дов гальванических элементов), как драгоценный металл в ювелирных изделиях, для чеканки, в фотографиях, для изменения погоды («рассеивание облаков, в электротехнике и электронике, в микроволновой технологии, покрытие для зеркал с высокой отражательной способностью, в качестве катализатора в реакциях окисления, дезинфицирующего средства, для производства серебристо-цинковых и серебряно-кадмиевых батарей, в хлорно-серебряно-цинковых батареях, а также для покрытия определённых поверхностей радара. Кроме того, инфракрасная оптика использует хлорид серебра, прозрачный в инфракрасной области спектра. Серебро зарегистрировано как пищевая добавка Е174. Широко применятся в медицине.

1.8.3. Золото

Историческая справка об элементе. На ранних стадиях истории раз-

вития человечества, когда основой существования были собирательство и охота, когда возник культ предметов, вера в их магическое могущество, одним из важных тотемов стало золото. Яркое и блестящее самородное золото, так непохожее на обычные камни, как бы овеществляло солнечные лучи. Это свойство золота получило отражение в самом названии золота у различных народов.

Золото было одним из первых металлов, с которым познакомилась наша цивилизация. Согласно данным, основанным на археологических открытиях, добыча золота и изготовление золотых изделий начались в эпоху неолита, за 5–4 тысяч лет до нашей эры. Однако существуют мнения, что этот металл был знаком людям как минимум с конца каменного века (10 тысяч лет до н.э.). Золото известно всем древнейшим цивилизациям Земли. Древние Египет, Греция и Рим достигли высокого уровня развития технологии добычи золота из руд, обогащения золота, рафинирования и обработки золота. Технология тонкой золотой фольги, известная древнеегипетским ювелирам, была заново разработана в Европе только в XVIII в. н.э. В Египте в середине второго тысячелетия до нашей эры при фараоне Тутмосе II добывали до 50 т золота в год.

С третьего тысячелетия до нашей эры наряду с древним Египтом значительная разработка золотых россыпей велась на территории Южной и Западной Африки, которая и сегодня остаётся основным производителем золота.

Крупнейшим золотодобывающим районом в Древнем мире была также Западная Европа. Золотые монеты стали главными в денежном обращении Европы. К V веку нашей эры золотые месторождения в Европе были практически полностью исчерпаны.

26

В Азии следы древней золотодобычи находят в Иране, по берегам Персидского залива, в Аравии. Начиная с третьего тысячелетия до нашей эры, значительное количество золота добывали в Индии и Тибете. В Китае во втором тысячелетии до нашей эры началось освоение золотых россыпей Белуджистана (Пакистан), Кашгарии (Китай), Западной Сибири, Приамурья, Средней и Малой Азии.

Судя по археологическим данным, разработка золота на американском континенте велась в основном на территории современных Мексики, Гватемалы, Колумбии, Панамы, Перу и Кубы – общая добыча золота в доколумбовый период составляет примерно 200 т. Если учесть то общее количество золота, добытого за всю многовековую историю развития человеческого общества (около 80 тыс. т), то на долю древних веков приходится примерно 15%. Для сравнения следует отметить, что с пятого по пятнадцатый века, т.е. до открытия Америки, удалось добыть около 2500 т золота. Позднее основная доля добычи золота приходится на долю Американского континента.

На территории России добыча золота началась также в глубокой древности. Имеются археологические данные о золотом промысле в Алтае в середине четвёртого тысячелетия до нашей эры. Кавказским народам золотые изделия были известны за три тысячи лет до нашей эры. В Казахстане, Сибири, на Урале, в Заволжье найдены золотые изделия бронзового века.

Древнерусское государство не имело своей золотодобывающей промышленности и покупало золото в Византии для изготовления монет и украшений. Зарождение золотодобывающей промышленности относится к началу ХVIII в. Открытие Л. И. Бруснициным (1814) способа обогащения золотоносных песков и отмена государственной монополии вызвали бурный рост золотодобывающей промышленности во всех районах Урала. Россия стала золотодобывающей державой. После 1850 года произошло резкое снижение доли добычи русского золота в связи с открытием и разработкой Калифорнийских золотых россыпей. Затем золото было найдено в Австралии, Америке (Колорадо, Дакота, Невада). К концу XIX века мировой центр добычи золота переместился в Южную Африку, которая до сих пор остаётся основным поставщиком золота.

