Физические и химические свойства золота
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Среди всех химических элементов в таблице Менделеева золото, пожалуй, является самым дорогим для человека. Ведь именно золото наибольше ценилось с древних времен, из него делали драгоценные украшения, чеканили монеты, служившие основной валютой для многих народов, именно золото стало одним из основных стимулов для завоевания новооткрытой Колумбом Америки алчными испанскими конкистадорами. Золото часто упоминается во всевозможных сказках, легендах, мифах, например поучительный миф о жадном царе Мидасе, который так любил золото, что боги, в конце концов, наделили его даром – все к чему он прикасался, превращалось в золото. Но дар этот стал и проклятием, так как даже дочь царя от его прикосновения превратилась в безжизненную золотую статую… На протяжении многих веков начиная с эпохи античности, через средневековье алхимики делали многочисленные опыты в тщетных попытках найти так званный «философский камень», по легенде превращающий обыкновенные металлы в золото. Да и в наше время золото не потеряло своей ценности, в нашей же статье мы поговорим о физических и химических свойствах этого столь ценного элемента.
Физические свойства
Издревле люди знали поговорку «не все золото, что блестит». Ведь в природе действительно встречается несколько минералов, похожих по внешнему виду на золото. Этим к слову пользовались фальшивомонетчики, изготавливая фальшивые золотые монеты. Поэтому опытные ювелиры, да и обычные люди былых эпох (особенно купцы), когда расчеты велись не долларами и евро, а золотыми монетами, должны были хорошо знать о физических свойствах золота, и как отличить настоящее золото от суррогата.
Общеизвестно, что золото имеет характерный ярко-желтый цвет. Но это только чистое золото, в котором отсутствуют примеси. Но чистое золото, да и то не всегда, сейчас встречается только в банковских слитках. Природное золото, как и золото в различных ювелирных изделиях имеет примеси других металлов: серебра, олова, меди. От этих сплавов золото может даже менять свой цвет, например, белое золото, представляет собой сплав собственно золота с серебром, палладием или никелем, окрашивающим его в белый цвет. (К слову нынче весьма популярны обручальные кольца из белого золота).
В ювелирном деле порой золотом называют сплавы, в которых доля самого золота может быть даже меньше 40%.
Золото само по себе очень мягкий материал, по шкале Мооса (шкале твердости) золото имеет 2,5-3 бала. Самый твердый материал алмаз – имеет 10 балов, а самый мягкий мел – всего 1 бал. Золото же куда ближе к мелу, чем к алмазу, его можно царапать, а при большом усилии даже резать ножом. Более того, на золоте даже можно оставить след сильно прокусив его зубами. Именно так, что называется «на зуб» купцы древности проверяли на подлинность золотые монеты. На фальшивых монетах из меди, просто замаскированных под золото тонким слоем позолоты сделать отметину зубами было невозможно, а вот на настоящей золотой монете обладатель крепких зубов вполне мог оставить след. (Опустим гигиенический момент этой процедуры, в средние века люди в целом были далеки от гигиены).
Золото хорошо полируется и имеет отражательные способности. Солнечные лучи способны проходить через тонкие листы золота, при этом тепловая часть лучей будет отражаться. Этой особенностью золота пользуются при изготовлении тонированных стекол небоскребов в жарких странах, например Арабских Эмиратах. Стекла их небоскребов имеют в своем составе золото, что позволяет содержать интерьер зданий в прохладе в течение горячих летних месяцев.
Тонкие слои золота также используются в шлеме космонавтами, так как защищают их от инфракрасных лучей в открытом космосе.
Также золото имеет высокую пластичность и ковкость, ему легко можно придать любую геометрическую форму, чем на протяжении веков пользовались мастера ювелиры, изготавливая из золота самые разные украшения, а порой и подлинные произведения искусства.
Благодаря тому, что золото отлично тянется, из одного его грамма можно сделать тонкую пластину или проволоку длиной 2610 метра. Такие проволоки сегодня активно используются электронной индустрии, когда нужно создать электрические цепи в чипах микроскопических размеров.
