Akademik

(Aurum) Au, хим. элемент I гр. периодич. системы, ат. н. 79, ат. м. 196,9665; относится к благородным металлам. В природе один стабильный изотоп ¹⁹⁷ Аu. Конфигурация внеш. электронной оболочки 5d¹⁰6s¹; степени окисления +1, +3, редко +5; энергии ионизации Аu⁰ : Аи ⁺ : Аu²⁺ : Аu³⁺ 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), Аu³⁺ 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 к-рых главный - самородное 3. (электрум, медистое, палладистое, висмутистое 3. и др.), представляющее собой твердый р-р Ag (от следов до 43%) в 3. и содержащее также Сu, Fе, Рb, реже - металлы платиновой группы, Mn, Bi и др. Хим. соединения 3. в природе редки, в осн. это теллуриды - калаверит АuТе ₂, креннерит (Au,Ag)Te₂, сильванит AuAgTe₄, петцит Ag₃AuTe₂, мутманнит (Ag,Au)Te, монтбрейит Аu₂ Те ₃ 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, 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_p25,39 Дж/(моль. К); DH⁰ _пл 12,55 кДж/моль,DH⁰ _исп 348 кДж/моль; S⁰₂₉₈47,40 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 lgp(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 Ч29,59.10^-6. З. - очень мягкий и пластичный металл, твердость по Моосу ~ 2,5, по Бринеллю 220-250 МПа; модуль упругости 81 ГПа; s _раст 10-25 МПа. 3. устойчиво на воздухе и в воде; с О ₂, Н ₂, N₂, P, Sb и С непосредственно не взаимодействует. Фосфид Аu₂ Р ₃ (DH⁰ _обр -102 кДж/моль) и антимонид AuSb₂ (DH⁰ _обр - 13 кДж/моль) получают косвенным путем. 3. не раств. в р-рах щелочей и к-тах, раств. в горячей H₂SeO₄, смесях к-т - Н ₂SО ₄ с HNO₃, H₂SO₄ с НМnО ₄, а также в царской водке (НСl + НNO₃): Аu + HNO₃ + 4НСl : H[AuCl₄] + NO + 2Н ₂ О; после осторожного выпаривания выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной к-ты НАuСl₄.3Н ₂ О. В водных р-рах 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 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 р-рах гидролизуются, легко восстанавливаются до металла. В табл. 1 приведены значения стандартных окислит.-восстановит. потенциалов E⁰ нек-рых 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 др. соединениях 3.

Гидроксид Au(OH)₃ - темно-коричневые кристаллы; при нагр. дегидратируется с образованием сначала АuО(ОН), а затем сесквиоксида Аu₂ О ₃, к-рый выше 160°С разлагается на 3. и О ₂; р-римость в воде 2,4.10^-12 моль/л при 20 °С, в р-рах НNО ₃ - до 0,38 моль/л при 25 °С, в р-рах NaOH - до 8.10^-4 моль/л при 25°С. В последнем случае в р-ре 3. находится в виде гидроксоаурат-ионов [Аu(ОН)₄]^- (рН 7-13). Образуется Аu(ОН)₃ при добавлении конц. р-ра щелочи или Mg(OH)₂ к р-рам Н[АuСl₄]. Ауpaты неустойчивы, легко разлагаются при нагревании. Аураты щелочных металлов хорошо раств. в воде, р-римость растет с увеличением ионного радиуса катиона; аураты Mg, Ca, Sr, Ba, Тl(I) ограниченно растворимы. Аураты с нек-рыми орг. в-вами образуют взрывчатые смеси. Предполагают, что при действии на гидроксид 3. р-ров щелочи образуются аурат-анионы [Н ₂ АuО ₃]^-, [HAuO₃]^2-, [AuO₃]^3-. См. также табл. 2.

