Зо́лото (химический символ — Au, от ) — элемент 11 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы) шестого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 79.
Простое вещество золото — тяжёлый и мягкий благородный металл жёлто-оранжевого цвета.
Этимология Русское слово «золото» восходит к праславянскому *zolto; родственны ему «жёлтый», «золотой»; с другим вокализмом: , , ; далее — (), , , «золото», также () «жёлтый, золотистый, зеленоватый», происходящих от праиндоевропейского корня «жёлтый, зелёный, яркий»Золото , Этимологический словарь русского языка. — М.: Прогресс. М. Р. Фасмер, 1964—1973 годы.Золото , Школьный этимологический словарь русского языка. Происхождение слов. — М.: Дрофа. Н. М. Шанский, Т. А. Боброва, 2004 год.Золото , Этимологический словарь русского языка. Русский язык от А до Я. — М.: ЮНВЕС. А. В. Семёнов, 2003 год.Золото , Этимологический словарь русского языка. — СПб.: Полиграфуслуги. П. А. Крылов, 2005 год..
Физические свойства
Чистое золото — мягкий металл, из-за релятивистских эффектов электронов имеет жёлтый цвет. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото на просвет зелёное. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.
Золото — тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19,32 г/см³ (шар из чистого золота диаметром 46,237 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает седьмое место после осмия, иридия, платины, рения, нептуния и плутония. Почти равную с золотом плотность имеет вольфрам (19,25 г/см³).
Высокая плотность золота облегчает его добычу, отчего даже простые технологические процессы — например, промывка на шлюзах, — могут обеспечить высокую степень извлечения золота из промываемой породы.
Золото — очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2,5, по Бринеллю 220—250 МПа (сравнимо с твёрдостью ногтя).
Золото также высокопластично: оно может быть прокатано в листки толщиной до ~0,1 мкм (100 нм) (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 2 мг/м.
В апреле 2019 года группа российских учёных-физиков под руководством кандидата физико-математических наук Алексея Владимировича Арсенина (центр фотоники и двумерных материалов МФТИ) впервые в мире получили «двумерное» золото — золотую плёнку толщиной 3—4 нм, прикрепив его атомы к особой подложке из сульфида молибдена (MoS2). Подобные плёнки, по мнению российских физиков и нанотехнологов, должны найти применение при создании прозрачной электроники будущего. Исследования новой формы золота показали, что оно сохраняет свойства металла даже при такой сверхмалой толщине.
Температура плавления золота 1064,18 °C (1337,33 К), кипит при 2856 °C (3129 К). Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см3 при температуре плавления. Жидкое золото довольно летучее, оно активно испаряется задолго до температуры кипения.
Линейный коэффициент теплового расширения — (при 25 °C). Теплопроводность — 320 Вт/м·К, удельная теплоёмкость — 129 Дж/(кг·К), удельное электрическое сопротивление — 0,023 Ом·мм2/м.
Электроотрицательность по Полингу — 2,4. Энергия сродства к электрону — 2,8 эВ; атомный радиус — 0,144 нм, ионные радиусы: Аu+ 0,151 нм (координационное число 6), Аu3+ 0,082 нм (4), 0,099 нм (6).
Причиной того, что цвет золота отличается от цвета большинства металлов, является малость энергетической щели между наполовину заполненной 6-орбиталью и заполненными 5-орбиталями. В результате золото поглощает фотоны в синей, коротковолновой части видимого спектра, начиная с примерно 500 нм, но отражает более длинноволновые фотоны с меньшей энергией, которые не способны перевести 5-электрон на вакансию в 6-орбитали (см. рис.). По этой причине золото при освещении белым светом выглядит жёлтым. Сужение щели между 6- и 5-уровнями вызвано релятивистскими эффектами — в сильном кулоновском поле вблизи ядра золота орбитальные электроны движутся со скоростями, составляющими заметную часть скорости света, причём на -электронах, у которых максимум плотности орбитали находится в центре атома, эффект релятивистского сжатия орбитали сказывается сильнее, чем на -, -, -электронах, чья плотность электронного облака в окрестностях ядра стремится к нулю. Кроме того, релятивистское сжатие -орбиталей увеличивает экранировку ядра и ослабление притяжения к ядру электронов с более высокими орбитальными моментами (непрямой релятивистский эффект). В целом, 6-уровень снижается, а 5-уровни растут.
Химические свойства Золото — один из самых инертных металлов, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его относят к благородным металлам, в отличие от обычных металлов, разрушающихся под действием кислот и щелочей. В XIV веке была открыта способность царской водки растворять золото, что опровергло мнение о его химической инертности.
Наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, в этой степени окисления оно легко образует с однозарядными анионами (F−, Cl−. CN−) устойчивые плоско-квадратные комплексы [AuX4]−. Относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1, дающие линейные комплексы [AuX2]−. Долгое время считалось, что +3 — высшая из возможных степеней окисления золота, однако, используя дифторид криптона, удалось получить соединения Au+5 (фторид AuF5, соли комплекса [AuF6]−). Соединения золота(V) стабильны лишь со фтором и являются сильнейшими окислителями.
При взаимодействии атомарного фтора с пентафторидом золота были получены летучие фториды золота(VI) и золота(VII): AuF6 и AuF7. Они крайне неустойчивы, особенно AuF6, который дисмутирует с образованием AuF5 и AuF7Химия и жизнь, 1987. ..
Степень окисления +2 для золота нехарактерна, в веществах, в которых она формально равна 2, половина золота, как правило, окислена до +1, а половина — до +3, например, правильной ионной формулой сульфата золота(II) AuSO4 будет не Au2+(SO4)2−, а Au1+Au3+(SO4)2−2, однако обнаружены комплексы, в которых золото всё-таки имеет степень окисления +2.
