Содержание
Первые крупицы золота
Золотые деньги
Где находят чистое золото
Золото и его свойства
Золото и его сплавы
Применение золота в промышленности
Позолота
Краски золота
Золото в медицине
Золотой катализ
Трудно найти в мире другое вещество, которое играло бы такую зловещую роль в истории цивилизации. Поднятый трудом человека на пьедестал полновластного мерила ценности, элемент № 79 стал в классовом обществе символом бесчеловечности.
В угоду «богу злата» в пору средневековья были без остатка уничтожены целые народы и созданные великие цивилизации западного полушария. И сегодня еще миллионы людей на земле живут в мире «желтого дьявола», который «окружает человека своей паутиной, глушит его, сосет кровь и мозг, пожирает мускулы и нервы…»
Но, конечно, сем по себе элемент № 79 повинен во всех этих злодеяниях не больше, чем элемент № 92 — в уничтожении Хиросимы.
В погоне за драгоценным металлом было совершено немело географических и иных открытий, значительно пополнен объем сведений, на базе которых впоследствии возникла химия.
В течение многих сотен лет алхимики, воодушевленные заманчивой целью получения «царя металлов» из более дешевых и доступных материалов, изучили тысячи веществ и реакций.
В поисках «философского камня» они проделали бесчисленное множество опытов, разработали технику химического эксперимента и, в частности, разделения смесей и растворов, получили много ранее неизвестных веществ – кислот, щелочей, солей.
Полный крах многовековых попыток превратить «несовершенные» металлы в золото привел к установлению основного понятия химии – понятия о химическом элементе.
Видео: Легенды индейцев о золотой пещере Башни дьяволов
Первые крупицы золота
Первые крупицы золота попали в руки человека из россыпей. Самой богатой золотом страной древнего мира был Египет. В тонне золотоносного песка и гравия долинах Белого и Голубого Нила содержалось до 80 граммов золота. Здесь добывали драгоценный металл уже пять с половиной тысяч лет назад.
При фараоне Тутмесе III (1501 — 1447 гг. до н. е.) ежегодная добыча было около 50 тонн золота! Для сравнения можно упомянуть, что в рекордном для царской России 1910 году со всех приисков было получено 63 тонны.
В Европе, уже в древние века, славился своим золотом Пиренейский полуостров. Содержание рудного золота в некоторых кварцевых жилах достигало там — 100 граммов на тонну кварца, однако основным источником металла служили россыпи в долинах Тахо, Дуэро и других рек, где было извлечено около 1500 тонн золота.
Россыпные месторождения были известны и в центре Европы — в долинах рек Рейна Роны. Рудное золото добывали Силезии, Богемии и Венгрии. В Силезии в 1211 году вблизи месторождений золота возник город, в названии которого отразилось его «золотое» происхождение — Гольдберг. Впрочем, по количеству добытого золота, средние веке не идут ни в какое сравнение с древностью.
После открытия Америки золота в Европе становится все больше. Однако золотой поток, хлынувший из Америки Европу, объяснялся не усиленной разработкой золотых месторождений Нового Света, а грабежом золота, накопленного в течение многих веков коренными обитателями Америки. Именно тогда, в XVI – XVII веках, и погибли от рук испанских и португальских конкистадоров государства ацтеков и майя.
После ограбления индейцев и вывоза их золота в Европу начинается разработка золота в Южной Америке. Открытые в первой четверти века бразильские месторождения золота Минас-Жераис и Мату Гроссу на протяжении 50 лет давали 50 % мировой добычи золота.
В 1848 г. богатые россыпи были открыты в Калифорнии, в 1851 г. — в Австралии, в 1886 г. – в Южной Африке, затем — на Аляске.
Наиболее крупные зарубежные месторождения золота, разрабатываемые в наше время, находятся в Канаде, США Австралии, Южной Африке. Африканские месторождения дают более 50 % мировой добычи золота, и не случайно именно в ЮАР свирепствует наиболее откровенный репрессивный режим.
