Нахождение в природе
Золото встречается преимущественно в виде самородков. В 1872 году, в Австралии был найден кусок самородного золота, весом 250 кг. Рудное или жильное золото находится в первичных месторождениях, а россыпное или промывное золото – во вторичных месторождениях (речной песок). В воде мирового океана концентрация золота исчисляется 4-10 мг./т. воды, т.е. запас золота во всей массе воды океанов составляет примерно 10.000.000.000 т. металла. Промышленная добыча золота из морской воды не выгодна. Отднако в экспериментальных работах, из морской воды удалось получить металлическое золото, путем его осаждения на ионообменных смолах, с последующим вымыванием и осаждением. Золото содержится не только в виде самородного металла, но и в различных рудах, а также в виде растворимых комплексных соединений с сероводородом, содержащихся в глубинных геотермальных водах. Известны случаи, когда на обсадных трубах геотермальных электростанций, обнаруживали тонкий слой золота, которое осаждается в результате разложения комплексных соединений золота при подъеме на поверхность.
Получение золота.
1. Промывка породы содержащей золото.
2. Извлечение из породы амальгамным способом. Процесс основан на свойстве ртути растворять золото с образованием амальгамы. После растворения золота, амальгаму фильтруют от различных нерастворимых примесей (песок, оксиды и др.). При нагревании, ртуть легко отгоняется, а золото остается. Полученное золото может содержать примеси меди, серебра и других металлов, способных образовывать амальгамы с ртутью. Кроме того, этот способ получения золота, является крайне опастным для здоровья, в связи с высокой токсичностью паров ртури.
3. Извлечение из породы цианидным способом. Породу обрабатывают раствором цианида натрия при продувке кислородом (воздухом), при этом золото переходит в раствор в виде комплексной соли:
4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
Из раствора золото осаждают с помощью цинковой пыли
2[Au(CN)2]– + Zn = [Zn(CN)4]2- + 2Au
затем обрабатывают разбавленной серной кислотой, для отделения цинка, промывают, высушивают и очищают электролитическим методом, электролитом служит H[AuCl4] + HCl.
Физические свойства золота.
Температура плавления золота: 1063°С;
Плотность золота при 20°С: 19.32 г/см3.
Желтый мягкий блестящий металл с очень хорошей электрической и тепловой проводимостью. Самый ковкий и пластичный металл: 1 г. золота можно вытянуть в нить длиной 3240 м. а золотую пластинку размером 1 х 1 см. и толщиной 0,5 мм.можно расплющить до размера площадью в 4 квадратных метра.
Химические свойства золота.
На воздухе золото абсолютно устойчиво. Реагирует с хлором, бромом, с царсокй водкой (алхимики называли золото – царем металлов, поэтому, смеси кислот, которая растворила золото дали название “Царская водка”) образует комплексное соединение растворимое в воде – золотохлористоводородную кислоту:
Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O
Соединения золота.
Соединения золота (III) значительно более устойчивы, чем соединения золота (I). Золото образует два оксида – оксид золота (I), или закись золота, Au2O и оксид золота (III) или окись золота, Au2O3. В водном растворе, золото всегда образует комплексные соединения. Иззолотосодержащий растворов действием хлорида олова (II) можно получить интенсивно окрашенный в темно-красный цвет коллоидный раствор золота (кассиев золотой пурпур); подобную окраску принимают соединения золота при нагревании.
Калия дицианоаурат(I) K[Au(CN)2] – бесцветные кристаллы с гексагoнальной кристаллической решеткой. Плотность 3,45 г/см3. Устойчив на воздухе, при нагревании разлагается. Растворимость в воде – 14,3 г в 100 г при 20 °С, малорастворим в этаноле, ацетоне и эфире. Из водного раствора кристаллизуется при добавлении спирта или кислот. При действии Zn, Al, Mn, Mg, и других восстановителей на водные растворы Калия дицианоаурат(I) выделяется Аu, при нагревании с разбавленными кислотами образуется AuCN. Калия дицианоаурат(I) легко окисляется галогенами с образованием K[Au(CN)2X2], где Х – Сl, Вr или I. Получают Калия дицианоаурат(I) взаимодействием Au с раствором KCN в присутствии Н2О2 или О2, реакцией AuCN с раствором KCN, анодным растворением Аu в растворе KCN. Калия дицианоаурат(I) – промежуточный продукт при извлечении золота из руд. Его применяют при электролитическом золочении металлических поверхностей и элементов микроэлектронных схем, как реагент для анализа белков и ферментов. Токсичен. Вызывает дерматит и стоматит, повреждает почки и головной мозг (!).
Тетрахлораурат(III) водорода (тетрахлорозолотая, или золотохлористоводородная кислота) H[AuCl4] – светло-желтые, гигроскопичные кристаллы в форме игл, соответствующие химическому составу H[AuCl4]·4H2O. Если осторожно нагревать тетрахлорзолотую кислоту, то она разлагается с выделением HCl и красновато коричневых кристаллов хлорида золота (III) AuCl3. В растворе хлорид золота (III) имеет желтую окраску (см. фото). Самая известная соль этой кислоты – “Золотая соль” тетрахлораурат(III) натрия Na[AuCl4], представляющий собой желтые кристаллы.
Щелочи осаждают из растворов тетрахлорзолотой кислоты бурый гидроксид золота (III) Au(OH)3, называемый также “Золотой кислотой”, т.к. это вещество обладает слабо выраженными кислотными свойствами и образует соли. При 100°С золотая кислота теряет воду, превращаясь в бурый оксид золота (III) Au2O3.
