Metallide kuningas: KULD (0)

Tartu Kivilinna Gümaasium
Kuld
Metallide kuningas
Autor: Sander Kamenik
Juhendaja : Helgi Muoni
Tartu 2014
Sisukord
Sissejuhatus Error : Reference source not found
Füüsilised omadused ja aatomi ehitus Error: Reference source not found
Füüsilised omadused Error: Reference source not found
Aatomi ehitus Error: Reference source not found
Leidumine looduses Error: Reference source not found
Isotoobid Error: Reference source not found
Keemilised omadused ja reaktsioonid Error: Reference source not found
Ühendeid ja nende kasutamine Error: Reference source not found
Füsioloogiline toime Error: Reference source not found
Huvitavaid fakte Error: Reference source not found
Mida andis mulle referaadi koostamine? 14
Kasutatud materjal Error: Reference source not found
Sissejuhatus
Kuld on tihe, plastne, läikiv ja pehme väärismetall ; see on nii keemiline element kui ka lihtaine , mis esineb looduses mineraalina. Kulla keemilise elemendi sümbol on Au ja aatomnumber 79. Kuld asub IB rühmas
Levimiselt looduses on kuld haruldane metall . Ometi on see kollane metall kõigile tuntud ja teatud. Ajalooliselt on väljakujunenud peamiselt kaks kulla funktsiooni. Alates ürgajast on kuld olnud ehtemetall ja kuna seda leidub looduses harva, siis sümboliseerib kuld rikkust ja selle kaudu ka võimu.
Kulla ladinakeelne nimetus aurum , mis tähendab koidusära. Eesti sõna kuld pärineb germaani keeltest, selle algupäraks on protogermaani gulþ (" yellow / green ").
Kulla aatomiehitus
Elektronkihtide arv: 6
Esimesel kihil: 2
Teisel kihil: 8
Kolmandal kihil: 18
Neljandal kihil: 32
Viiendal kihil: 18
Viimasel kihil: 1
Kulla aatomimass on 196,967 ja järjenumber on 79. Kullal on 79 prootonit, 79 elektroni ja 118 neutronit. Elektronkihte on tal 6.
Elektronskeem : AU +79 | 2)8)18)32)18)1).
Elektronvalem: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d9
Leidumine looduses
Kuld on arvatavalt teine inimese poolt kasutusele võetud metall. Keemiliste elementide levimuselt looduses on kuld 72. kohal. Erinevate arvamuste kohaselt tuntakse kulda umbes 7000-8000 aastat.
Kulda sisaldub maakoores 0,0011 g/t, mis on umbes 100 korda rohkem kui merevees (0,00001 g/t). Kuld on haruldane metal , kui leidumise tõttu ehemetallina pävis ta oma värvi ja läikega meie eellase tähelepanu. Ehedalt on kullaosakeste suurus 0,1–1000 mikromeetrit, suuremate kullatükkide mass võib ulatuda aga isegi kümnetesse kilodesse. Kullaliivades on kulda keskmiselt 5–15 g/t.
Tootmine

Kulda saadakse 4 erineval moel. Nendeks on kaevandamine, ekstraktsioon, mereveest ja muundamine teistest elementidest.

Kaevandamine - Hinnanguliselt oli 2010. aastaks kokku kaevandatud umbes 166 600 tonni kulda. Kullatootjate aruannete kohaselt on kaevandamata veel ligikaudu 26 000 tonni kulda, mille kaevandamiseks kuluks kümme aastat.

Ekstraktsioon – Kulla maaki purustavad ja peenestavad masinad . Kui maak on peenestatud tolmuks , segatakse see naatrium - või kaaliumtsüaniidiga (NaCN või KCN), mis moodustab kullaga lahustuva kompleksühendi. Kompleksist kulla kättesaamiseks lisatakse lahusele tsinki , mis asendab kulla kompleksis ja kuld sadeneb.

Kulla puhastamiseks pestakse seda kontsentreeritud väävelhappega.

Mereveest - Nüüdisaegseil hinnanguil on kuupmeetris merevees kulda keskmiselt 0,004 mg/m3. Kogu planeedi merevees on kulda ligikaudu 15 000 tonni.

Muundamine teistest elementidest -20. sajandi keskel alkeemikute unistus tegelikult täitus: õnnestus sünteesida kulla aatomeid tuumareaktoris elavhõbedast. Selleks kiiritati elavhõbeda aatomi tuumi neutronitega. Kulla tootmiseks seda meetodit aga ei kasutata, kuna kulla tootmine maagist on tunduvalt odavam.

Isotoobid

Ainuke teadaolev stabiilne kulla isotoop on 197Au, mis on ka ainuke looduses leiduv kulla isotoop. Sünteesitud on veel 36 radioaktiivset isotoopi. Nendest kõige stabiilsema, 195Au, poolestusaeg on 186,1 päeva ja kõige ebastabiilsem on 171Au poolestusajaga 30 mikrosekundit.

