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79, Gold (Au)
Aurum, lat. aurum = Gold
Das Element Gold:
Pd
Ag
Cd
Pt
Au
Hg
Ds
Rg
Cn
Natürliche Entstehung von Gold (Nukleosynthese):
Gold ist das 19. Reinelement, und besitzt nur ein stabiles Isotop mit der Massenzahl 197. Dieses kann sowohl über s-Prozesse in Roten Riesensternen als auch durch r-Prozesse nach Supernova-Explosionen aus leichteren Elementen gebildet werden. Gold-197 ist nach heutigem Kenntnisstand stabil.
Die Gold-Synthese:
197
Au-Synthese:
(s-, r-Prozesse)
196
Pt + n →
197
Au + β
-
+ 6,57 MeV
56
Fe + 141n →
197
Au + 53β
-
+ 1109 MeV
Vorkommen von Gold:
Im Universum ist Gold mit ca. 0,6 ng/kg am Aufbau der Durchschnittsmaterie beteiligt (Rang 69). Es ist damit in etwa so häufig wie Silber oder Rhodium, jedoch deutlich seltener als beispielsweise Platin. Am Gesamtaufbau der Erde ist Gold mit durchschnittlich 0,26 mg/kg beteiligt (Rang 52). Da es sich jedoch aufgrund seines edlen Charakters und hohen spezifischen Gewichtes in der Erdkruste stark abgereichert hat, findet es sich dort nur mit durchschnittlich 4 μg/kg (Rang 75) in der Materie - es ist also in der Erdkruste sogar seltener zu finden als im Universum!
Mineralien.
Gold kommt primär fast ausschließlich in gediegener Form in Form von Nuggets oder staubförmig in Gesteinen vor. Aus diesen wird es durch die Erosion in die Flüsse gewaschen, wo es sich dann in Form von Seifen im Flussbett ablagert. Lt. Wikipedia führen fast alle europäischen Flüsse Gold mit sich. Neben dem Vorkommen als gediegen Gold finden sich einige wenige, seltene Mineralien, in welchen Gold legiert oder chemisch gebunden mit anderen Elementen, vorallem mit Selen oder Tellur, vorfindet. Dies sind beispielsweise der Calaverit (Goldtellurid, Au
2
Te) und das Elektrum (Legierung aus Silber und Gold, mit einem Silberanteil von mehr als 20%). Die Metalle Gold, Silber und Kupfer sind in jedem Verhältnis ohne Mischungslücke miteinander legierbar.
Wichtige Goldmineralien
Goldnugget, Au
[1]
Elektrum, [Au|Ag]
[2]
Calaverit, Au
2
Te
[2]
Gold-Gewinnung:
In fast allen Fällen kommt Gold elementar, jedoch meist in Verbindung mit Silber in der Natur vor. Historisch wurde es über tausende von Jahren durch Goldwaschen aus Flusssedimenten gewonnen. Hierbei machte man sich die hohe spezifische Dichte des Goldes zunutze, welches beim Aufwirbeln zusammen mit dem Schlamm in einer nach unten zugespitzten Schale (
Sichertrog
genannt) sich ungleich schneller als andere Bestandteile des Fluss-Schlammes absedimentierte. Durch dieses mechanische Verfahren wird jedoch nur ein Teil des Goldes aus dem Schlamm erfasst, der Großteil ist mit diesem Verfahren nicht erfassbar. Es wird heute daher großtechnisch auf zwei Arten vom umgebenden Gestein getrennt:
Amalgam-Verfahren.
Hierzu wird das goldhaltige Gestein zerkleinert und mit Wasser und Quecksilber ausgelaugt. Gold ist in Quecksilber gut löslich, und bildet mit ihm Goldamalgam. Es lässt sich dann mittels Verdampfen des Quecksilbers durch Abdestillation desselben bei 600°C von diesem trennen. Durch dieses Verfahren werden ca. 70% des Goldes im Gestein erfasst.
Cyanidlaugung.
Gold löst sich in Gegenwart von Luftsauerstoff in cyanidhaltigen Lösungen unter Komplexbildung auf. Daher kann man Gold auch mittels Kaliumcyanidlösungen unter Belüftung aus dem Gestein herauslösen. Bei dieser Methode entsteht aus dem elementaren Gold Kaliumdicyanidoaurat(I), welches dann an Zink zu Gold reduziert werden kann. In der Praxis wird das zerkleinerte Gestein aufgeschlämmt und dann mit einer 0,1% bis 0,25% Natrium- oder Kaliumcyanidlösung verrührt und filtriert.
Meist werden beide Verfahren miteinander kombiniert: Zunächst wird der Großteil des Goldes mittels des Amalgamverfahrens aus dem Stein gewaschen, während der verbliebene Rest dann über Cyanidlaugung in einem zweiten Waschgang abgetrennt wird.
