Злато

Златото е химичен елемент с атомен номер 79 и означение Au. То е тежък, мек, блестящ и ковък метал. Провежда електричеството. Има яркожълт цвят и блясък, традиционно смятан за привлекателен. Не ръждясва във въздуха и във водата.

Златото е преходен метал. Намира се в период 6, група 11 на периодичната система.При нормални условия е в твърдо агрегатно състояние. То е един от най-слабо активните елементи. По тази причина се среща често в самородна форма – като златни зърна и жили в скалите или в алувиални отлагания. По-рядко е съставна част на химични съединения, образуващи минерали, най-често в съединение с телура.

Златото е устойчиво на действието на най-силните киселини поотделно, но може да бъде разтворено в смес на азотна и солна киселина, наричана по тази причина царска вода. То се разтваря и в алкални разтвори на цианиди, които намират приложение в добивната промишленост, както и в живак, образувайки амалгамни сплави. Златото е неразтворимо в азотна киселина, която разтваря повечето метали, включително среброто. Този факт се използва за установяване на наличието на злато чрез т. нар. киселинна проба.

Още отпреди появата на писана история златото е ценен и много търсен благороден метал, използван като парично средство, в бижутерията и за изработване на различни предмети на изкуството. Намирано е било в пясъчните наноси на реките във вид на безформени зърна и люспи. Златните стандарти са най-често срещаната основа на паричната политика в историята на човечеството до първата половина на XX век, когато започват да отстъпват на фиатните пари.

Количеството злато, добито от началото на човешката история до 2011 г., се оценява на 171 хиляди тона, от които 59 % са произведени след 1950 г. Около 50 % от новопроизведеното злато се използва в бижутерията, 40 % – като инвестиция и 10 % – в промишлеността. Добрата ковкост, проводимост, устойчивостта на корозия и слабата химическа активност правят златото подходящо за различни практически приложения в стоматологията, електрониката и други области

Наименование Българската дума „злато“, както и сродните наименования на метала в повечето славянски и балтийски езици (сърбохърватски, словенски, чешки и словашки: „злато“/„zlato“; руски и украински: „золото“; беларуски: „золата“; полски: „złoto“; латвийски: „zelts“), произлиза от праиндоевропейския корен *g'helto- („жълт“, „зелен“). Със същия произход са и думите „зелен“ и „злак“. Чрез различна промяна на праиндоевропейския корен *g'helto- са образувани и наименованията на златото в повечето германски езици (английски и немски: „gold“; датски и шведски: „guld“; нидерландски: „goud“).

Символът на златото Au е получен от латинското му наименование aurum, което според различни източници означава „жълто“ или „светла зора“, и е родствено с „Аврора“ (Aurora) – утринна заря. Според определенията в съвременните латински речници смисълът на думата aurum се простира само до метала злато.

Откриване Златото е известно на човечеството от IV хил. пр.н.е. Намирано е било в пясъчните наноси на реките във вид на безформени зърна и люспи и е използвано за украшения.

Разпространение Златото е широко разпространено в ниски концентрации във всички вулканични скали. В земната кора то е оскъдно и силно силно разсеяно, заемайки 73-то място по разпространение след елементите. Самородното злато е най-разпространеният златен минерал и е оценен на около 80 % от цялото му количество в земната кора. То е във вид на пясък или зърна в речните утайки от речните скали и във вид на златоносни жили, вградени в кварцови образувания. Самородното злато винаги съдържа от 0,1 % до 4 % Ag, Cu, Fe, Hg и метали от паладиевата група или метали, които имат атомен радиус, близък до златния, замествайки го в кристалната му решетка. Известни са около 20 минерала, между които освен самородното злато са още електрумът, медното, паладиевото и бисмутовото злато и други. Химичните съединения на златото в природата са редки. Главно това са телуридите калаверит AuTe2 – винаги придружен с кварц или пирит, кренерит (Au,Ag)Te2 и силванит AuAgTe4, които имат индустриално значение. Сравнително висока концентрация на злато се среща в някои горещи водни извори.

В морската и океанската вода има сравнително много злато главно във вид на комплексните йони [AuCl2]− и [AuCl4]−.

