Золото
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 197 Аu.
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 -6 г/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 Au 1+ 1,37 Å. Плотность (при 20°С) 19,32 г/см3, tпл 1064,43 °С, tкип 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 -8 ом·м (2,25·10-6 ом·см) (при 20 °С); температурный коэффициент электросопротивления 0,00396 (0-100 °С). Твердость золота по Бринеллю 180 Мн/м 2 (18 кгс/мм 2 ) (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:
Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты:
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:
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:
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%.
Источник
Какие металлы реагируют с водой?
Прежде всего следует запомнить, что металлы делят в целом на три группы:
1) Активные металлы: к таким металлам относятся все щелочные металлы, щелочноземельные металлы, а также магний и алюминий.
2) Металлы средней активности: к таковым относят металлы, расположенные между алюминием и водородом в ряду активности.
3) Малоактивные металлы: металлы, расположенные в ряду активности правее водорода.
В первую очередь нужно запомнить, что малоактивные металлы (т.е. те, что расположены после водорода) с водой не реагируют ни при каких условиях.
Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при любых условиях (даже при обычной температуре и на холоде), при этом реакция сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла. Например:
Магний из-за того, что покрыт защитной оксидной пленкой, реагирует с водой только при кипячении. При нагревании в воде оксидная пленка, состоящая из MgO, разрушается и находящийся под ней магний начинает реагировать с водой. При этом реакция также сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида металла, который, однако, в случае магния нерастворим:
Алюминий так же, как и магний, покрыт защитной оксидной пленкой, однако в этом случае кипячением ее разрушить нельзя. Для ее снятия требуются либо механическая чистка (каким-либо абразивом), либо ее химическое разрушение щелочью, растворами солей ртути или солей аммония:
Металлы средней активности реагируют с водой лишь тогда, когда она находится в состоянии перегретого водяного пара. Сам металл при этом должен быть нагрет до температуры красного каления (около 600-800 о С). В отличие от активных металлов, металлы средней активности при реакции с водой вместо гидроксидов образуют оксиды металлов. Продуктом восстановления и в этом случае является водород:
Fe + H2O = FeO + H2 (в зависимости от степени нагрева)
Источник
В чем растворяется золото: обзор химикатов, способных растворить золото
Золото — крайне малоактивный металл. Даже в природе оно встречается, в основном, в виде самородков (в отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, находящихся исключительно в составе минералов или других соединений). При долгом нахождении на воздухе оно не окисляется кислородом ( сей благородный металл ценят в том числе и за это). Поэтому найти, в чем растворяется золото, достаточно сложно, но можно.
Промышленный метод
При добыче золота из так называемых золотоносных песков приходится работать со взвесью примерно одинаково мелких частиц золота и песчинок, которые нужно отделить друг от друга. Можно сделать это с помощью промывания, а можно использовать цианид натрия или калия — разницы нет. Дело в том, что золото образует растворимый комплекс с цианид-ионами, а песок не растворяется и остается как есть.
Ключевым моментом в этой реакции является наличие кислорода (того, что содержится в воздухе, достаточно): кислород окисляет золото в присутствии цианид-ионов и получается комплекс. При недостаточном количестве воздуха или сама по себе без цианида реакция не идет.
Сейчас это наиболее распространенный способ промышленного получения золота. Конечно, до получения конечного продукта еще много стадий, но нас интересует конкретно этот этап: растворы цианидов — то, в чем растворяется золото.
Амальгама
Процесс амальгамации также применяют в промышленности, только уже при работе с рудами и твердыми породами. Суть его заключается в способности ртути образовывать амальгаму — интерметаллическое соединение. Строго говоря, ртуть в этом процессе не растворяет золото: оно остается в амальгаме в твердом виде.
При амальгамации идет смачивание породы жидкой ртутью. Однако процесс «вытягивания» золота в амальгаму долгий, опасный (пары ртути ядовиты) и малоэффективный, поэтому этот метод уже редко где применяют.