Goldgewinnung durch das Cyanid-Verfahren:
1. Lösen des Goldes mit Kaliumcyanid-Lösung:
4Au + 8KCN + 2H
2
O + O
2
→ 4K[Au(CN)
2
] + 4KOH
2. Reduktion des Cyanidkomplexes mit Zinkstaub:
2K[Au(CN)
2
] + Zn → K
2
[Zn(CN)
4
] + 2Au↓
Reinigung des Rohgoldes.
Sowohl durch das Amalgamverfahren als auch durch die Cyanidlaugung behält das Gold seinen Silberanteil. Auch Platingruppenelemente können noch im Rohgold enthalten sein - da diese ebenfalls in Quecksilber löslich sind, bzw. unter den Bedingungen des Auslaugens mit Cyanid stabile Cyanidkomplexe bilden. Daher vergießt man das Rohgold zu Anodenplatten, die dann gegen eine Feingoldkathode in einer salzsauren Gold(III)chlorid-Lösung elektrolysiert werden (Wohlwill-Verfahren, 1874 entwickelt). Unedlere Metalle verbleiben bei diesem Verfahren in Lösung, während die Platingruppenelemente zusammen mit Selen und Tellur in den Anodenschlamm übergehen, aus welchem sie dann gewonnen werden können. Das Silber fällt als Silberchlorid aus und findet sich dann ebenfalls im Anodenschlamm. Hierbei geht Gold an der Anode als Tetrachloridogoldsäure in Lösung.Diese entsteht dadurch, dass sich Chlorid-Ionen an der Anode zu nascierendem Chlor entladen. Dieses setzt oberflächlich das Gold der Anode zu Goldchlorid um, welches sich dann teilweise mit weiteren Chlorid-Ionen zu Tetrachloroaurat-Ionen komplexiert. An der Kathode werden primär Hydronium-Ionen zu nascierendem Wasserstoff entladen. Dieser reduziert dann sofort vorhandenes Goldchlorid zu Gold. Dabei entstehen dann wieder Hydronium- und Chlorid-Ionen. Es liegen also keine "Gold(III)-Ionen" in der Lösung vor.
Gewinnung und Reindarstellung von Gold
Goldwäscher mit Sichertrog
[5]
Schema der Goldgewinnung
[8]
Reingold-Elektrolyse
[8]
Chemie von Gold:
Gold hat die Elektronenkonfiguration [Xe] 6s
1
4f
14
5d
10
. Es betätigt daher in Verbindungen hauptsächlich die Oxidationsstufen +1 oder +3, mit Fluor wird auch die Oxidationsstufe +5 erreicht. Seltener tritt die Oxidationsstufe +2 auf, welche fast ausschließlich als Mischform zwischen Au(I)- und Au(III)Au-Verbindungen betrachtet werden muss.
Verhalten an der Luft.
Gold ist gegenüber Luft unter allen Bedingungen beständig. Gold geht unter Normaldruck mit molekularem Sauerstoff keine Verbindung ein - umgekehrt ist Gold(III)oxid nur bis 160°C beständig, und zerfällt oberhalb davon unter Energierabgabe wieder in die Elemente. Alle Goldoxide (Au
2
O und Au
2
O
3
) haben positive Standardbildungsenthalpien (endotherme Verbindungen).
4Au + 3O
2
+ 106,6 kJ → 2Au
2
O
3
Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen.
Gegenüber Wasser und Wasserdampf ist Gold vollkommen inert. Gegenüber allen Säuren, sowohl oxidierenden, nichtoxidierenden oder der Flusssäure ist Gold sowohl in der Kälte als auch in der Hitze beständig. Einzig in Königswasser oder von Chlorwasser wird Gold unter Gold(III)chlorid-Bildung angegriffen bzw. aufgelöst. Dabei erhält man das Tetrachloridoaurat(III)-Komplexion, welches durch Anlagerung eines Chlorid-Ions an Gold(III)chlorid gebildet wird. Von diesem Komplexion abgeleitet, ist die Tetrachlorgold-Säure, die man auch durch Auflösen von Gold(III)chlorid in Salzsäure erhalten kann. Gegenüber wässrigen oder geschmolzenen Alkalien ist Gold ebenfalls vollkommen beständig.
Reaktion von Gold mit Königswasser:
Au + NOCl + Cl
2
+ HCl → H[AuCl
4
] + NO
(2NO + O
2
→ 2NO
2
)
Reaktion mit Halogenen.
Von Fluor wird Gold bereits beim gelinden Erwärmen stark angegriffen, es bildet sich Gold(III)fluorid, AuF
3
. Dieses kann bei stärkerem Erwärmen unter Druck bis zum Gold(V)fluorid, AuF
5
weiter fluoriert werden. Dies ist die Verbindung mit der höchsten bekannten Oxidationsstufe des Goldes (+5). Mit Chlor, Brom und Iod reagiert Gold ebenfalls beim Erwärmen merklich. Es werden Gold(I)- oder Gold(III)halogenide gebildet, welche mit Halogenwasserstoffsäuren Komplexe bilden können.
