Золото и его соединения: строение, свойства и реакции

Золото — единственный металл, который в природе встречается почти всегда в самородном виде, не тускнеет тысячелетиями и при этом имеет цвет. Маска Тутанхамона пролежала в гробнице 33 века и вышла из неё такой же блестящей, какой её положили. Но «благородная инертность» золота обманчива: оно растворяется в царской водке, в растворах цианидов при доступе воздуха и даже в иодной настойке с иодидом калия; оно бывает и катионом, и анионом, и образует соединение с ксеноном. А его жёлтый цвет и особая химия — следствие теории относительности.

В статье химия золота изложена системно: место в периодической системе и релятивистские эффекты → история → нахождение в природе → добыча и очистка → физические свойства и сплавы → химические свойства металла → соединения золота(I) → соединения золота(III) → необычные степени окисления → коллоидное золото и наночастицы → катализ → применение → золото и живые организмы → золото и ЕГЭ → раздел для олимпиад → задания с разбором.

• 1. Положение в периодической системе и строение атома
• 2. Почему золото жёлтое: релятивистские эффекты
• 3. История
• 4. Золото в природе
• 5. Добыча и очистка
• 6. Физические свойства, сплавы и пробы
• 7. Химические свойства металла
• 8. Соединения золота(I)
• 9. Соединения золота(III)
• 10. Необычные степени окисления: от −1 до +5
• 11. Коллоидное золото и наночастицы
• 12. Золото — катализатор
• 13. Применение
• 14. Золото и живые организмы
• 15. Золото и ЕГЭ
• 16. Для олимпиад
• Задания с разбором
• Литература

1. Положение в периодической системе и строение атома

Золото Au (лат. aurum, «сияющее») — элемент 79 шестого периода, 11-й группы (побочной подгруппы I группы в короткой форме таблицы) вместе с медью и серебром. Электронная конфигурация атома [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s¹: как у меди и серебра, один электрон «провалился» с s-подуровня, чтобы d-подуровень был заполнен целиком. В природе золото представлено единственным устойчивым нуклидом 19779Au — поэтому его атомная масса (196,967) известна с очень высокой точностью.

Характерные степени окисления золота — +1 и +3; известны также −1 (ауриды), +2 (редко) и +5. Этим золото отличается от соседей: для меди типична степень окисления +2, для серебра +1, для золота +3. Сравнение трёх металлов показывает, насколько золото выбивается из ряда:

По обычной логике группы энергия ионизации должна падать сверху вниз — у серебра она действительно меньше, чем у меди. Но у золота она резко возрастает, а сродство к электрону у него больше, чем у кислорода (1,46 эВ), и близко к иоду (3,06 эВ). Электроотрицательность золота — самая высокая среди металлов, выше, чем у углерода и водорода (2,55 и 2,20). Отсюда и «благородство»: атому золота трудно отдать электрон, а принять его — сравнительно легко.

2. Почему золото жёлтое: релятивистские эффекты

Заряд ядра золота +79. Электроны, проходящие близко к такому ядру (прежде всего s-электроны), движутся со скоростями, составляющими заметную долю скорости света: для 1s-электрона золота — около 58 % (v/c ≈ Z/137). По теории относительности масса электрона растёт, а радиус его орбитали уменьшается. Сжимаются не только внутренние, но и внешние s-орбитали, потому что они должны оставаться ортогональными внутренним. В итоге:

• 6s-орбиталь золота сжимается и понижается по энергии (примерно на 17 % по радиусу по сравнению с нерелятивистским расчётом). 6s-электрон сильнее притягивается к ядру — растут энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность.
• 5d-орбитали, наоборот, расширяются и поднимаются по энергии: сжатые s-электроны лучше экранируют ядро от d-электронов. 5d-электроны легче участвуют в связях — отсюда устойчивость золота(III) и золота(V).
• Цвет. Расстояние между заполненной 5d-полосой и полупустой 6s-полосой уменьшается до 2,4 эВ. Кванты синего света (длина волны около 500 нм и короче) поглощаются, переводя d-электроны на уровень Ферми, а жёлтый и красный свет отражается. У серебра этот переход лежит в ультрафиолете (около 3,7 эВ), поэтому серебро отражает весь видимый свет и выглядит белым.

3. История

Золото — один из семи металлов древности и, вероятно, первый металл, привлёкший внимание человека: самородки не нужно было выплавлять. Самые древние золотые изделия найдены в Варненском некрополе (Болгария) и датируются 4600–4200 годами до н. э. В Египте золото называли «нуб»; посмертная маска Тутанхамона (около 1323 года до н. э.) весит около 10 кг. Алхимики обозначали золото знаком Солнца — кружком с точкой — и тысячу лет искали способ получить его из других металлов.

• Архимед и корона Гиерона (III век до н. э.). По легенде, Архимед определил, не подмешано ли серебро в золотую корону, сравнив её объём с объёмом слитка чистого золота той же массы, — задача, которую решают и сегодня (задание 8).
• Царская водка. Смесь азотной и соляной кислот, растворяющую золото, описал в XIII–XIV веках латинский алхимик, писавший под именем Гебера. Название подчёркивало: она растворяет «царя металлов».
• Пурпур Кассия (1685). Немецкий врач А. Кассий получил пурпурную краску для стекла и фарфора, восстанавливая соль золота хлоридом олова(II). Лишь в XIX веке поняли, что окраску дают мельчайшие частицы металлического золота.
• Фарадей и коллоидное золото (1857). Майкл Фарадей восстановил хлорид золота фосфором и получил рубиново-красный раствор; он догадался, что золото в нём раздроблено на частицы, слишком малые для микроскопа. Его растворы хранятся в Королевском институте в Лондоне и до сих пор красные.
• Багратион и Эльснер: цианиды. В 1843 году русский химик-металлург П. Р. Багратион открыл, что золото растворяется в растворах цианида калия; в 1846 году немецкий химик Л. Эльснер показал, что для этого нужен кислород воздуха. В 1887 году шотландцы Дж. Макартур и братья Форрест запатентовали цианирование руд — им и сегодня добывают большую часть золота мира.
• Уральское золото. В 1745 году крестьянин Ерофей Марков нашёл золото у Шарташского озера под Екатеринбургом; так началась золотодобыча в России (Берёзовский рудник).
• Медали в царской водке (1940). Когда немецкие войска вошли в Копенгаген, венгерский химик Дьёрдь де Хевеши растворил в царской водке золотые нобелевские медали немецких физиков М. фон Лауэ и Дж. Франка, хранившиеся в институте Н. Бора: вывоз золота из Германии был запрещён, и медали выдали бы их владельцев. Склянка с раствором простояла на полке всю войну; потом золото осадили, и Нобелевский фонд отлил медали заново.

