Системы для проб сплавов
Раньше в странах были разные системы оценки драгоценных металлов. С развитием прогресса их число сократилось. На сегодня известно, какие бывают системы — метрическая и каратная.
Метрическая
Больше других в мире распространенная и единственная действующая сегодня в России. Принцип системы заключается в указании количества золота на килограмм материала. По этой системе распространенными являются пробы – 375, 500, 750, 958 и 999.
Каратная
В Европе и США широко применяется каратная система. В ней 24 части (карата) соответствуют 100% содержанию благородного металла. Например, проба 10К означает, что из 24 частей сплава 10 составляет чистое золото.
Золотниковая
Использовалась система в царской России, была отменена в 1927 году. Базировалась на использовании единицы веса — фунта. Один фунт составляет 450 граммов, или 96 золотников. Драгоценным считался металл с пробой не ниже 36 золотников.
Лотовая
Система использовалась в Старой Европе. Еще в средние века серебро и золото измерялись в марках. Одна марка равнялась 16 лотам. Драгоценным считается сплав с пробой не ниже 6 лотов, что соответствует 375 пробе.
Таблица 1. Соответствия проб золота
| Золотниковая | Метрическая | Лотовая | Каратная |
| 36 | 375 | 6 | 9 |
| 48 | 500 | 7 | 10 |
| 56 | 585 | 9 | 14 |
| 72 | 750 | 12 | 18 |
Таблица 2. Названия сплава, состава и цветов 583 пробы
| № | Название сплава | Содержание золота, % | Содержание серебра, % | Содержание Меди, % | Содержание
никеля, %
|
Содержание Другие металлы, % | Цвет сплава |
| 1 | ЗлМ583 | Au 58,3 | — | Cu 41,7 | — | — | ярко-красный |
| 2 | ЗлСрМ583-20 | Au 58,3 | Ag 2,0 | Cu 39,7 | — | — | ярко-красный |
| 3 | ЗлСрМ583-42 | Au 58,3 | Ag 4,2 | Cu 37,5 | — | — | ярко-красный |
| 4 | ЗлСрМ583-80: | Au 58,3 | Ag 8,0 | Cu 33,7 | красный | ||
| 5 | ЗлСрМ583-125 | Au 58,3 | Ag 12,5 | Cu 29,2 | — | — | красный |
| 6 | ЗлСрМ583-146 | Au 58,3 | Ag 14,6 | Cu 27,1 | — | — | красный |
| 7 | ЗлСрМ583-200 | Au 58,3 | Ag 20,0 | Cu 21,7 | — | — | красноватый |
| 8 | ЗлСрМ583-217 | Au 58,3 | Ag 21,7 | Cu 20,0 | — | — | бледно-красный |
| 9 | ЗлСрМ583-250 | Au 58,3 | Ag 25,0 | Cu 16,7 | — | — | зеленоватый |
| 10 | ЗлСрМ583-300 | Au 58,3 | Ag 30,0 | Cu 11,7 | — | — | зеленый |
| 11 | ЗлСрМ583-337 | Au 58,3 | Ag 33,7 | Cu 8,0 | — | — | зеленый |
| 12 | ЗлСр583-417 | Au 58,3 | %; Ag 41,7 | — | — | — | зеленый |
| 13 | ЗлСрМН3,2-35,7-2,8 | Au 58,3 | Ag 3,2 | Cu 35,7 | Ni 2,8 | — | розовый |
| 14 | ЗлМН35,4-6,3 | Au 58,3 | — | Cu 35,4 | Ni 6,3 | — | |
| 15 | ЗлМН24,7-17 | : Au 58,3 | — | Cu 24,7 | %; Ni 17,0 | — | бледно-розовый |
| 16 | ЗлСрПд23,7-18 | Au 58,3 | Ag 23,7 | — | — | Pd 18,0 | белый |
| 17 | ЗлМНЦ23,5-12,2-6 | Au 58,3 | Cu 23,5 | — | — | Ni 12,2 Zn 6,0 | белый |
Дополнительная информация:
Имеет очень высокие ковкость, тягучесть, электро- и теплопроводность. Хорошо паяется и сваривается. Практически полностью отражает инфракрасные лучи. В природе имеет только один изотоп Au-197. Твердость по Моосу 2,5.
