Золото

 
В связи с быстрыми темпами развития техники связи, электронной, авиационной, космической и других отраслей промышленности значительно вырос интерес к золоту. В настоящее время разработано большое количество новых сплавов золота, а так же технологические процессы нанесения покрытия золотом и получение многослойных материалов.
Распространенность золота в природе
В земной коре содержится золота в 20 раз меньше, чем серебра, и в 200 раз меньше, чем ртути. Неравномерное распределение золота в различных частях земной коры затрудняет изучение его геохимических особенностей. В морях и океанах содержится около 10 млрд. т золота. Примерно столько же содержится золота в речных и подземных водах.
Повышенное содержание золота обнаруживают в водах источников и рек, протекающих в золотоносных районах. В природе золото находится главным образом в самородном виде и представляет собой минерал, являющийся твердым раствором серебра в золоте, содержащим до 43% Ag, с примесями меди, железа, свинца, реже висмута, ртути, платины, марганца и других элементов. Кроме того золото встречается в виде природных амальгам, а также химических соединений – соленидов и теллуридов. По размеру частиц самородное золото делится на тонкодисперсное (1 – 5 мкм) , пылевидное (5 – 50 мкм) , мелкое (0,05 – 2 мм) и крупное (более 2 мм) . Частицы массой более 5 г относятся к самородкам. Крупнейшие самородки – ''Плита Холтермана'' (285 кг) и ''Желанный Незнакомец'' (71 кг) найдены в Австралии. Находки самородков известны во многих районах Урала, Сибири, Якутии и Колымы. Самородное золото концентрируется в гидротермальных месторождениях.
Месторождения золота делятся на коренные и рассыпные. Месторождения золота формировались в разные геологические эпохи на разных глубинах – от десятков метров до 4 – 5 км от поверхности земли. Коренные месторождения представлены жилами, системами жил, залежами и зонами прожилково - вкрапленных руд протяженностью от десятков до тысяч метров. В течение длительного периода истории земли горы разрушались и вода уносила все, что не растворялось в реках. Одновременно отделялись тяжелые минералы от легких и скапливались в местах, где скорость течения мала. Так образовались россыпные месторождения с концентрацией относительно крупного золота. Как правило, промышленные россыпи образуются относительно недалеко от коренных месторождений. Определенная часть микроскопических частиц золота остается в россыпях, однако вследствие невозможности его извлечения оно практического значения не имеет. Часть микроскопических и коллоидных частиц золота уносится водными истоками в моря, океаны и озера, где оно рассеянно в виде тончайших суспензий или находится в илистых осадках. Таким образом в результате действия эрозионных процессов большая часть золота безвозвратно утрачивается.
Химические свойства
Несмотря на то что золото в периодической системе Д. И. Менделеева находится в одной группе с серебром и медью, его химические свойства гораздо ближе к химическим свойствам металлов платиновой группы. Электродный потенциал пары Au – Au (111) равен – 1,5 В. Вследствие такого высокого значения на золото не действуют разбавленные и концентрированные HCI, HNO, HSO. Однако в HCI оно растворяется в присутствии таких окислителей, как двуокись магния, хлористое железо и медь, а также под большим давлением и при высокой температуре в присутствии кислорода. Золото легко растворяется также в смеси HCI и HNO (царская водка) . В химическом отношении золото - малоактивный металл. На воздухе оно не изменяется, даже при сильном нагревании. Золото легко растворяется в хлорной воде и в аэрируемых растворах цианидов щелочных металлов. Ртуть также растворяет золото, образуя амальгаму, которая при содержании более 15% золота становится твердой. Известны два ряда соединений золота, отвечающие степеням окисленности +1 и +3. Так, золото образует два оксида – оксид золота (1) , или закись золота , Au O и оксид золота (111) , или окись золота , Au O. Более устойчивы соединения, в которых золото имеет степень окисленности +3. Соединения золота легко восстанавливаются до металла. Восстановителями могут быть водород под большим давлением, многие металлы, стоящие в ряду напряжений до золота, перекись водорода, двух хлористое олово, сернокислое железо, треххлористый титан, окись свинца, двуокись марганца, перекиси щелочных и щелочноземельных металлов. Для восстановления золота используют также различные органические вещества: муравьиную и щавелевую кислоты, гидрохинон, гидразин, метол, ацетилен и др. Для золота характерна способность к образованию комплексов с кислородом и серосодержащими лигандами, аммиаком и аминами вследствие высокой энергии образования соответствующих ионов. Чаще всего встречаются соединения одновалентного и трехвалентного золота. Часто их рассматривают как сложные молекулы, состоящие из равного числа атомов Au (1) и Au (3) . Трехвалентное золото – очень сильный окислитель, оно образует много устойчивых соединений. Золото соединяется с хлором, фтором, йодом, кислородом, серой, теллуром и селеном.