4. Золото в природе

Содержание золота в земной коре — около 0,004 г на тонну (4 миллиардных доли). Месторождения, которые выгодно разрабатывать, содержат от 1 до 10 г золота на тонну руды; богатыми считаются руды с десятками граммов на тонну.

• Самородное золото — главная форма. Это почти всегда сплав с серебром (5–20 %), реже с медью, палладием. Сплав с содержанием серебра выше 20 % называют электрумом.
• Коренные месторождения — золото в кварцевых жилах, часто с сульфидами: пиритом FeS₂ и арсенопиритом FeAsS. Мелкие частицы золота могут быть «запечатаны» внутри зёрен сульфидов — такие руды называют упорными.
• Россыпи — продукты разрушения коренных месторождений: тяжёлое золото скапливается в руслах рек.
• Теллуриды — немногие собственные минералы золота: калаверит AuTe₂, сильванит (Au,Ag)Te₂, креннерит. В 1890-х годах в Калгурли (Западная Австралия) тяжёлым серым калаверитом поначалу засыпали ямы на дорогах, не подозревая, что это руда золота, — пока не выяснилось, что при обжиге из него выделяются капельки металла.
• Морская вода содержит золото в концентрации порядка долей нанограмма на литр. После Первой мировой войны Фриц Габер пытался добывать его из моря, чтобы Германия могла выплатить репарации. Экспедиции 1920-х годов показали, что золота в воде в тысячи раз меньше, чем считалось, и проект закрыли.
• В организме человека около 0,2 мг золота — в основном следы, попавшие с пищей и водой; биологической роли у него нет.

5. Добыча и очистка

Гравитационное обогащение и амальгамация

Золото в 7 раз тяжелее кварца, поэтому его отделяют промывкой — от лотка старателя до промышленных концентраторов. Мелкое золото раньше извлекали ртутью: золото растворяется в ней, образуя амальгаму, а затем ртуть отгоняют нагреванием. Кустарная золотодобыча с ртутью и сегодня — крупнейший в мире источник загрязнения окружающей среды ртутью.

Цианирование

Главный промышленный способ — выщелачивание измельчённой руды разбавленным (0,01–0,05 %) раствором цианида натрия при доступе воздуха (pH 10–11, чтобы не выделялся ядовитый HCN). Золото окисляется кислородом и связывается в очень прочный дицианоаурат(I)-ион:

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

4Au + 8CN⁻ + O₂ + 2H₂O = 4[Au(CN)₂]⁻ + 4OH⁻

Среду поддерживают щелочной добавкой извести: цианид-ион гидролизуется, а в кислой и нейтральной среде (в том числе от углекислого газа воздуха) выделяется летучая и смертельно ядовитая синильная кислота.

NaCN + H₂O ⇄ HCN + NaOH

NaCN + CO₂ + H₂O = HCN + NaHCO₃

Г. Бодлендер показал, что реакция идёт в две стадии через пероксид водорода, который тоже растворяет золото:

2Au + 4NaCN + O₂ + 2H₂O = 2Na[Au(CN)₂] + 2NaOH + H₂O₂

2Au + 4NaCN + H₂O₂ = 2Na[Au(CN)₂] + 2NaOH

Почему золото, не растворяющееся в азотной кислоте, окисляется кислородом в щелочном растворе цианида? Комплексообразование сдвигает потенциал: E°([Au(CN)₂]⁻/Au) ≈ −0,60 В вместо +1,69 В для Au⁺/Au (задание 15). Золото в цианиде по восстановительной силе сравнимо с цинком.

Из раствора золото осаждают цинковой пылью (способ Меррилла — Кроу) или сорбируют на активированном угле, а затем снимают с угля горячим щелочным раствором цианида и выделяют электролизом:

2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

Часть цинка расходуется на побочную реакцию с цианидом и водой, поэтому раствор перед цементацией освобождают от растворённого кислорода:

Zn + 4NaCN + 2H₂O = Na₂[Zn(CN)₄] + 2NaOH + H₂

4K[Au(CN)₂] + 2H₂O = 4Au + 4KCN + 4HCN + O₂

Упорные руды, где золото заключено в сульфидах, перед цианированием обжигают, окисляют под давлением в автоклавах или отдают бактериям, окисляющим сульфиды (биовыщелачивание):

4FeS₂ + 11O₂ t° 2Fe₂O₃ + 8SO₂

2FeAsS + 5O₂ t° Fe₂O₃ + As₂O₃ + 2SO₂

AuTe₂ + 2O₂ t° Au + 2TeO₂

Автоклавное окисление (180–230 °C, давление кислорода) переводит сульфиды в растворимые сульфаты, а мышьяк — в малорастворимый арсенат железа(III), безопасный для хранения:

4FeS₂ + 15O₂ + 2H₂O = 2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂SO₄

2FeAsS + 7O₂ + 2H₂O = 2FeAsO₄ + 2H₂SO₄

Цианид очень ядовит; после выщелачивания его разрушают окислением — пероксидом водорода, гипохлоритом или смесью диоксида серы с воздухом. Прорыв дамбы хвостохранилища в Бая-Маре (Румыния, 2000) с выбросом цианидов в Тису и Дунай стал одной из крупнейших экологических катастроф Европы.

NaCN + H₂O₂ = NaOCN + H₂O

2CN⁻ + 5OCl⁻ + H₂O = 2HCO₃⁻ + N₂ + 5Cl⁻

Альтернативы цианиду

Золото растворяется в растворах тиосульфата в присутствии кислорода (катализатор — соли меди(II)), в хлорирующих растворах и в растворах тиомочевины. Тиосульфатное выщелачивание уже применяют в промышленности (Невада, с 2014 года).

4Au + 8S₂O₃²⁻ + O₂ + 2H₂O = 4[Au(S₂O₃)₂]³⁻ + 4OH⁻

2Au + 3NaClO + 8HCl = 2H[AuCl₄] + 3NaCl + 3H₂O

2Au + 3Cl₂ + 2NaCl = 2Na[AuCl₄]

Тиомочевина в кислой среде растворяет золото при окислении солями железа(III); в тиосульфатном процессе катализатором служит аммиачный комплекс меди(II):

Au + 2CS(NH₂)₂ + Fe³⁺ = [Au(CS(NH₂)₂)₂]⁺ + Fe²⁺

Au + 2SCN⁻ + Fe³⁺ = [Au(SCN)₂]⁻ + Fe²⁺

Au + [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 5S₂O₃²⁻ = [Au(S₂O₃)₂]³⁻ + [Cu(S₂O₃)₃]⁵⁻ + 4NH₃

Аффинаж

Черновое золото очищают в два этапа. Способ Миллера (1867): через расплавленный металл продувают хлор; серебро, медь, цинк, железо превращаются в хлориды и всплывают в виде шлака, а золото, хлорид которого при 1100 °C неустойчив, остаётся металлом чистотой 99,5 %.