Свойства элемента и ближайших соединений. Зо́лото(лат. Aurum) –

химический элемент с атомным номером 79, расположенный в IВ группе и 6-м периоде Периодической системы Д. И. Менделеева. В природе один стабильный изотоп 197Au. Относится к благородным металлам. Степени окисления –1, 0, +1, +3, +5.

27

Энергии ионизации Au0 – Au+ – Au2+ – Au3+ соответственно равны

9,23; 20,5 и 30,47 эВ. Конфигурация внешней и предвнешней электронных оболочек 5s2p6d106s1.

Золото – жёлтый, мягкий металл с кубической гранецентрированной решёткой (a = 0,40786 нм), обладающий исключительной пластичностью, теплопроводностью и электропроводимостью. Шарик золота диаметром в 1 мм можно расплющить в тончайший лист, просвечивающий голубоватозелёным цветом, площадью 50 м2. Толщина самых тонких листочков золота 0,1 мкм. Из золота можно вытянуть тончайшие нити. Золото устойчиво на воздухе и в воде.

Получение элемента. Источники золота – пески и руды собственно золотых россыпных и коренных месторождений (содержание золота в них 5…15 г/т), а также промежуточные продукты (0,5…3,0 г/т) свинцовоцинкового, медного, уранового и некоторых других производств. Из россыпей золото извлекают гравитационными методами, используя ловушки, отсадочные машины, концентрационные смолы, шлюзы, различные промывочные приборы. Со дна рек и озёр золотоносные пески добывают и обогащают на драгах. При извлечении золота из коренных руд используют комбинированные схемы, включающие обогатительные (гравитация, флотация) и металлургические (выщелачивание, ионообменная сорбция из пульп, цианирование, реже амальгамирование) операции.

Для получения золота используются его основные физические и химические свойства.

В 1947 году американские физики Ингрэм, Гесс и Гайдн провели эксперимент по измерению эффективного сечения поглощения нейтронов ядрами ртути. В качестве побочного эффекта эксперимента было получено около 35 мкг золота. Таким образом, была реализована многовековая мечта алхимиков – трансмутация ртути в золото. Однако такое производство золота не имеет экономического значения, поскольку оно стоит во много раз больше чем золотодобыча из самых бедных руд.

Промывка: Метод промывки основан на высокой плотности золота, из-за чего в потоке воды минералы с плотностью меньше, чем золото, смываются, а металл концентрируется в тяжёлой фракции песка, называемой шлихом. Этот процесс называется отмывкой шлиха или шлихованием. В небольших объёмах промывку можно выполнять вручную с помощью промывочного лотка. Этот метод использовался с древности и до нашего времени для разработки небольших отложений пород, но его основным применением является поиск месторождений алмазов, золота и других ценных металлов.

Используется для разработки крупных аллювиальных отложений, но используются специальные технические устройства: экскаваторы и моечные установки. Полученные концентраты, за исключением золота, содер-

28

жат много других тяжёлых минералов, и металл извлекается из них, например путём амальгамации.

Все россыпные месторождения золота разрабатываются методом промывки, но этот метод ограничен на коренных месторождениях. Для этого камень измельчается, а затем подвергается амальгации. Этот метод нельзя применять к отложениям с разбросанным золотом, где он настолько диспергирован в скале, что после дробления его не разделяют на отдельные зёрна и смывают промывкой с другими минералами. К сожалению, при промывке теряется не только небольшое золото, которое легко смывается из промывочной машины, но и крупные самородки, гидравлические размеры которых не позволяют им оседать в ячейках коврика. Поэтому при перетаскивании и на промышленных устройствах они обязательно смотрят на большие скользящие обломки – это вполне может быть самородком.