За все время своего существования человечество добыло по одним подсчетам примерно 50 000, по другим — около 100 000 тонн золота. Ежегодно в странах мира добывают в наше время, в среднем более тысячи тонн золота, Большая часть его поступает в подвалы банков для обеспечения выпущенных в обращение бумажных и металлических денег.
Золотые деньги
Первыми золотыми деньгами служили просто-напросто куски или слитки драгоценного металла. Процесс купли — продажи при этом был довольно сложным. Отправляясь на рынок, продающая сторона, помимо товара, прихватывала с собой весы с гирями, молоток, рубило и наковальню.
Сторговавшись с владельцем товара, покупатель отрубал от своего слитка кусочек определенного веса. А так как на глаз трудно было сразу отрубить нужный кусок, то операцию рубки и взвешивания металла приходилось повторять несколько раз.
Дело значительно упростилось, когда на заранее взвешенных кусочках золота стали ставить клеймо, удостоверяющее чистоту металла и точность веса. Такие кусочки золота принимали без взвешивания — их можно было просто считать.
Но у подобных денег вскоре обнаружился существенный изъян: если отпилить или отрубить от них немного золота, то на глаз такую кражу обнаружить было крайне трудно — ведь никакой определенной формы у денег не существовало.
Только после того, как стали придавать деньгам «стандартную» форму и покрывать всю их поверхность рисунками и надписями, воровство золота из них потеряло смысл.
Первые золотые монеты появились 2500 — 2600 лет назад в Лидии — государстве, возникшем в западной части Малой Азии на развалинах Хеттского царства.
После завоевания Лидии персидским царем Киром чеканка золотых монет распространилась и в других государствах Ближнего и Среднего Востока.
По другой версии родиной монеты считается греческий остров Эгина, входивший во владения аргосского царя Фейдона. Монеты появились здесь около 750 лет до н. э.
Чистое золото чрезвычайно мягко, и сделанные из него монеты легко стирались, утрачивая часть своей ценности. Поэтому для повышения твердости монет к золоту стали со временем добавлять другие металлы, в частности медь.
Однако по мере расширения торговых связей и роста торговых оборотов, все больше выявлялись недостатки золотых и вообще металлических денег: громоздкость, большой вес, неудобства хранения и многие другие.
Постепенно золотые деньги уступили место бумажным, которые слали своеобразным представителем золота — сплавленное в слитки, оно оставалось лежать в кладовых банков. Таким образом, выйдя не посредственно из сферы обращения, золото полностью сохранило свою роль всеобщего эквивалента стоимости, которым и сегодня измеряется все, созданное человеческим трудом.
В СССР, наряду с другими товарами, золото служило средовом обеспечения находящихся в обращении денежных знаков. Один рубль — 0,987412 грамма чистого золота.
Видео: Загадка вилла у озера
Где находят чистое золото
Что же такое – чистое золото, где его находят и получают? Химический элемент, занимающий в менделеевской таблице семьдесят девятое место, встречается в природе преимущественно в свободном состоянии.
Самый большой найденный на земле самородок был обнаружен в Австралии. Он весил около 112 килограммов. Природное золото обычно содержит примеси других металлов, чаще всего серебра (до 20 %) и меди (также до 20%), значительно реже — металлов платиновой группы.
Но иногда находят и соединения золота с другими элементами, например теллуриды.
Золото есть всюду — в земле и воде, в древесине листьях, в крови и тканях живых организмов. Общее количество золота в морях и океанах – не менее 500 миллионе тонн, в земной коре — более 100 миллиардов тонн!
В коренных месторождениях частицы золота размером от микрона до миллиметра вкраплены твердые горные породы. При их разрушении золото вместе с песком и глиной уносится водой в русла рек, где образуются иногда золотые россыпи, из которых, главным образом, и добывали золото вплоть до прошлого столетия.
В настоящее же время большую часть золота получают из коренных месторождений, извлекая его из предварительно размолотых твердых пород с помощью цианистых соединений.
