Золото — Неорганическая химия для олимпиад
Неорганическая химияКурс для олимпиад

Золото

9 заданий

Как растворить золото

Золото не ржавеет и не тускнеет. Оно не растворяется ни в азотной, ни в соляной кислоте по отдельности: стандартный электродный потенциал пары \(E^\circ(\ce{Au^3+}/\ce{Au}) = +1{,}50\) В выше, чем окислительный потенциал азотной кислоты в этих условиях. Однако золото можно перевести в раствор, если одновременно окислять его и связывать образующиеся ионы в прочный комплекс. Частицу, которая связывается с ионом металла в комплексе, называют лигандом.

Комплексообразование понижает потенциал восстановления золота. Например, для хлоридного комплекса он составляет:

\[\ce{[AuCl4]- + 3e- -> Au + 4Cl-}, \qquad E^\circ = +1{,}00\ \text{В}.\]

Поэтому при расчёте потенциала комплексной пары необходимо учитывать связывание ионов золота лигандом: потенциал пары свободных ионов нельзя без изменения переносить на комплексную пару.

В царской водке, содержащей 1 объём \(\ce{HNO3}\) на 3 объёма HCl, азотная кислота и образующиеся \(\ce{Cl2}\) и \(\ce{NOCl}\) участвуют в окислении золота, а хлорид-ионы связывают его в комплекс. В цианидном процессе окислителем служит кислород воздуха, а лигандом — цианид-ион. Потенциал пары \(E^\circ(\ce{[Au(CN)2]-}/\ce{Au}) = -0{,}60\) В: образование прочного цианидного комплекса облегчает переход золота в раствор, хотя само золото не становится активным металлом.

scienceРастворение золота

  1. \(\ce{Au + HNO3 + 4HCl -> H[AuCl4] + NO ^ + 2H2O}\) — при действии царской водки золото переходит в раствор в составе хлоридного комплекса.
  2. \(\ce{2Au + 3Cl2 + 2HCl -> 2H[AuCl4]}\) — хлорная вода в присутствии соляной кислоты растворяет золото.
  3. \(\ce{4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O -> 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH}\) — кислород воздуха окисляет золото в растворе цианида натрия.
  4. \(\ce{2Au + 3Br2 + 2KBr -> 2K[AuBr4]}\) — бром окисляет золото в присутствии бромида калия.

history_eduМедали в кислоте

В апреле 1940 года, когда немецкие войска вошли в Копенгаген, венгерский химик Дьёрдь Хевеши растворил в царской водке золотые нобелевские медали Макса фон Лауэ и Джеймса Франка. Медали прятали в институте Нильса Бора, поскольку вывоз золота из Германии был запрещён. Колба с оранжевым раствором простояла на полке всю оккупацию. После войны золото осадили из раствора, и Нобелевский фонд отлил медали заново.

Соединения золота

Растворение золота приводит к образованию его соединений. В соединениях золота(III) ион металла имеет электронную конфигурацию \(d^8\). Например, комплекс \(\ce{[AuCl4]-}\) имеет плоско-квадратное строение и жёлтую окраску. Из раствора кристаллизуется золотохлористоводородная кислота \(\ce{H[AuCl4]*4H2O}\). Гидроксид \(\ce{Au(OH)3}\) амфотерен, причём кислотные свойства выражены сильнее; его называют золотой кислотой. При 160 °C оксид \(\ce{Au2O3}\) разлагается на золото и кислород.

Для золота(I) характерна электронная конфигурация \(d^{10}\). Его комплексы \(\ce{[AuCl2]-}\) и \(\ce{[Au(CN)2]-}\), а также фосфиновые комплексы имеют линейное строение. В воде ионы \(\ce{Au+}\) диспропорционируют (\(\ce{3Au+ -> Au^3+ + 2Au}\)), как и ионы \(\ce{Cu+}\). Тиолатные комплексы золота(I) десятилетиями применяли для лечения ревматоидного артрита.

Чтобы выделить золото из раствора, его соединения восстанавливают. Для этого используют \(\ce{SO2}\), соли железа(II), щавелевую кислоту, пероксид водорода в щелочи или цинк.

scienceСоединения золота

  1. \(\ce{2H[AuCl4] + 3SO2 + 6H2O -> 2Au v + 3H2SO4 + 8HCl}\) — диоксид серы восстанавливает золото из раствора.
  2. \(\ce{[AuCl4]- + 3Fe^2+ -> Au v + 3Fe^3+ + 4Cl-}\) — ионы железа(II) восстанавливают золото из хлоридного комплекса.
  3. \(\ce{2H[AuCl4] + 3H2C2O4 -> 2Au v + 6CO2 ^ + 8HCl}\) — щавелевая кислота восстанавливает золото.
  4. \(\ce{H[AuCl4] + 4NaOH -> Au(OH)3 v + 4NaCl + H2O}\); \(\ce{Au(OH)3 + NaOH -> Na[Au(OH)4]}\) — при добавлении щёлочи сначала выпадает гидроксид золота(III), который затем растворяется в её избытке.
  5. \(\ce{2Au2O3 ->[t] 4Au + 3O2 ^}\) — при нагревании оксид золота(III) разлагается.