Температура плавления золота составляет 1063˚ С, кипения 2947˚ С. В расплавленном состояние золото представляет собой жидкость бледно-зеленого цвета. А при нагревании золота выше температуры плавления оно будет улетучиваться, и летучесть его будет тем большей, чем большей будет температура.
Плотность золота составляет 19,3 г/см3. Это означает, что оно весит в 19,3 раза больше, чем равный объем чистой воды. Более высокую плотность имеют только некоторые металлы платиновой группы (индий — 22,6 г/см3). Частица золота в 2,5 раза тяжелее, чем такая же по размеру частица серебра, и приблизительно в 8 раз тяжелее куска кварца, который обычно находится рядом с золотом.
Химические свойства и место в таблице Менделеева
В таблице Менделеева золото имеет латинское название Aurum (Au) – это элемент первой группы с атомным номером 79. Практически все природное золото состоит из изотопа 197 Au. Валентность золота в различных химических соединениях и сплавах составляет обычно +1 или +3.
Как мы писали выше, за грядущие века алхимики в попытках создать философский камень провели с золотом множество самых различных экспериментов. Философский камень, увы, так и не создали, зато в своих поисках узнали множество химических свойства золота и сделали множество других полезных научных открытий в химии.
Из интересных химических особенностей золота можно отметить тот факт, что сера и кислород, весьма агрессивные по отношению к множеству других металлов, на золото никак не реагируют. Иными словами золото не окисляется, не ржавеет со временем. Возможно, что именно эта его особенность и сделала этот метал столь ценным в глазах людей.
Также золото не реагирует и с такими химическими элементами как водород, углерод, фосфор и азот. Галогены с золотом при нагревании образуют соединения: AuF3, AuCl3, AuBr3 и AuI.
Никак не действуют на золото также щелочи и большинство минеральных кислот. На этом свойстве основан один из методов проверки подлинности золота: в фарфоровую чашку с истолченным золотом заливается азотная кислота, которая затем подогревается до температуры кипения. Если золото растворилось в кислоте — значит это вовсе и не золото, а фальшивка, подлинное золото в таких условиях не растворится.
И наоборот золото хорошо реагирует с хлорной и бромной водой, но такие химические реакции осуществляют лишь профессиональные химики. Что же касается бытовых условий, то опасность для золота представляет йодная настойка – водно-спиртовый раствор йода и иодида калия, поэтому держите от нее подальше свои золотые кольца и прочие украшения из золота. Химическую реакцию золота с йодной настойкой можно описать следующей формулой:
2Au + I2 + 2KI ® 2K[AuI2].
Также золото можно растворить в концентрированной серной кислоте, но только 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 важнейшего промышленного способа извлечения золота из руд — цианирования.
Золото в природе
В природных условиях золото содержится в горных породах и рудах. В разных породах может быть разное количества золота, где-то его совсем мало, а где-то хранится золотая жила. В былые времена находки таких жил приводили к так званным «золотым лихорадкам». Например, когда в XIX веке нашли золото на Аляске, тысячи старателей ринулись туда в надежде обогатиться. Среди таких старателей был и знаменитый американский писатель Джек Лондон. Золото он так и не нашел, зато написал замечательные романы, сделавшие его богатым и известным.
В малых количествах золото содержится в организмах животных и растений. Так еще в XVIII французский химик Клод Луи Бертолле обнаружил золото в золе некоторых растений.
Большое количество золота находится также в гидросфере нашей планеты, в пучинах мирового океана. Особенно любопытно, что наибольшая концентрация золота обнаружена в водах Мертвого моря, самого необычного моря на Земле.
И по сегодняшний день люди ведут золотодобычу, правда золото в нашем современном мире уже не имеет такой большой значимости как в былые времена, тем не менее, и сегодня оно остается одним из самых ценным материалом и элементов таблицы Менделеева.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.