Соединения золота — это химические вещества, в которых атомы золота (Au) связаны с атомами других элементов.
Наиболее распространённые степени окисления золота в соединениях — +1 (аурум) и +3 (аурум), хотя также известны соединения со степенями окисления +2 и -1.
Типы соединений
Галогениды: Золото образует соединения с галогенами, такие как хлорид золота(I) (AuCl) и хлорид золота(III) (AuCl3).
Комплексные соединения: Золото склонно к образованию стабильных комплексных соединений. Примеры включают дицианоаурат (I) калия (K[Au(CN)2]) и тетрахлороаурат (III) водорода (H[AuCl4]).
Оксиды и сульфиды: Известны оксиды, такие как оксид золота(III) (Au2O3), и сульфиды, например сульфид золота (III) (Au2S3).
Применение
Соединения золота используются в различных областях:
Промышленность: В электронике, стоматологии и производстве ювелирных изделий.
Медицина: Некоторые соединения золота применяются в лечении артрита.
Химия: В качестве катализаторов и реагентов в химическом синтезе.
Оксид золота (I) порошок серо-фиолетового цвета, при температуре выше 200°С разлагающийся на элементы:
2Au2O = 4Аu + O2.
В воде Аu2О практически нерастворим, во влажном состоянии диспропорционирует на золото и Аu2O3:
3Au2O = 4Au + Au2O3.
Оксид золота может быть получен только косвенным путем, например, действием на холоду водным раствором едкой щелочи на AuCl:
AuO + КОН = AuOH + КСl
При осторожном нагревании (не выше 200 °С) полученный гидроксид переходит в Au2О.
Гидроксид Au (I) заметно растворим в крепких щелочах с образованием ауритов, например Na[Au(OH)2].
В твёрдом состоянии ауриты не выделены.
Галиды золота (I) — довольно неустойчивые соединения. Они могут быть получены термическим разложением соответствующих галидов Au (III).
Хлорид Au (I), образующийся при осторожном нагревании (до 180—190°С) хлорида Au (III),
AuCl3 = AuCl + Сl2
разлагается на элементы уже при температуре выше 200 °С и представляет собой порошок бледно-желтого цвета.
Медленно диспропорционирующий на металлическое золото и хлорид Au (III), даже при комнатной температуре:
3AuCl = 2Au + AuCl3.
В присутствии влаги этот процесс резко ускоряется, причем образующийся хлорид Au (III) переходит в раствор, давая Н2[ОАuСl3].
В концентрированных растворах хлоридов щелочных металлов AuCl растворяется с образованием комплексных анионов АuCl2—:
AuCl + Сl⁻ = [АuCl2]⁻
Однако эти анионы также довольно быстро диспропорцио- нируют с выделением металла и образованием комплексных анионов Au (III):
3 [АuСl2]⁻ = 2Au + [АuСl]4— + 2Cl⁻
Бромид золота (I) по своим свойствам сходен с AuCl. Он может быть получен нагреванием АuВr3 выше 200 °С, однако уже при температуре выше 250 °С разлагается на элементы.
Под действием влаги AuBr подобно AuCl, диспропорционирует на металл и АuВr3.
В растворах бромидов щелочных металлов AuBr растворяется с образованием комплексных анионов [АuВr2]⁻.
Иодид золота (I) образуется при разложении АuI3 при комнатной температуре.
При нагревании AuI разлагается даже легче, чем AuCl и AuBr.
Наоборот, водой он разлагается медленнее, чем другие галогениды. В присутствии иодид-ионов Aul растворяется с образованием комплексных ионов [Aul2]⁻.
При действии раствора иода в водном растворе HI или KI на мелкодисперсное золота последнее растворяется, образуя комплексные анионы AuI2—:
2Au + I2 = 2АuI2—
Иодидные растворы Au(I) применяют при переработке золотосодержащих отходов.
Характерно, что в хлор- и бром- содержащих растворах золото растворяется в виде соединений Au (III) (см. ниже).
Сульфид золота (I) Au2S может быть получен действием сероводорода на подкисленный раствор K[Au(CN)2]:
2 [Au(CN)2]⁻ + 2H2S ⇄ Au2S + 4HCN.
Эта реакция обратима и для ее протекания слева направо необходимо сильное насыщение раствора сероводородом.
Сульфид золота нерастворим в воде и разбавленных кислотах, но растворяется в водных растворах сульфидов щелочных металлов, образуя комплексы [AuS]⁻ и [AuS2]³⁻.
