Интересное о золоте и серебре

Благородными металлами золото и серебро называются не столько потому, что они редки и красивы, сколько потому, что они не ржавеют. Другая причина в том, что их очень трудно растворить. Почти единственная жидкость, растворяющая золото — это смесь двух очень сильных и крепких кислот — азотной и соляной. Каждая из них может быстро растворить большинство металлов, но ни та, ни другая в отдельности не может делать того же с золотом. Это возможно сделать только смесью обеих кислот, которая называется «царской водкой», так как она способна растворить даже царя металлов — золото.

Царская водка, смесь концентрированных кислот — соляной HCI и азотной HNO₃ (3:1 по объёму). Жидкость жёлтого цвета, пахнущая хлором и окислами азота. Обладает сильной окислительной способностью, обусловленной выделением хлора в результате реакций:

3HCI + HNO₃ = CI₂ + NOCI + 2H₂O

2NOCI = 2NO + CI₂

Растворяет все металлы, в том числе Au (отсюда название «царская водка», данное алхимиками, которые считали золото «царём металлов»), за исключением Ag, Rh и lr. Применяется как реактив в химических лабораториях, при аффинаже Аu и Pt, получении хлоридов металлов и др.

Аффинаж (франц. affinage, от affiner — очищать), металлургический процесс получения благородных металлов высокой чистоты путём их разделения и отделения загрязняющих примесей. Аффинаж — один из видов рафинирования металлов.

Методы аффинажа разделяются на электролитические, мокрые и сухие. Электролитические методы применяются в основном для аффинажа золота и серебра. Они состоят в осаждении чистого металла на катоде с одновременным выделением примесей в виде шлама. Золото, полученное по этому методу, имеет пробу не ниже 999,9. Преимущество электролитических методов аффинажа заключается в более низкой стоимости процесса, высокой степени очистки металлов, благоприятных условиях для работающих и возможности получения металлов платиновой группы в качестве побочных продуктов (при добавлении к отработанному электролиту химических агентов).

Мокрые методы аффинажа применяются для получения платины, палладия, иридия, родия и других металлов этой группы по сложной схеме с растворением металлов в «царской водке» и последовательным выделением их из раствора различными реагентами (хлористый аммоний, аммиак, сахар и др.).

Сухие методы аффинажа золота состоят в обработке расплавленного металла, как правило, хлором. При этом все неблагородные металлы образуют хлориды и улетучиваются, а хлорид серебра всплывает на поверхность чистого расплавленного золота. Проба золота 996,5, а серебра (при восстановлении его из хлоридов) — 999,0.

Золото (лат. Aurum), Au, химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева; атомный номер 79, атомная масса 196,9665. Тяжёлый металл жёлтого цвета. Состоит из одного устойчивого изотопа ¹⁹⁷Au.

Золото было первым металлом, известным человеку. Изделия из золота найдены в культурных слоях эпохи неолита (5—4-е тыс. до н. э.). В древних государствах — Египте, Месопотамии, Индии, Китае добыча золота, изготовление украшений и других предметов из него существовали за 3—2 тыс. до н. э. Золото часто упоминается в Библии, «Илиаде», «Одиссее» и других памятниках древней литературы. Алхимики называли его «царём металлов» и обозначали символом Солнца. Открытие способов превращения неблагородных металлов в золото было главной целью алхимии

Среднее содержание золота в литосфере составляет 4,3· 10^-7% по массе. В магме и магматических породах оно рассеяно, но из горячих вод в земной коре образуются гидротермальные месторождения золота, имеющие важное промышленное значение (кварцевые золотоносные жилы и др.). В рудах золото в основном находится в свободном (самородном) состоянии и лишь очень редко образует минералы с селеном, теллуром, сурьмой, висмутом. Пирит и другие сульфиды часто содержат примесь золота, которое извлекают при переработке медных, полиметаллических и прочих руд.

В биосфере золото мигрирует в комплексе с органическими соединениями и механическим путём в речных взвесях. 1 л морской и речной воды содержит около 4· 10^-9 г золота. На участках золоторудных месторождений подземные воды содержат этого металла приблизительно 10^-6 г/л. Оно мигрирует в почвах и оттуда попадает в растения, некоторые из которых концентрируют золото, например хвощи, кукуруза. Разрушение эндогенных месторождений приводит к образованию россыпей золота, имеющих промышленное значение. Золото добывается в более чем в 40 странах.

