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Element Gold - Chemie

Chemie und Physik des chemischen Elements Gold.



Gold

Gold - chemisches Symbol Au (lateinisch: Aurum), Ordnungszahl 79 - ist ein rötlichgelbes (goldgelb), in kubisch dichtester Kugelpackung kristallisierendes, äußerst gut walzbares und dehnbares chemisches Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle (Kupfergruppe; Edelmetalle, Münzmetalle).

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Gold

Bezeichnung:Gold Andere Namen:Aurum Symbol:Au Ordnungszahl:79 Atommasse:196,966569(5) u Periodensystem-Stellung:11. Gruppe, 6. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Nebengruppenelement, Übergangsmetalle, Kupfer-Gruppe, Münzmetalle, Edelmetalle. Entdeckung:Seit prähistorischen Zeiten bekannt. Bedeutung des Namens:Bereits in den alten germanischen bzw. indogermanischen Sprachen (vermutlich auch früher) verwendete Bezeichnung im Sinne von gelb glänzendes Metall = gelwa, ghel (Sanskrit jval = glänzend). Irdisches Vorkommen:In primären (Golderze) und sekundären Lagerstätten (gediegen) sowie im Meerwasser (gelöst) weit verteiltes, aber seltenes Edelmetall. Englischer Name:Gold CAS-Nummer:7440-57-5 InChI-Key:PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N

 

Das Gold-Atom

Das Au-Atom - und damit das chemische Element Gold - ist eindeutig durch die 79 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Gold-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Gold-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Gold-Vorkommen bestehen nur einem Gold-Nuklid; es besitzt die Massenzahl 197. Die relative Atommasse des Goldes wird mit 196,966569(5) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

Elektronenkonfiguration des Golds im ungeladenen Grundzustand:

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f
Au79[Xe] 4f14 5d10 6s1 226261026101426101

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Gold-Atom zu trennen.

1. IE: 9,22553 eV2. IE: 20,20 eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Gold-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
80725143531373411919

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
34253148274322912206

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
762,1642,7546,3353,2335,187,684

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
107,274,257,2

 

Weitere Daten

Atomradius:174 pm (berechnet)
135 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:136(6) pm (nach Cordero et al.)
124 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
121 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
123 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:10,21 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,960; ωL1: 0,117; ωL2: 0,358; ωL3: 0,313 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,074; F13: 0,615; F23: 0,125 Austrittsarbeit:5,1 eV

 

Spektrallinien des Golds

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Golds mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Gold-Spektrallinien

 

 

Chemie des Golds

Gold gilt als das edelste der Edelmetalle - und dennoch bildet es - im Gegensatz zu den Edelgasen - eine ganze Reihe verschiedener Gold-Verbindungen aus. Die Oxidationsstufen reichen von -1 bis +5, wobei Au(I) und Au(III) die Gold-Chemie dominieren.

Gold(I) ist der am häufigsten auftretende Oxidationszustand; In Au(I)-Verbindungen sind die Atome typischerweise linear angeordnet, wie zum Beispiel beim Gold(I)-cyanid, die lösliche Form von Gold, die im Bergbau angetroffen wird.

Au (III) ist der andere üblicher Oxidationszustand. Die Goldatome in Au(III) -Komplexen sind - wie andere d8 -Verbindungen - typischerweise quadratisch planar.

Gold reagiert bei keiner Temperatur mit Sauerstoff und ist bis zu 100 °C auch gegen den Angriff von Ozon beständig.

Einige freie Halogene reagieren mit Gold. Bei hoher Hitze wird Gold von Fluor stark angegriffen; es bildet sich Gold (III)-Fluorid. Goldpulver reagiert bei 180 ° C mit Chlor zu AuCl3. Mit Brom bildet es Gold(III)-bromid und mit Iod reagiert es äußerst langsam zum Monoiodid.

Gold löst sich bei Raumtemperatur leicht in Quecksilber unter Bldung eines Amalgams und bildet bei höheren Temperaturen Legierungen mit vielen anderen Metallen. Diese Legierungen werden verwendet, um die Härte und andere metallurgische Eigenschaften zu verändern, die Schmelzpunkte zu beeinflussen oder exotische Farben zu erzeugen.

Von den meisten Säuren (Fluorwasserstoffsäure, Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Iodwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure) wird das Metall nicht angegriffen. Es reagiert jeoch mit Selensäure zum entsprechenden Selenat:

2 Au + 6 H2SeO4 → Au2(SeO4)3 + 3 H2SeO3 + 3 H2O.

Am häufigsten wird jedoch Königswasser verwendet, um metallisches Gold zu lösen (siehe dort).