2Ag + Cl₂ = 2AgCl

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Pb + Cl₂ = PbCl₂

Электролиз по Вольвилю (1874) даёт золото чистотой 99,99 %. Анод — черновое золото, катод — тонкая пластина чистого золота, электролит — горячий раствор золотохлористоводородной кислоты с соляной кислотой. На аноде золото растворяется, на катоде осаждается; серебро уходит в анодный шлам в виде хлорида, платиновые металлы остаются в растворе.

Пробирный анализ — древнейший точный метод определения золота. Пробу сплавляют со свинцом; затем свинец окисляют в пористой чашечке-капели, оксид свинца впитывается в капель, и остаётся «королёк» из золота и серебра. Серебро отделяют растворением в азотной кислоте (квартование) — остаток взвешивают.

2Pb + O₂ t° 2PbO

Пустую породу при плавке переводят в шлак флюсами — бурой, содой, кварцем, — а свинец для сбора золота получают прямо в тигле, восстанавливая глёт углём муки:

2PbO + C t° 2Pb + CO₂

PbO + SiO₂ t° PbSiO₃

Na₂CO₃ + SiO₂ t° Na₂SiO₃ + CO₂

Ag + 2HNO₃ = AgNO₃ + NO₂ + H₂O

Амальгама

Ртуть смачивает золото и растворяет его, образуя интерметаллиды; при нагревании амальгамы ртуть испаряется. Именно ртутные пары отравляли позолотчиков, золотивших купола «через огонь» — так позолочен купол Исаакиевского собора (1838–1841), работы на котором стоили жизни многим мастерам.

Au + 2Hg = AuHg₂

AuHg₂ t° Au + 2Hg

Вторичное золото: электронный лом

Тонна старых смартфонов содержит около 300 г золота — в десятки раз больше, чем тонна хорошей руды. Платы сначала обрабатывают азотной кислотой: медь, никель, олово, свинец растворяются, золотые покрытия остаются. Затем золото растворяют в царской водке или в соляной кислоте с окислителем и осаждают метабисульфитом натрия — дешёвым и избирательным восстановителем.

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Ni + 4HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

4H[AuCl₄] + 3Na₂S₂O₅ + 9H₂O = 4Au + 6NaHSO₄ + 16HCl

6. Физические свойства, сплавы и пробы

Золото — мягкий, очень тяжёлый металл с гранецентрированной кубической решёткой (параметр 407,8 пм). Плотность 19,32 г/см³ (литр золота весит почти 20 кг), температура плавления 1064,18 °C (одна из реперных точек Международной температурной шкалы), кипения — 2856 °C. По электро- и теплопроводности золото третье после серебра и меди.

Главное механическое свойство — исключительная пластичность. Золото куют в листки толщиной около 0,1 мкм — это всего несколько сотен атомных слоёв (задание 20). Такой листок просвечивает зеленовато-голубым светом. Сусальным золотом покрывают купола и рамы, а пищевое золото (добавка E175) украшает десерты: оно не усваивается и проходит через организм без изменений.

Пробы и караты

Чистое золото слишком мягкое для украшений, поэтому его сплавляют с серебром, медью, палладием, цинком. Содержание золота выражают пробой — числом граммов золота в 1000 г сплава (метрическая система, принятая в России) — или каратами: 24 карата — чистое золото, 18 каратов — 18/24 = 75 % (проба 750), 14 каратов — 58,5 % (проба 585). В России приняты пробы 375, 500, 585, 750, 958 и 999.

Цветное золото получают подбором легирующих металлов. Красное золото содержит много меди, белое — палладий или никель (сверху его часто покрывают родием), зелёное — много серебра. Пурпурное золото — интерметаллид AuAl₂, синее — AuIn₂; у этих соединений строго определённый состав, они хрупкие, и из них делают только вставки.

7. Химические свойства металла

Что не действует на золото

Золото не окисляется кислородом ни при какой температуре: оксид золота(III) термодинамически неустойчив и разлагается уже при 160–300 °C. Поверхность золота не покрыта оксидной плёнкой, поэтому золотые контакты в электронике не теряют проводимость. Золото не реагирует с водой, серой, азотом, водородом, углеродом, с соляной, серной, азотной и плавиковой кислотами по отдельности, со щелочами.

Галогены

При нагревании золото реагирует с хлором, бромом и фтором; продукт с хлором — красный хлорид золота(III), существующий в виде димера Au₂Cl₆. С иодом образуется только иодид золота(I): иодид-ион восстанавливает золото(III).

2Au + 3Cl₂ t° 2AuCl₃

2Au + 3Br₂ = 2AuBr₃

2Au + 3F₂ t° 2AuF₃

2Au + I₂ t° 2AuI

В присутствии ионов-лигандов галогены растворяют золото уже при комнатной температуре: хлорная вода с соляной кислотой, бромная вода с бромидом калия, иод в растворе иодида калия. Раствор иода в иодиде калия используют для травления тонких плёнок золота в микроэлектронике.

2Au + 3Cl₂ + 2HCl = 2H[AuCl₄]

2Au + 3Br₂ + 2KBr = 2K[AuBr₄]

2Au + I₂ + 2KI = 2K[AuI₂]

Царская водка

Смесь концентрированных азотной и соляной кислот (1 : 3 по объёму) растворяет золото с образованием золотохлористоводородной кислоты:

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO + 2H₂O

Почему смесь растворяет золото, а каждая кислота в отдельности — нет? Азотная кислота — окислитель, но потенциал пары NO₃⁻/NO (+0,96 В) меньше потенциала Au³⁺/Au (+1,50 В). Хлорид-ионы связывают золото(III) в устойчивый ион [AuCl₄]⁻, и потенциал пары [AuCl₄]⁻/Au падает до +1,00 В — теперь окисление возможно. Кроме того, в царской водке образуются хлор и хлорид нитрозила — сами сильные окислители:

HNO₃ + 3HCl = NOCl + Cl₂ + 2H₂O

Au + 3NOCl = AuCl₃ + 3NO

Так же действует соляная кислота с другими окислителями — пероксидом водорода, хлоратом, гипохлоритом:

2Au + 8HCl + 3H₂O₂ = 2H[AuCl₄] + 6H₂O

5Au + 3KMnO₄ + 29HCl = 5H[AuCl₄] + 3MnCl₂ + 3KCl + 12H₂O

2Au + 3Br₂ + 2HBr = 2H[AuBr₄]

