16. 5. Популярная библиотека химических элементов. Изд. «Наука» Москва 1973г.
17. 6. Химия. Энциклопедия. Под редакцией В.Володина. Москва 2000г.