Этот способ, дающий возможность извлекать золото даже из очень бедных руд, предложил в 1843 г. русский инженер и ученый Петр Романович Багратион. Измельченную породу обрабатывают разбавленным раствором цианистого натрия, в котором золото хорошо растворяется. Полученный «золотой» раствор пропускают через мелко раздробленный цинк, который выделяет золото в свободном состоянии.
Для дальнейшей очистки золота от случайных примесей его обрабатывают горячей серной кислотой или применяют электролиз.
В России золотые месторождения находятся на Урале и Сибири, в Забайкалье, Якутии, на Колыме. Чистое золото представляет собой желтый, блестящий, мягкий (чертится ногтем), очень ковкий металл.
Золото и его свойства
Кусочек золота величиной со спичечную голову можно вытянуть в проволоку длиной в 3 километра или расплющить в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 квадратных метров.
Золото — один из самых тяжелых металлов: один кубический сантиметр его весит 19,3 грамма. При 1063 градусах по Цельсию золото плавится, а при 2713 ℃ — закипает, образуя желто-зеленый тяжелый пар.
Элемент № 79 обладает исключительной химической стойкостью. На воздухе не изменяется даже при сильном нагревании. Не действуют на него щелочи и кислоты. Только смесь соляной и азотной кислот — «царская водка» и, в меньшей мере, хлорная вода растворяют золото.
В химические реакции золото вступает с трудом; продукты этих реакций легко разлагаются — одни при легком нагревании, другие самопроизвольно, причем иногда с выделением энергии — взрывом.
Алхимики называли золото царем металлов. Но, лишившись престола, перестав быть сокровищем, золото не потеряет своей ценности — залогом тому его исключительные физические и химические свойства, делающие элемент № 79 важным техническим материалом.
Видео: Загадка золотой статер
Существует мнение, что золото саке по себе — один из самых малополезных металлов. Так ли это?
Эрудированный инженер начала ХХ века ответил бы: «Бесспорно, так». Инженеры середины шестидесятых годов ХХ века, не столь категоричны. Техника прошлого обходилась без золота не только потому, что оно слишком дорого. Не было особой нужды в свойствах, присущих только золоту.
Впрочем, утверждение, что эти свойства не использовались совсем, будет неверным. Купола церквей золотили из-за химической стойкости, высокой отражательной способности и простоты механической обработки золота. Эти его свойства использует и современная техника.
Золото и его сплавы
Золото — очень мягкий металл, его легко расплющить, превратить в тончайшие пластинки и листы. В некоторых случаях, это очень удобно. Несмотря на это, большинство золотых изделий – литые.
Температура плавления золота: 1063 ℃. Впрочем, еще мастерам древности пришлось убедиться, что придать золоту все нужные формы способом литья не удается. При изготовлении обычного кувшина, ручку приходилось отливать отдельно, потом припаивать.
Историки и археологи установили, что пайка металлов известна людям уже несколько тысячелетий. Только паяли древние не оловом, а золотом, точнее – сплавом золота и серебра. Современной технике тоже иногда приходится пользоваться золотым припоем.
По электропроводности золото занимает третье место после серебра и меди. При контакте под давлением золота с медью в восстановительной среде или в вакууме процесс диффузии — проникновения молекул одного металла в другой, — идет довольно быстро.
Детали из этих металлов соединяются между собой при температурах, значительно более низких чем температура плавления меди, золота или любого их сплава. Такие соединения нарывают «золотыми печатями». Их используют при изготовлении некоторых типов радиодеталей.
Прочность «золотых печатей» несколько ниже, чем у соединений, полученных путем сплавления, но достаточна для радиодеталей. Из сплавов золота с серебром или медью делают волоски гальванометров и других приборов, а также электрические контакты.
Эти конструктивно несложные детали принимают на себе огромное количество замыканий и размыкании. Особенно важно, чтобы не происходило прилипания контактов, чтобы они реагировали на каждый импульс.