 
Физико-механические свойства
Золото давно является объектом научных исследований и относится к числу металлов, чьи свойства изучены достаточно глубоко. Атомный номер золота 79, атомная масса 197.967, атомный объем 10.2см /моль. Природное золото моноизотопно и в нормальных условиях инертно по отношению к большинству органических и неорганических веществ. Золото имеет гранецентрированную кубическую решетку и не претерпевает аллотропических превращений. Постоянная решетки а составляет 4.07855 А при 25 С, что соответствует значению 4.0724 А при 20 С.
Большие расхождения существуют в результате измерения температуры плавления золота – от 1062.7 до 1067.4 С. Как правило, температурой плавления золота считают 1063 С. Теплота сублимации золота при 25 С равна 87.94 ккал. Поверхностное натяжение расплавленного золота составляет 1.134 Дж/м. Теплопроводность золота l при 20 С составляет 0.743 кал и мало меняется с повышением температуры. При низких температурах наблюдается максимум теплопроводности при 10 К. Температурный коэффициент электросопротивления при 0 – 100 С равен 0.004 С. Облучение, наклеп и закалка золота приводят в результате образования дефектов решетки к небольшим изменениям параметра решетки и объема металла. Однако эти изменения очень не значительны, линейные размеры изменяются лишь на несколько сотых процентов. В процессе отжига происходит термический возврат свойств, изменение которых было вызвано дефектами решетки. Для чистого золота характерны низкое значение предела прочности s - порядка 13 – 13.3 кгс/мм – и высокое значение относительного удлинения – порядка 50% - в отожженном состоянии. Предел текучести s также очень низок, он равен 0.35 кгс/мм. Упрочение в процессе пластической деформации весьма не значительно вследствие склонности золота к рекристаллизации в процессе деформирования.
Применение золота в науке и технике
Тысячелетиями золото использовалось для производства ювелирных украшений и монет, а применение золота для зубопротезирования известно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленности известно с конца XVII в. Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытия золотом широко применяли для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние 40 – 45 лет можно отнести к периоду чисто технического применения золота. Золото обладает уникальным комплексом свойств, которого не имеет ни какой другой металл. Оно обладает самой высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, по электро – и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, ядро золота имеет большое сечение захвата нейтронов, способность золота к отражению инфракрасных лучей близка к 100%, в сплавах оно обладает каталитическими свойствами. Золото очень технологично, из него легко изготавливают сверхтонкую фольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят на металлы и керамику. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением. Такая совокупность полезных свойств послужила причиной широкого использования золота в важнейших современных отраслях техники: электронике, технике связи, космической и авиационной технике, химии.
Следует отметить, что в электронике на 90% золото используют в виде покрытий. Электроника и связанные с ней отрасли машиностроения являются основными потребителями золота в технике. В этой области золото широко используют для соединения интегральных схем сваркой давлением или ультразвуковой сваркой, контактов штепсельных разъемов, в качестве тонких проволочных проводников, для пайки элементов транзисторов и других целей. В последнем случае особенно важно то, что золото образует легкоплавкие эвтектики с индием, галлием, кремнием и другими элементами, которые обладают проводимостью определенного типа. Помимо технологических усовершенствований в электронике, для ряда деталей и узлов вместо золота стали использовать палладий, покрытия оловом, сплавами олова со свинцом и сплавом 65% Sn + 35% Ni с золотым подслоем. Сплав олова с никелем обладает высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью, приемлемой величиной контактного сопротивления и электропроводностью. Несмотря на то что в настоящее время расход золота в электронике непрерывно возрастает, считается, что он мог быть на 30% выше, если бы не меры, направленные на экономию золота.