Reaktionen mit Schwefel.
Gold reagiert weder in der Kälte noch in der Hitze mit Schwefel. Gold(I)sulfid lässt sich durch Einleiten von Schwefelwasserstoff in eine Cyanidoaurat(I)-Lösung, Gold(III)sulfid durch Einleiten von Schwefelwasserstoff in eine Gold(III)chlorid-Lösung in Diethylether erhalten.
Komplexchemie.
Mit Halogenid-Ionen oder Pseudohalogenid-Ionen bildet Gold Komplexe der Zusammensetzungen AuX
2
-
und AuX
4
-
. Im Falle des Cyanido-Komplexes kann dieser aus elementarem Gold in wässriger Lösung unter Einleiten von Luftsauerstoff gebildet werden.
Auride.
Mit den elektropositivsten Elementen, also Kalium, Rubidium und Cäsium bildet Gold Salze, wo es als Aurid-Anion (Au
-
) vorliegt. Diese Auride zersetzen sich sehr heftig mit Wasser, wobei die Alkaliehydroxide nebst elementarem Gold gebildet werden. Es können jedoch (blaue) Aurid-Lösungen in flüssigem Ammoniak erhalten werden.
Einige Gold-Verbindungen
Tetrachloridogoldsäure, HAuCl
4
[3]
Gold(III)chlorid, AuCl
3
[4]
Verwendung von Gold und seinen Verbindungen :
Gold:
Schmuckmetall.
Seit Alters her ist Gold das wertvollste Schmuckmetall. Aus ihm wurden seit jeher Schmuckgegenstände und Gegenstände für kultische Handlungen hergestellt. Die Fertigung dieser Utensilien aus Gold soll(te) den Reichtum des Trägers bzw. die Bedeutung für den Kult bzw. die Religion hervorheben.
Medaillen / Auszeichnungen.
Traditionell wird Gold als "König der Metalle" metaphorisch zur Hervorhebung einer superlativen Leistung gebraucht. So würdigt die Goldmedaille den besten Sportler bei den verschiedenen Disziplinen bei den Olympischen spielen. Auch die Medaille des Nobelpreises besteht aus Gold.
Blattgold
dient zum Vergolden von Gegenständen aber auch von Gebäudeteilen. Gold ist sehr stark dehnbar: Es lassen sich Folien von 0,1 μm Stärke herstellen. Aus einem Gramm (= 51,76 mm
3
) Gold lässt sich also eine Folie der Fläche von rd. 0,52 Quadratmetern herstellen. Aus einem Würfel der Kantenlänge 1cm (=1 cm
3
) kann eine Fläche von 10m
2
vergoldet werden.
Wertanlage.
Bedingt durch seine Seltenheit und seinen edlen Charakter ist Gold eine wichtige Wertanlage. Früher wurden auch die Währungssysteme vieler Staaten durch einen Goldstandard gedeckt (Goldwährung), so z.B. die Goldmark des Deutschen Kaiserreiches (1871-1914), das Englische Pfund und der US-Dollar. Eine Goldwährung bedeutet, dass das in Umlauf befindliche Papiergeld jederzeit in die adäquate Menge an Gold umgetauscht werden konnte. Spätestens nach der Weltwirtschaftskrise 1929 lösten sich jedoch die meisten Staaten von diesem Goldstandard.
Elektroindustrie.
Da Gold zum einen die drittbeste Leitfähigkeit nach Silber und Kupfer besitzt, zum anderen weder mit Sauerstoff noch Schwefel reagiert, wird es zum Überzug (Vergolden) von qualitativ hochwertiger Leiterplatten, Kabeln und Steckern verwendet.
Goldlegierungen.
Der Goldgehalt wird in Promille oder in Karat angegeben. Die untenstehende Tabelle gibt eine Reihe von Legierungen mit den Goldgehalten wieder.
Feingold
bezeichnet Gold mit einer Reinheit von 99,9%.
Gelbgold
ist eine Legierung, die neben 33,3% Gold (=8 Karat) 43,1% Kupfer, 11,4% Silber und 12,2% Zink enthält (sattgelbes Gelbgold). Es ist eine beliebte Schmucklegierung, die sich allerdings chemisch sehr unedel verhält.
Rotgold
besteht in der Hauptsache aus Gold und Kupfer (Au-Cu-Anteil an der gesamten Legierung über 90%), während nur wenig Silber darin enthalten ist.
