Учёные выяснили, что количество золота, добытого и выплавленного за всю историю человечества, приблизительно равно количеству ежедневно добываемого железа. Почему так случилось, что золота на Земле так мало? И откуда оно появилось?
Согласно древним мифам, золото получилось из солнечного света и является сгустком энергии. Его так и называли «солнечным металлом». Благодаря современным достижениям науки мы близки к тому, чтобы подтвердить эти мифы. Дело в том, что золото и все остальные металлы появились из Звёздной пыли. Золото более чем в три раза тяжелее и плотнее железа. Считается, что тяжёлые металлы образовались в результате взаимодействия звёзд с высокой энергией, то есть огромных нейтронных звёзд. От их столкновения образуется большое количество золота, но, к сожалению, из-за размеров Вселенной долетело до Земли лишь небольшое его количество.
- ЦАРСКАЯ ВОДКА — смесь соляной и азотной кислоты в соотношении 3:1. Соляная кислота играет роль комплексообразователя, а азотная — окислителя.
- КОМПЛЕКС — соединение тяжёлых металлов с нейтральными молекулами или ионами, которые называются лигандами. Комплексы хорошо растворяются в воде.
Химические свойства
Долгое время считалось, что золото абсолютно инертный металл. Он, действительно, крайне не активен и мало с чем взаимодействует. При комнатной температуре и нормальных условиях золото не окисляется, а растворить его можно только в очень сильных кислотах с комплексообразователями. Пример такой кислоты — «царская водка». На фото вверху показан процесс растворения золотого слитка в колбе с «царской водкой». Уравнение этой реакции:
Также цианидные растворы способны растворить золото в присутствии кислорода:
Эта реакция лежит в основе промышленного способа извлечения золота из руд — цианирования.
Ни один газ, кроме фтора, не способен окислить золото при комнатной температуре. В прошлых номерах мы писали, что фтор — очень «сильный» неметалл (способен забирать чужие электроны) и единственный неметалл, который способен оторвать электрон у золота.
В чём же секрет подобной стабильности элемента? Для этого нам надо внимательно изучить электронную конфигурацию золота, которая определяет его химические свойства. Атомный номер золота — 79, он содержит столько же протонов и электронов.
Au79: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 4f14 6s1 5d10
Последний уровень содержит всего один электрон. Это значит, что для атома золота характерна валентность 1, то есть он склонен отдавать один электрон. Действительно, существуют соединения одновалентного золота, но в виде комплексов. Например: H[AuCl2 ].
Как видите, оказывается, золото не такой уж и инертный металл. При определённых условиях золото можно перевести в раствор. Иначе было бы невозможно извлекать его из золотосодержащих руд.
Физические свойства
Золото — мягкий металл. Твёрдость сопоставима с твёрдостью ногтя (твёрдость по шкале Мооса — 2,5–3,0, твёрдость стекла — 5,0). В полевых условиях твёрдость проверяют с помощью ножа. Если провести острием ножа по поверхности минерала, то на нём останется царапина. А если сильно постараться, то золото можно и разрезать при помощи ножа. На нём даже можно оставить след, сильно прикусив зубами. «На зуб» раньше пробовали золотые монеты. На поддельных монетах с низким содержанием золота невозможно оставить следы от зубов.
Этот металл также является очень ковким. Из одного грамма золота можно получить полупрозрачное полотно с характерным блеском площадью в 1 м2 ! Таким полотном покрывают купола храмов или отделывают дворцовые залы. Ну или можно вытянуть его в нить длиной в 2,5–3 км! Такая нить очень хорошо проводит тепло и электричество, что делает золото незаменимым материалом в электротехнике.
В результате скольжения слоёв происходит общая деформация, однако прочная металлическая связь между атомами золота держит «куски» металла вместе.
Эти и другие свойства, а также относительно небольшое количество золота на планете делает этот металл дорогим и ценным. В истории немало случаев, когда люди пытались найти заменитель золоту. Одним из примеров является «золото дураков»: дисульфид железа FeS2 . Он такого же цвета и имеет такой же блеск. Но схожести, к сожалению, на этом и заканчиваются. Вы помните алхимиков, пытавшихся найти философский камень, с помощью которого можно превращать любой металл в золото. Эта потребность очень далеко продвинула алхимиков в науке. Дефицит золота всё ещё оказывает влияние на развитие науки. Возможно, мы когда-нибудь научимся управлять золотыми астероидами, чтобы брать с них заветный «солнечный металл».
