золото

ЗОЛОТО (Aurum) Au

хим. элемент I гр. периодической системы, ат. н. 79, ат. м. 196,9665; относится к благородным металлам. В природе один стабильный изотоп ¹⁹⁷Au. Конфигурация внеш. электронной оболочки 5d¹⁰6s¹; степени окисления +1, +3, редко +5; энергии ионизации Au⁰ : Au⁺ : Au²⁺ : Au³⁺ 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) Au⁺ 0,151 нм (6), Au³⁺ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6). Содержание 3. 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 Cu, Fe, Pb, реже — металлы платиновой группы, Mn, Bi и др. Хим. соединения 3. в природе редки, в осн. это теллуриды — калаверит AuТе₂, креннерит (Au,Ag)Te₂, сильванит AuAgTe₄, петцит Ag₃AuTe₂, мутманнит (Ag,Au)Te, монтбрейит Au₂Те₃ и др. 3. присутствует гл. обр. в кварце, карбонатах, пирите, арсенопирите, галените, сфалерите, халькопирите. В рудах 3. присутствует в виде вкраплений размерами б. ч. 0,1–1000 мкм, иногда находят самородки до неск. десятков кг. Генетич. типы пром. месторождений 3.: гидротермальные высокотемпературные золото-арсенопиритовой формации; гидротермальные среднетемпературные кварц-сульфидной и золото-кварцевой формаций; гидротермальные низкотемпературные золото-серебряной формации; месторождения выветривания и метаморфизованные; аллювиальные россыпи. 3. извлекают из собственно золотых руд и, попутно, из железных, медных, свинцово-цинковых и урановых руд. Мировые пром. ресурсы 3. (без СССР) ок. 65 тыс. т.

Свойства. 3. — желтый металл; кристаллич. решетка гранецентрир. кубическая, а = 0,40786 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m. Т. пл. 1064,4 °C, т. кип. 2880 °C; плотн. твердого 3. 19,32 г/см³, жидкого 17,22 г/см³ (1100 °C); С⁰_p 25,39 Дж/(моль∙К); ΔH⁰_пл 12,55 кДж/моль,ΔH⁰_исп 348 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 47,40 Дж/(моль∙К); уравнения 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 lgp(Па) = 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; ρ (2,06–2,84)∙10⁻⁸ Ом∙м (273–373 К), температурный коэф. ρ 4,0∙10⁻³ К⁻¹ (273–373 К); диамагнетик, магн. восприимчивость —29,59∙10⁻⁶. З. — очень мягкий и пластичный металл, твердость по Моосу ~ 2,5, по Бринеллю 220–250 МПа; модуль упругости 81 ГПа; σ_раст 10–25 МПа. 3. устойчиво на воздухе и в воде; с O₂, H₂, N₂, P, Sb и С непосредственно не взаимодействует. Фосфид Au₂Р₃ (ΔH⁰_обр −102 кДж/моль) и антимонид AuSb₂ (ΔH⁰_обр −13 кДж/моль) получают косвенным путем. 3. не раств. в растворах щелочей и кислотах, раств. в горячей H₂SeO₄, смесях кислот — H₂SO₄ с HNO₃, H₂SO₄ с НMnO₄, а также в царской водке (HCl + HNO₃): Au + HNO₃ + 4HCl → H[AuCl₄] + NO + 2H₂O; после осторожного выпаривания выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной кислоты НAuCl₄.3H₂O. В водных растворах цианидов (Na, Ca, К) при доступе O₂ или др. окислителей 3. раств. с образованием дицианоаурат-иона (цианирование): 2Au + 4CN⁻ + H₂O + 0,5O₂ → 2[Au(CN)₂]⁻ + 2OH⁻, что лежит в основе важнейшего пром. способа извлечения 3. из руд. С галогенами в отсутствие влаги 3. без нагревания не взаимод., при нагр. порошка 3. в атмосфере галогенов образуются золота галогениды. С мн. металлами 3. дает сплавы. На легком образовании амальгамы 3. основан один из методов извлечения 3. из горных пород. Соед. золота неустойчивы, в водных растворах гидролизуются, легко восстанавливаются до металла. В табл. 1 приведены значения стандартных окислительно-восстановит. потенциалов E⁰ некоторых соед. AuL_n (где L — лиганд, п = 1,3). Важнейшим соед. 3. посвящены отдельные статьи [см. Золота цианиды, Золотоорганические соединения, Калия дицианоаурат(I)], ниже приводятся сведения о других соединениях 3.