Физични свойства

Златото е най-ковкият метал – един грам от него може да бъде изкован в лист с площ един квадратен метър. Златното фолио може да бъде направено толкова тънко, че да стане прозрачно, като преминаващата през него светлина е зеленикавосиня, тъй като златото отразява силно жълтото и червеното. Такива полупрозрачни листове отразяват и голяма част от инфрачервената светлина, поради което се използват като инфрачервени щитове във визьорите на топлозащитни костюми и скафандри.

Златото е добър проводник на топлината и електричеството. То има голяма плътност – 19,3 t/m3 (тона на кубичен метър), около 2 пъти по-голяма от плътността на Ag, подобно на Zr – Hf и Nb – Ta. За сравнение плътността на оловото е 11,34 t/m3, а тази на най-тежкия елемент – осмия – е 22,610 t/m3. Златото има коефициент на линейно разширение 0,0000142 K−1 и коефициент на обемно разширение 0,0000426 K−1, а специфичната му топлоемкост e 128 J/(kg·K)

Златото лесно образува сплави с други метали. Това се използва за промяна на твърдостта и други свойства на метала, за контролиране на температурата на топене или за оцветяване в специфични цветове. Дава непрекъснат ред твърд разтвор.

Цвят

За разлика от повечето метали, които в чист вид са сиви или сребристобели на цвят, златото е жълто. Този цвят се дължи на плътността на слабо свързаните (валентни) електрони, трептящи в обща среда, която може да се разглежда като квазичастица, наричана плазмон. При повечето метали честотата на това трептене е в ултравиолетовия обхват, но при златото е във видимия обхват, поради слабите релативистични ефекти, засягащи орбиталите на неговите атоми. На подобни ефекти се дължи и златистият оттенък на цезия.

Сплавите на златото могат да имат различен цвят, както е показано на триъгълната диаграма на сплавите му със среброто и медта. Такова цветно злато намира приложение в бижутерията, където различните цветове се използват с декоративна цел. Например, сплавите на злато с паладий или никел имат бял цвят и намират широко приложение в бижутерията. По-рядко се използват сплави с други елементи, като манган, алуминий, желязо или индий, с които се получават необичайни цветове със специфично приложение.

Изотопи Златото има само един стабилен изотоп, 197Au – единственият срещан в природата. Синтезирани са 36 други радиоактивни изотопа с атомни маси от 169 до 205. Най-устойчив сред тях е 195Au, който има период на полуразпад 186,1 дни. Най-неустойчив е 171Au, при който протича протонен разпад с период на полуразпад 30 µs.

Повечето радиоактивни изотопи на златото с атомна маса под 197 се разпадат чрез съчетание от протонен разпад, алфа-разпад и позитронен бета-разпад (β+). Изключения са 195Au, който се трансформира чрез поглъщане на електрони, и 196Au, при който е налице най-често поглъщане на електрони (93 %) с ограничен електронен бета-разпад (β−). Всички радиоактивни изотопи на златото с атомна маса над 197 се разпадат чрез електронен бета-разпад (β−).

Освен тези изотопи са известни поне 32 ядрени изомера с атомни маси от 170 до 200. В този диапазон само 178Au, 180Au, 181Au, 182Au и 188Au нямат изомери. Най-устойчивият изомер на златото е 198 m2Au с период на полуразпад 2,27 дни, а най-неустойчив е 177 m2Au с период на полуразпад само 7 ns. 184 m1Au има три пътя на разпад: β+ разпад, изомерен преход и алфа-разпад – повече, отколкото всеки друг изомер или изотоп на златото.

Химични свойства Златото е преходен метал в 6-и период, 11-а група и пореден номер 79. Електронната му структура е KLMN5s25p65d106s1.

Обичайните степени на окисление на златото са +1 и +3, по рядко +2 и +5. Съществуват и редки златни съединения със степен на окисление −1, наречени ауриди – напр. цезиев аурид (CsAu), меден аурид (Cu3Au). Златните йони в разтвор се редуцират и утаяват чрез добавяне на друг метал като редукционен агент. Добавеният метал се окислява и се разтваря, измествайки златото от разтвора и давайки му възможност да се отдели като твърда утайка. Златото с висока чистота няма вкус и мирис, което е свързано с неговата устойчивост на корозия: вкусът на металите се дължи на образуваните в разтвора метални йони.