Амальгамация. Метод амальгамирования основан на способности ртути образовывать сплавы – амальгамы с различными металлами, включая золото. В этом методе увлажнённую измельчённую породу смешивали с ртутью и подвергали дополнительному измельчению в мельницах. Амальгаму золота (и сопутствующих металлов) извлекали из образовавшегося осадка путём промывки, после чего ртуть отгоняли из собранной амальгамы и повторно использовали. Метод амальгамирования известен с Iв. до н.э. Наибольший масштаб приобрёл в американских колониях Испании с XVI в.: это стало возможным благодаря наличию в Испании огромного месторождения ртути – Almaden. Позднее был использован метод внешнего слияния, когда измельчённая золотосодержащая порода во время промывки проходила через обогатительные шлюзы, покрытые медной линией, покрытой тонким слоем ртути. Метод амальгамирования применим только к месторождениям с высоким содержанием золота или уже при его обогащении. В настоящее время он используется очень редко, главным образом старателями в Африке и Южной Америке.

Цианирование. Метод экстракции цианированием руд отталкивается от способности золота растворяться в растворах цианида и его солей. Метод цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии кислорода воздуха: измельченная золотосодержащая порода обрабатывается разбавленным (0,30…0,03%) раствором цианида натрия, золото из полученного раствора цианоаурата натрия Na[Au(CN)2] осаждается либо цинковой пылью, либо специальными ионообменными смолами.

Метод цианирования первоначально использовался на крупных заводах, где породы измельчали и цианирование проводилось в специальных чанах. Однако разработка технологии привела к появлению метода кучного выщелачивания, который состоит в следующем: готовят водонепрони-

29

цаемую подушку, на неё заливают руду и орошают растворами цианидов, которые, просачиваясь через породу, растворяют золото. После этого они попадают в специальные сорбционные колонны, в которые наносится золото, и регенерированный раствор снова отправляется в кучу.

Метод цианирования ограничивается минеральным составом руд, он не применим, если руда содержит большое количество сульфидов или арсенидов, поскольку цианиды реагируют с этими минералами. Поэтому малосульфидные руды или руды из зоны окисления обрабатываются цианированием, в котором сульфиды и арсениды окисляются кислородом воздуха.

Для извлечения золота из сульфидных руд используются сложные многоступенчатые технологии. Золото, извлечённое из отложений, содержит различные примеси, поэтому оно подвергается особым высокоочистительным процессам на нефтеперерабатывающих заводах.

Регенерация. Осуществляется действием 10%-го раствора щёлочи на растворы солей золота с последующим осаждением аффинажного золота на алюминий из горячего раствора гидроксида.

Применение металлического золота и его соединений. Благодаря своей химической стойкости и механической прочности золото уступает большинству платиноидов, но незаменимо в качестве материала для электрических контактов. Поэтому в микроэлектронике широко используются золотые проводники и гальванические покрытия золота на контактных поверхностях, соединителях, печатных платах.

Золото используется в качестве мишени в ядерных исследованиях, как покрытие зеркал, работающих в дальней инфракрасной области, как специальная оболочка в нейтронной бомбе. Тонкий слой золота (20 нм) на внутренней поверхности окна и витраж значительно снижает нежелательные тепловые потери зимой, а летом он защищает внутреннюю часть зданий и транспортных средств от нагрева инфракрасными лучами.

Золотые припои очень хорошо смачивают различные металлические поверхности и используются для пайки металлами. Тонкие прокладки из мягких золотых сплавов используются в технике сверхвысокого вакуума.

Золото металлов (в древности – исключительно амальгамовый метод, в настоящее время – в основном гальванический) широко используется в качестве метода защиты от коррозии. Хотя такое покрытие из базового металла имеет существенные недостатки (мягкое покрытие, высокий потенциал для точечной коррозии), это также является обычным явлением, поскольку готовый продукт приобретает вид очень дорогой, «золотой».

Золото зарегистрировано как пищевая добавка E175.

30

Также золото и его сплавы используют для декоративных целей, изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, зубных протезов, деталей химической аппаратуры, электрических контактов и проводов, для плакирования труб в химической промышленности, катализаторов, часов, изготовления перьев для авторучек.