Физические и химические свойства.Золото — мягкий, очень пластичный, тягучий металл (может быть проковано в листки толщиной до 8· 10^-5 мм, протянуто в проволоку, 2 км которой весят 1 г), хорошо проводит тепло и электричество, весьма стойко против химических воздействий. Кристаллическая решётка золота гранецентрированная кубическая, а = 4,704 Å. Атомный радиус 1,44 Å, ионный радиус Au¹⁺ 1,37 Å. Плотность (при 20°С) 19,32 г/см³, t_пл 1064,43°С, t_kип 2947°С; термический коэффициент линейного расширения 14,2· 10^-6 (0—100°С); удельная теплопроводность 311,48 вт/(м·К) [0,744 кал/см (сек·°С]; удельная теплоёмкость 132,3 дж/(кг·К) [0,0316кал/г·°С] (при 0°—100°С); удельное электросопротивление 2,25· 10^-8ом (м (2,25· 10^-6 ом (см) (при 20°С); температурный коэффициент электросопротивления 0,00396 (0—100°С). Модуль упругости 79· 103Мн/м² (79· 10²кгс/мм²), для отожжённого золота предел прочности при растяжении 100—140 Мн/м² (10—14 кгс/мм²), относительное удлинение 30—50%, сужение площади поперечного сечения 90%. После пластической деформации на холоде предел прочности повышается до 270—340 Мн/м² (27—34 кгс/мм²). Твёрдость по Бринеллю 180 Мн/м² (18 кгс/мм²) (для отожжённого золота около 400 °С).

Конфигурация внешних электронов атома золота 5d¹⁰ 6s¹. В соединениях оно имеет валентности 1 и 3 (известны комплексные соединения, в которых золото 2-валентно). С неметаллами (кроме галогенов) не взаимодействует. С галогенами образует галогениды, например 2Au + 3Cl₂ =2AuCl3. В смеси соляной и азотной кислот растворяется, образуя золотохлористоводородную кислоту H [AuCl₄]. В растворах цианида натрия NaCN (или калия KCN) при одновременном доступе кислорода золото превращается в цианоаурат (I) натрия 2Na [Au (CN)₂]. Эта реакция, открытая в 1843 П. Р. Багратионом, получила практическое применение только в конце 19 в. Для золота характерна лёгкая восстановимость его из соединений до металла и способность к комплексообразованию. Хлорид золота (I) AuCl получается при нагревании хлорида золота (III): AuCl₃ = AuCl + Cl₂.

Хлорид золота (III) AuCl₃ получается действием хлора на порошок или тонкие листочки золота при 200 °С. Красные иглы AuCl₃ дают с водой коричнево-красный раствор комплексной кислоты: AuCl₃ +Н₂О=Н₂[AuOCl3].

При осаждении раствора AuCl₃ едкой щёлочью выпадает амфотерная жёлто-коричневая гидроокись золота(III) Au (OH)₃ c преобладанием кислотных свойств, поэтому её называют золотой кислотой, а её соли — ауратами (III).

Известный датский физик Нильс Бор за создание теории строения атома был награжден в 1922 году Нобелевской золотой медалью. Во время оккупации гитлеровцами Дании, где жил Нильс Бор, эта медаль была растворена в «царской водке» (смесь соляной и азотной кислот), чтобы она не досталась фашистам. После войны хлорид золота был восстановлен до металла, из которого снова изготовили медаль.

Блеск позолоченным изделиям, в том числе и рамам для картин, можно вернуть, если протереть их разрезанной луковицей, а затем отполировать мягкой суконкой.

Позолоченные изделия из бронзы можно мыть мыльным раствором, в который добавлено несколько капель нашатырного спирта.

Алхимики называли серебро «металлом Луны», они были убеждены, что каждый металл в земных недрах зарождается и накапливается под влиянием определенной планеты.

Серебро — металл белого цвета, очень тягучий, пластичный и ковкий, режется ножом. Серебро очень хорошо полируется, имеет наивысшую отражательную способность, является самым электро — и теплопроводным металлом. «Царская водка», которая растворяет золото, на поверхности серебра образует защитную пленку. При длительном пребывании на воздухе серебро постепенно темнеет под действием сероводорода, находящегося в воздухе. Озон также образует на поверхности серебра черный налет.

В природе серебро образует более 60 минералов, в которых находится в различном состоянии. Самородное серебро встречается значительно реже самородного золота, так как легче образует соединения с другими элементами. Оно представляет собой природный сплав с золотом, медью, железом, висмутом, ртутью, платиной и другими элементами. Крупные самородки чрезвычайно редки и могут достигать сотен килограммов.