Др. кислородные соед. 3. неустойчивы, легко образуют взрывчатые смеси. Соед. Аu₂ О ₃ с аммиаком Au₂O₃.4NH₃ наз. "гремучим 3."; взрывается при 145°С, иногда и при более низких т-рах; без взрыва раств. в р-рах цианидов щелочных металлов. Гемисульфид 3. Au₂S - черно-коричневые кристаллы; DG⁰ _обр 29 кДж/моль; плохо раств. в воде (произведение р-римости 4.10^-69 при 25 °С), раств. в р-рах цианидов и полисульфидов щелочных металлов. Получают взаимод. конц. р-ра K[Au(CN)₂] с H₂S с послед. нагреванием до кипения с избытком соляной к-ты. Сесквисульфид Au₂S₃ - черные кристаллы; разлагается при нагр. до 200 °С; не раств. в соляной и серной к-тах, раств. в HNO₃ с выделением элементарного 3., р-рах KCN, бромной воде. Получают взаимод. H₂S с АuСl₃ 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 р-ров 3. на холоду селеноводородом осаждается сесквиселенид Au₂Se₃.H₂Se, устойчивый (после сушки) в интервале 40-390°С; 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.) к-тах. Селенат (VI) Au₂(SeO₄)₃ желтые кристаллы; DH⁰ _обр Ч 954 кДж/моль; не раств. в воде, разлагается соляной к-той, раств. в H₂SO₄, HNO₃ и горячей конц. H₂Se0₄. Теллурид (гемителлурид) АuТе ₂ - кристаллы от латунно-желтого до серебристо-белого цвета с металлич. блеском; плотн. 9,3 г/см, DH⁰ _обр Ч 11 кДж/моль; хрупок, твердость по Моосу 2,5-3. Тиоцианат AuSCN - бесцв. кристаллы; не раств. в воде и орг. р-рителях; при 140°С разлагается до металлич. 3. и (SCN)_n; под действием воды образует в р-рах прочные комплексные анионы [Au(SCN)₂]^- и [Au(SCN)₄]^- . Коллоидное 3. При восстановлении 3. в разб. р-рах его солей, а также при электрич. распылении 3. в воде образуются коллоидные р-ры 3., окраска к-рых зависит от степени дисперсности частиц, а интенсивность окраски от их концентрации. Частицы 3. в коллоидном р-ре отрицательно заряжены. Гидрофобный золь 3. в солянокислом водном р-ре можно представить схемой:

[Аu]m - ядро мицеллы (число атомов тв зависимости от условий может меняться от неск. сотен до миллионов единиц); АuСl₄^- - ионы, определяющие отрицательный заряд коллоидной частицы 3. и величину потенциала адсорбц. слоя толщиной d₀; Н ⁺ - противоионы, определяющие потенциал диффузионного слоя (электрокинетич. потенциал), из к-рых хионов находится в размытой части двойного слоя толщиной d; n- кол-во ионов АuСl₄^-, адсорбированных на пов-сти 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 нек-рых др. произ-в. 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 р-ром NaCN при перемешивании; из цианистых р-ров 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 р-ре (хлоринация) и электролитич. рафинированием в солянокислом р-ре.
Определение. Качественно 3. обнаруживают по образованию окрашенных осадков и р-ров. Используют р-ции соед. 3. с Hg₂Cl₂, H₂O₂, SnCl₂, K₄[Fe(CN)₆], KI, бснзидином, 1-нафтиламином, о-толуидином, гваяковой смолой, комплексоном III, аскорбиновой к-той, фенилтиомочевиной, дитизоном, родамином, изохинолином и др. Можно использовать сорбцию на ионообменных смолах, а также методы электрофореза, хроматографии (круговой тoнкослойной, осадительной и распределительной), люминесценции. Количественно 3. определяют гравиметрически (в виде металлич. 3.), титриметрически (восстановлением Аu³⁺ 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 ф-цию 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. пром-сти, в произ-ве припоев, катализаторов, часов, для окрашивания стекол, изготовления перьев для авторучек, нанесения покрытий на металлич. 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 произ-во 3. (без СССР) ок. 1100 т/год (1984). Осн. производители - ЮАР, СССР, Канада, США, Бразилия, Австралия. Нек-рые 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, к-рый 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. B. C. Стрижко, М. А. Меретуков.