главная > справочник > химическая энциклопедия: Золото
Золото (Aurum) Au, хим. элемент I гр. периодич. системы, ат. н. 79, ат. м. 196,9665; относится к благородным металл.м. В природе один стабильный изотоп 197 Аu. Конфигурация внеш. электронной оболочки 5d 10 6s 1 ; степени окисления +1, +3, редко +5; энергии ионизации Аu 0 : Аи + : Аu 2+ : Аu 3+ соотв. равны 9,2258, 20,5 и 30,5 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,4 сродство к электрону 2,8 эВ; атомный радиус 0,144 нм, ионные радиусы (в скобках указаны координац. числа) Аu + 0,151 нм (6), Аu 3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6). Содержание золота в земной коре 4,3-10 % по массе, в воде морей и океанов менее 5.10 - 6 мг/л. Относится к рассеянным элементам. Известно более 20 минералов. из которых главный - самородное 3. (электрум, медистое, палладистое, висмутистое 3. и др.), представляющее собой твердый раствор Ag (от следов до 43%) в 3. и содержащее также Сu, Fе, Рb, реже - металлы платиновой группы, Mn, Bi и др. Хим. соединения золота в природе редки, в осн. это теллуриды - калаверит АuТе 2 , креннерит (Au,Ag)Te 2 , сильванит AuAgTe 4 , петцит Ag 3 AuTe 2 , мутманнит (Ag,Au)Te, монтбрейит Аu 2 Те 3 и др. 3. присутствует главным образом в кварце. карбонатах, пирите. арсенопирите, галените, сфалерите, халькопирите. В рудах золото присутствует в виде вкраплений размерами б. ч. 0,1-1000 мкм, иногда находят самородки до неск. десятков кг. Генетич. типы пром. месторождений золота: гидротермальные высокотемпературные золото-арсенопиритовой формации; гидротермальные среднетемпературные кварц-сульфидной и золото-кварцевой формаций; гидротермальные низкотемпературные золото-серебряной формации; месторождения выветривания и метаморфизованные; аллювиальные россыпи. 3олото извлекают из собственно золотых руд и, попутно, из железных, медных, свинцово-цинковых и урановых руд. Мировые пром. ресурсы золота (без СССР) ок. 65 тыс. т.
Свойства. Золото - желтый металл. кристаллич. решетка гранецентрир. кубическая, а = 0,40786 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m. Т. пл. 1064,4 °С, т. кип. 2880 °С; плотн. твердого 3. 19,32 г/см 3 , жидкого 17,22 г/см 3 (1100°С); С 0 p 25,39 Дж/(моль.К); DH 0 пл 12,55 кДж/моль,DH 0 исп 348 кДж/моль; S 0 298 47,40 Дж/(моль.К); ур-ния температурной зависимости давления пара. для твердого 3. lgp (гПа) = 3,94 - 19820/T - 0,3061gT - 0,16.10 - 3 Т (298-1337 Т), для жидкого lg p (Пa) = 10,710 + 17866/Т (1337-3150 К); температурные коэф. линейного расширения (5,98-19,10).10 - 6 К - 1 (40-1200 К), объемного (1,79-5,73).10 - 5 К - 1 (40-1200 К); теплопроводность 318 Вт/(м.К) при 273 К; r (2,06-2,84).10 - 8 Ом.м (273-373 К), температурный коэф. r 4,0.10 - 3 К - 1 (273-373 К); диамагнетик. магн. восприимчивость —29,59.10 - 6 . золото - очень мягкий и пластичный металл. твердость по Моосу
2,5, по Бринеллю 220-250 МПа; модуль упругости 81 ГПа; s раст 10-25 МПа. 3олото устойчиво на воздухе и в воде; с О 2 , Н 2 , N 2 , P, Sb и С непосредственно не взаимодействует. Фосфид Аu 2 Р 3 (DH 0 обр -102 кДж/моль) и антимонид AuSb 2 (DH 0 обр - 13 кДж/моль) получают косвенным путем. 3олото не раств. в растворах щелочей и кислотах, раств. в горячей H 2 SeO 4 , смесях кислот - Н 2 SО 4 с HNO 3 , H 2 SO 4 с НМnО 4 , а также в царской водке (НСl + НNO 3 ): Аu + HNO 3 + 4НСl : H[AuCl 4 ] + NO + 2Н 2 О; после осторожного выпаривания выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной кислоты НАuСl 4 .3Н 2 О. В водных растворах цианидов (Na, Ca, К) при доступе О 2 или др. окислителей 3. раств. с образованием дицианоаурат-иона (цианирование): 2Au + 4CN - + Н 2 О + 0,5О 2 : 2[Au(CN) 2 ] - + 2OH - , что лежит в основе важнейшего пром. способа извлечения золота из руд. С галогенами в отсутствие влаги золото без нагревания не взаимод., при нагр. порошка 3. в атмосфере галогенов образуются золота галогениды. С мн. металлами золото дает сплавы. На легком образовании амальгамы золота основан один из методов извлечения золота из горных пород. Соед. золота неустойчивы, в водных растворах гидролизуются, легко восстанавливаются до металл.. В табл. 1 приведены значения стандартных окислит.-восстановит. потенциалов E 0 некоторых соед. AuL n (где L - лиганд. п = 1,3). Важнейшим соед. золота посвящены отдельные статьи [см. Золота цианиды, Золото.рганические соединения, Калия дицианоаурат (I)], ниже приводятся сведения о др. соединениях 3.