С ртутью образует амальгаму содержащую интерметаллические соединения (AuHg2, Au3Hg)и суспензию захваченных крупинок золота. Не растворимо в кислотах (неорганических и органических) в отсутствии окислителей, растворимо в растворах цианидов в присутствии кислорода, царской водке, горячей безводной селеновой кислоте. Мелкодисперсное золото растворимо в растворе трииодида калия за счет образования дииодоаурата (I) калия. Легко растворяется в водном растворе хлора («хлорной воде») или брома. Лучшим растворителем является насыщенная хлором соляная кислота. При 450 С 1 объем золота растворяет до 48 объемов кислорода. Растворяется в жидком теллуре с образованием теллуридов. Растворяется в концентрированной серной кислоте в присутствии ортоиодной кислоты, азотной кислоты или диоксида марганца. Хорошим растворителем золота является водный раствор тиомочевины в присутствии хлорида или сульфата железа (III). Практически все процессы растворения связаны с образованием комплексных соединений золота.
С парами брома реагирует при комнатной температуре с образованием моно- и трибромида, а выше 60 С — монобромида, с иодом — при 60-110 С с образованием моноиодида, с хлором — выше 200 С с образованием трихлорида, а около 300 С — монохлорида, со фтором — выше 300 С с образованием трифторида. Не реагирует с водородом, азотом, углеродом, кислородом, серой и селеном. При восстановлении золота оно часто не выпадает в осадок, а образует коллоидные растворы различного цвета, зависящего от размера частиц, с отрицательным зарядом частиц (золи золота).
Сплавы: Сплав золота (75%), серебра (20%) и индия (5%) называется зеленое золото и используется для изготовления ювелирных изделий. Сплав золота и платины (47:1) имеет белый цвет. Сплав 78% золота и 22% алюминия имеет рубиново-красный цвет. Сплав 75% золота, 20% палладия и 5% серебра имеет белый цвет («белое золото»). Сплав 75% золота и 25% серебра имеет зеленый цвет, сплав 80% золота с 20% никеля имеет белый цвет.
«Металлургия благородных металлов» М.:Металлургия, 1987 стр. 13-36
«Неорганические синтезы» сб.1 М.: ИИЛ, 1951 стр. 10
«Физические величины» под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З., М.:Энергоатомиздат 1991 стр. 1189
Гурвич Я.А. «Справочник молодого аппаратчика-химика» М.:Химия, 1991 стр. 50
Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке» Ярославль:Академия Холдинг, 2000 стр. 32, 41-42
Некрасов Б.В. «Основы общей химии» т.2 М.:Химия, 1973 стр. 245, 248-250, 254-256
Рабинович В.А., Хавин З.Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977 стр. 64
Степин Б.Д., Цветков А.А. «Неорганическая химия» М.:Высшая школа 1994 стр. 398-400
ПРИМЕНЕНИЕ
Золотые монеты
По своей химической стойкости и механической прочности золото уступает большинству платиноидов, но незаменимо как материал для электрических контактов. Поэтому в микроэлектронике золотые проводники и гальванические покрытия золотом контактных поверхностей, разъёмов, печатных плат используются очень широко.
Золото используется в качестве мишени в ядерных исследованиях, в качестве покрытия зеркал, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, в качестве специальной оболочки в нейтронной бомбе. Тонкий слой золота (20 нм) на внутренней поверхности оконных и витражных стекол существенно уменьшает нежелательные тепловые потери зимой, а летом предохраняет внутренние помещения зданий и транспортных средств от нагревания инфракрасными лучами.
Золотые припои очень хорошо смачивают различные металлические поверхности и применяются при пайке металлов. Тонкие прокладки, изготовленные из мягких сплавов золота, используются в технике сверхвысокого вакуума.