В создании сплавов, дающих наименьшее количество прилипаний, золоту принадлежит особая роль.
Безотказно работают сплавы золота с палладием (30%) и платиной (10%), палладием (35%) и вольфрамом (5%), цирконием (3%), марганцем (1%). В специальной литературе описаны сплавы особого назначения, способные конкурировать с золотыми. Это, например, сплав платины с 18 % иридия, но он дороже любого из перечисленных выше.
Очень дороги лучшие контактные сплавы, но без них не может обойтись современная космическая техника. Их применяют и в наиболее важных аппаратах некосмического назначения, которые должны работать особенно надежно.
Применение золота в промышленности
Золото и его сплавы стали конструкционным материалом не только для деталей электроники и контактов, но и для гигантских ускорителей элементарных частиц. Ускоритель, как правило, представляет собой огромную кольцевую камеру — трубу, свернутую в баранку.
Чем большее разрежение удается создать в такой трубе, тем длительнее жизнь элементарных частиц ней. Труба изготовляется из нержавеющей стали, выплавленной в вакууме. Внутренняя поверхность ее полируется до зеркального блеска — полированная поверхность лучше держит разрежение.
Давление в ускорителе элементарных частиц не превышает миллиардных долей атмосферного! Насколько сложно удержат, в такой гигантской «баранке» вакуум, объяснять излишне. Это тем более сложно, что «баранка» — лишь основной контур, в котором есть еще отводы, рукава, стыки.
Из мягкого, пластичного золота делают уплотняющие кольца и шайбы для ускорителей. Золотом паяют стыки камеры. В результате удается получить в ускорителе глубочайший вакуум. В некоторых случаях пластичность золота оказывается незаменимым качеством, в других она, наоборот, создает затруднения.
Одно из старейших применений золота — изготовление зубных протезов. Конечно, мягкому металлу легче придать нужную форму, но зуб из чистого золота будет по меньшей мере невыгоден — он очень быстро сомнется и изотрется.
Полому для изготовления зубных протезов и ювелирных изделий применяют не чистое золото, а его сплавы с серебром или медью. В зависимости от содержания серебра такие сплавы отличаются цветом: при 20 — 40 % серебра получается зеленовато-желтый металл, при 50 % — бледно-желтый.
Эти сплавы дополнительно упрочняют термической обработкой. Здесь золото ведет себя очень своеобразно. Хорошо известен процесс закалки стали. Металл нагревают дают до определенной температуры и затем быстро охлаждают. Такая обработка придает стали твердость.
Для того, чтобы снять закалку, металл повторно нагревают и охлаждают медленно — это отжиг. Сплавы золота с медью и серебром, наоборот, приобретают мягкость и пластичность при быстром охлаждении, а при медленном отжиге — твердость и хрупкость.
Сплавы золота с платиной иногда применяют для изготовления химической посуды и аппаратуры.
Позолота
Золотые покрытия известны с глубокой древности. Если бы носилки фараонов были действительно золотыми, они были бы в два с половиной раза тяжелее железных. Золото — один из самых тяжелых металлов, только осмий, иридий и платина превосходят его по удельному весу.
Любопытная деталь: удельный вес вольфрама почти совпадает удельным весом золота. В древности не знали вольфрама, но если допустить, что золотая корона сиракузского царя Гиерона была бы подделана не серебром, а вольфрамом, то великий Архимед, пользуясь выведенным им законом, не смог бы обнаружить подделки и уличить мошенника-мастера.
Носилки фараонов были в действительности деревянными, покрытыми тончайшей золотой фольгой. Тончайшие листы золота приклеивали к дереву, меди, а впоследствии и к железу специальными лаками. На вещах, находящихся в постоянном употреблении, такое золотое покрытие держалось около 50 лет.
Правда, этот способ золочения не был единственным. В некоторых случаях изделие покрывали слоем специального клея и посыпали тончайшим золотым порошком.