В микроэлектронике широко применяют пасты на основе на основе золота с различным электросопротивлением. Широкое использование золота и его сплавов для контактов слаботочной аппаратуры обусловлено его высокими электрическими и коррозионными свойствами. Серебро, платина и их сплавы при использовании в качестве контактов, коммутирующих микротоки при микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстро тускнеет в атмосфере, загрязненной сероводородом, а платина полимеризует органические соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из его сплавов обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. Золотые припои с низким давлением пара используют для пайки вакуумноплотных швов деталей электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмической промышленности.
В измерительной технике для контроля температуры и особенно для измерений низких температур используют сплавы золота с кобальтом или хромом. В химической промышленности золото главным образом используют для плакирования стальных труб, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ.
Золотые сплавы применяют в производстве часовых корпусов и перьев для авторучек. В медицине используют не только зубопротезные золотые сплавы, но и медицинские препараты, содержащие соли золота, для различных целей, например при лечении туберкулеза. Радиоактивное золото используют при лечении злокачественных опухолей. В научных исследованиях золото используют для захвата медленных нейтронов. С помощью радиоактивных изотопов золота изучают диффузионные процессы в металлах и сплавах.
Золото применяют для металлизации оконных стекол зданий. В жаркие летние месяцы через оконные стекла зданий проходит значительное количество инфракрасного излучения. В этих обстоятельствах тонкая пленка (0.13 мкм) отражает инфракрасное излучение и в помещении становится значительно прохладнее. Если через такое стекло пропустить ток, то оно обретет противотуманные свойства. Покрытые золотом смотровые стекла судов, электровозов и т.д. эффективны в любое время года.
Валютно–финансовое значение золота
До появления монет средствами платежа служили слитки или кольца из золота, серебра или меди, что вило к большим неудобствам в торговых расчетах. Слитки приходилось взвешивать, делить на более мелкие. Это послужило решающей предпосылкой для перехода к чеканке монет.
Большинство исследователей считают, что первая золотая монета была отчеканена в VII в. до н.э. в Лидии из сплава, содержащего 73% Au и 27% Ag. Чуть позже стали чеканить золотые монеты и в древней Греции. В странах Средиземноморья и на Ближнем Востоке наравне с золотыми имели обращение серебрянные монеты, что указывает на раннее происхождение биметаллизма. Соотношение ценности между золотом и серебром было различным в зависимости от эпохи и наличия запасов этих металлов. По свидетельству Плиния, первую золотую монету римляне выбили в III в. до н.э. Само слово ''монета'' произошло от названия римского храма Юнона – Монета, где был организован первый римский монетный двор.
В начале XIX в. намечается переход к золотому стандарту в Великобритании, законодательно – в конце XVIII в., фактически – в 1823 г. Во Франции, Германии, России, Японии и США переход к монометаллической денежной системе завершился в последней четверти XIX в. Высшей формой золотого стандарта был золотомонетный стандарт, характеризующийся свободной циркуляцией во внутреннем обращении золотых монет и их свободной чеканкой, неограниченным разменом на бумажные деньги по твердым паритетам, свободным ввозом и вывозом золота за границу.
Свободная циркуляция золота в наибольшей степени отвечала требованиям системы свободного предпринимательства, служила развитию международных денежных связей, постепенно оформившихся в валютную систему.
Громоздкость золотых монет и связанные с этим неудобства и издержки при транспортировке, постепенное истирание монет, издержки в обращении явились объективными причинами перехода на бумажные деньги.
Высокие цены на золото стимулируют разработку его заменителей, но совершенно очевидно, что универсального заменителя золоту найти не удается. Можно только говорить о замене золота более дешевым материалом в отдельных устройствах, где условия работы позволяют это сделать. Если принять во внимание рост космических программ, то можно ожидать значительного роста технического применения золота. Несомненно, что если бы не специфические монетарные функции золота, этот металл гораздо более широко применялся бы в технике уже в настоящее время.