Традиционным и самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости. В настоящее время для этого служат сплавы Au-Ag-Cu, которые могут содержать добавки цинка, никеля, кобальта, палладия. Стойкость к коррозии таких сплавов определяются, в основном, содержанием в них золота, а цветовые оттенки и механические свойства — соотношением серебра и меди.
Значительные количества золота потребляет стоматология: коронки и зубные протезы изготовляют из сплавов золота с серебром, медью, никелем, платиной, цинком. Такие сплавы сочетают коррозионную стойкость с высокими механическими свойствами.
Соединения золота входят в состав некоторых медицинских препаратов, используемых для лечения ряда заболеваний (туберкулёза, ревматоидных артритов и т. д.). Радиоактивный изотоп 198Au (период полураспада 2,967 сут.) используется при лечении злокачественных опухолей в радиотерапии.
Золото (англ. Gold) — Au
| Молекулярный вес | 196.97 г/моль |
| Происхождение названия | Праславянское «*zolto» («золото») родственно лит. geltonas «жёлтый», латыш. zelts «золото». |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
Общие сведения
Несмотря на то что золото – металл, который известен всему миру на протяжении тысяч лет, не все знают о том, что в природе оно встречается в различных видах и в разных местах. Размер его частиц может составлять от микрона до десятков сантиметров. Из-за различных примесей этот благородный металл не всегда имеет традиционный желтый цвет. Добыча золота – очень прибыльный бизнес, в основе которого лежат различные свойства этого природного материала. Именно знания о металле, накопленные веками, позволяют удовлетворять потребность в нем.
В химии золото (лат. Aurum) обозначается символом Au. В переводе на русский Aurum означает «желтый». Этот элемент относится к 1 группе периодической системы Менделеева. Его атомный номер – 79. Формула золота зависит от компонентов, входящих в сплав. В составе природного вещества присутствует изотоп 197 Au. Металл имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку типа Cu.
В природе существует 15 минералов, в которых содержится этот химический элемент. К ним относятся: самородное золото с примесями меди или серебра, порпесит, электрум, осмистый иридий (ауросмирид), калавертин, креннерит, летцит, сильванит, мутманит, нагиагит, монтбрейит и проч. Существуют и другие соединения, содержащие этот металл. Это платинистое, родистое, иридистое, медистое золото. В горных породах данное вещество чаще всего рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях золото нередко заключено в сульфиды и арсениды.
Ранее считалось, что этот элемент очень инертен, но многочисленные эксперименты с ним доказали, что это не совсем так. Такое заблуждение основывалось на том основании, что золото никак не изменяется при воздействии на него таких агрессивных агентов, как кислород и сера. Также оно не вступает в реакцию с такими химическими элементами, как азот, водород, фосфор, углерод. На него не действуют большинство минеральных кислот и щелочи.
Валентность этого химического элемента в различных соединениях обычно составляет +1 или +3. Галогены при нагревании образуют с золотом следующие соединения: AuCl3, AuF3, AuI, AuBr3. При комнатной температуре оно легко вступает в реакцию с бромной или хлорной водой. Химические свойства золота позволяют определить его подлинность в домашних условиях. Так, водно-спиртовой раствор йода и йодид калия оставляют на металле 583 и 585 пробы темные пятна, которые трудно вывести. Только золото выше 750 пробы при чистой качественной лигатуре не вступает в реакцию с этими веществами.
Металл не магнитится и не имеет никакого запаха. При помощи этих свойств можно также определить подлинность ювелирных изделий.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Золотой самородок
Содержание золота в земной коре очень низкое — 4,3·10-10 % по массе (0,5-5 мг/т), но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. Один литр и морской, и речной воды содержит менее 5·10−9 граммов Au, что примерно соответствует 5 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами.
Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами (ртуть, цианиды). С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы.