Начиная с середины прошлого столетия, после того как русский ученый Б. С. Якоби открыл процессы гальванопластики и гальваностегии, старые способы золочения почти вышли из употребления. Гальванический процесс не только производительнее, он позволяет придать золотому покрытию различные оттенки.
Добавка в золотой электролит небольших количество цианистой меди придает покрытию красный оттенок, а в сочетании с добавкой цианистого серебра — розовый; с помощью добавки одного цианистого серебра можно получить зеленоватый оттенок золотых покрытий.
Золотые покрытия отличаются высокой стойкостью и отражательной способностью. В наше время золочению подвергаются различные детали проводников в высоковольтной радиоаппаратуре, части рентгеновских аппаратов. Изготовляют отражатели с золотым покрытием для сушки инфракрасными лучами.
Позолоченными были поверхности нескольких искусственных спутников Земли. Целью было здесь предохранение их от влияния коррозии и избыточного тепла.
Новейший способ нанесения золотых покрытий — катодное распыление. Электрический разряд в разряженном газе сопровождается разрушением катода. Частицы его летят с огромной скоростью и могут осаждаться не только металле, но и на других материалах: бумаге, дереве, керамике, пластмассе.
Этот способ дает возможность получать тончайшие золотые покрытия. Он применяется при изготовлении фотоэлементов, специальных зеркал и в некоторых других случаях.
Краски золота
«Благородство» золота простирается лишь до определенных пределов. Иначе говоря, получить его соединения с другими элементами можно. Промышленный процесс извлечения золота из руд — цианирование — основан на взаимодействии золота с цианидами щелочных металлов:
4Au+8KCN+2H2O = 4K (Au (CN)2)+4KON
В основе другого важного процесса — хлоринации (его используют сейчас не столько для извлечения, сколько для аффинажа — очистки золота) лежит взаимодействие золота с хлором.
Иногда встречаются руды, в которых золото находится не в свободном состоянии, а в соединении с теллуром или селеном. Некоторые соединения золота имеют промышленное применение. В первую очередь, это хлорное золото AuCl3, образующееся при растворении золота в царской водке.
С помощью этого соединения получают высококачественное красное стекло — золотой рубин. Впервые оно была изготовлено еще в конце XVII столетия Иоганном Кункелем, но описание способа его получения появилось только в 1836 году.
Раствор хлорного золота добавляют в шихту в процессе варки, а изменением дозировки получают различные оттенки стекла от нежно-розового до темно-пурпурового. Лучше всего принимают окраску стекла, в состав которых входит окись свинца. Правда, в этом случае шихту приходится вводить еще один компонент – осветлитель: 0,3 – 1,0 % «белого мышьяка» As2O3.
Окраска стекла соединениями золота обходится не очень дорого — для однородного интенсивного окрашивания всей массы нужно только 0,001 — 0,003 % — AuCl3. Придать стеклу красный цвет можно также введением в шихту соединений меди или селена. Они, безусловно, дешевле соединений золота, но работать с ними и получать, продукцию высокого качества намного сложнее.
Изготовление «медного рубина» затрудняется непостоянством окраски, оттенок сильно зависит от условий варки.
При изготовлении «селенового рубина» трудности создает выгорание самого селена и серы из сернистого кадмия, который также вводится в шихту.
«Золотой рубин» не теряет цвела при высокотемпературной обработке. Неоспоримое его преимущество в том, что неудачную варку в этом случае можно исправить последующей переплавкой.
Как окрашивающее вещество хлорное золото используется также и при рисовании по стеклу и фарфору. Кроме того, его с давних пор применяют качестве тонирующего вещества в фотографии. «Вираж-фиксаж с золотом» придает фотоотпечаткам черно-фиолетовый, коричневый или пурпурно-фиолетовый оттенки.
Для этих же целей иногда используют и другое соединение золота — хлораурат натрия NaAuCl4.
Золото в медицине
Первые попытки применять золото в медицинских целях относятся еще ко временам алхимии. Они были немногим успешнее, чем поиски философского камня. В XVI веке Парацельс пытался использовать препараты золота для лечения некоторых болезней, в частности сифилиса.