Существуют соединения золота со степенью окисления −1, называемые ауридами. Например, CsAu (аурид цезия), RbAu (аурид рубидия)Неорганическая химия: в 3 т. / Под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 3: Химия переходных металлов. Кн. 2. М.: Изд. центр «Академия», 2007, 400 с..
Из чистых кислот золото растворяется только в концентрированной селеновой кислоте при 200 °C с образованием жёлтого осадка (селената золота) и селенистой кислоты: 2 Au + 6 H2SeO4 ->[200^oC] Au2(SeO4)3 + 3 H2SeO3 + 3 H2O
Концентрированная хлорная кислота HClO4 реагирует с золотом и при комнатной температуре, при этом образуя различные нестойкие оксиды хлора, а также жёлтый раствор растворимого в воде перхлората золота(III):
2 Au + 8 HClO4 -> Cl2 + 2 Au(ClO4)3 + 2 O2 + 4 H2O
Реакция обусловлена сильной окислительной способностью HClO4.
Золото не реагирует с кислородом ни при каких температурах«Chemistry of Oxygen» . Chemwiki UC Davis. 2 October 2013. Retrieved 1 May 2016. и до 100 °С устойчиво к воздействию озонаCraig, B. D.; Anderson, D. B., eds. (1995). Handbook of Corrosion Data. Materials Park, Ohio: ASM International. p. 587. ISBN 978-0-87170-518-1..
Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты: 4 Au + 8 CN^- + 2 H2O + O2 -> 4 [Au(CN)2]^- + 4 OH^- Цианоаураты легко восстанавливаются до чистого золота: 2 Na[Au(CN)2] + Zn -> Na2[Zn(CN)4] + 2 Au v
В случае реакции с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200 °C с образованием хлорида золота(III), то в концентрированном водном растворе соляной и азотной кислот в пропорции 3:1 («царская водка») золото растворяется с образованием хлораурат-иона уже при комнатной температуре: 2 Au + 3 Cl2 + 2 Cl^- -> 2 [AuCl4]^-
При комнатной температуре (20—30 ) золото реагирует с жидким бромом и его растворами в воде и органических растворителях, диспропорционируя, образуя трибромид AuBr3: 2 Au + 2 Br2 -> AuBr3 + AuBr С йодом реагирует при 120−393 2 Au + I2 -> 2 AuI
Кроме того, золото растворяется в хлорной воде.
С фтором золото реагирует в интервале температур 300—400 , при более низких реакция не идёт, а при более высоких фториды золота разлагаются.
Золото также растворяется в ртути, образуя легкоплавкий сплав (амальгаму), содержащий интерметаллиды золото-ртуть.
Известны золотоорганические соединения — например, этилдибромид золота или ауротиоглюкоза.
Золото не взаимодействует с серой напрямую, но сульфид золота(III) можно получить пропусканием сероводорода через разбавленный раствор хлорида золота(III) или хлорно-золотой кислоты.
Биологическая роль и физиологическое воздействие Золото как микроэлемент присутствует в организме человека в небольшом количестве, но биологическая роль золота всё ещё недостаточно изучена. Химические элементы, являющиеся синергистами и антагонистами золота, не установлены.
Соединения «солнечного» металла угнетающе действуют на бактерии, вирусы инфекционных гепатитов и ВИЧ, оно усиливает бактерицидное действие серебра. Отмечается, что среди наночастиц металлов 11 группы Периодической системы химических элементов (I побочной подгруппы по старой классификации) — серебра, меди и золота, — наибольшей антибактериальной активностью обладают наночастицы меди, наименьшей — наночастицы золота.
Золотая вода («питьевое золото» с содержанием ионов золота около 0,0005-0,001 мг/л) официально признана в Индии, считается иммуностимулятором, антидепрессантом и используется для усиления жизненного тонуса и улучшения умственной деятельности. Отмечается, что для её приготовления длительно кипятят в воде любое изделие из золота. Поскольку известно, что в ювелирном золоте присутствуют примеси ряда других металлов (чистое золото 999,9-й пробы в ювелирном производстве не используется), полученная подобным образом «золотая вода», помимо золота, в действительности содержит большое количество ионов других металлов, таких как Ag, Cu, Pd, Ni, чем и вызвано её биологическое действие.
В 1920—1930 гг. препараты из солей золота применялись для борьбы с сифилисом, туберкулёзом, стрептококковым сепсисом, ревматоидным артритом, синдромом Шегрена и эритематозной волчанкой. Впоследствии были созданы базисные ауротиомалат натрия и ауротиоглюкоза для инъекций (оба содержат по 50 % элементарного золота) и ауранофин для приема внутрь (содержание золота — 29 %). Мнения специалистов относительно целесообразности ауротерапии и эффективности ее препаратов довольно противоречивы. Во-первых, для препаратов золота не разработаны стандартные лечебные дозы, их подбирают индивидуально, а передозировка ионов золота в организме небезопасна. Во-вторых, первые признаки улучшения состояния больных появляются не раньше, чем через 3-4 месяца и более, либо совсем отсутствуют. В третьих, золото депонируется и длительно сохраняется в лимфатических узлах, надпочечниках, почках, печени, селезёнке и гипоталамусе, костном мозге, синовиальной оболочке суставов и др., что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении, тем самым усугубляются морфофункциональные изменения, вызванные основной патологией. В-четвёртых, приём препаратов золота часто вызывает тяжелые осложнения.