В 1947 году американские физики Ингрем, Гесс и Гайдн проводили эксперимент по измерению эффективного сечения поглощения нейтронов ядрами ртути. В качестве побочного эффекта эксперимента было получено около 35 мкг золота. Таким образом, была осуществлена многовековая мечта алхимиков — трансмутация ртути в золото. Однако экономического значения такое производство золота не имеет, так как обходится во много раз дороже добычи золота из самых бедных руд.
Физико-химические свойства золота
Этот металл имеет достаточно высокую температуру правления. Она составляет 1063ºC. Кипит металл при 2947ºC. При расплавлении золото приобретает бледно-зеленый цвет. Все металлы, которые входят в сплавы с ним, понижают температуру его плавления. Пары золота имеют зеленовато-желтый оттенок. При нагревании этого металла и его сплавов свыше 1063ºC они начинают улетучиваться. Причем чем больше температура, тем выше летучесть.
Поразительно, как сильно влияют на сплавы золота различные примеси. Так, его летучесть значительно повышается при наличии цинка, мышьяка, теллура, сурьмы, ртути. Серебро или медь в сплаве с благородным металлом значительно повышают его твердость. При этом несколько теряются такие свойства, как тягучесть и ковкость.
Один из самых главных показателей золота – это его плотность. При температуре 20ºC она составляет 19,3 г/см3. Частицы золота в 2,5 раза тяжелее частиц серебра. Плотность природных самородков несколько выше, чем сплавов. Так, примеси серебра или меди снижают ее до показателей 18-18,5 г/см3. Для наглядности можно представить 1 кг этого драгоценного металла в виде:
- куба, ребро которого составляет 37,3 мм;
- шара с диаметром 46,2 мм;
- половины обычного стакана золотого песка.
Все вышеперечисленные свойства этого металла человек научился использовать в своих целях. Промышленная добыча золота из горной породы стала возможной именно благодаря его высокой плотности.
Цветные
Так как чистое золото в изготовлении ювелирных украшений практически не применяется, его используют в сочетании с другими металлами. Они не только улучшают его технические характеристики, но и влияют на цветовую гамму изделия.
Желтое
Сплав желтого цвета в ювелирном деле считается одним из традиционных. В состав помимо золота входит серебро и медь, а их пропорции варьируют оттенок от рыжеватого до лимонного. Так как строгих рамок количества лигатуры для желтого золота нет, его проба может меняться от самой низкой (333) до наиболее высокой (958) для сплава.
Красное
Если в смеси из аурума, серебра и меди большая доля приходится на последний элемент, изделие приобретает красный цвет. Его оттенки были характерны для украшения, производимых в СССР, однако в современной России практически не встречается. Медный цвет хорошо смотрится в сочетании с другими металлами (популярностью пользуются кольца из красного и белого золота), а также с драгоценными камнями.
Белое
Белое золото на сегодняшний день догнало по популярности желтое. Его изготавливают с добавлением платины, серебра и палладия. Стоимость такого изделия получается на порядок выше классического желтого сплава.
В ювелирном деле используют сплавы 585 и 750 пробы. Чтобы снизить стоимость украшения, белое золото часто используют в сочетании с более доступными металлами.
Зеленое
Зеленое золото встречается редко, хотя его рецепт – один из древнейших. Первые упоминания о нем относят к I–II тысячелетию до нашей эры. В России зеленые сплавы изготавливаются в двух вариациях:
- 58,5% золота и 41% серебра – 585 проба;
- 75,0% золота и 25% серебра – 750 проба.
Причина редкости зеленых украшений заключается в их хрупкости: при механических нагрузках металл разрушается.
Синее и голубое
Голубой оттенок украшений возникает при добавлении в состав индия. Сегодня подобные сплавы считаются мифом, так как все данные о них носят лишь теоретический характер.
Единственный человек, сумевший добиться результара, – Антониасси – оставил технологию производства в тайне от современников и потомков. Украшения голубого цвета, которые можно найти сегодня на прилавках ювелирных салонов, – это сплавы, покрытые лаком или подвергшиеся родированию.
