Драгоценные камни

Золото — елемент, метал, мінерал

Опубликовано 21. Мар, 2011 в Золото

У Періодичній системі елементів золото займає 79-у позицію (порядковий номер), його відносна атомна маса 197,2 (за різними даними, 197,9 або 196,9). Вже відомо 14 його ізотопів з масовими числами від 192 до 206, із них стабільним є лише один — ¹⁹⁷Аu, всі інші радіоактивні з періодами напіврозпаду від перших секунд до кількох діб (років?) і в природі, мабуть, не існують.

Хімічно чисте золото — важкий, блискучий, яскраво-жовтий метал. Якщо ж воно перебуває у тонкодисперсному стані, то змінює свій колір від пурпурового до синьо-сірого й навіть чор­ного. Введені в золото різні домішки надають йому розмаїтості за­барвлення: мідь — жовтогаряче-червоного, срібло — блідо-жовто-зеленого, кадмій — зеленуватого, кобальт — блакитного, алюмі­ній — бузкового, залізо — сірого, нікель і паладій — білого. Поєднуючи з золотом найбільш близькі елементи (мідь і срібло) у різному співвідношенні, можна отримати різні кольори: жовтий, білий і червоний з блідими зеленуватими відтінками. Хімічно чисте золото — м’який, ковкий, тягучий метал з високою густи­ною (19,3 г/см³). Температура плавлення 1064,4°С, температура кипіння 2947°С. Самородне золото має дещо нижчу густину — від 18 до 18,5 г/см³.

Взагалі золото вважають рідкісним елементом. Але на Землі є елементи (метали) ще більш рідкісні — реній, радій. Золото нале­жить до так званих благородних металів, тобто має особливі хімічні властивості. Коротко розглянемо їх.

Золото — елемент першої групи Періодичної системи еле­ментів, її побічної підгрупи, до якої, крім нього, належать мідь і срібло. Це підгрупа малоактивних металів, які мають багато спільних ознак і помітно відрізняються від своїх сусідів по групі — лужних металів. Як відомо, метали активно вступають у хімічні ре­акції з галогенами, сіркою, киснем та іншими елементами, відда­ючи їм свої електрони (окислення). На зовнішньому електронно­му рівні атомів як лужних металів (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), так і міді, срібла та золота міститься по одному електрону, отже всі вони ма­ли бути одновалентними. Але на відміну від лужних металів, в яких єдиний електрон зовнішньої орбіти легко відривається від атома, у міді, срібла та золота він відривається важко, як правило, разом ще з одним чи двома електронами передостанньої орбіти, утворюючи сполуки з валентністю елемента 1 і 3. Експерименталь­но отримано сполуки з валентністю золота 5 і 7. Чому так неохо­че його атом віддає свій зовнішній електрон? Це зумовлене дуже низьким ефектом екранізації ядра атома золота його проміжними електронами й звідси — високою енергією іонізації, тобто енергією, яка потрібна для відриву електрона від атома. Саме зав­дяки високій енергії зв’язку зовнішнього електрона золота з ядром атома, воно виявляє значно меншу хімічну активність, ніж лужні метали й навіть срібло чи мідь. У цьому й полягає благородність зо­лота, тобто його хімічна інертність і прагнення до самородного стану. Серед елементів, що утворюють природні виділення у само­родному стані, золото займає чільне місце.

Знаряддя праці золотошукача: а) лотки: фінський, канадський, китайський, американський, російський; б) сито, лопата, мотика, молоток

Чи справді цей метал настільки хімічно стійкий? На перший погляд здається, що на повітрі, у кисні та воді він майже не змінюється. Вважають, що золото не реагує з азотом, воднем, киснем і вуглецем, навіть за високих температур. Але більш де­тальні дослідження показують, що на поверхні золота утво­рюється дуже тоненька окисна плівка.

Крім того, золото не зовсім «байдуже» до таких окислювачів, як галогени (хлор, бром), кислоти (суміш азотної та соляної кис­лот — царська горілка, суміш сірчаної й марганцевої кислот, се­ленова кислота), ціанисті солі, полісульфати лужних елементів та інші активні речовини. Коли золото сполучається з хлором у присутності води, утворюється хлорне золото (AuCl₃), яке на світлі поступово розкладається. В царській горілці золото добре розчиняється, утворюючи сполуку Н (AuCl₄). Розчиняють золо­то також деякі органічні речовини, наприклад, гумусові кислоти. Найбільш стійкі й характерні ті сполуки, в яких золото трива­лентне. Таке золото має властивість утворювати комплексні аніони. Отже, цей елемент не такий вже й невразливий. В при­родній воді він утворює складні комплекси (хлоридні, гідро-сульфідні та ін.) із ступенем окислення 1 та 3 і переноситься вод­ним середовищем, за певних умов може випадати й нагромаджу­ватися в окремих ділянках земної кори. Вважається за можливе перенесення золота сухими газоконденсатними потоками водне­во-вуглеводневого складу.