Свиването на 6s-орбиталите в златото определя по-голямото сродство на златните атоми към електрона и значително по-голяма електроотрицателност. Златото има най-голямо сродство на електрона и най-голяма електроотрицателност от всички метали.

Вследствие на релативистичния ефект 5d-орбиталите се дестабилизират и електроните на тези орбитали лесно се отделят. Затова втората и третата йонизационна енергия на златото са ниски и сумата от трите му йонизационни енергии е най-ниската в групата.

Няма данни за енергията на хидратация при различните степени на окисление на Au. Енергията на хидратация на малкия по размер и голям по заряд Au(III) е достатъчна за стабилизиране на третата степен на окисление на Au в разтвори.

Енергията на атомизация при златото е най-голямата в групата поради по-здравите d-връзки в металната решетка вследствие по-доброто припокриване на 5d-орбиталите. За двуатомната молекула Au2(g) тя е 221 kJ/mol и е по-голяма от енергията на дисоциация на I2(g) (151kJ/mol) и малко по-малка от тази на Cl2(g) (243 kJ/mol).

Златото не реагира химически с въздуха, влагата и повечето корозивни вещества, което го прави подходящо за използване в монети и украшения, а също и като защитно покритие на други, по-реактивни метали. Въпреки това златото не е напълно инертно химически. Не взаимодейства непосредствено с кислорода, водорода, азота, фосфора, антимона и въглерода. Изследванията показват, че само повърхностните атоми на златото взаимодействат с кислорода. То е неразтворимо в повечето течности, но се разтваря в смес от силни киселини – т. нар. царска вода. Не взаимодейства с чисти киселини и основи, освен в гореща селенова киселина: 2Au + 6H2SeO4 -> Au2(SeO4)3 +3H2SeO3 + 3H2O

В смеси с азотна или сярна киселина с манганова киселина (HMnO4), и в царска вода: Au +HNO3 + 4HCl -> HAuCl4 + NO + 2 H2O

След изпарение се образуват жълти кристали на комплексното съединение водороден тетрахлороаурат хидрат [HAuCl4*3H2O]. Във водни разтвори на цианиди (Na, Ca, K), при достъп на кислород или други окислители, златото се разтваря, образувайки цианоаурати: 4Au + 16KCN +6H2O +3O2 -> 4KAu(CN)4 + 12KOH

Цианоауратите се редуцират до чисто злато: 2K[Au(CN)2] + Zn -> K2[Zn(CN)4] + 2Au

Тези две реакции лежат в основата на важния промишлен процес за извличане на златото от рудите.

Освен това на златото действат и разтопени смеси на основи и нитрати на алкалните метали, а също и други съединения като халогени и други неметали: 2Au + 3F2 -> 2AuF3 2Au + 3Cl2 -> 2AlCl3 2Au + 3Br2 -> 2AuBr3 2Au + I2 -> 2AuI 3S + 2 Au -> 2 Au2S3 2H2O + 3 Cl2 + 2 Au -> 2 H[AuCl3(OH)]

Взаимодейства с някои оксиди, киселини и соли при по-специфични условия: Cr2O3 + 6 Au -> 2 Cr + 3 Au2O 12HCl + 4Au + 3H2SeO3-> 9H2O + 4AuCl3 + 3Se 8HCl + 3 H2O2 + 2 Au -> 6 H2O + 2 H[AuCl4] 2Au + 7KrF2->5Kr + 2[KrF][AuF6]

Съединения +1 степен на окисление Златото в +1 степен на окисление е познато само като AuCl, AuBr и AuI, които имат жълт цвят и при нагряване се разпадат. Те се получават при контролирано термично разлагане на съответните трихалогениди. Простите неутрални халогениди (AuX) са полимери с мостови халогенидни лиганди. Комплексните йони [AuX2]− се диспропорционират във воден разтвор съгласно уравнението:

3[Au^{I}X_2] -> [Au^{III}X_4] + 2Au + 2X^-.

Йоните [AuX2]− могат да се стабилизират в присъствието на излишък от халогенидни йони.

Познати са още комплексни цианидни соли – M[Au(CN)2], където M е алкален метал. Известна е и свободна цианозлатна киселина – H[Au(CN)2].