В горячей концентрированной царской водке азотная кислота восстанавливается частично до NO₂:

Au + 3HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + 3NO₂ + 3H₂O

Цианиды, тиосульфат, ферроцианид

В растворах цианидов золото окисляется не только кислородом (раздел 5), но и гексацианоферратом(III):

Au + 2KCN + K₃[Fe(CN)₆] = K[Au(CN)₂] + K₄[Fe(CN)₆]

2Au + 4KCN + H₂O₂ = 2K[Au(CN)₂] + 2KOH

Селеновая кислота и расплавы

Горячая концентрированная селеновая кислота — единственная одиночная кислота, растворяющая золото; она сильнее серной как окислитель:

2Au + 6H₂SeO₄ t° Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O

С теллуром при сплавлении золото даёт калаверит, с цезием — ионное соединение аурид цезия (раздел 10):

Au + 2Te t° AuTe₂

Cs + Au = CsAu

Золото в ряду активности

Золото стоит в самом конце ряда активности металлов. Оно не вытесняет из солей ни один металл, а из растворов его солей золото вытесняют практически все металлы, включая медь, серебро и ртуть, а также многие восстановители:

2H[AuCl₄] + 3Zn = 2Au + 3ZnCl₂ + 2HCl

3Ag + AuCl₃ = 3AgCl + Au

2AuCl₃ + 3Cu = 2Au + 3CuCl₂

2AuCl₃ + 3Hg = 2Au + 3HgCl₂

2AuCl₃ + 3Fe = 2Au + 3FeCl₂

Для сравнения: медь на влажном воздухе покрывается зелёной патиной основного карбоната, серебро темнеет от следов сероводорода (задание 11), а золото остаётся неизменным.

2Cu + O₂ + CO₂ + H₂O = Cu₂(OH)₂CO₃

Реакцию с серебром использовали в фотографии: отпечатки «тонировали» раствором хлорида золота, замещая часть серебра золотом. Изображение становилось сине-чёрным и переставало выцветать.

Золото, серебро и медь: одни реагенты — разный результат

Сравнение с соседями по группе показывает, как постепенно нарастает «благородство» от меди к золоту.

Cu + 2H₂SO₄ t° CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

2Ag + 2H₂SO₄ t° Ag₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O

Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂

Ag + FeCl₃ = AgCl + FeCl₂

2Cu + 8NH₃ + O₂ + 2H₂O = 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂

4Ag + 8NaCN + O₂ + 2H₂O = 4Na[Ag(CN)₂] + 4NaOH

2Cu + 8NaCN + 2H₂O = 2Na₃[Cu(CN)₄] + 2NaOH + H₂

2Ag₂O t° 4Ag + O₂

4CuO t° 2Cu₂O + O₂

Реакция с хлоридом железа(III) объясняет, почему золото служит защитным слоем при травлении печатных плат: медь растворяется, золотые контактные площадки остаются. А растворение меди в цианиде с выделением водорода — причина того, что медные минералы в золотой руде «съедают» цианид.

Почему золото благородно: термохимический цикл

Переход металла в раствор в виде гидратированного иона M⁺ можно разбить на стадии: атомизация металла (разрыв металлической связи), ионизация атома и гидратация иона. Первые две стадии требуют энергии, третья её выделяет.

Золото требует почти на 250 кДж/моль больше, чем серебро, и энергия гидратации иона Au⁺ этого не возмещает. Обе «затратные» стадии у золота велики по одной причине — релятивистскому сжатию 6s-орбитали: 6s-электрон сильнее связан и с ядром (ионизация), и с соседними атомами (атомизация). Поэтому E°(Au⁺/Au) = +1,69 В, а у серебра +0,80 В (задание 21).

8. Соединения золота(I)

Золото(I) имеет конфигурацию d¹⁰ и почти всегда образует линейные комплексы с координационным числом 2: [Au(CN)₂]⁻, [AuCl₂]⁻, [Au(S₂O₃)₂]³⁻, Ph₃PAuCl. Линейная координация для серебра встречается реже, для меди(I) — ещё реже; у золота её объясняют релятивистским сближением энергий 6s- и 5d-орбиталей, которые легко смешиваются.

[]−дицианоаурат(I)-ион

[]−дихлороаурат(I)-ион

Золото(I) — линейное окружение, угол L–Au–L 180°. Заряд относится ко всему иону.

Диспропорционирование

Простой ион Au⁺ в воде неустойчив: потенциал пары Au⁺/Au (+1,69 В) больше потенциала Au³⁺/Au⁺ (+1,40 В), и золото(I) диспропорционирует (задание 16). Поэтому в водных растворах соединения золота(I) существуют только в виде прочных комплексов, а хлорид золота(I) разлагается водой.

3AuCl = AuCl₃ + 2Au

3Na[AuCl₂] = Na[AuCl₄] + 2Au + 2NaCl

Галогениды

Хлорид золота(I) — жёлтый порошок; его получают осторожным нагреванием хлорида золота(III) около 160–200 °C. При более сильном нагревании он разлагается до металла. Иодид золота(I) образуется при действии иодида на соединения золота(III) — иодида золота(III) не существует: иодид-ион его восстанавливает.

AuCl₃ t° AuCl + Cl₂

2AuCl t° 2Au + Cl₂

AuCl₃ + 3KI = AuI + I₂ + 3KCl

AuCl + KI = AuI + KCl

Хлорид золота(I) растворяется в растворах лигандов, образуя линейные комплексы:

AuCl + NaCl = Na[AuCl₂]

AuCl + 2KCN = K[Au(CN)₂] + KCl

AuCl + 2Na₂S₂O₃ = Na₃[Au(S₂O₃)₂] + NaCl

AuCl + (C₆H₅)₃P = (C₆H₅)₃PAuCl

Сульфид и цианид

Сульфид золота(I) — тёмно-коричневый осадок, его получают из цианидного комплекса сероводородом в кислой среде. Цианид золота(I) AuCN — жёлтое полимерное вещество с цепочками –Au–C≡N–Au–, нерастворимое в воде, но растворимое в избытке цианида.