Бромид золота (I). Используется в одной из схем получения наночастиц золота путём термолиза комплекса AuBr с олеиламином.

Бромид золота (III). Используется в качестве катализатора в различных реакциях, интересный вариант использования – в реакции Дильс– Альдера. В частности, соединение катализирует реакцию между енильными и карбонильными соединениями с образованием шестичленных циклов.

Димер хлорида золота (III). Вещество применяется для получения других соединений золота, гидрозолей и кассиевого пурпура.

Тетрахлораурат (III) водорода. Являясь самым распространённым соединением золота, служит для получения большинства остальных соединений.

Калия дицианоаурат (I) K [Au(CN)2]. Его применяют при электролитическом золочении металлических поверхностей и элементов микроэлектронных схем, как реагент для анализа белков и ферментов. Токсичен.

Биологическая роль. Механизм биологического действия соединений золота до конца не ясен.

Золото усиливает бактерицидное действие серебра, оказывает антисептическое действие на бактерии и вирусы. Возможно участие золота в нормализации иммунных процессов в организме.

Первые попытки применять золото в медицинских целях относятся ещё ко временам алхимии, но они были немногим успешнее поисков 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 позже соединения, содержащие золото, были предложены в качестве лекарственного средства против туберкулёза. Было бы неверным считать, что это предложение лишено разумных оснований: in vitro, т.е. вне тела, in vitro, эти соли оказывают катастрофическое воздействие на туберкулёзную палочку, но для эффективной борьбы с этим заболеванием необходима высокая концентрация этих солей. В настоящее время соли золота важны для борьбы с туберкулёзом только в том случае, если они повышают устойчивость к этой болезни.

31

Было также обнаружено, что золото хлора при концентрации 1:30 000 начинает ингибировать спиртовую ферментацию, с увеличением концентрации до 1:3900 – уже значительно ингибирует её и при концентрации 1:200 – полностью останавливается.

Более эффективным медицинским средством оказался тиосульфат золота и натрия AuNaS2O3, который успешно применяется для лечения трудноизлечимого кожного заболевания – эритематозной волчанки.

Вмедицинской практике стали применять и органические соединения золота, прежде всего кризолган и трифал.

Кризолган одно время широко применяли в Европе для борьбы с туберкулёзом, а трифал, менее токсичный и более эффективный, чем тиосульфат золота и натрия, – как лекарство от эритематозной волчанки.

ВСоветском Союзе был синтезирован высокоактивный препарат – криза-

нол (Au-S-СН2-СНОН-CH2SO3)2Ca для лечения волчанки, туберкулёза, проказы.

После открытия радиоактивных изотопов золота его роль в медицине заметно возросла. Коллоидные частицы изотопов используют для лечения злокачественных опухолей. Эти частицы физиологически инертны, и потому их не обязательно как можно скорее выводить из организма. Введённые в отдельные области опухоли, они облучают только поражённые места. С помощью радиоактивного золота удаётся излечивать некоторые формы рака. Создан специальный «радиоактивный пистолет», в обойме которого 15 стерженьков из радиоактивного золота с периодом полураспада в 2,7 сут. Практика показала, что лечение «радиоактивными иголками» даёт возможность ликвидировать поверхностно расположенную опухоль молочной железы уже на 25-й день. Токсическая и летальная дозы для человека не определены.

Металлическое золото нетоксично, в отличие от органических производных, используемых как лекарственные препараты. Некоторые органические соединения золота токсичны, накапливаются в почках, печени, селезёнке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении.

Особые свойства элемента. Ещё раз стоит отметить, что золото – металл, отличающийся самой высокой по сравнению со всеми остальными элементами пластичностью и ковкостью, а также обладающий высокой тепло- и электропроводностью в сочетании с исключительной химической инертностью и благодаря этим своим свойствам широко применяется в электронных приборах. Вследствие высокой стоимости золота в переключательных устройствах используют очень тонкие его слои, нанесённые на подложку из неблагородного металла методом гальваностегии.

32