Резинат золота. – продукт реакции между серосодержащим эфирно-хвойным маслом (“Серный бальзам”) и тетрахлорауратом(III) калия; этот продукт, нанесенный на фарфоровые изделия, после обжига оставляет слой золота с отличной адгезией к фарфору.
Хлорид золота (I) AuCl – белое, малорастворимое в воде вещество. Получают при нагревании хлорида золота (III) в струе диоксида углерода до 180°С. Из растворов хлорида золота (I) щелочи осаждают фиолетовый оксид золота (I) Au2O.
Все соединения золота легко разлагаются при нагревании с выделением металлического золота. Многие органические вещества (альдегиды, некоторые спирты, глюкоза), а также ионы металлов в низших степенях окисленности (Sn2+, Fe2+ и др.) восстанавливают золото до металла из растворов его солей.
Применение.
Золото – ювелирный металл. Слитки золота обеспечивают бумажные деньги. Используется также в зубопротезной практике, для крашения фарфора и стекла, тиснения на книгах, изготовления электрических контактов в микроэлектронике, получения соединений золота и золочения. Золочение – покрытие изделий тонким слоем золота; осуществляется накатыванием фольги или гальваническим методом с использованием электролита, содержащего дицианоаурат(I)калия и цианид калия, а также золочение можно осуществить с помощью автокаталитической химической реакции. Проводятся эксперименты и разработка безопасной технологии Химическое золочение, которая позволит при н.у., химическим способом наносить тонкий декоративный слой золота на подготовленную поверхность пластиковых, керамических, стеклянных и др. изделий.
Задания для самоконтроля:
1. Какие степени окисления проявляет медь в своих соединениях? Соединения с какой степенью окисления наиболее устойчивы?
2. С какими из перечисленных веществ будет реагировать медь:
раствор соляной кислоты, конц.серная кислота, кислород, водород, сульфат железа (II)? Напишите возможные уравнения реакции.
3. Происходит ли окисление серебра на воздухе? Как можно получить оксид серебра?
4. Дать общую характеристику d-элементов Iгруппы периодической системы, записать электронные формулы атомов.
5. Как изменяются радиусы атомов и ионизационные потенциалы в ряду медь –золото?
6. Каков характер химических связей в соединениях d-элементов Iгруппы. Какова способность к комплексообразованию этих элементов в степенях окисления I, II, III.?
7. Насколько распространены элементы подгруппы меди в природе?.
8. Назовите наиболее типичные медные руды, опишите методы переработки сернистых руд и рафинирования меди.
9. Как перерабатывают в промышленности природные соединения серебра?. Каковы принципы металлургии золота?.
10. В какихобластях науки и техники применяются медь, серебро, золото и их сплавы?
Задания для самостоятельной работы:
1. Как можно проиллюстрировать амфотерный характер гидрок-сидов меди и золота?
2.Напишите реакции получения купритов, купратов и ауратов.9.2.3.Напишите реакции получения солей меди(I), серебра(I), золо-та(I). Одинакова ли их устойчивость?
3.Дайте развернутую характеристику галогенидам серебра(I), опишите закономерности в их растворимости.
4.Напишите реакции, характеризующие, получение, свойства, гидролиз солей меди(II).
5. Как изменяются характерные степени окисления в ряду медь-серебро-золото?
6.Как объяснить почернение серебряных предметов на воздухе? Написать уравнение реакции.
7.Написатьуравнения реакций взаимодействия оксида меди(I) с концентрированными серной и азотной кислотами.
8. Закончить уравнения реакций:
1. Cu(OH)2+KClO+KOH→ KCuO2+...
2. Cu(OH)2+ SnCl2+KOH → Cu2O+.......
3. Cu(OH)2+KCN → K[Cu(CN)2] +......
4. Au(OH)3+ H2O2→.....
5. Au(OH)3+ H3PO3→.......
9.Как объяснить, что на воздухе изделия из меди зеленеют, а из серебра –чернеют?
10.В каких кислотах можно растворить медь, серебро, золото? Напишите уравнения соответствующих реакций.
11.Почему в растворах KCN хорошо растворяются AgCl, AgBr, AgI, а в растворе аммиака можно растворить только AgClи AgBr, но не AgI?
12.Почему безводный сульфат меди белого цвета, а медный купорос –синего?
13.Что произойдет, если на водный раствор [Ag(NH3)2]Cl подействовать азотной кислотой?Напишите уравнение реакции.
14. В реакцию с концентрированной серной кислотой вступило 0,3 моль меди. Вычислите количество вещества и объем оксида серы (IV) (н. у.), выделившегося в результате реакции.
15. Какая масса серебра выделится на стенках химического сосуда в результате взаимодействия достаточной массы муравьиной кислоты с 0.01 моль оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»)?
Подготовьте доклад, реферат или презентацию на тему:
· Биологическая роль меди, серебра.
· Бактерицидное действие ионов серебра и меди.
· Применение в медицине и фармации соединений меди, серебра,золота.
· Легенды и мифы о золоте.
· Золото в фармации и медицине.
· Химические основы применения соединений серебра в качестве лечебных препаратов («серебряная вода», «серебряная марля», колларгол, протаргол и др.) и в фармацевтическом анализе.
Список рекомендуемой литературы:
1. Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е. Неорганическая химия. Ростов-н/Д. Феникс, 2005
2. Бабков, А.В. Общая и неорганическая химия [Текст]: учебник / А.В. Бабков, Т.И. Барабанова, В.А. Попков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – 384 с.