2K[Au(CN)₂] + H₂S + 2HCl = Au₂S + 2KCl + 4HCN

K[Au(CN)₂] + HCl = AuCN + KCl + HCN

AuCN + KCN = K[Au(CN)₂]

Хлор окисляет дицианоаурат(I) до транс-дихлородицианоаурата(III), сохраняя связи Au–C:

K[Au(CN)₂] + Cl₂ = K[Au(CN)₂Cl₂]

Фосфиновые комплексы и лекарства

Золотохлористоводородная кислота восстанавливается трифенилфосфином; продукт Ph₃PAuCl — бесцветные кристаллы, устойчивые на воздухе, главный исходный реагент химии соединений золота(I) и золотого катализа:

H[AuCl₄] + 2(C₆H₅)₃P + H₂O = (C₆H₅)₃PAuCl + (C₆H₅)₃PO + 3HCl

Отняв хлорид-ион солью серебра со слабокоординирующим анионом, получают катион [Ph₃PAu]⁺ — активную форму катализатора; с реактивом Гриньяра образуется металлоорганическое соединение золота(I) со связью Au–C:

(C₆H₅)₃PAuCl + AgSbF₆ = [(C₆H₅)₃PAu]SbF₆ + AgCl

(C₆H₅)₃PAuCl + CH₃MgBr = (C₆H₅)₃PAuCH₃ + MgBrCl

Соединения золота(I) с серосодержащими лигандами — тиомалат натрия, ауротиоглюкоза, ауранофин — десятилетиями применяли для лечения ревматоидного артрита (хризотерапия). Тиосульфатный комплекс под названием «санокризин» в 1920-х годах пытались применять против туберкулёза.

9. Соединения золота(III)

Золото(III) имеет конфигурацию d⁸ и, как платина(II), образует плоские квадратные комплексы с координационным числом 4. Золото(III) — сильный окислитель: E°(Au³⁺/Au) = +1,50 В.

[]−тетрахлороаурат(III)-ион

хлорид золота(III), димер Au₂Cl₆

Золото(III) — плоский квадрат, как платина(II). В димере каждый атом золота достраивает квадрат двумя мостиковыми атомами хлора соседней молекулы.

Хлорид золота(III) и золотохлористоводородная кислота

Хлорид золота(III) — красные игольчатые кристаллы; в твёрдом виде и в газе это димер Au₂Cl₆ с двумя мостиковыми атомами хлора. С соляной кислотой и хлоридами он образует тетрахлороаураты; при упаривании раствора золота в царской водке кристаллизуется жёлтая золотохлористоводородная кислота H[AuCl₄]·4H₂O — самое распространённое соединение золота в лаборатории («хлорное золото»).

AuCl₃ + HCl = H[AuCl₄]

AuCl₃ + KCl = K[AuCl₄]

H[AuCl₄] t° AuCl₃ + HCl

2AuCl₃ t° 2Au + 3Cl₂

AuBr₃ + KBr = K[AuBr₄]

2AuBr₃ t° 2AuBr + 2Br₂

AuF₃ + KF = K[AuF₄]

Бромид-ионы вытесняют хлорид из координационной сферы: жёлтый раствор тетрахлороаурата становится красно-бурым. В слабокислой и нейтральной среде тетрахлороаурат постепенно гидролизуется:

H[AuCl₄] + 4NaBr = H[AuBr₄] + 4NaCl

[AuCl₄]⁻ + H₂O ⇄ [AuCl₃(OH)]⁻ + H⁺ + Cl⁻

Гидроксид и оксид золота(III)

Щёлочи осаждают из растворов золота(III) жёлто-бурый гидроксид. Он амфотерен с преобладанием кислотных свойств (его называют также «золотой кислотой»): растворяется в избытке щёлочи с образованием тетрагидроксоаурата, а в кислотах — только в тех, анионы которых образуют комплексы с золотом.

AuCl₃ + 3NaOH = Au(OH)₃ + 3NaCl

H[AuCl₄] + 4NaOH = Au(OH)₃ + 4NaCl + H₂O

H[AuCl₄] + 5NaOH = Na[Au(OH)₄] + 4NaCl + H₂O

Au(OH)₃ + NaOH = Na[Au(OH)₄]

Au(OH)₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + 3H₂O

Au(OH)₃ + 4HBr = H[AuBr₄] + 3H₂O

Au(OH)₃ + 4HNO₃ = H[Au(NO₃)₄] + 3H₂O

Na[Au(OH)₄] + 4HCl = Na[AuCl₄] + 4H₂O

K[AuCl₄] + 4KOH = K[Au(OH)₄] + 4KCl

Na[Au(OH)₄] + CO₂ = Au(OH)₃ + NaHCO₃

При осторожном нагревании гидроксид переходит в коричневый оксид золота(III), который выше 160 °C разлагается на металл и кислород:

2Au(OH)₃ t° Au₂O₃ + 3H₂O

2Au₂O₃ t° 4Au + 3O₂

Au₂O₃ + 8HCl = 2H[AuCl₄] + 3H₂O

Au₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Au(OH)₄]

Au₂O₃ + 3CO t° 2Au + 3CO₂

Восстановление золота(III)

Из-за высокого потенциала золото(III) восстанавливается почти любыми восстановителями — на этом основаны выделение золота из растворов, получение коллоидного золота и качественные реакции.

H[AuCl₄] + 3FeSO₄ = Au + Fe₂(SO₄)₃ + FeCl₃ + HCl

2AuCl₃ + 3SO₂ + 6H₂O = 2Au + 3H₂SO₄ + 6HCl

2H[AuCl₄] + 3H₂C₂O₄ = 2Au + 6CO₂ + 8HCl

2H[AuCl₄] + 3H₂O₂ = 2Au + 3O₂ + 8HCl

2AuCl₃ + 3HCHO + 3H₂O = 2Au + 3HCOOH + 6HCl

4AuCl₃ + 3N₂H₄ = 4Au + 3N₂ + 12HCl

8AuCl₃ + 3H₂S + 12H₂O = 8Au + 3H₂SO₄ + 24HCl

2AuCl₃ + 3SnCl₂ = 2Au + 3SnCl₄

SnCl₄ + 2H₂O = SnO₂ + 4HCl

Последние две реакции дают пурпур Кассия: частицы золота осаждаются на гидратированном оксиде олова(IV), и в очень разбавленных растворах появляется пурпурная окраска — чувствительная качественная реакция на золото (открывает микрограммы).

Тот же принцип — мягкое восстановление в разбавленном растворе — используют для получения наночастиц. Глюкоза, аскорбиновая кислота, гидроксиламин, боргидрид натрия восстанавливают золото(III) с разной скоростью: чем быстрее реакция, тем мельче частицы. Фарадей в 1857 году восстанавливал золото раствором фосфора в сероуглероде.

