Как рождается золото? Этот вопрос уводит нас далеко за пределы земных шахт. Драгоценный металл представляет собой химический элемент с символом Au и атомным номером 79: в ядре каждого атома золота содержится ровно 79 протонов.
Соотношение протонов и нейтронов имеет решающее значение. Среди всех изотопов золота стабильным является лишь один — золото-197, содержащее 79 протонов и 118 нейтронов.
Рождение золота начинается с ядерных реакций
Природа создает атомы золота с помощью нуклеосинтеза — процесса формирования атомных ядер. Обычный звездный нуклеосинтез питает энергией звезды и порождает многие элементы, однако для возникновения золота требуются куда более экстремальные условия.
При слиянии нейтронных звезд сталкивающиеся объекты выбрасывают колоссальные объемы вещества, обогащенного нейтронами. Процесс быстрого захвата нейтронов (так называемый r-процесс) насыщает ядра нейтронами быстрее, чем они успевают распасться в ходе бета-распада. Во время бета-минус-распада нейтрон превращается в протон, меняя саму природу элемента, что позволяет этим богатым нейтронами ядрам превращаться в золото и другие тяжелые элементы.
Гравитационные волны и вспышки килоновых — яркое свечение, порожденное радиоактивными осколками, — помогают ученым исследовать эти грандиозные столкновения. Некоторые редкие типы сверхновых звезд также могут обеспечивать условия для r-процесса; исследователи продолжают изучать их вклад в этот механизм.
Как золото попало на Землю
Большая часть природного золота на Земле появилась еще задолго до образования Солнечной системы, произошедшего около 4,6 миллиарда лет назад. Космические выбросы обогатили межзвездную среду — газ и пыль между звездами. Часть этого материала вошла в состав протопланетного диска вокруг молодого Солнца, и Земля получила запасы золота по мере накопления пыли и каменистых пород. В ходе дифференциации недр вещество планеты разделилось на слои, увлекая основную массу золота в земное ядро. Позднейшие метеоритные бомбардировки принесли дополнительное количество драгоценного металла.
Геологические процессы концентрируют золото в месторождения
Геологические процессы лишь перераспределяют уже существующее золото, но не создают новые атомы. В земной коре горячие гидротермальные флюиды переносят растворенное золото через разломы и трещины. Колебания температуры, давления или химического состава вызывают осаждение золота, которое часто концентрируется в кварцевых жилах. Самородное золото встречается в виде чистого металла, а не химических соединений, и нередко содержит примесь серебра в виде природного сплава — электрума.
В то же время эрозия и выветривание высвобождают крупицы и самородки золота из толщи пород. Потоки воды сортируют эти частицы, формируя россыпные месторождения. При комнатной температуре плотность золота составляет около 19,3 грамма на кубический сантиметр (19 300 килограммов на кубический метр), что позволяет легко отделять его от более легких осадочных пород при помощи промывки.
Добыча и аффинаж: извлечение уже существующего золота
Горные работы позволяют добывать золотоносную руду, а процессы экстракции отделяют металл от пустой породы и сопутствующих минералов. Для некоторых руд применяют цианидное выщелачивание, в процессе которого образуется растворимый цианидный комплекс золота, позволяющий затем осадить металл из раствора.
Аффинаж золота удаляет оставшиеся примеси других металлов. При электролитическом рафинировании электрический ток растворяет золото на черновом аноде (одном из электродов) и осаждает очищенный металл на катоде — противоположном электроде.
Могут ли ученые создать золото искусственно?
Да, но одной химией здесь не обойтись. Обычные химические реакции не способны изменить количество протонов в атомном ядре. Ядерная трансмутация позволяет превращать другие элементы в золото с помощью специального оборудования, такого как ускорители частиц. Однако полученный результат далеко не всегда представляет собой стабильное золото-197, а колоссальные энергозатраты и стоимость делают подобный метод совершенно нерентабельным для промышленного производства.
Эта статья была подготовлена с использованием технологий искусственного интеллекта, после чего прошла проверку фактов и научную редактуру редакторами издания HowStuffWorks.