В кислой среде эти комплексы разрушаются с выпадением в осадок сульфида золота:
2[AuS]— + 2H+ = Au2S + H2S.
При нагревании до 240 °С Au2S разлагается на элементы.
С рядом ионов и молекул золото (I) образует комплексные соединения.
В качестве лигандов, кроме уже упоминавшихся ионов Cl—, I—, S²⁻ могут выступать также ионы CN—, S2O23— , SO²3— и др.
Комплексообразование способствует повышению устойчивости производных золота (I) в водных растворах.
Наибольший интерес представляет весьма прочный цианидный комплекс Au(CN)2—.
Комплексные цианистые соли натрия, калия и кальция являются хорошо растворимыми соединениями.
И могут быть получены растворением металлического золота в водном растворе соответствующего цианида при доступе кислорода воздуха:
4Au + 8NaCN + O2 + 2Н2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH.
Эта реакция лежит в основе процесса цианирования — наиболее распространенного метода извлечения золота из коренных руд.
В кислой среде при нагревании анион Au(CN)2— разрушается с образованием нерастворимого в воде цианида золота AuCN:
[Au(CN)2]— + H+ = AuCN + HCN.
Цианид золота — довольно прочное соединение.
Оно не разлагается ни водой, ни разбавленными кислотами, но легко растворяется в присутствии цианидов щелочных металлов, давая соответствующие комплексные соли:
AuCN + CN⁻ = [Au(CN)2]⁻.
Из других комплексных соединений золота (I) можно отметить тиосульфатные и сульфитные комплексы, например, водорастворимые:
Na3[Au(S2O3)2]·2Н2O и K3[Au(SO3)2] · Н2O.
Для гидрометаллургии золота значительный интерес представляет тиомочевинный комплекс золота
Au[CS(NH2)2]2+.
Он может быть получен растворением металлического золота в кислом водном растворе тиомочевины в присутствии ионов Fе (III):
Au + 2CS (NH2)2 + Fe3+ = [Au [CS (NH2)2)2]+ + Fe2+.
Тиомочевинный комплекс, в отличие от рассмотренных выше, является катионным.
На этом основано применение тиомочевины для десорбции золота с анионообменных смол.
Оксид золота (III) Аu2O3, темно-коричневый, нерастворимый в воде порошок, может быть получен косвенным путем из гидроксида Аu(ОН)3.
Который, в свою очередь, получают действием сильных щелочей на крепкий раствор НАuСl4.
При сушке Аu(ОН)3 над пентаксидом фосфора образуется порошок состава АuО(ОН), который при осторожном нагреве до 140°С теряет воду и переходит в Au2O3.
Однако уже при температуре около 160 °С оксид золота (III) разлагается на элементы.
Гидроксид золота (III) проявляет амфотерные свойства.
Однако кислотный характер этого соединения преобладает, поэтому иногда его называют золотой кислотой.
Соответствующие ей соли — аураты могут быть получены растворением Аu(ОН)3 в сильных щелочах:
Au(OH)3 + NaOH = Na [Au(OH)4].
Аураты щелочных металлов — соединения, хорошо растворимые в воде.
Соли, соответствующие основной функции Аu(ОН)3, могут быть получены растворением этого соединения в сильных кислотах, которое идет за счет образования анионных комплексов:
Au(OH)3 + 4НСl = H[AuCl4] + 3Н2O;
Au(OH)3 + 4HNO3 = Н [Au(NO3)4] + 3Н2O.
Из галогенидов золота (III) интересен хлорид АuСl3, который получают пропусканием газообразного хлора над порошком золота при ~ 240 °С.
Образующийся хлорид возгоняется и при охлаждении осаждается в виде красных кристаллов в воде AuCl3 растворим, водный раствор этого соединения имеет коричнево-красную окраску, что объясняется образованием комплексной кислоты:
АuCl3 +Н2O = H2[AuOCl3].
Вообще, склонность к образованию комплексных анионов—характерная черта Аu(III).
При добавлении к водному раствору хлорида Au (III) соляной кислоты образуется золотохлористоводородная кислота Н[АuСl4]:
H2[AuOCl3] + HCl = H(AuCl4) + H2O
в результате чего раствор становится лимонно-желтым. Золотохлористоводородная кислота образуется также при растворении металлического золота в насыщенном хлором растворе соляной кислоты:
2 Au + 3Сl2 + 2HCl = 2H[AuCl4].
При упаривании раствора золотохлористоводородная кислота кристаллизуется в виде кристаллогидрата Н[АuСl4] •4Н2O.