«Не превращение металлов в золото должно быть целью химии, а приготовление лекарств», — писал он. Значительно позднее соединения, содержащие золото, были предложены в качестве лекарства против туберкулеза.
Было бы неверным считать, что это предложение было лишено основания: in vitro, то есть вне организма, «в пробирке», эти соли губительно действовали на туберкулезную палочку, но для эффективной борьбы с болезнью нужны довольно высокие концентрации этих солей.
В наши дни соли золота имеют значение для борьбы с туберкулезом лишь постольку, они повышают сопротивляемость заболеванию.
Выяснено также, что хлорное золото концентрациях 1 : 30 000 начинает тормозить спиртовое брожение, при повышении концентрации до 1 : 3000 — уже значительно угнетает его, а в концентрации 1 : 200 — полностью останавливает.
Более эффективным медицинским средством оказался тиосульфат золота и натрия AuNaS2O3, который успешно применяется для лечения трудно излечимого кожного заболевания — эритематозной волчанки.
В медицинской не стали применять и органические соединения золота, прежде всего, кризолган и трифал.
Кризолган одно время в середине XX века широко применяли в Европе для борьбы с туберкулезом, трифал — как менее токсичное и более эффективное, чем тиосульфат золота и натрия, лекарство от эритематозной волчанки.
В Советском Союзе был синтезирован высокоактивный препарат кризанол:
(Au — S – СH2 – CHOH – CH2SO3 )2Ca — для лечения волчанки и костного туберкулеза. После открытия радиоактивных изотопов золота его рель в медицине заметно возросла.
Коллоидные частицы этих изотопов используют для лечения злокачественных опухолей. Эти частицы физиологически инертны, и потому не обязательно выводить их из организма. Введенные в отдельные области опухоли, они облучают только пораженные места.
При помощи радиоактивного золота удается излечить некоторые формы рака. Создан специальный «радиоактивный пистолет», в обойме которого 15 стерженьков радиоактивного золота с периодом полураспада в 2,7 суток. Практика показала, лечение «радиоактивными иголками» дает возможность ликвидировать поверхностно расположенную опухоль молочной железы уже на 25-й день.
Золотой катализ
Радиоактивное золото нашло применение не только в медицине. Появились возможности использовать его в качестве катализатора нескольких важных нефтехимических и химических процессов вместо платины.
Особенно интересны перспективы использования каталитических свойств золота в области сверхскоростных полетов. Известно, что на высоте от 80 километров и выше в атмосфере находится довольно много атомарного кислорода.
Объединение отдельных атомов кислорода в молекулу O2 сопровождается выделением большого количества тепла. Золото каталитически ускоряет такой процесс.
Очень трудно представить себе сверхскоростной самолет, который работает практически без горючего, но теоретически такая конструкция возможна. Двигатель будет работать благодаря энергии, выделяющейся при реакции димеризации атомарного кислорода.
Поднявшись на высоту 80 километров (это значительно больше, чем потолок современных самолетов), пилот включает кислородно-каталитический двигатель, в котором атмосферный кислород контактирует с катализатором.
Конечно, пока трудно судить о характеристиках такого двигателя, но идея очень интересная и видимо не бесплодная. На страницах научных журналов зарубежные специалисты обсуждали возможные конструкции каталитической камеры, доказывали нецелесообразность применения мелкодисперсного катализатора.
Все это свидетельствует о серьезности намерений. Меже быть, подобные двигатели станут применять не на самолетах, а на ракетах, а может быть, дальнейшие исследования похоронят эту идею как неосуществимую.
Но этот факт, как и все, о чем рассказывалось выше, показывает, что пришла пора отказаться от установившегося взгляда на золото, как на бесполезный для техники металл.
Пираты и флаг «Веселый Роджер». История бренда
Е. И. Руденко, П. Р. Таубе, Б. И. Казаков
Видео: Фигурки динозавров Акамбаро