Найбільш тісні асоціації в природі золото утворює із своїми найближчими сусідами по Періодичній системі елементів, які майже всюди його супроводжують. Це срібло та мідь, вони разом із золотом утворюють так звану мідно-срібно-золоту вісь. Ліворуч цієї осі маємо елементи, концентрації яких (особливо Ni, Pd, Pt) зв’язані з магмами основного складу, головним чином мантійного походження. Праворуч осі розмістилися елементи, асоціації яких характерні, як вважає чимало з дослідників, для кислих чи змішаних магм або взагалі для корових порід та руд. Стабільною є асоціація Au – Ag — Cu (названа Н. В. Петровською (1973) геохімічною тріадою елементів), що бере участь у всіх цик­лах ендогенної міграції золота. Але, як зазначалось, мідь і срібло не зовсім подібні до золота за рядом властивостей, в тому числі й за потенціалом іонізації (значно меншим, ніж у золота). Цим зу­мовлена самостійність їх поведінки в деяких природних процесах, особливо в зоні гіпергенезу, де їх шляхи часто розходяться. Інші супутні золоту елементи утворюють у ньому домішки, склад і концентрація яких менш постійні. Великий знавець золота Н. В. Петровська (1993) наводить ряд елементів-супутників золота, ступінь постійності яких зменшується в напрямку: Ag – Cu – Fe – Te(Se) – Hg – Sb – Bi – Pb – Zn – Pt – Mn. Звичайно, такий ряд дещо ідеалізований, бо в кожному золотоносному регіоні своя специфіка процесів міграції й випа­дання золота. І, безумовно, в тій чи іншій кількості срібло майже завжди супроводжує золото незалежно від зернин — від мікро­частинок до великих самородків.

Хімічні властивості золота зумовлюють особливості його мінералогії. Схильність цього елемента до «самостійності» визна­чає те, що серед його мінеральних форм панує самородне золо­то. Інші мінерали зустрічаються рідко й у малій кількості. На сьогодні їх встановлено близько чотирьох десятків {табл. 1), ще з десяток сполук цього елемента не мають назви (наприклад, сульфід золота й вісмута – AuBi₅S₄ чи арсенотелурид золота – Au₃(Ag, Pb) As₂T₃). З 1950 р. відкрито понад 20 його мінераль­них видів. Не всі відомі мінерали золота досконально вивчені. Безумовно, перелік їх зростатиме, принаймні тому, що список штучних сполук золота надто великий, хоча природні аналоги ба­гатьох з них навряд чи будуть стійкими. Найбільш поширені в природі телуриди золота (петцит, сильваніт, калаверит та ін.). Сполуки золота з телуром (так зване парадоксальне золото) відкрито наприкінці XVIII ст., що й похитнуло тоді віру в інертність золота. Відомі його селеніди (фішесерит та ін.) і сульфіди (петровськаїт, ітенбогардтит та ін.), золото-вісмутові (мальдоніт) та золото-сурм’яні (ауростибіт) мінерали, складні мінерали з входженням Те, Pb і Cu (білібінськіт, безсмертновіт) і навіть кислородні сполуки золота (ауроантимонат та ін.).

Таблиця 1. Найбільш відомі мінерали золота

Чистого золота в природі не існує. Воно завжди містить ті чи інші домішки. Різними аналізами у самородному золоті встанов­лено домішки Ag, Cu, Fe, Pb, Sb, As, Hg, Mn, Zn, Bi, Te, Se, Sn, Ti, Cr, Pt, Ni, Co та ін. Вміст срібла в самородному золоті визна­чає його пробу й залежить насамперед від глибинності рудоутво­рення. У малоглибинному золоті він становить у середньому 30 — 40 %, у глибинному — в середньому 5 — 15 %. Кристалізація високосрібного золота в малоглибинних рудах зв’язана з підвищен­ням окисного режиму у верхніх частинах земної кори. Золото з вмістом 30 — 60 % Ag називають електрумом, із вмістом понад 60 % Ag — кюстелітом. Проба золота визначається відношенням концентрацій C_Au/( C_Au+C_Ag)*1000. Розрізняють досить низькопробне золото — проба менше 600, низькопробне — проба 600-699, відносно низькопробне — 700 — 799, помірно високопробне (середня проба) — 800 — 899, високопробне — 900 — 950, досить високопробне — понад 950. Хоча штучно можна отримати неперервний ряд золото-срібних твердих розчинів, у природі, як вважають дослідники, тільки на початку процесу рудоутворення можуть виникати гомогенні тверді розчини Au – Ag, які згодом, протягом геологічного часу, розпадаються з утворенням більш стійких фаз на зразок AuAg і AuAg₃.

Алхімічні знаки золота та найдавніший рецепт його на виготовлення від 300 р. до н.е. Єгипет (за кн.: J.Klominsky, J.Pacovsky Historie psana zlatem).

Вагомий вміст інших домішок в самородному золоті дозволив виділити такі його різновиди, як мідисте золото (близько 5-20 % Сu), вісмутисте (близько 4 % Ві), ртутисте (близько 5 % Нg), а також аргентокупроаурит. Ряди твердих розчинів із золотом утворюють платина (платинисте золото) і платиноїди: родит — з родієм, порпецит — з паладієм, іраурид — з іридієм, ауросмирид — з осмієм.

Крім геохімічної специфіки регіонів, у породах яких містить­ся золоте зруденіння, на склад і концентрацію елементів-домішок у самородному золоті значно впливає глибинність рудоутворення Так, у глибинних родовищах золото високопробне й найбільш чисте, з невеликим вмістом Ті, Сr, V, інколи Ni, Сo. В золоті із середньоглибинних родовищ містяться домішки Pb, Cu, Sn, Bi, Hg, з малоглибинних – Fe, Se, Mn, Te, Sb, Hg. Наскрізні домішки в золоті — це Ag, Fe, Cu, Pb, Zn. Мідисте золото поширене в ра­йонах активної дії основних і ультраосновних магм.

Самородне золото — це типовий гідротермальний мінерал. Йо­го мінералогія цілком залежить від мінерального складу золотонос­них руд. У родовищах золота встановлено понад 200 мінеральних видів і різновидів. Причому, мінерали срібла становлять близько 18 % загальної кількості мінералів у золотих рудах, далі йдуть мінерали (в %): сурми — 16, телуру — 10, свинцю — 9, заліза й міді — по 7.

Метки: властивості золота, елемент, Золото, метал золото, мінерал золото, мінерали золота, периодичної системи елементів, сполуки золота