Гидроксид Au(OH)₃ — темно-коричневые кристаллы; при нагр. дегидратируется с образованием сначала AuO(ОН), а затем сесквиоксида Au₂O₃, который выше 160 °C разлагается на 3. и O₂; растворимость в воде 2,4∙10⁻¹² моль/л при 20 °C, в растворах HNO₃ — до 0,38 моль/л при 25 °C, в растворах NaOH — до 8∙10⁻⁴ моль/л при 25 °C. В последнем случае в растворе 3. находится в виде гидроксоаурат-ионов [Au(OH)₄]⁻ (pH 7–13). Образуется Au(OH)₃ при добавлении конц. раствора щелочи или Mg(OH)₂ к растворам Н[AuCl₄]. Ауpaты неустойчивы, легко разлагаются при нагревании. Аураты щелочных металлов хорошо раств. в воде, растворимость растет с увеличением ионного радиуса катиона; аураты Mg, Ca, Sr, Ba, Tl(I) ограниченно растворимы. Аураты с некоторыми орг. веществами образуют взрывчатые смеси. Предполагают, что при действии на гидроксид 3. растворов щелочи образуются аурат-анионы [H₂AuO₃]⁻, [HAuO₃]²⁻, [AuO₃]³⁻. См. также табл. 2.

Др. кислородные соед. 3. неустойчивы, легко образуют взрывчатые смеси. Соед. Au₂O₃ с аммиаком Au₂O₃.4NH₃ наз. "гремучим 3."; взрывается при 145 °C, иногда и при более низких температурах; без взрыва раств. в растворах цианидов щелочных металлов. Гемисульфид 3. Au₂S — черно-коричневые кристаллы; ΔG⁰_обр 29 кДж/моль; плохо раств. в воде (произведение растворимости 4∙10⁻⁶⁹ при 25 °C), раств. в растворах цианидов и полисульфидов щелочных металлов. Получают взаимод. конц. раствора K[Au(CN)₂] с H₂S с послед. нагреванием до кипения с избытком соляной кислоты. Сесквисульфид Au₂S₃ — черные кристаллы; разлагается при нагр. до 200 °C; не раств. в соляной и серной кислотах, раств. в HNO₃ с выделением элементарного 3., растворах KCN, бромной воде. Получают взаимод. H₂S с AuCl₃ или комплексными хлоридами 3. в безводном эфире на холоду. Известны комплексные соед., содержащие анионы [AuS₃]²⁻, [AuS₂]⁻, [AuS]⁻, [Au(SO₃)₂]³⁻, [Au(S₂O₃)₂]³⁻. Моноселенид AuSe существует в двух кристаллич. модификациях моноклинной сингонии. При обработке солянокислых растворов 3. на холоду селеноводородом осаждается сесквиселенид Au₂Se₃.H₂Se, устойчивый (после сушки) в интервале 40–390 °C; при 535–650 °C разлагается с выделением элементарного 3. Селенат (IV) Au₂(SeO₃)₃.3H₂SeO₃ лимонно-желтые кристаллы; не раств. в воде, раств. в соляной и селенистой (при нагр.) кислотах. Селенат (VI) Au₂(SeO₄)₃ желтые кристаллы; ΔH⁰_обр −954 кДж/моль; не раств. в воде, разлагается соляной кислотой, раств. в H₂SO₄, HNO₃ и горячей конц. H₂Se0₄. Теллурид (гемителлурид) AuТе₂ — кристаллы от латунно-желтого до серебристо-белого цвета с металлич. блеском; плотн. 9,3 г/см, ΔH⁰_обр −11 кДж/моль; хрупок, твердость по Моосу 2,5–3. Тиоцианат AuSCN — бесцветные кристаллы; не раств. в воде и органических растворителях; при 140 °C разлагается до металлич. 3. и (SCN)_n; под действием воды образует в растворах прочные комплексные анионы [Au(SCN)₂]⁻ и [Au(SCN)₄]⁻. Коллоидное 3. При восстановлении 3. в разб. растворах его солей, а также при электрич. распылении 3. в воде образуются коллоидные растворы 3., окраска которых зависит от степени дисперсности частиц, а интенсивность окраски от их концентрации. Частицы 3. в коллоидном растворе отрицательно заряжены. Гидрофобный золь 3. в солянокислом водном растворе можно представить схемой:

[Au]m — ядро мицеллы (число атомов т в зависимости от условий может меняться от неск. сотен до миллионов единиц); AuCl₄⁻ — ионы, определяющие отрицательный заряд коллоидной частицы 3. и величину потенциала адсорбц. слоя толщиной d₀; H⁺ — противоионы, определяющие потенциал диффузионного слоя (электрокинетич. потенциал), из которых х ионов находится в размытой части двойного слоя толщиной d; n — количество ионов AuCl₄⁻, адсорбированных на поверхности ядра мицеллы, при этом п << т.

Получение. Источники З. — 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. производств. Из россыпей 3. 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 3. из коренных руд используют комбинир. схемы, включающие обогатительные (гравитация, флотация) и металлургические (выщелачивание, ионообменная сорбция из пульп, цианирование, реже амальгамирование) операции. При использовании цианирования измельченную руду или концентрат обрабатывают раствором NaCN при перемешивании; из цианистых растворов 3. осаждают порошком Zn, с помощью ионообменных смол или активир. углей. Конечные продукты схемы — обычно гравитационный концентрат (т. н. золотая головка) и черновое 3. Очищают 3. растворением в царской водке с послед. избират. осаждением (напр., с помощью FeSO₄), хлорированием в расплаве или растворе (хлоринация) и электролитич. рафинированием в солянокислом растворе.

Определение. Качественно 3. обнаруживают по образованию окрашенных осадков и растворов. Используют реакции соед. 3. с Hg₂Cl₂, H₂O₂, SnCl₂, K₄[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 тонкослойной, осадительной и распределительной), люминесценции. Количественно 3. определяют гравиметрически (в виде металлич. 3.), титриметрически (восстановлением Au³⁺ с послед. титрованием избытка восстановителя), фотометрически (по оранжевой окраске бромаурат-иона, а также по интенсивной окраске соед. 3. с разл. орг. реагентами), электрохимически, спектральными методами, методами активац., атомно-абсорбц. и пробирного анализов. Для предварит. концентрирования 3. используют хим. методы, жидкостную экстракцию и хроматографию.

Применение. 3. — валютный металл, выполняет функцию всеобщего эквивалента денег. 3. 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 производстве припоев, катализаторов, часов, для окрашивания стекол, изготовления перьев для авторучек, нанесения покрытий на металлич. поверхности (в самолетостроении, космич. технике и др. областях). Искусств. радиоактивный изотоп ¹⁹⁸Au (T_1/2 2,967 сут) используют для лечения опухолей в радиотерапии. Мировое производство 3. (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 3. в почках может привести к их заболеванию, а также к дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. 3. было известно человеку уже в древнейшие времена; возможно, что оно явилось первым металлом, который человечество стало применять для своих потребностей. Имеются данные о добыче 3. 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 металлы. Справочник, под ред. Е. М. Савицкого, М., 1984; Марфунин А. С., История золота, М., 1987.}

_{В. С. Стрижко, М. А. Меретуков}