Füüsikalised omadused

Kullast on kerge valmistada sulameid teiste metallidega. Kõige sagedamini kasutatakse kulla sulameis hõbedat ja vaske. Ehkki enamik puhtaid metalle on hallid või hõbekasvalged, on kuld kollane. Värvuse määrab nõrgalt seotud elektronide tihedus metallis; sellised elektronid võnguvad "plasmana",

Enamikus metallidest jääb elektronide võnkesagedus ultravioleti alasse, kuid kulla puhul on sagedus nähtavas spektrialas (peamiselt punases osas, 400—700 nm) nõrga relativistliku efekti tõttu, mis mõjutab kulla aatomi orbitaale.

Kuld on lõhnatu ja maitsetu tänu oma inertsusele, sest metallidele annavad maitse metalli ioonid . Kuld on kõige elektronegatiivsem metall.

Puhas kuld on väga pehme, Mohsi skaalal kõvadusega 2,5 (küünega kriimustatav), suure tihedusega, helekollase värvusega väärismetall. Kuld on kergesti töödeldav . Ühest grammist kullast on võimalik tõmmata 3,5 km traati või katta 10 m2 pinna. Väga õhuke kullaplaat muutub läbipaistvaks, lastes läbi sinakas -rohelist valgust,

Kullal on väga suur tihedus: 19,282 g/cm3.

Kulla sulamistemperatuur on 1064 °C, aurustumistemperatuur 2856 °C.

Keemilised omadused
Kulla sära ei tuhmu ning korrosioonile ja keemilisele toimele on kuld püsiv. Keemiliselt on kuld passiivne metall. Kuld ei oksüdeeru isegi sulatatuna.

Reageerimine mittemetallidega

Lihtainetest reageerib kuld halogeniidididega. Toatemperatuuril kulgevad reaktsioonid aeglaselt. Temperatuuril 140 °C reageerib kuld klooriga, moodustades kuldtrikloriidi, mis kõrgemal temperatuuril laguneb kuldmonokloriidiks:
2Au + 3Cl2 → 2AuCl3
AuCl3 → AuCl + Cl2
Kuld(I) halogeniidid on ebapüsivad ja võivad laguneda disproportsioneerumisega:
3AuHal → AuHal3 + 2Au
Broomiga reageerib kuld kõrgemal temperatuuril (150 °C) ning kuldtrijodiid on väga ebapüsiv ja laguneb kiiresti. Reageerimine tsüaniididega toimub hapniku osavõtul, soodsamalt vesinikperoksiidi osalusel :
4Au + 8NaCN + 2H2O2 → 4NaOH + 4Na[Au(CN)2]
Seda reaktsiooni tsüaniidiga kasutatakse ka kulla eraldamiseks maagist.

Reageerimine hapetega

Hapetest reageerib kuld ainult kuuma kontsentreeritud seleenhappega:
2Au + 6H2SeO4 → Au2( SeO4 )3 + 3H2SeO3 + 3H2O
Kulda suudab veel lahustada ka kuningvesi ( HNO3 /HCl). Aktiivne monokloor reageerib kullaga, andes kuldkloriidi:
3HCl + HNO3 → NOCl + 2H2O + 2Cl
Au + 3Cl → AuCl3
Lahuse ettevaatlikul soojendamisel tekivad vesiniktetrakloroauriidi kristallid :
AuCl3 + HCl → H[AuCl4]
Ühendid ja kasutamine
Kulla oksüdatsiooniaste on piirides -1(CsAu) kuni V, mõnedel andmetel ka VII, peamisle III ja I. Et ühes ja samas ühendis võib kuld levida erineva oksüdatsiooniastmega aatomeid, siis arvutuslik oksüdatsiooniaste võib olla ebaadekvaatse arvväärtusega.
Halogeniidid:
Monohalogeniidid: AuF, AuCl, AuBr, Aul.
Trihalogeniidid: AuF3, AuCl3, AuBr3 ( AuI3 laguneb kohe)
Tuntakse ka polümeerset, kuid ebapüsivat kuldpentafluoriidi AuF5.Trihalogeniidid AuCl3 ja AuBr3 moodustuvad otseselt vastavatest lihtainetest :
2Au + 3Br2 → 2AuBr3 (kuldtribromiid)
Kuldtrikloriid esineb tegelikult dimeerina – Au2 Cl6 – dikuldheksakloriidina.

OranžI värvusega kristalset AuF3 saadakse AuCl3 fluorimisel temperatuuril 300 kraadi või kulla reageerimisel tugeva fluorimisreagendiga broomtrifluoriidiga.

2Au + 2BrF3 → 2AuF3 + Br2

AuCl3 on tumepunase värvusega hügroskoopne kristalne tahkis , AuBr3 on tumepruun. Kulla monohalogeniidid on värvilised tahkised: AuCl (helekollane), AuBr (kollakaspruun), Aul (sidrunikollane). Neid ühendeid saadakse vastavate kuldtrihalogeniidide kuumutamisel temperatuuril 150 kraadi.