Как сама кислота, так и многие ее соли хорошо растворимы в воде, что обусловливает их применение при аффинаже золота.
Стандартный потенциал золота (III) в хлоридных растворах достаточно высок:
Аu + 4Сl— =[АuСl4]— + 3е; φ° =+1,00 В.
Поэтому из хлоридных растворов золото легко восстанавливается многими восстановителями:
Например:
2[АuСl4]— + 3Н2С2O4 = 2Au + 6СO2 + 8Сl— + 6Н+;
4[AuCl4]— + 3С + 6Н2O = 4Au + 3СO2 + 16Сl— + 12Н+;
2[AuCl4]— + 3SO2 + 6Н2O = 2Au + 3SC24— + 8Сl— + 12Н+.
Характерно, что даже перекись водорода, для которой более свойственна окислительная функция, по отношению к хлоридным растворам золота выступают в качестве восстановителя:
2АuCl—4 + 3H2O2 = 2Au + 8Cl— + 3O2.
В практике аффинажа осаждение золота из хлоридных растворов обычно производят с помощью сульфата Fe (II).
При восстановлении из разбавленных растворов золото часто не выпадает в осадок, а образует устойчивые ярко окрашенные коллоидные растворы.
Интенсивно окрашенный раствор коллоидного золота, так называемый кассиев пурпур, может быть получен восстановлением золота хлоридом олова (II):
2Н[AuCl4] + 3SnCl2 = Au + 3SnCl4 + 2HCl.
Эту реакцию иногда используют для обнаружения в растворе следов золота (качественная реакция на золото).
В зависимости от размера и формы образующихся частиц коллоидные растворы золота имеют красный, голубой или фиолетовый цвета.
В качестве восстановителей для получения коллоидных растворов могут быть использованы:
Из других галогенидов Au (III) представляет интерес AuI3.
Это соединение, представляющее собой нерастворимый в воде порошок темно-зеленого цвета, можно получить, например, добавлением нейтрализованного раствора золотохлористводородной кислоты к раствору иодида калия:
АuСl4— + 3I— = AuI3 + 4Сl—.
С ионами CN— золото (III) образует комплексные анионы. Так, при действии KCN раствор АuСl3 обесцвечивается вследствие образования анионов [Au(CN4)]3-.
Соли золота (III) кислородных кислот (серной, азотной) устойчивы лишь в концентрированных растворах соответствующих кислот.
При разбавлении водой они гидролизуют с образованием Аu(ОН)3. В этих растворах золото, по-видимому, находится в виде комплексных анионов.
Косвенно это подтверждается тем, что при упаривании раствора Аu(ОН)3 в концентрированной азотной кислоте выделяется кристаллогидрат комплексной кислоты H[Au(NO3)4]·3H2O.
Аналогично из раствора Аu(ОН)3 в концентрированной серной кислоте упариванием с добавкой гидросульфата калия может быть выделена комплексная соль K[Au (SO4)2].
Сульфид золота (III) Au2S3 представляет собой черный порошок, разлагающийся на элементы при нагревании выше 200 °С.
Его можно получить лишь сухим путем (например, действием сероводорода на раствор АuСl3 в безводном эфире).
Так как действие сероводорода на соединения Au (III) в водной среде сопровождается частичным восстановлением золота (III).
Сульфид золота (III) не растворяется в НCl и H2SO4, но растворяется в царской водке, водном растворе цианида калия.
При взаимодействии Au2S3 с раствором Na2S образуется растворимый тиоаурат:
АuS3 + Na2S = 2NaAuS2.
Это соединение имеет тенденцию к распаду по реакции:
NaAuS2 = NaAuS + S.
Под действием воды NaAuS2 гидролизуется:
2NaAuS2 + Н2O = Au2S3 + NaSH + NaOH.
Золото чаще всего встречается в степенях окисления +1 (например, в AuCl) и +3 (например, в AuCl3).
Наиболее стабильной является степень окисления +3.
Коллоидное золото — это наночастицы золота, взвешенные в жидкости (обычно в воде).
Оно имеет яркий красный или синий цвет.
Коллоидное золото не является раствором, так как частицы в нём не растворены, а просто находятся во взвешенном состоянии.
С точки зрения современной науки, превратить один элемент в другой (например, свинец в золото) можно только путём ядерной трансмутации.
Этот процесс требует огромной энергии, и в лабораторных условиях это возможно только с использованием специальных ускорителей частиц.