Черное
Черное золото появилось сравнительно недавно. Получить его можно несколькими способами, в том числе и при помощи современных технологий (воздействие на готовое изделие лазером). Если говорить исключительно о сплавах, то для получения нужного оттенка в него добавляют хром и кобальт.
Серое
Украшения из серого золота в чистом виде встречаются крайне редко. Чуть чаще ювелиры выпускают изделия со вставками этого сплава. Редкий и необычный оттенок достигается путем добавления в состав стали. Для закрепления результата готовое украшение обрабатывают гальваническим способом, в процессе которого на изделие наносится тончайшая металлическая пленка.
Розовое
Розовое золото считается одной из разновидностей красного. Главное его отличие – наличие в сплаве не только меди, но и серебра.
Фиолетовое или аметистовое
Добавление в состав калия либо алюминия придает ему фиолетовый или лиловый оттенок. Украшения подобного цвета появились исключительно благодаря любознательности современных мастеров ювелирного дела. Они нашли записи о фиолетовом золоте, бывшем в ходу в Древнем Египте, а затем путем проб и экспериментов воплотили его рецепт в жизнь.
Коричневое или бурое
Бурое золото используется в ювелирном деле давно. Однако еще несколько десятилетий назад из него изготавливали исключительно наручные часы. Сегодня же украшения коричневого цвета встречаются во многих коллекциях ювелирных домов и маркируются 585 либо 750 пробой. Изготовление изделия нужного оттенка происходит в несколько этапов.
Сначала готовится сплав, а после формирования украшения наступает второй этап – его обрабатывают специальным химическим составом.
Когда золото стало ценным?
Археологические раскопки показали, что люди использовали драгоценный металл еще в V веке до н.э. Но в первых человеческих поселениях использовалось необработанное золото.
Создавать золотые предметы быта и украшения люди стали значительно позднее.
Самые ранние золотые украшения, датируемые бронзовым веком, удалось найти на территории Ирландии. Правда, у этого народа металл не пользовался большой популярностью. Его обменивали на рынке на более ценные для северян товары.
Активная разработка руды в Древнем мире велась в странах Средиземноморья. Жители Ближнего Востока поставляли руду и изделия из нее в Египет. Самые древние украшения из драгметалла были обнаружены в гробницах египетской царицы и правительницы шумеров. Оба экземпляра датируются III тысячелетием до н.э.
В России первый золотой прииск был обнаружен только в 1732 году старателями Архангельской губернии. Но разрабатывать его стали значительно позже. Официальной датой начала работ считают 1745 год. Всего первое уральское месторождение дало 65 кг.
Меры чистоты золота
Государства контролируют оборот драгметалла. Век назад почти в каждой стране работала своя система пробирования, но сейчас большинство приведено к общему знаменателю.
Британская каратная система
В каратной системе (США, Канада, Швейцария) за 100 % принято число 24. Клеймо «18 K» говорит о том, что украшение состоит на 75 % из драгоценного металла, а на 25 % из чего-то ещё — например меди и палладия.
Метрическая система
В России, СНГ, Германии число на клейме — это количество промилле (тысячных долей) золота в сплаве. 500 ‰ — проба 500, 375 ‰ —375. Не существует только пробы 1000 — вместо нее 999,9. Она содержит микроскопическое количество примесей и условно считается чистой.
Золотниковая система
Золотниковая система проб действовала в Российской империи, РСФСР и СССР в 1798–1927 годах. Она основана на русском фунте, равном 96 золотникам, аналогична каратной математически, но делит целое не на 24, а на 96 долей.
Таблица соответствия проб
Посмотрим на три системы в сравнении. Существует также лотовая проба — она по сути повторяет каратную, но берет за сто процентов 16 единиц (лот). Лотовая проба использовалась для пробирования серебра в Европе до введения метрической системы и не имеет отношения к золоту.
| Метрическая система проб | 999 | 958 | 916 | 900 | 750 | 585 | 500 | 375 |
| Каратная система проб | 24 | 23 | 22 | 21,6 | 18 | 14 | 12 | 9 |
| Золотниковая система проб | 96 | 92 | 88 | 86,4 | 72 | 56 | 48 | 36 |
Теории происхождения золота
Точно сказать, откуда на Земле появилось золото, не способен ни один ученый. Пока сильные умы мира сего строят гипотезы и теряются в догадках, люди создают легенды, в которых превозносят желтый металл, его красоту и характеристики до небес.