AuHal3 → AuHal + Hal2

AuL saadakse lihtainete ühinemisreaktsioonil:

2Au + I2 → 2Aul

Monohalogeniidid disproportsioneeruvad soojendamisel

3Au(I) → 2Au(0) + Au(III)

3AuCl → 2Au + AuCl3

Kuldpentafluoriid on tumepunase värvusega diamagnetiline, polümeerse struktuuriga tahkis , mis tekib dihapnikheksafluoroauraadi kuumutamisel. Viimast saadakse vastavatest lihtainetest (Au, F2, O2) rõhul 8 at ja temperatuuril 370 kraadi:

Au + 3F2 + O2 → O2 AuF6 Dihapnikheksafluoroauraat, milles O2 on katioonina.

2O2AuF6 → 2AuF5 + F2 + 2O2

AuF5 reageerimisel ksenoondifluoriidiga tekib AuF3:

AuF5 + XeF2 → AuF3 + XeF4

AuF5 moodustamisel fluoriidiooniga moodustub heksafluoroauraatkompleks:

AuF5 + F → (AuF6)-

Sulfiidid : Au2S kuld(I) sulfiid , Au2S3 kuld(III)sulfiid Au2S3 on musta v’rvusega ja vees rasklahustav tahkis, mida saadakse vesiniktetrakloroauraadi reageerimisel H2S või ammooniumsulfiidiga:

2H [AuCl4] + 3(NH4)2S → Au2S3 + 2HCl + 6NH4Cl

Dikuldtrisulfiid on vees rasklahustuv, reageerib hapetega, KCN lahuse või broomiveega, kuumutamisel umbes 200 kraadi juures laguneb. Toatemperatuuril laguneb aeglaselt, moodustades Au2S: Au2S + 2S Kuumutamisel laguneb lihtaineteks: Au2S3 → 2Au + 3S

Au2S on pruunikas-musta värvusega tahkis, vees rasklahustuv, kuid reageerib leelismetallide tsüaniidiga ja polüsulfiididega.

Kuldoksiidid ja kuldhüdroksiidid: Au2O,Au2O3, AuOH, Au(OH)3

Kuld(I)kloriidi reageerimisel leelisega tekib kuld(I) hüdroksiid :

AuCl + NaOH → AuOH allanool +MaCl

Viimane laguneb kuumutamisle umbes 200 kraadi juures, seejuures tekib kuld(I) oksiid :

2AuOh → Au2O + H2O

Tetrakloroauraadi reageerimisel leelistega või soodalahusega tekib kuld(III)hüdroksiid

2[AuCl4]- + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Au(OH)3 + 3CO2 + 2Cl + 6NaCl

Kuld(III) hüdroksiidi kuumutamisel eraldub algul vesi, 150 kraadi kuures tekkinud kuld(III)oksiid laguneb:

2Au(OH)3 → Au2O3 + 3H2o

4Au2O3 → 4Au + 2Au2O + 5O2

Eelnevalt nimetatud kõiki ühendeid kasutatakse ehete valmistamiseks, meditsiinis või tehnoloogias.

Füsioloogiline toime

Inimorganismis on kuld ultramikrometall, mida leidub luudes (0,016 ppm), veres (0,0001 mg/l) jm. Au pole bioelment, kuid kullaühendeid kasutatakse ravimina. Juba Vi saj, e.Kr. kasutati metallist kulda Hiinas elueliksiiri koostises.

Enam kui paari tuhande aasta eest avastati, et kuldnõus ei hakka vesi roiskuma. Ning haavade paranemise soodustamiseks asetati haavale kuldplaat.

11 sajandil raviti kullapulbriga silmahaigusi ja 16 sajandil süüfilist. Nüüdisajal ravitakse kullapreparaatidega naha- ja liigestehaigusi, vähktõbe jm.

Kas teadsid, et?

• Kuld on üks komponente kvaliteetsete CD-de peegelkihis

• Et hoida lennukite piloodikabiinide aknaid jäävabana, pannakse klaasi sisse väga õhuke kullakile. Kui sellest elektrivool läbi lasta, kuld soojeneb ja sulatab aknalt jää.

• Kullast saab teha niiti ja kasutada tikkimisel.

• Astronautide kiivrites ja ülikondades, sõjalennukites ja sateliitides tarvitatakse kulda kaitseks infrapunakiirguse ja raadiolainete eest.

Selline näeb välja kullakaevandus.

Mida andis mulle referaadi koostamine?

Sain väga palju uusi teadmisi kullast. Kui varem teadsin seda kui ainult väärismetalli, siis nüüd tean ka selle seotust keemiaga ja milleks seda veel kasutatakse. Referaati tehes tulid ka meelde reaktsioonivõrrandid ja tasakaalustamine nii et referaat oli ka natuke kordamise eest. Kõige suurem tarkusetera ehk oli ka see, et asju ei tohi viimasele hetkele lükata, jube kiireks kisub asi.

Kasutatud materjal

Internetiallikad:

http://et.wikipedia.org/wiki/Kuld

http://en.wikipedia.org/wiki/Gold

http://www.chemicalelements.com/elements/au.html

Kirjandus:

,, Leiutised ja avastused keemias´´ Hergi Karik lk 67-71
,,Metallid ja mittemetallid meis ja meie umber´´ Hergi Karik lk 143-146

15