Самородок, сравнительно крупное природное обособление самородного металла (золота, серебра, платины и др.) в рудных и россыпных месторождениях. Обычно резко отличается по размерам от преобладающей массы частиц этих металлов. Встречается редко. Масса самородка, как правило, превышает 1 г. Наиболее крупные самородки золота были найдены в Австралии — «Плита Холтермана» (285 кг вместе с кварцем, масса чистого золота 83,3 кг) и «Желанный незнакомец» (70,9 кг с кварцем, масса чистого золота 69,6 кг). В Алмазном фонде бывшего СССР хранились самородки золота «Большой треугольник» (36,2 кг), «Верблюд» (9,29 кг) и др. Крупные самородки платины были обнаружены в дунитах (0,427 кг) и россыпях (9,639 кг) Нижнетагильского массива на Среднем Урале.

Золото самородное — это минерал, являющийся природным твёрдым раствором серебра (следы, до 43%) в золоте. Часто встречаются примеси (следы, до 0,9%) меди, железа, свинца, реже — висмута, ртути, платины, марганца и др. Известны разновидности с повышенным содержанием меди — до 20% (медистое золото, купроаурит), висмута — до 4% (висмутистое золото, висмутаурит), платиноидов (платинистое и иридистое золото; порпецит — Au, Pd, родит — Au, Rh), природные амальгамы (Au, Hg). Кристаллизуется в кубической системе, в виде октаэдров, ромбических додекаэдров, кубов и более сложных по форме кристаллов; нередко они искажены, сильно вытянуты, образуя «проволочки», «волоски», или уплощены параллельно грани октаэдра. Для низкопробного самородного золота характерны формы дендритов и др. Широко распространены прожилковидные и неправильные комковидные, «крючковатые» формы; на их поверхности нередко сохраняются отпечатки кристаллов др. минералов, агрегаты которых включали скопления самородного золота. Травление выявляет кристаллически-зернистое строение золотых частиц.

Самородное золото — ярко-жёлтое, а в зависимости от примесей — бледно-жёлтое, красноватое, зеленоватое; без спайности; мягкое (чертится иглой); твердость по минералогической шкале — 2,5; плотность 1970—1560 кг/м³.

  По размерам частиц различают самородное золото тонкодисперсное (менее 1—5 мк), пылевидное (5—50 мк), мелкое (0,05—2 мм) и крупное (более 2 мм).Резко выделяющиеся по крупности скопления самородного золота массой более 5 г относят к самородкам. Крупнейшие из обнаруженных самородков не сохранились, они были переплавлены.

Самородное золото — главная форма нахождения золота в природе; концентрируется в гидротермальных месторождениях, неравномерно распределяясь в трещиноватом жильном кварце и в сульфидах — пирите, арсенопирите, пирротине и др. При окислении руд на земной поверхности мелкое самородное золото частично растворяется и переотлагается. В ряде случаев оно обогащает верхние части рудных тел. Процессы их разрушения приводят к освобождению частиц золота и их накоплению в россыпях. Перемещаясь водными потоками вместе с другим материалом, частицы окатываются, округляются, деформируются, частично перекристаллизовываются. В результате электрохимической коррозии на их поверхности образуется тонкая оболочка высокопробного золота, что приводит к общему повышению пробы самородного золота в россыпях.

Серебро (лат. Argentum), Ag, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 47, атомная масса 107,868. Металл белого цвета, пластичный, хорошо полируется. В природе находится в виде смеси двух стабильных изотопов ¹⁰⁷Ag и ¹⁰⁹Ag; из радиоактивных изотопов практически важен ¹¹⁰Ag (T_1/2 = 253 cym). Серебро было известно еще в глубокой древности (4-е тыс. до н. э.) в Египте, Персии, Китае.

Среднее содержание серебра в земной коре 7·10^-6% по массе. Встречается преимущественно в средне- и низкотемпературных гидротермальных месторождениях, в зоне обогащения сульфидных месторождений, изредка — в осадочных породах (среди песчаников, содержащих углистое вещество) и россыпях. Известно свыше 50 минералов серебра. В биосфере оно в основном рассеивается, в морской воде его содержание 3·10^-8%. Серебро — один из наиболее дефицитных элементов.

При обычной температуре Ag не взаимодействует с O₂, N₂ и H₂. При действии свободных галогенов и серы на поверхности серебра образуется защитная плёнка малорастворимых галогенидов и сульфида Ag₂S (кристаллы серо-чёрного цвета). Под влиянием сероводорода H₂S, находящегося в атмосфере, на поверхности серебряных изделий образуется Ag₂S в виде тонкой плёнки, чем объясняется потемнение этих изделий. Сульфид можно получить действием сероводорода на растворимые соли серебра или на водные суспензии его солей. Растворимость Ag₂S в воде 2,48·10^-5моль/л (25 °С).