КОВКОСТЬ МЕТАЛЛА — это способность деформироваться под воздействием удара. Объясняется это явление перемещением и скольжением отдельных слоёв атомных групп.
СОЛЬ ДОРОЖЕ ЗОЛОТА
Соль, которую мы добавляем в нашу еду, состоит, главным образом, из хлорида натрия.
В природе это соединение встречается в виде минерала галита — основы так называемой каменной соли. Это белые или прозрачные кристаллы, которые очень часто за счёт примесей окрашены в самые причудливые оттенки. Так, глина делает каменную соль коричневой, тальк — серой, соединения железа — жёлтой, оранжевой, розовой и даже красной. И хотя каменная соль содержит много других веществ, например, йодиды, сульфиды, бромиды, соединения магния, калия и кальция, первое, что приходит на ум при упоминании слова «соль» — это хлорид натрия. Соль — одно из самых распространённых соединений на земле. Её так много, что людям нет необходимости производить её синтетически.
Соль можно найти в земле в виде осадочных отложений. Мировой океан — это вообще раствор соли, где на каждую тысячу тонн воды приходится 1.3 тонны соли. Именно такое высокое содержание соли в Мировом океане и сделало на сегодня метод выпаривания соли из морских вод самым выгодным. Из океана с брызгами и в результате испарения соль переходит в воздух, а в верхних слоях атмосферы встречается даже в виде капелек воды. Да и в живых организмах соль является важнейшим элементом. Вы, наверное, не раз видели в фильмах кадры, когда неживую лягушку накачивали физраствором с содержанием солей натрия, и её мышцы снова начинали двигаться. Знаете, что человеку, которому стало плохо, ставят капельницу с раствором хлорида натрия. Это делается по многим причинам, главная из которых — роль солей натрия в нашем организме. Дисбаланс этих солей очень сильно влияет на то, как лекарства из капельницы будут усваиваться нашим организмом.
Согласно химической формуле, соль — это соединение одного атома Na и одного атома Cl. Натрий относится к третьему периоду и к первой (I) группе, значит — в нём три электронных уровня и один электрон находится на внешнем уровне. Это делает натрий очень реактивным элементом, который «мечтает» отдать свой единственный электрон на внешнем уровне и прийти к идеальному состоянию. Хлор тоже находится в третьем периоде, но относится к VII группе, то есть у него семь электронов на внешнем уровне и ему не хватает всего одного электрона, чтобы завершить свой электронный уровень. Таким образом, вы уже поняли, что два этих элемента притягиваются друг к другу с необычайной силой, образуя ионную связь. При этом натрий становится положительно заряженным, а хлор — отрицательно. В водных растворах хлорид натрия существует в виде ионов натрия и хлора, что определяет его физико-химические свойства. Например, при воздействии серной кислоты очень быстро из раствора соли будет выделяться хлороводород — бесцветный газ с резким едким запахом. А при реакции с нитратом серебра можно мгновенно получить белый осадок хлорида серебра — это качественная реакция на ионы хлора.
В кристаллах обыкновенной поваренной соли каждый атом натрия окружён шестью атомами хлора и каждый атом хлора окружён шестью атомами натрия. И чистый кристалл никогда не притягивает молекулы воды, то есть он не гигроскопичен. Примеси же делают соль магнитом для молекул воды. За счёт такой любви к воде соль с примесями (техническая соль) стала излюбленным способом борьбы с оледеневшими дорогами зимой. Техническая соль растворяет лёд, а так как температура замерзания у образовавшегося раствора ниже, чем у чистой воды, то вместо льда мы получаем мокрые улицы безо льда. Такой способ эффективен, но он сильно влияет на качество почвы, потому в прогрессивных странах лёд закидывают песком или выдалбливают, но никогда не посыпают солью.