2H[AuCl₄] + 3C₆H₁₂O₆ + 3H₂O = 2Au + 3C₆H₁₂O₇ + 8HCl

2H[AuCl₄] + 3C₆H₈O₆ = 2Au + 3C₆H₆O₆ + 8HCl

2H[AuCl₄] + 6NH₂OH = 2Au + 3N₂ + 6H₂O + 8HCl

8H[AuCl₄] + 3NaBH₄ + 9H₂O = 8Au + 3H₃BO₃ + 3NaCl + 29HCl

5H[AuCl₄] + 3P + 12H₂O = 5Au + 3H₃PO₄ + 20HCl

2AuCl₃ + 3NaNO₂ + 3H₂O = 2Au + 3NaNO₃ + 6HCl

В ионной форме восстановление сульфатом железа(II) и щелочным пероксидом водорода:

[AuCl₄]⁻ + 3Fe²⁺ = Au + 3Fe³⁺ + 4Cl⁻

2Na[Au(OH)₄] + 3H₂O₂ = 2Au + 3O₂ + 2NaOH + 6H₂O

Цианидный и другие комплексы золота(III)

AuCl₃ + 4KCN = K[Au(CN)₄] + 3KCl

Au(OH)₃ + 4KCN = K[Au(CN)₄] + 3KOH

Тетрацианоаурат(III) устойчив, но, в отличие от дицианоаурата(I), не образуется при цианировании: в присутствии металла золото(III) восстанавливается до золота(I).

10. Необычные степени окисления: от −1 до +5

Золото(−1): аурид цезия

Сплавляя цезий с золотом, получают жёлтое прозрачное вещество CsAu со структурой хлорида цезия — не металл, а ионный полупроводник Cs⁺Au⁻ (А. Зоммер, 1943). Золото ведёт себя в нём как галоген: ион Au⁻ с конфигурацией 5d¹⁰6s² устойчив благодаря большому сродству золота к электрону. Известны и RbAu, и раствор аурида в жидком аммиаке, и даже Cs₃AuO — «соль» с анионами Au⁻ и O²⁻.

CsAu + Cs₂O t° Cs₃AuO

Золото(II)

Соединения с одиночным ионом Au²⁺ (d⁹, неспаренный электрон) очень редки. Чаще «двухвалентное» золото оказывается смешанновалентным: чёрное вещество «CsAuCl₃» — это Cs₂[Au^ICl₂][Au^IIICl₄] с линейными и квадратными ионами. Или в соединении есть связь Au–Au, как в «сульфате золота(II)», содержащем ион Au₂⁴⁺. Самое необычное соединение золота(II) получили в 2000 году С. Зайдель и К. Зеппельт: катион [AuXe₄]²⁺ — квадратный комплекс, в котором лиганды — атомы ксенона. Это первое соединение, где благородный газ выступает как лиганд у металла, и прочное оно опять-таки благодаря релятивистским эффектам.

AuF₃ + 6Xe + 3H⁺ → [AuXe₄]²⁺ + Xe₂⁺ + 3HF

Золото(V)

Высшая известная степень окисления золота +5 достигается только с фтором — в гексафтороаурат(V)-ионе [AuF₆]⁻ и в пентафториде AuF₅. Окислителями служат дифторид криптона или смесь кислорода с фтором (тогда образуется соль катиона диоксигенила):

2Au + 7KrF₂ = 2[KrF][AuF₆] + 5Kr

[KrF][AuF₆] t° AuF₅ + Kr + F₂

2Au + 2O₂ + 6F₂ = 2O₂[AuF₆]

CsF + AuF₅ = Cs[AuF₆]

Сообщения о фториде золота(VII) AuF₇ оказались ошибкой: расчёты показали, что это комплекс AuF₅ с молекулой фтора.

11. Коллоидное золото и наночастицы

Частицы золота размером 5–100 нм окрашивают раствор не в жёлтый, а в рубиново-красный (около 20 нм), фиолетовый и синий (крупные частицы и агрегаты) цвета. Причина — поверхностный плазмонный резонанс: электроны проводимости частицы коллективно колеблются под действием световой волны и сильно поглощают свет около 520 нм (зелёный), поэтому раствор красный. Положение полосы зависит от размера, формы частиц и расстояния между ними — когда частицы слипаются, раствор синеет.

• Метод Туркевича (1951): кипящий раствор H[AuCl₄] восстанавливают цитратом натрия; цитрат одновременно стабилизирует частицы. Получаются красные растворы с частицами около 15–20 нм.
• Метод Браста — Шиффрина (1994): восстановление боргидридом натрия в двухфазной системе с тиолами даёт частицы 2–5 нм, покрытые слоем молекул; их можно высушить и снова растворить, как обычное вещество.

Наночастицы золота — основа многих экспресс-тестов (на беременность, на антигены вирусов): красная полоска на тест-полоске — это скопившиеся частицы золота, связанные с антителами. В медицине наночастицы испытывают для доставки лекарств и для фототермической терапии опухолей.

12. Золото — катализатор

До 1980-х годов золото считали каталитически бесполезным: массивный металл почти ничего не адсорбирует. В 1987 году М. Харута обнаружил, что частицы золота размером 2–5 нм на оксидах титана, железа или кобальта окисляют угарный газ уже при −70 °C — активнее платины. Примерно тогда же Г. Хатчингс предсказал, а затем показал, что золото — лучший катализатор гидрохлорирования ацетилена; с 2015 года в Китае ртутный катализатор этого процесса начали заменять золотым.

2CO + O₂ Au/TiO₂ 2CO₂

HC≡CH + HCl Au/C CH₂=CHCl

Комплексы золота(I) и (III) в растворе — мягкие кислоты Льюиса, активирующие тройные связи (π-кислоты). Они катализируют присоединение воды, спиртов и аминов к алкинам в мягких условиях, без солей ртути, которые раньше применяли в реакции Кучерова:

CH₃–C≡CH + H₂O кат. CH₃COCH₃

13. Применение

• Ювелирные изделия — около половины спроса на золото; ещё четверть — слитки и монеты как сбережения, заметную долю покупают центральные банки.
• Электроника: контакты разъёмов, тонкая проволока (15–50 мкм), соединяющая кристалл микросхемы с выводами, покрытия печатных плат. В каждом смартфоне — несколько десятков миллиграммов золота.
• Стоматология и протезирование: сплавы золота с платиной и палладием.
• Космос и оптика: золото отражает более 98 % инфракрасного излучения. Восемнадцать бериллиевых сегментов главного зеркала телескопа «Джеймс Уэбб» покрыты слоем золота толщиной около 100 нм (около 48 г на всё зеркало); золотой плёнкой покрыты светофильтры шлемов астронавтов и теплоизоляция спутников. Пластинки «Вояджеров» с записями звуков Земли — позолоченная медь.
• Медицина: препараты золота при ревматоидном артрите, радиоактивное золото-198 (период полураспада 2,7 сут) в лучевой терапии, наночастицы в диагностике.
• Стекло и керамика: рубиновое стекло, пурпур Кассия, люстр на фарфоре.