Гидроксид Au(OH) 3 - темно-коричневые кристаллы; при нагр. дегидратируется с образованием сначала АuО(ОН), а затем сесквиоксида Аu 2 О 3 , который выше 160°С разлагается на золото и О 2 ; растворимость в воде 2,4.10 - 12 моль/л при 20 °С, в растворах НNО 3 - до 0,38 моль/л при 25 °С, в растворах NaOH - до 8.10 - 4 моль/л при 25°С. В последнем случае в растворе золото находится в виде гидроксоаурат-ионов [Аu(ОН) 4 ] - (рН 7-13). Образуется Аu(ОН) 3 при добавлении конц. раствора щелочи или Mg(OH) 2 к растворам Н[АuСl 4 ]. Ауpaты неустойчивы, легко разлагаются при нагревании. Аураты щелочных металл.в хорошо раств. в воде, растворимость растет с увеличением ионного радиуса катиона. аураты Mg, Ca, Sr, Ba, Тl(I) ограниченно растворимы. Аураты с некоторыми орг. веществами образуют взрывчатые смеси. Предполагают, что при действии на гидроксид золота растворов щелочи образуются аурат-анионы [Н 2 АuО 3 ] - , [HAuO 3 ] 2 - , [AuO 3 ] 3 - . См. также табл. 2.
Др. кислородные соед. золота неустойчивы, легко образуют взрывчатые смеси. Соед. Аu 2 О 3 с аммиаком Au 2 O 3 .4NH 3 называют "гремучим золотом"; взрывается при 145°С, иногда и при более низких температурах; без взрыва раств. в растворах цианидов щелочных металл.в. Гемисульфид золота Au 2 S - черно-коричневые кристаллы; DG 0 обр 29 кДж/моль; плохо раств. в воде (произведение растворимости 4.10 - 69 при 25 °С), раств. в растворах цианидов и полисульфидов щелочных металл.в. Получают взаимод. конц. раствора K[Au(CN) 2 ] с H 2 S с послед. нагреванием до кипения с избытком соляной кислоты. Сесквисульфид Au 2 S 3 - черные кристаллы; разлагается при нагр. до 200 °С; не раств. в соляной и серной кислотах, раств. в HNO 3 с выделением элементарного золота, растворах KCN, бромной воде. Получают взаимод. H 2 S с АuСl 3 или комплексными хлоридами 3. в безводном эфире на холоду. Известны комплексные соед., содержащие анионы [AuS 3 ] 2 - , [AuS 2 ] - , [AuS] - , [Au(SO 3 ) 2 ] 3 - , [Au(S 2 O 3 ) 2 ] 3 - . Моноселенид AuSe существует в двух кристаллич. модификациях моноклинной сингонии. При обработке солянокислых растворов золота на холоду селеноводородом осаждается сесквиселенид Au 2 Se 3 .H 2 Se, устойчивый (после сушки) в интервале 40-390°С; при 535-650°C разлагается с выделением элементарного золота. Селенат (IV) Au 2 (SeO 3 ) 3 .3H 2 SeO 3 лимонно-желтые кристаллы; не раств. в воде, раств. в соляной и селенистой (при нагр.) кислотах. Селенат (VI) Au 2 (SeO 4 ) 3 желтые кристаллы; DH 0 обр — 954 кДж/моль; не раств. в воде, разлагается соляной кислотой, раств. в H 2 SO 4 , HNO 3 и горячей конц. H 2 Se0 4 . Теллурид (гемителлурид) АuТе 2 - кристаллы от латунно-желтого до серебристо-белого цвета с металл.ч. блеском; плотн. 9,3 г/см, DH 0 обр — 11 кДж/моль; хрупок, твердость по Моосу 2,5-3. Тиоцианат AuSCN - бесцв. кристаллы; не раств. в воде и орг. растворителях; при 140°С разлагается до металл.ч. 3. и (SCN) n ; под действием воды образует в растворах прочные комплексные анионы [Au(SCN) 2 ] - и [Au(SCN) 4 ] - . Коллоидное золото. При восстановлении золота в разб. растворах его солей, а также при электрич. распылении золота в воде образуются коллоидные растворы золота, окраска которых зависит от степени дисперсности частиц, а интенсивность окраски от их концентрации. Частицы золота в коллоидном растворе отрицательно заряжены. Гидрофобный золь золота в солянокислом водном растворе можно представить схемой:
[Аu] m - ядро мицеллы (число атомов т в зависимости от условий может меняться от неск. сотен до миллионов единиц); АuСl 4 - - ионы, определяющие отрицательный заряд коллоидной частицы золота и величину потенциала адсорбц. слоя толщиной d 0 ; Н + - противоионы, определяющие потенциал диффузионного слоя (электрокинетич. потенциал), из которых х ионов находится в размытой части двойного слоя толщиной d; n - кол-во ионов АuСl 4 - , адсорбированных на пов-сти ядра мицеллы, при этом п т.
