Популярно о драгоценных металлах

Возможно, из этой небольшой статьи читатели узнают что-то, ранее им неизвестное и интересное о драгоценных металлах.

Драгоценными металлами называют металлы, которые относятся к так называемой благородной группе. Это золото, серебро, платина и другие металлы платиновой группы: руте́ний, палладий, иридий, о́смий, ро́дий.

Название "драгоценные" они получили за высокую стоимость по сравнению с другими металлами, а "благородные" - благодаря своей высокой химической стойкости во многих средах и красивому внешнему виду в готовых изделиях. Для изготовления многих художественных изделий и в ювелирном деле используются золото, серебро, платина, палладий, а также сплавы на основе этих металлов.

Золотой бюст императора Марка Аврелия

Золото – химический элемент 1-й группы периодической системы элементов Менделеева. Атомный номер 79. Атомная масса 196,9665. Основная валентность 3. Плотность 19,32 грамм/куб/см (золотой «кубик» чистого золота с гранями длиной примерно в 37,5 см весит одну тонну). Температура плавления 1064, а кипения 2856 градуса Цельсия.

Золото - металл красивого жёлтого цвета, очень тяжёлый (почти в два раза тяжелее свинца), мягкий, очень пластичный и тягучий. При этом полированное золото обладает ещё и хорошей отражательной способностью.

Из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км или проковать в пластину толщиной 0,0001 мм, которая в прямом смысле пропускает свет.

Есть предположение, что золото было первым металлом, на котором человек остановил свой взгляд, а первыми открывателями месторождений золота считают скотоводов, которые, перегоняя по руслам пересыхавших в летнюю жару рек и ручьёв стада, обратили внимание на красивые по цвету самородки и крупинки золота, вымытого водой из коренных месторождений выше по течению. После того, как были найдены другие металлы и способы их обработки, золото стало предметом роскоши, приобрело власть, а затем выступило в роли денег.

Золотые самородки

 Древнейшим и довольно распространенным металлом оно было во многих странах, в том числе и в Древнем Египте, где сохранились золотые рудники со времен Рамсеса Второго (1317 – 1251 годы до нашей эры).

В России о существовании золота в Нерчинском крае знали со второй половины XVI века, открыли его там в 1746 году. Спустя шесть лет его научились выделять из нерчинского серебра.

Затем красивый, тяжёлый, драгоценный металл нашли на Алтае, Урале и в Карелии.

Пластинчатые самородки

Крупнейшие самородки весом 60 – 90 кг были найдены в Аргентине и Австралии. Самый большой самородок, найденный в России (Большой Треугольник), весит 48 кг.

Самородное золото представляет собой природные сплавы с серебром, а также со следами меди, железа и некоторых других металлов. Большинство древних художественных изделий выполнены из природных сплавов золота – т.н. электронов.

Крупные дендриты (сростки) самородков

Из россыпей золото извлекали промывкой песка. Для промывки использовали желоба, ковши, лотки. Из руд золото и другие драгоценные металлы добывали путем нагревания породы до растрескивания, затем глыбы дробили в каменных ступах, растирали между жерновами и промывали через сита.

В наши времена добыча золота механизирована. Добывают его при помощи драг и гидравлическим способом.

При гидравлическом способе добычи вода под большим давлением размывает породу и отделяет от неё золото. На драгах, которые представляют собой плавучие сооружения, имеются оснащённые цепью подвесные ковши, с помощью которых со дна водоёмов вынимают породу. Породу затем промывают, в результате промывки осаждается золото.

Добывают золото и из рудных залежей. Основными способами здесь являются цианирование и амальгамация.

Способ цианирования основан на растворении золота в водных растворах цианистых щелочей в присутствии кислорода и окислителей.

Амальгамация – способ более древний. Он основан на способности золота вступать при естественных условиях в соединения с ртутью. Процесс происходит в специальных амальгационных аппаратах. При этом руду, содержащую золото, пропускают с водой по  поверхности ртути. Частицы золота, смачиваясь ртутью, образуют полужидкую амальгаму, из которой путем отжима получают твердую часть амальгамы. Затем ртуть испаряют, а оставшееся золото сплавляют в слитки.

Ни один из этих способов не даёт возможность получить драгоценный металл высокой чистоты. Полученные золотые слитки отправляют на очистительные (аффинажные) заводы.

Оба этих способа были в старые времена крайне вредными для здоровья рабочих.

Золотые сплавы могут приобретать различные оттенки – это так называемое цветное золото. Например, примеси меди сообщают золоту красноватый оттенок, а серебряная лигатура – зеленоватый.

Примеси платины высветляют золото, делают его бледным, а при больших её дозах сплавы совершенно обесцвечиваются. Такие сплавы называют «белым золотом».

Добавки железа придают золотому сплаву сероватые и синеватые оттенки, а добавки палладия – бурые и коричневатые.

В очень тонких листах, применяемых при сусальном золочении, золото просвечивает синевато-зеленым цветом.