Существует много поверий, которые рассказывают о том, когда и как появился Au на Земле. Этот элемент находится практически везде. Обычному человеку сложно представить, но в его теле содержится около 10 мг благородного металла. Золото есть в воде рек и океанов, оно находится в почве и растениях.
Так откуда взялось золото? Существует две основные теории, которые рассматривают вопрос о том, как элемент появился на нашей планете.
- Одна теория рассказывает о том, что металл возник здесь уже после образования планеты. Au стал ее частью, когда на Земле бушевали вулканы и атмосфера была неблагоприятна для создания жизни. Ядро Земли было раскалено настолько, что притягивало к себе железо и другие металлы, охлаждаясь за их счет. В процессе подобной вулканической активности и появилось золото. Оно образовалось за несколько столетий и постепенно вышло на поверхность за счет извержений вулканов, землетрясений и наводнений.
- Вторая теория рассказывает о том, что Au как элемент на нашей планете появился еще в момент ее формирования. Золото пришло к нам из космоса. Метеориты, падая на землю, «делали» запасы Au. Постепенно частицы метеоритов стали составляющим породы и превратились в крупные и не очень месторождения золота.
Известно, что количество всего добытого золота за время существования настолько ничтожно, что его можно сравнить с количеством железа, которое человечество добывает за один день. Добыча Au связана с определенными трудностями, и зачастую залежи металла настолько глубоко расположены в недрах земли, что извлечь его из породы просто невозможно.
Да, действительно никто не оспаривает, что вулканические процессы в недрах земли поспособствовали образованию благородного металла. Но это вовсе не говорит о том, что вулканы стали первопричиной преобразования железа или другого металла в Au.
Да к тому же условия, царившие на планете сложно назвать благоприятными для образования залежей золота. Даже самые высокие температуры не способны превратить алюминий или никель в благородный металл.
Если рассуждать о второй теории, то она считается наиболее близкой к истине. Дело в том, что о космическом происхождении металлов ученые рассуждают довольно давно. Они сравнивают количество метеоритных дождей и гамма-взрывов с количеством добытого Au.
Космическая версия происхождения золота
Вполне вероятно, что на момент формирования нашей планеты золото уже существовало, по этой причине оно довольно близко расположено к ядру Земли. Метеоритный дождь, падение астероидов и прочие катаклизмы привели к тому, что количество этого металла на нашей планете значительно увеличилось.
Исследования частиц метеоритов и других небесных тел показали, что благородные металлы неизменно присутствуют в их составе. Кстати, если переплавить все золото мира, которое было добыто человечеством и то, что находится в недрах земли, его хватит, чтобы покрыть всю поверхность нашей планеты четырехметровым слоем.
Металл мог появиться на планете и после гамма-взрыва, который дал мощную волну энергии и помог пополнить запасы золота. Впрочем, это тоже только теория, которая не дает ответа на вопрос.
Ранее считалось, что металл образовывается в недрах земли в толщах магматических пород. При извержении вулканов, под действием температур элементы каким-то образом перевоплощались в благородные металлы. После под действием тех же самых извержений Au и другие элементы вышли на поверхность. А часть золота осталась в ядре. Впрочем, эта теория позднее была подвергнута жесткой критике и признана маловероятной.
Естественно, что это не все теории, которые были выдвинуты учеными. От некоторых гипотез пришлось отказаться, поскольку они были опровергнуты. Другие же превратились в фантастические истории и также не нашли подтверждения. Но наука не стоит на месте и сегодня существует одна теория, которая признана мировой общественностью как наиболее реальная.