Серебро растворяется в азотной кислоте при комнатной температуре с образованием AgNO₃. Горячая концентрированная серная кислота растворяет его с образованием сульфата Ag₂SO₄ (растворимость сульфата в воде 0,79% по массе при 20 °С). В царской водке серебро не растворяется из-за образования защитной плёнки AgCI. В отсутствие окислителей при обычной температуре HCI, HBr, HI не взаимодействуют с серебром благодаря образованию на поверхности металла защитной плёнки малорастворимых галогенидов. Большинство солей серебра, кроме AgNO₃, AgF, AgCIO₄ обладают малой растворимостью. Серебро образует комплексные соединения, большей частью растворимые в воде. Многие из них имеют практическое значение в химической технологии и аналитической химии.

Большая часть серебра (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении его из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования — растворения серебра в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха:

2 Ag + 4 Na CN + 1/2О₂ + H₂O = 2 Na [Ag (CN)₂] + 2NaOH.

Из полученных растворов комплексных цианидов серебро выделяют восстановлением цинком или алюминием:

  2 [Ag (CN)₂]^- + Zn = [Zn (CN)₄]^2- +2 Ag.

  Из медных руд серебро выплавляют вместе с черновой медью и затем выделяют его из анодного шлама, образующегося при электролитической очистке меди. При переработке свинцово-цинковых руд серебро концентрируется в сплавах свинца — черновом свинце, из которого его извлекают добавлением металлического цинка, образующего с серебром нерастворимое в свинце тугоплавкое соединение Ag₂Zn₃, всплывающее на поверхность свинца в виде легко снимающейся пены. Далее для отделения серебра от цинка последний отгоняют при 1250 °С. Извлечённое из медных или свинцово-цинковых руд серебро сплавляют (сплав Доре) и подвергают электролитической очистке.

Серебро имеет очень широкий диапазон применения — ювелирное дело, фотография, электроника, точное приборостроение, ракетостроение, медицина, монеты, медали и др. Серебро издавна использовалось для изготовления посуды, столовых приборов и предметов украшений, наилучшим и несравненным звучанием обладали серебряные колокольчики. При отливке больших колоколов для лучшего звучания мастера вводили в бронзу серебро. Отполированные металлические пластинки из серебра были прототипом современных стеклянных зеркал.

 Благодаря красивому белому цвету и податливости в обработке серебро с глубокой древности широко используется в искусстве. Однако чистый металл слишком мягок, поэтому при изготовлении монет и различных художественных произведений в него добавляют цветные металлы, чаще всего медь. Средствами обработки серебра и украшения изделий из него служат чеканка, литьё, филигрань, тиснение, применение эмалей, черни, гравировки, золочения.

Серебро в организме. Серебро — постоянная составная часть растений и животных. Его содержание составляет в среднем в морских растениях 0,025 мг на 100 г сухого вещества, в наземных — 0,006 мг; в морских животных — 0,3—1,1 мг, в наземных — следовые количества (10^-2—10^-4 мг). У животных накапливается в некоторых эндокринных железах, пигментной оболочке глаза, в эритроцитах; выводится главным образом с фекалиями. Серебро в организме образует комплексы с белками (глобулинами крови, гемоглобином и др.). При парентеральном введении серебро фиксируется в зонах воспаления, в крови связывается преимущественно глобулинами сыворотки.

Препараты серебра обладают антибактериальным, вяжущим и прижигающим действием, что связано с их способностью нарушать ферментные системы микроорганизмов и осаждать белки. В медицинской практике наиболее часто применяют серебра нитрат, колларгол, протаргол (при небольших ранах, ссадинах, ожогах и т. п.)

Почему серебро тускнеет, а золото нет?

В воздухе в том или ином виде всегда присутствуют следы сернистых газов, и они влияют на многие вещества, лежащие на открытом воздухе. Это особенно заметно там, где происходит горение каменного угля, потому что оно доставляет в воздух сернистые газы из серы, примешанной к каменному углю. Но на золото сернистые газы не действуют, и оно остается светлым; а на серебро они действуют, причем образуется темный налет так называемого сернистого серебра. При чистке серебра это сернистое серебро стирается.

Когда на себе носят серебряные браслеты, крестики и другие украшения и принимают лекарства, в которые входят сернистые соединения, то нередко замечают, что украшения чернеют. Это происходит оттого, что сернистые соединения из лекарства через кровь выделяются в коже, и на поверхности украшений образуется сернистое серебро.