Эти сплавы хорошо режутся, шлифуются и полируются. Температура плавления чистого золота 1064°С, температура плавления сплавов – немного ниже. При отливке чистое золото имеет большую литейную усадку, для золотых сплавов усадка меньше.

Золото хорошо проводит электрический ток и тепло, немного уступая в этом только серебру. На воздухе оно не окисляется даже при нагревании. Серная, азотная и соляная кислота на золото не действуют.

Золото растворяется только в горячей «царской водке» – смеси одной части азотной кислоты с двумя частями соляной, а также в селе́новой кислоте. В ртути золото растворяется, образуя амальгаму.

Непосредственно оно соединяется только с хлором, бромом, йодом, мышьяком, и фосфором. С большинством металлов золото легко образует сплавы.

Используют золото в ювелирном деле, чеканке наградных медалей, а также при золочении металлических и неметаллических изделий. Кроме того, золото расходуется для приготовления припоя, для пайки золотых и платиновых художественных изделий. В промышленности золото используется в точном приборостроении, электротехнике, медицине, химической промышленности. Но основная масса золота служит для обеспечения денежной системы страны.

Серебро – химический элемент 1-й группы периодической системы элементов Менделеева. Атомный номер 47. Атомная масса 107,868. Валентность 1;2. Плотность - 10,5 грамм/ на куб.см. (то есть, серебро почти в 2 раза легче золота).

Серебро представляет собой белый, пластичный, тягучий и ковкий металл.

Температура плавления 960,5°С, температура кипения 1955°С.

Серебро имеет наивысшую отражательную способность из всех металлов – оно отражает почти 94 процента световых лучей и является самым теплопроводным и электропроводным металлом. Оно легко прокатывается в тончайшие листы до 0,00025 мм и вытягивается в очень тонкую проволоку.

Серебро хорошо режется и полируется. Оно твёрже золота, но мягче меди.

Из-за мягкости чистое серебро употребляют в виде сплавов с медью, а в древности употребляли также и в виде природного сплава с золотом – электрума или электрона.

На воздухе серебро не окисляется, а наблюдаемое порой потемнение серебряных изделий объясняется образованием чёрного сернистого серебра под влиянием действия серы или сероводорода, которые всегда присутствуют в атмосфере, особенно, в городской черте.

Кипящие едкие щелочи на серебро не действуют. Серебро растворяется в азотной и горячей серной кислоте.

С глубокой древности этот драгоценный металл широко используют в художественных изделиях и ювелирном деле.

 Бюст Сераписа. II век н.э. Рим

Алхимики называли серебро Дианой или Луной. Оно  распространено в природе шире, чем золото,  встречается в самородном виде, а также в виде руды.

В России серебро добывается в основном из комплексных полиметаллических и золотосеребряных руд. При добыче используются те же методы, что и при получении золота – цианирование и амальгамирование, однако в этом случает цианистые растворы должны быть более концентрированными.

В художественной промышленности серебро используется для производства ювелирных изделий, художественной посуды, столовых приборов, сувениров, подарочных изделий, выполняемых чеканкой, гравировкой, украшением чернью.

Кроме того, чистое серебро в виде тончайшей проволоки служит материалом для филигранных работ и насечки по стали. Чистое серебро является также материалом для художественных эмалевых изделий, а также оно идёт на аноды при серебрении и гальванопластическом покрытии.

Серебро служит главным компонентом в серебряных твёрдых ювелирных припоях, которыми спаивают не только серебряные, но и медные и латунные изделия.

Используют серебро при составлении платиновых и палладиевых сплавов, что делает их более светлыми, а золотым сплавам серебро придаёт зеленоватый оттенок.

Платина - серовато-белый блестящий ковкий металл. Встречается в природе в самородном состоянии, но с примесью иридия, палладия, осмия, родия и рутения.

Платина является одним из наиболее редких элементов земной коры.

Температура плавления 1769,5°C, температура кипения 3910°C. Высокая температура плавления была одной из главных причин того, что платина долгое время не использовалась в ювелирной промышленности. Плотность платины: 21,09 – 21,45 грамм на куб см. Т.е., платина тяжелее золота и является одним из самых тяжёлых элементов таблицы Менделеева.

На воздухе платина не изменяется даже при самом высоком нагреве. Отдельные кислоты на платину не действуют. С трудом она растворяется в кипящей «царской водке» – смеси пяти частей соляной кислоты и трёх частей азотной.

В России платина была обнаружена в россыпных месторождениях золота на Урале в начале 19 века, а через некоторое время на восточном склоне уральских гор был заложен первый в России платиновый прииск.

Добывают платину промывкой песка, где был найден  драгоценный металл, а также при электролизе золота. Дальнейшее разделение металлов платиновой группы и очистку производят на очистительных (аффинажных) заводах.

Учеными России разработан новый способ очистки платины, который положил начало порошковой металлургии.

Из платины изготовляют оправы для изделий с бриллиантами, браслеты, серьги и другое.

Благодаря своей устойчивости к агрессивным средам и высокой температуре плавления платина используется для производства химической посуды. Для отделки художественных изделий под цвет платины применяется хлористая платина.