Weißgold
besteht in der Hauptsache aus Gold und Silber (Au-Ag-Anteil). Oft werden - um verschiedene Glanzgrade zwischen reinweiß und silbergrau zu erzielen, auch Platingruppenelemente (Rhodium, Platin, Iridium, Palladium) zugesetzt.
Zahngold
besteht meist zu über 80% aus Gold, dem neben 10% Platin verschiedene andere Metalle zur Härtung (Rhodium, Iridium, Niob, Tantal) zugesetzt werden. Zahngold ist im Gegensatz zum Silberamalgam, welches ebenfalls als Zahnersatz verwendet wird, ungiftig.
Verschiedene Gold-Legierungen
Gehalt in ‰
Gehalt in Karat
Zusammensetzung
Bezeichnung
Etwaiger Farbton
999
24
>99% Au
Feingold 999
965
~23
96,5% Au Rest Ag, Cu, Pt-GE
Thaigold
950
~23
95% Au Rest Ag, Cu
Gold 950
916⅔
22
91,67% Au Rest Ag, Cu
Gold 917
900
21,6
90,0% Au Rest Ag, Cu
Münzgold
833⅓
20
83,33% Au Rest Ag, Cu, andere
Gold 833
750
18
75% Au Rest Ag, Cu
Kronengold
750
18
75% Au, 20,5% Cu, 4,5% Ag
Rotgold 750
585
14
58,5% Au, Rest Cu, Ag, Pt-GE, andere
Gold 585
585
14
58,5% Au, 41,5% Cu
Rotgold 585
585
14
58,5% Au, 41,5% Ga
Galliumgold
375
9
37,5% Au, Rest Cu,Ag, Pt-GE, andere
Gold 375
370
~9
37% Au, 11% Ag, 20% Cu, 32% Pd
Premium White
333
8
33,33% Au, Rest Cu,Ag, Pt-GE, andere
Gold 333
Quellen:
Wikipedia, Artikel Gold
,
http://www.froufrou.de
.
Goldverbindungen:
Gold(III)chlorid, Tetrachlorgoldsäure, Kaliumcyanidoaurat(I)
sind Chemikalien, die in der Galvanotechnik zur Herstellung von Goldbädern verwendet werden.
Verwendung von Gold
Handelsüblicher Goldbarren
[6]
Mit Blattgold vergoldetes Dach
[7]
Olympische Goldmedaille
[9]
Himmelsscheibe von Nebra
[10]
Totenmaske des Tut-Ench-Amun
[11]
Canadian Gold Maple Leaf
[12]
Vergoldete Leiterplatine
[13]
Vergoldete Elektronik-Bauteile
[14]
Biologische Bedeutung von Gold:
Von Gold sind derzeit keine biologischen Funktionen bekannt geworden. Während elementares Gold aufgrund seiner Inertheit ungiftig ist, sind lösliche Goldverbindungen giftig.
Sonstiges:
Goldgewinnung und Umweltzerstörung.
Sowohl das Amalgamverfahren als auch das Cyanidverfahren sind problematische Verfahren, da bei ihnen große Mengen hochgiftiger Abfälle entstehen:
Da Quecksilber hochgiftig ist, und nicht mehr vollständig von dem Gestein getrennt werden kann, gelangt dieses durch Entsorgung des Taubgesteins in die Umwelt. Da während des Prozesses auch Quecksilberdämpfe entstehen, besteht eine besondere Gefahr für die Arbeiter in solchen Anlagen. Auch Kaliumcyanid ist hochgiftig, wodurch auch das Cyanidverfahren nicht ungefährlich ist. So ließe sich jedoch das Cyanid mit Natriumhypochlorit leicht zu unschädlicheren Produkten (Kaliumcarbonat, Kaliumchlorid) neutralisieren, was in der Praxis leider nicht getan wird.
Daher werden bis heute große Gebiete in Afrika und Südamerika durch die Cyanidlaugung vergiftet - ganze Flusssysteme sind dadurch schon sterilisiert worden. Der bekannteste Unfall im Zusammenhang dieses Gewinnungsverfahrens ist der Unfall im rumänischen Baia Mare, wobei es hier im Jahr 2000 zu einer Umweltkatastrophe kam, weil der Damm eines Speicherbeckens für Natriumcyanidlösung brach. Es wurden mindestens 100.000 m
3
NaCN-Lösung freigesetzt.
Quellen:
[1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Aramgutang. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Rob Lavinsky
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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freigegeben.
[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
W. Oelen
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[4] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Walkerma
. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[5] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Lebelot. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[6] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Olegvolk. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[7] Bildquelle: Eigenes Bild. Urheber: Kristina Rausch. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[8] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der
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[9] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Resolute
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[10] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Dbachmann
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[11] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
MykReeve
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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[12] Das Bild ist gemeinfrei, da es ein gültiges Zahlungsmittel zeigt.
[13] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Ulfbastel
. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[14] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Cjp24
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