Золочение

Гальваническое золочение ведут из цианидных электролитов (на катоде [Au(CN)₂]⁻ + e → Au + 2CN⁻) или из менее ядовитых сульфитных, где золото(I) связано в комплекс [Au(SO₃)₂]³⁻. Контакты печатных плат часто золотят без тока — иммерсионным способом: никелевый подслой вытесняет золото из раствора, пока поверхность не покроется сплошным слоем толщиной 0,05–0,1 мкм.

2[Au(CN)₂]⁻ + Ni = 2Au + Ni²⁺ + 4CN⁻

Na[AuCl₄] + 3Na₂SO₃ + H₂O = Na₃[Au(SO₃)₂] + Na₂SO₄ + 2NaCl + 2HCl

14. Золото и живые организмы

Металлическое золото биологически инертно, а растворимые соединения золота токсичны: они связываются с тиоловыми группами белков. Тем интереснее, что живые организмы участвуют в круговороте золота.

• Бактерии-«золотоискатели». Бактерия Cupriavidus metallidurans, живущая в биоплёнках на самородках, переносит ионы золота внутрь клетки и превращает их в наночастицы металла, обезвреживая яд. Бактерия Delftia acidovorans выделяет пептид делфтибактин, который осаждает золото вокруг клетки (2013). Предполагают, что бактерии участвуют в росте вторичных самородков.
• Золото в листьях эвкалипта. Австралийские геологи нашли в листьях эвкалиптов частицы золота размером в несколько микрометров: корни деревьев уходят на десятки метров вглубь, достигают рудных тел, и растения выносят золото наверх (М. Линтерн и соавторы, 2013). Анализ листьев помогает искать погребённые месторождения.

15. Золото и ЕГЭ

В ЕГЭ золото встречается в заданиях на ряд активности металлов, на свойства металлов и кислот, на электролиз. Что нужно знать:

• Золото — в конце ряда активности, после платины по традиции школьных таблиц; оно не реагирует с соляной, разбавленной и концентрированной серной, азотной кислотами, с кислородом и водой.
• Золото растворяется в царской водке; уравнение — с образованием H[AuCl₄] (или AuCl₃) и NO.
• Золото вытесняется из растворов его солей более активными металлами; соли золота — сильные окислители.
• При электролизе растворов солей золота на катоде выделяется золото (как и для других металлов после водорода).
• Золото — металл с высокой пластичностью и электропроводностью, плотность 19,3 г/см³; проба показывает число граммов золота в 1000 г сплава.

Цепочка превращений соединений золота:

AuHNO₃, HClH[AuCl₄]NaOHAu(OH)₃t°Au₂O₃t°AuNaCN, O₂, H₂ONa[Au(CN)₂]ZnAu

Типичные ошибки

1. «Золото не реагирует ни с чем». Реагирует: с царской водкой, хлором, бромом, фтором, с цианидами и тиосульфатом при доступе кислорода, с раствором иода в иодиде калия, с горячей селеновой кислотой.
2. Состав царской водки. Одна часть азотной кислоты на три части соляной, а не наоборот. В школьных уравнениях продукт часто записывают как хлорид золота(III) — это допустимое упрощение; точнее — H[AuCl₄].
3. Проба и караты. Проба — граммы золота на 1000 г сплава, карат — доля в двадцать четвёртых. 585-я проба — 14 каратов, а не 58,5 карата.
4. «Белое золото — это платина». Нет: это сплав золота с палладием или никелем, обычно покрытый родием.
5. «Металл может быть только катионом». Золото образует анион Au⁻ в ауриде цезия.
6. «Соли золота устойчивы, как соли меди». Соединения золота(I) в воде диспропорционируют, соединения золота(III) — сильные окислители и легко восстанавливаются даже органическими веществами (пятна на коже от хлорного золота — фиолетовые частицы металла).

Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2H₂O

2AuCl₃ + 3Mg = 2Au + 3MgCl₂

16. Для олимпиад

Потенциалы и комплексообразование

Связывание иона металла в комплекс понижает потенциал пары «комплекс/металл» на 0,0592·lg β/n (β — общая константа устойчивости, n — число электронов). Для золота это меняет картину полностью:

Почему золото(III) устойчивее, чем серебро(III)

Для серебра степень окисления +3 редкость, для золота — норма. Причина — релятивистское расширение и подъём 5d-орбиталей: отнять у золота d-электроны легче, чем у серебра 4d-электроны. По той же причине конфигурация d⁸ золота(III) с большим расщеплением кристаллическим полем выгодно стабилизирована в квадратном окружении (как у платины(II) и палладия(II), изоэлектронных ей). А серебро(I) с d¹⁰ — самая устойчивая форма серебра.

Термодинамика: почему Au₂O₃ неустойчив

Для оксидов почти всех металлов энергия Гиббса образования отрицательна, а для Au₂O₃, по большинству справочных данных, положительна: оксид золота(III) термодинамически неустойчив относительно золота и кислорода уже при комнатной температуре и существует лишь благодаря медленности разложения. Оксид серебра(I) Ag₂O устойчив при комнатной температуре (ΔfG° = −11 кДж/моль) и разлагается выше 200 °C. Это количественное выражение «благородства» золота: связь Au–O слаба, а энергия ионизации золота велика.

Аурофильность и кластеры

Кластер Au₅₅(PPh₃)₁₂Cl₆ (Г. Шмид, 1981) — кусочек металла из 55 атомов в оболочке лигандов. Тиолатные кластеры точного состава вроде Au₂₅(SR)₁₈⁻ и Au₁₀₂(SR)₄₄ (структура установлена в 2007 году) — молекулы, а не наночастицы: у них дискретные уровни энергии, и они не имеют плазмонной полосы.

Задания с разбором

Задание 1

Из перечня выберите все вещества, которые растворяют металлическое золото при комнатной температуре: 1) концентрированная азотная кислота; 2) царская водка; 3) раствор цианида натрия при доступе воздуха; 4) концентрированная соляная кислота; 5) раствор иода в иодиде калия.

Задание 2

Составьте уравнение растворения золота в царской водке методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

Задание 3

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

AuCl₂, t°X₁HClX₂NaOH(изб.)X₃HCl(изб.)X₄FeSO₄Au

Задание 4

Объясните, почему иодид золота(III) не существует, а хлорид — существует. Напишите уравнение реакции хлорида золота(III) с избытком иодида калия.

Задание 5

Кольцо 585-й пробы весит 4,0 г. Сколько в нём золота? Какой это каратности? Сколько граммов чистого золота нужно добавить к кольцу при переплавке, чтобы получить сплав 750-й пробы?

Задание 6

Руда содержит 5,0 г золота на тонну. Какую массу цианида натрия теоретически нужно израсходовать для извлечения золота из 1000 т руды и какой объём кислорода (н. у.) при этом расходуется? Какая масса цинка нужна для осаждения этого золота?