Получение. Источники золота - руды и пески собственно золотых россыпных и коренных месторождений (содержание 3. в них 5-15 г/т), а также промежут. продукты (0,5-3 г/т) свинцово-цинкового, медного, уранового и некоторых др. произ-в. Из россыпей золота извлекают гравитац. методами, используя т. н. ловушки, отсадочные машины, концентрац. смолы, шлюзы, разл. промывочные приборы. Со дна рек и озер золотоносные пески добывают и обогащают на драгах. При извлечении золота из коренных руд используют комбинир. схемы, включающие обогатительные (гравитация, флотация) и металл.ргические (выщелачивание, ионообменная сорбция из пульп, цианирование, реже амальгамирование) операции. При использовании цианирования измельченную руду или концентрат обрабатывают раствором NaCN при перемешивании; из цианистых растворов золото осаждают порошком Zn, с помощью ионообменных смол или активир. углей. Конечные продукты схемы - обычно гравитационный концентрат (т. н. золотая головка) и черновое золото. Очищают золото растворением в царской водке с послед. избират. осаждением (напр., с помощью FeSO 4 ), хлорированием в расплаве или растворе (хлоринация) и электролитич. рафинированием в солянокислом растворе.
Определение. Качественно золото обнаруживают по образованию окрашенных осадков и растворов. Используют реакции соед. 3. с Hg 2 Cl 2 , H 2 O 2 , SnCl 2 , K 4 [Fe(CN) 6 ], KI, бснзидином, 1-нафтиламином, о -толуидином, гваяковой смолой, комплексоном III, аскорбиновой кислотой, фенилтиомочевиной, дитизоном, родамином, изохинолином и др. Можно использовать сорбцию на ионообменных смолах, а также методы электрофореза, хроматографии (круговой тoнкослойной, осадительной и распределительной), люминесценции. Количественно золото определяют гравиметрически (в виде металл.ч. 3.), титриметрически (восстановлением Аu 3+ с послед. титрованием избытка восстановителя), фотометрически (по оранжевой окраске бромаурат-иона, а также по интенсивной окраске соед. золота с разл. орг. реагентами), электрохимически, спектральными методами, методами активац., атомно-абсорбц. и пробирного анализов. Для предварит. концентрирования золота используют хим. методы, жидкостную экстракцию и хроматографию.
Применение. золото - валютный металл. выполняет ф-цию всеобщего эквивалента денег. 3олото и его сплавы используют для декоративных целей, изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, зубных протезов, деталей хим. аппаратуры, электрич. контактов и проводов, изделий микроэлектроники, для плакирования труб в хим. промышленности, в произ-ве припоев, катализаторов, часов, для окрашивания стекол, изготовления перьев для авторучек, нанесения покрытий на металл.ч. пов-сти (в самолетостроении, космич. технике и др. областях). Искусств. радиоактивный изотоп 198 Аu (T 1/2 2,967 сут) используют для лечения опухолей в радиотерапии. Мировое производство золота (без СССР) ок. 1100 т/год (1984). Осн. производители - ЮАР, СССР, Канада, США, Бразилия, Австралия. Некоторые препараты Au(I) токсичны, накапливаются в почках, в меньшей мере - в печени, селезенке и гипоталамусе; накопление золота в почках может привести к их заболеванию, а также к дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. 3олото было известно человеку уже в древнейшие времена; возможно, что оно явилось первым металл.м, который человечество стало применять для своих потребностей. Имеются данные о добыче золота и изготовлении из него разл. изделий в Египте (4100-3900 до н. э.), Индии, Индокитае (2000-1500 до н. э.) и др. Лит.: Бусев А. И., Иванов В. М., Аналитическая химия золота, М., 1973; Малышев В. М., Румянцев Д. В., Золото. М., 1979; Паддефет Р., Химия золота, пер. с англ., М., 1982; Благородные металл.. Справочник, под ред. Е. М. Савицкого, М., 1984; Марфунин А. С., История золота, М., 1987. © B. C. Стрижко, М. А. Меретуков.