Царская водка
Есть много кислот, способных разъедать живые ткани и оставлять страшные химические ожоги (вплоть до летального исхода). Однако нет такой одиночной кислоты, в какой растворяется золото. Из всех кислот подействовать на него может только знаменитая смесь — царская водка. Это азотная и соляная (хлороводородная) кислоты, взятые в соотношении 3 к 1 по объему. Замечательные свойства этого адского коктейля обусловлены тем, что кислоты берутся в очень больших концентрациях, что сильно повышает их окислительную способность.
Царская водка начинает действовать с того, что азотная кислота начинает окислять сперва соляную, и в ходе этой реакции образуется атомарный хлор — очень реакционноспособная частица. Именно она идет на атаку золота и образует с ним комплекс — золотохлористоводородную кислоту.
Это очень полезный реактив. Очень часто золото хранят в лаборатории именно в виде кристаллогидрата такой кислоты. Нам же оно служит лишь подтверждением того, что золото растворяется в царской водке.
Стоит еще раз обратить внимание на то, что окисляет металл в этой реакции не одна из двух кислот, а продукт их взаимной реакции. Так что если взять, например, одну лишь «азотку» — известную кислоту-окислитель — ничего не выйдет. Ни концентрация, ни температура не смогут сделать так, чтобы золото растворилось в азотной кислоте.
Хлорка
В отличие от кислот, в частности хлороводородной кислоты, отдельные вещества могут стать тем, в чем растворяется золото. Широко известная бытовая хлорка — раствор газообразного хлора в воде. Конечно, обычным магазинным раствором ничего не сделаешь, нужны концентрации повыше.
Хлорная вода действует следующим образом: хлор диссоциирует на соляную и на хлорноватистую кислоты. Хлорноватистая кислота под светом разлагается на кислород и соляную кислоту. В таком разложении выделяется атомарный кислород: как и атомарный хлор в реакции с царской водкой, он очень активен и окисляет золото за милую душу. В итоге опять получается комплекс золота с хлором, как и в предыдущем способе.
Другие галогены
Кроме хлора, золото также неплохо окисляют и другие элементы седьмой группы таблицы Менделеева. В полной мере сказать о них: «то, в чем растворяется золото» — трудно.
С фтором золото может реагировать по-разному: при прямом синтезе (с температурой 300-400°С) образуется фторид золота III, который в воде немедленно гидролизуется. Он настолько неустойчив, что разлагается даже при воздействии плавиковой (фтороводородной) кислоты, хотя среди фторид-ионов ему должно быть комфортно.
Также действием сильнейших окислителей: фторидов благородных газов (криптона, ксенона) можно получить и фторид золота V. Такой фторид вообще взрывается при контакте с водой.
С бромом дела обстоят несколько проще. Бром в обычных условиях — жидкость, и золото неплохо рассеивается в его растворах, образуя растворимый бромид золота III.
С йодом золото также реагирует при нагревании (до 400°С), образуя йодид золота I (такая степень окисления объясняется меньшей активностью йода по сравнению с другими галогенами).
Таким образом, золото, несомненно, реагирует с галогенами, однако растворяется ли золото в них — спорное утверждение.
Раствор Люголя
На самом деле, йод (обычный йод I2) в воде нерастворим. А растворим его комплекс с йодидом калия. Это соединение называется раствором Люголя — и он умеет растворять золото. Между прочим, им же часто смазывают горло болеющим ангиной, так что не все так однозначно.
Эта реакция также идет через образование комплексов. Золото образует с йодом комплексные анионы. Используется, как правило, для травления золота — процесс, при котором взаимодействие идет только с поверхностью металла. Раствор Люголя удобен в этом случае, потому что в отличие от царской водки и цианидов, реакция идет заметно медленнее (и реактивы доступнее).
Бонус
Говоря о том, что одиночные кислоты — это то, в чем золото не растворяется, мы немного соврали — на самом деле такие кислоты есть.
Хлорная кислота — одна из самых сильных кислот. Ее окислительные свойства чрезвычайно высоки. В разбавленном растворе они проявляются плохо, однако в больших концентрациях творят чудеса. При реакции образуется ее соль перхлорат золота — желтый и неустойчивый.
Из кислот, в каких растворяется золото, есть еще горячая концентрированная селеновая кислота. В результате также образуется соль — селенат золота красно-желтого цвета.
Источник