Латунные изделия натирают хлористой платиной, и они приобретают цвет и блеск, напоминающий сталь. Это покрытие очень прочно. Хлористая платина, растёртая на скипидарном масле, применяется для платинирования стекла и фарфора – после обжига изделий образуется металлический платиновый слой, красивый и прочный. Металлические художественные изделия можно покрывать платиной гальваническим способом.

Платина легко поддаётся прокатке, штамповке, волочению.

Палладий – один из лёгких металлов платиновой группы, плотность – 12 грамм на кубический см. Но понятие «лёгкий» довольно относительно, поскольку палладий тяжелее даже свинца, плотность которого – 11,3 грамма на куб. см. Это металл серовато-белого цвета, мягкий и ковкий. Он темнее серебра и светлее платины. Температура плавления 1554°С. Открыт в начале 19 века.

По физическим и химическим свойствам палладий очень близок к платине, растворим в азотной кислоте и «царской водке».

Сероводород воздуха на него не действует, он не темнеет, как серебро, и поэтому применяется в качестве шкал астрономических приборов.

От платины палладий легко отличить действием спиртового раствора йода. На платину йод не действует, а на палладии оставляет чёрный налет.

Палладий является пластичным и мягким металлом. Он легко прокатывается в тонкие листы и протягивается в тонкую проволоку.

В природе встречается в большинстве платиновых руд и в очень небольшом количестве в составе сплавов с другими металлами платиновой группы, в почти чистом состоянии встречается очень редко.

Применяется в ювелирном деле. Его сплав с серебром и добавками никеля идёт на изготовление колец, браслетов и т.п.

Кроме того, палладий используют в сплаве с золотом. В этом случае его добавка, так же, как и добавка платины, обесцвечивает золотой сплав и образуется так называемое "белое золото".

Иногда палладий добавляют в сплавы платины для придания им большей прочности и твердости.

Палладий в чистом виде идёт на изготовление реторт для перегонки плавиковой кислоты, сосудов для изготовления изотопов. Активно применяется в электронной промышленности, в автомобилестроении.

Для изготовления ювелирных и других изделий далеко не всегда используют чистые металлы. Происходит это из-за высокой стоимости драгоценных металлов, их недостаточной твердостью и износоустойчивости, поэтому на практике чаще всего употребляют сплавы, которые образуются путем соединения металлов с металлами или металлов с металлоидами и приобретают свойства, отличающие их от свойств чистых металлов.

Меняя компоненты – металлы, входящие в сплав, можно изменять различные свойства металла – твёрдость, коррозийную стойкость, пластичность, цвет, прочность и т.д.

Наибольшее число сплавов и легирующих компонентов имеет золото, затем серебро, платина и палладий.

В качестве составных легирующих компонентов в состав золотых сплавов входят серебро, палладий, медь, цинк, кадмий, платина.

Серебро в составе сплава сохраняет пластичность, мягкость, ковкость, понижает температуру плавления. При содержании его до 65 процентов цвет золота становится зеленоватым, жёлто-зеленым, жёлто-белым. При содержании серебра свыше 65 процентов жёлтый цвет сплава исчезает.

Твердость золотого сплава повышает примесь меди. Медь сохраняет ковкость, тягучесть, меняет цвет в сторону красного, При содержании 14,6 процентов меди сплав имеет ярко-красный цвет. Недостаток сплава - низкая устойчивость к коррозии на воздухе.

Присутствие никеля сохраняет ковкость, придаёт твёрдость, повышает литейные качества, меняет цвет сплава на бледно-жёлтый. Большое содержание никеля делает сплав реагирующим на магниты и способным намагничиваться.

Значительно повышает температуру плавления сплава на базе золота присутствие платины. Она увеличивает упругость сплава, изменяет цвет до белого уже при содержании 8,4 процентов платины (то самое «белое золото»).

Повышает температуру плавления золотого сплава, сохраняет пластичность и ковкость, резко изменяет цвет присутствие в сплаве палладия.

Цинк понижает температуру плавления, делает сплав твердым (но хрупким), повышает текучесть, изменяет цвет в сторону белого.

Также понижает температуру плавления присутствие в сплаве кадмия. Он сохраняет ковкость, пластичность, мягкость, меняет цвет сплава в зеленоватый.

Сплавы серебра, используемые для изготовления ювелирных украшений и бытовых ювелирных изделий, имеют один легирующий компонент – медь. Она повышает твердость сплава, сохраняет пластичность, ковкость и тягучесть. Цвет такого сплава - ярко-красный.

Для платины в качестве легирующих компонентов используют только медь и иридий. Пять процентов меди в платиново-медном сплаве понижают температуру плавления, сохраняя мягкость, тягучесть и пластичность. При пяти процентах иридия повышается температура плавления, твердость, антикоррозийность, износоустойчивость. Цвет сплавов остаётся характерным для платины. Сплавы платины применяют для изготовления ювелирных украшений, лабораторной посуды, для изготовления некоторых деталей машин, термометров сопротивления и т.д.