Задание 7

К раствору, содержащему соль золота(III), добавили избыток иодида калия. Выделившийся иод оттитровали 12,0 мл 0,0500 М раствора тиосульфата натрия. Найдите массу золота в растворе.

Задание 8

Задача Архимеда. Корона массой 1000 г вытесняет 60,0 см³ воды. Сколько золота в короне, если она сделана из сплава золота (19,3 г/см³) и серебра (10,5 г/см³)? Объёмы металлов при сплавлении считать аддитивными. Какой объём вытеснил бы слиток чистого золота той же массы?

Задание 9

Золото рафинируют электролизом раствора H[AuCl₄]. Какая масса золота осаждается на катоде за 1,00 ч при силе тока 100 А и выходе по току 100 %?

Задание 10

Как обнаружить следы золота(III) в растворе? Напишите уравнения реакций и объясните происхождение окраски.

Задание 11

Почему золото не тускнеет на воздухе, а серебро темнеет? Напишите уравнение потемнения серебра.

Задание 12 (олимпиадное)

Предложите способ разделения золота и серебра в сплаве (например, в электруме). Напишите уравнения реакций.

Задание 13 (олимпиадное)

По диаграмме Латимера найдите стандартный потенциал пары Au³⁺/Au и константу равновесия диспропорционирования 3Au⁺ ⇄ Au³⁺ + 2Au при 25 °C.

Задание 14 (олимпиадное)

Золото имеет гранецентрированную кубическую решётку с параметром a = 407,8 пм. Вычислите плотность золота и сравните с измеренной (19,32 г/см³). Каков радиус атома золота?

Задание 15 (олимпиадное)

Общая константа устойчивости иона [Au(CN)₂]⁻ β₂ = 2·10³⁸, E°(Au⁺/Au) = +1,69 В. Найдите E°([Au(CN)₂]⁻/Au). Может ли кислород окислить золото в растворе цианида при pH 10,5 (E°(O₂/H₂O) = +1,229 В)?

Задание 16 (олимпиадное)

Предскажите продукты взаимодействия хлорида золота(I) с водой и с раствором хлорида натрия. Объясните, почему комплекс [AuCl₂]⁻ в растворе всё же медленно разлагается.

Задание 17 (олимпиадное)

Аурид цезия CsAu — ионное соединение. Почему золото, а не серебро, образует устойчивый аурид (аргентидов щелочных металлов в обычных условиях не получают)? Какую кристаллическую структуру следует ожидать для CsAu, если отношение радиусов r(Cs⁺)/r(Au⁻) ≈ 0,9?

Задание 18 (олимпиадное)

Объясните, почему в растворе цианида золото растворяется, а в растворе цианида без кислорода — нет. Какую роль играет пероксид водорода в механизме Бодлендера?

Задание 19

За всю историю добыто около 216 тыс. т золота. Найдите ребро куба, в который его можно сплавить (плотность 19,32 г/см³).

Задание 20 (олимпиадное)

Из 1,00 г золота выковали листок толщиной 0,100 мкм. Найдите его площадь. Сколько атомных слоёв в его толщине, если расстояние между плотноупакованными слоями (плоскостями 111) равно a/√3, a = 407,8 пм?

Задание 21 (олимпиадное)

Пользуясь данными термохимического цикла из раздела 7 (атомизация и ионизация меди, серебра и золота), объясните, почему стандартный потенциал пары Au⁺/Au больше, чем Ag⁺/Ag. Оцените, насколько должен был бы отличаться потенциал, если бы энергии гидратации ионов Ag⁺ и Au⁺ были одинаковы (энтропийными вкладами пренебречь).

Задание 22 (формат ЕГЭ)

Из перечня выберите все реагенты, с которыми реагирует медь, но не реагирует золото: 1) концентрированная серная кислота при нагревании; 2) царская водка; 3) раствор хлорида железа(III); 4) разбавленная азотная кислота; 5) раствор цианида натрия при доступе воздуха.

Литература

• Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. 2nd ed. Butterworth-Heinemann, 1997. Ch. 28: Copper, Silver and Gold.
• Housecroft C. E., Sharpe A. G. Inorganic Chemistry. 5th ed. Pearson, 2018.
• Puddephatt R. J. The Chemistry of Gold. Elsevier, 1978.
• Schmidbaur H. (ed.) Gold: Progress in Chemistry, Biochemistry and Technology. Wiley, 1999.
• Третьяков Ю. Д. (ред.) Неорганическая химия: в 3 т. Т. 3: Химия переходных элементов. М.: Академия, 2007 (химический факультет МГУ).
• Bard A. J., Parsons R., Jordan J. (eds.) Standard Potentials in Aqueous Solution. Marcel Dekker, 1985.
• Pyykkö P. Theoretical chemistry of gold // Angewandte Chemie International Edition. 2004. Vol. 43. P. 4412–4456.
• Pyykkö P. Relativistic effects in structural chemistry // Chemical Reviews. 1988. Vol. 88. P. 563–594.
• Schmidbaur H., Schier A. Aurophilic interactions as a subject of current research // Chemical Society Reviews. 2012. Vol. 41. P. 370–412.
• Seidel S., Seppelt K. Xenon as a complex ligand: the tetra xenono gold(II) cation in AuXe₄²⁺(Sb₂F₁₁⁻)₂ // Science. 2000. Vol. 290. P. 117–118.
• Faraday M. The Bakerian Lecture: Experimental relations of gold (and other metals) to light // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1857. Vol. 147. P. 145–181.
• Turkevich J., Stevenson P. C., Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // Discussions of the Faraday Society. 1951. Vol. 11. P. 55–75.
• Haruta M., Kobayashi T., Sano H., Yamada N. Novel gold catalysts for the oxidation of carbon monoxide at a temperature far below 0 °C // Chemistry Letters. 1987. P. 405–408.
• Hashmi A. S. K., Hutchings G. J. Gold catalysis // Angewandte Chemie International Edition. 2006. Vol. 45. P. 7896–7936.
• Habashi F. A short history of hydrometallurgy // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 79. P. 15–22.
• Johnston C. W., Wyatt M. A., Li X. et al. Gold biomineralization by a metallophore from a gold-associated microbe // Nature Chemical Biology. 2013. Vol. 9. P. 241–243.
• Lintern M., Anand R., Ryan C., Paterson D. Natural gold particles in Eucalyptus leaves and their relevance to exploration for buried gold deposits // Nature Communications. 2013. Vol. 4. Art. 2614.
• Kasen D., Metzger B., Barnes J., Quataert E., Ramirez-Ruiz E. Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event // Nature. 2017. Vol. 551. P. 80–84.
• World Gold Council. Gold Demand Trends: Full Year 2024.