Сумасшедшая соль
Интересно, что помимо обычных кристаллов поваренной соли учёные совсем недавно открыли «сумасшедшую соль». В обычных условиях атомы натрия и хлора действительно могут взаимодействовать только по соотношению 1 к 1. Под давлением же законы природы дают сбой, и мы можем получить необычные структуры Na 3 Cl, Na 2 Cl, Na 3 Cl 2 , NaCl 3 , NaCl 7 . Это происходит, потому что некоторые атомы хлора начинают отдавать электроны, приобретая положительный заряд. Группа профессора Оганова смогла не только предсказать эти структуры, но и подтвердить их существование экспериментально.
Для нас же существование соли в водных растворах в виде ионов имеет огромное значение. Ведь именно за счёт свойств ионов натрия в водной среде возможна наша жизнь. Тело человека состоит на 60% из воды. И все питательные процессы в нашем организме проходят в водной среде. Именно поэтому каждая клеточка нашего организма оснащена механизмом «калиево-натриевых насосов». Калий — это тоже металл, имеющий один электрон на внешнем уровне. Но в отличие от натрия, который старается связать себя с ионами воды, калий выводит воду из клетки. Эти два элемента входят в состав мембраны клетки и за счёт своих контрастных свойств позволяют воде циркулировать в организме, питая каждую клеточку полезными веществами.
Схематически это можно изобразить так: внутренний слой мембраны составляет калий, при этом слой натрия с внешней стороны мембраны клетки притягивает воду с питательными веществами и позволяет ей проникнуть внутрь. Когда уровень воды и, соответственно, ионов натрия в клетке становится больше, то тут уже калий вступает в игру и выпроваживает всех лишних гостей — молекулы воды и излишки ионов натрия. Поэтому очень важно соблюдать баланс калиевых и натриевых солей, потребляемых за день. Для этого многие используют не обычную поваренную соль, а соль с добавками. Например, розовая гималайская соль содержит, помимо натрия, и калий, и кальций, и многое другое. Люди очень часто пересаливают еду, что ведёт к перенасыщению ионами натрия и замедлению циркуляции воды в организме. Но исключить соль совсем — смерти подобно. Тогда процесс питания клеток будет невозможен, и сколько бы полезной пищи мы не ели, толку будет ноль. В этом случае наши клетки умрут от голода. В среднем человеку надо около 20 г соли ежедневно. Это около 7–8 кг соли в год. Интересно, что двое людей съедают за год 14–16 кг, а это равно 1 пуду. Значит, фраза «съесть пуд соли вместе» означает делить еду, а с ней и все проблемы в течение года.
Хлеб-соль вам
В наше время соль доступна каждому, но раньше добыча соли была делом непростым и цена на соль была заоблачной. В какое-то время соль даже действовала как денежная единица. На неё можно было купить что-то, солью платили налоги. Иногда вводили налог на саму соль, ведь только богатые люди могли себе её позволить. Во многих культурах соль занимала важное место, вспомните, славянское «хлеб-соль» гостям, римское «подарить соль другу», индийское «есть соль» своего благодетеля. Интересно, что некоторые народы изгоняли демонов солью наряду со святой водой. Сложно представить, сколько соли перевели создатели сериала «Сверхъестественное» за 11 сезонов, посыпая ею все ходы и выходы в борьбе с призраками и другой нечистью. Неизвестно, как эффективна соль в борьбе с потусторонним миром, но в борьбе с бактериями соль применяют с давних времён. Кочевники издревле готовили вяленое мясо, посыпая его солью. Такой метод позволял хранить мясо аж до весны. А древние египтяне увлекались рыбо-, перепёлко- и уткосолениями.
Удивительно ещё и то, как соль действует на наш вкус. Вы, может быть, слышали или видели, как ваши мамы при готовке добавляют щепотку соли не только к супам, вторым блюдам, но и к десертам, а возможно и к кофе. Этому есть вполне химическое объяснение. Ионы натрия и хлора удерживают ионы воды вокруг себя, высвобождая запахи. Потому пресная еда кажется нам не только безвкусной, но и не обладающей никаким запахом. А запах, как известно,— первый друг хорошего аппетита. К тому же, соль раздражает нервные окончания на нашем языке, делая вкус ярче. Потому немного соли в пироге не придают солоноватый вкус, но делают сладость насыщенней.
Вот такой продукт соль. Без него мы никуда. И потому он дороже золота. Только помните, что если переусердствовать с солью, то белое золото может стать белой смертью.