boltГеометрия комплексов золота(III) и золота(I)

Ион \(\ce{Au^3+}\) с конфигурацией \(d^8\) в четырёхкоординированных комплексах обычно имеет плоско-квадратное окружение, как \(\ce{Pt^2+}\) и \(\ce{Ni^2+}\) в сильном поле лигандов. Ион \(\ce{Au+}\) с конфигурацией \(d^{10}\), подобно \(\ce{Ag+}\) и \(\ce{Hg^2+}\), предпочитает координационное число 2 и линейную геометрию.

Необычное золото

Почему золото жёлтое, в отличие от серебра? Ответ связан с релятивистскими эффектами. У тяжёлых атомов внутренние электроны движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света; при этом возрастает их релятивистская масса и изменяются размеры орбиталей. У золота 6s-орбиталь сжата и стабилизирована, а 5d-орбитали расширены. Поэтому переход электрона между 5d- и 6s-уровнями требует энергии синего света. Золото отражает жёлто-красную часть спектра и выглядит жёлтым. Те же эффекты обусловливают его высокую электроотрицательность: 2,54, как у углерода и селена.

Высокая электроотрицательность позволяет золоту образовывать аурид-ион, в котором оно имеет степень окисления −1. При сплавлении золота с цезием получается жёлтое прозрачное соединение CsAu. Это не сплав, а соль \(\ce{Cs+Au-}\); в этом отношении золото напоминает галоген. Ион \(\ce{Au-}\) существует и в жидком аммиаке.

Золото проявляет необычные свойства и в виде очень мелких частиц. Коллоидное золото состоит из частиц размером 10–100 нм, которые придают стеклу и растворам рубиново-красную или фиолетовую окраску. Кассиев пурпур (1685), содержащий золото на \(\ce{SnO2}\), применяли для получения рубинового стекла. Золь золота, полученный Майклом Фарадеем в 1857 году, до сих пор хранится в Королевском институте в Лондоне и не выпал в осадок.

scienceНеобычные превращения

  1. \(\ce{Cs + Au -> CsAu}\) — при соединении цезия с золотом образуется аурид цезия.
  2. \(\ce{2H[AuCl4] + 3SnCl2 -> 2Au + 3SnCl4 + 2HCl}\) — хлорид олова(II) восстанавливает золото; коллоидное золото на гидратированном \(\ce{SnO2}\) образует пурпур Кассия.
  3. \(\ce{2Au + 7KrF2 -> 2[KrF][AuF6] + 5Kr}\) — в жидком HF образуется соединение золота(V); \(\ce{[KrF][AuF6] -> AuF5 + Kr + F2}\) — при нагревании соль разлагается с образованием фторида золота(V), соответствующего высшей известной степени окисления золота.

push_pinГлавное

Атом золота имеет электронную конфигурацию \(5d^{10}6s^1\). Высокие стандартные потенциалы пар \(E^\circ(\ce{Au^3+}/\ce{Au}) = 1{,}50\) В и \(E^\circ(\ce{Au+}/\ce{Au}) = 1{,}69\) В объясняют, почему кислота-окислитель сама по себе не растворяет золото. Для перехода золота в раствор нужны окислитель и лиганд, связывающий его ионы и понижающий потенциал комплексной пары. Поэтому золото растворяется в царской водке с образованием \(\ce{[AuCl4]-}\) (\(E^\circ = 1{,}00\) В), в хлорной воде с HCl и в растворе цианида при участии кислорода с образованием \(\ce{[Au(CN)2]-}\) (\(E^\circ = -0{,}60\) В); комплексообразователями также служат тиосульфат и тиомочевина. Золото(I) образует линейные комплексы \(\ce{[AuCl2]-}\) и \(\ce{[Au(CN)2]-}\), а для золота(III) с конфигурацией \(d^8\) характерен плоско-квадратный комплекс \(\ce{[AuCl4]-}\). Из растворов золото восстанавливают \(\ce{SO2}\), \(\ce{Fe^2+}\), \(\ce{H2O2}\) и щавелевой кислотой. Аурид цезия CsAu содержит золото в степени окисления −1. Релятивистские эффекты объясняют цвет золота и некоторые его необычные свойства; коллоидное золото известно по пурпуру Кассия и золю Фарадея.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.