Salpetersäure oxidiert das Metall zu Au3+-Ionen, jedoch nur in äußerst winzigen Mengen, die in der reinen Säure aufgrund des chemischen Gleichgewichts der Reaktion normalerweise nicht nachweisbar sind. Diese Ionen werden jedoch durch Salzsäure aus dem Gleichgewicht entfernt, wobei AuCl4--Ionen oder Chlorgoldsäure gebildet werden, die weiter oxidiert werden können.

Schießlich ist Gold auch gegen den Einfluss der meisten Basen beständig: Es reagiert nicht mit wässrigem, festem oder geschmolzenem Natrium- oder Kaliumhydroxid - Setzt man einer basischen Lösung jedoch Natrium- oder Kaliumcyanid zu, dann bilden sich - soweit auch Sauerstoff gegenwärtig ist, lösliche Gold-Komplexe.

In Lösung befindliche Gold-Ionen werden leicht reduziert und durch Zugabe eines anderen Metalls als Reduktionsmittel als metallisches Gold ausgefällt. Das zugesetzte Metall wird dabei oxidiert und löst sich auf, wodurch das Gold aus der Lösung verdrängt und als fester Niederschlag gewonnen werden kann.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:2,54 nach Pauling
1,92 nach Allen
5,77 eV nach Pearson
Elektronaffinität:2,308 610(25) eV bzw. 222,747(3) kJ mol-1Oxidationsstufen:+3, +1 (- 1, + 5)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,6+ IDicyanoaurat(I)-Anion[Au(CN)2]-+ e-Au (s) + 2 CN-Gold0
0,56+ IIITetraiodogold(III)-Anion[AuI4]-+ 3 e-Au (s) + 4 I-Gold0
0,58+ IDiiodogold(I)-Anion[AuI2]-+ e-Au (s) + 2 I-Gold0
0,85+ IIITetrabromoaurat-Anion[AuBr4]-+ 3 e-Au (s) + 4 Br-Gold0
0,93+ IIITetrachlorogold(III)-Kation[AuCl3]-+ 3 e-Au (s) + 4 Cl-Gold0
0,96+ IDibromoaurat(I)-Anion[AuBr2]-+ e-Au (s) + 2 Br-Gold0
1,15+ IIIDichlorogold(III)-Anion[AuCl2]-+ 3 e-Au (s) + 2 Cl-Gold0
1,52+ IIIGold(III)-KationAu3++ 3 e-Au (s)Gold0
1,83+ IGold(I)-AnionAu++ e-Au (s)Gold0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Golds

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Edelmetalls Gold auf.

Schmelzpunkt:1064,18 °C Schmelzenthalpie (molar):12,55 kJ mol-1 Schmelzenthalpie (spezifisch):63 kJ kg-1 Siedepunkt:2856 °C Verdampfungsenthalpie:324,4 kJ mol-1 Wärmekapazität:25,418 J mol-1 K-1 (molar)
0,129 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:162,3 K Thermische Leitfähigkeit:318 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:14,2 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:45,5 × 106 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:22,14 nΩ × m bei 20 °C Dichte:19,3 g cm-3 Elastizitätsmodul:78,5 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):173,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00577 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,4 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-flächenzentriert (fcc) Gitterkonstanten:a = b = c = 407,8 pm; Z = 4 Raumgruppe:fm3m - Nr. 225 Härte:nach Mohs: 2,5
nach Vickers: 0,216 GPa
nach Brinell: 0,245 GPa
nach Brinell (neu): 0,189 GPa (gegossen)
Magnetismus:diamagnetisch Magnetische Suszeptibilität:Χm = -28,0 × 10-6 cm3 mol-1 bei 296 K Schallgeschwindigkeit:2030 m s-1 bei Raumtemperatur

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die nachfolgende Tabelle führt die Gold-Verteilung in verschiedenen geologischen Medien auf.

Erdkruste:0,004 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:0,88 ppb Meerwasser:0,000004 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00000019 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Literatur und Quellen

[1] - F. Haber:
Das Gold im Meerwasser.
In: Angewandte Chemie, 1927, DOI 10.1002/ange.19270401103.

[2] - J. B. McHugh:
Concentration of gold in natural waters.
In: Journal of Geochemical Exploration, 1988, DOI 10.1016/0375-6742(88)90051-9.

[3] - Angelika Leute:
Was macht Gold so edel?.
In: Physik in unserer Zeit, 1995, DOI 10.1002/piuz.19950260509.

[4] - B. Hammer, J. K. Norskov:
Why gold is the noblest of all the metals.
In: Nature, 2002, DOI 10.1038/376238a0.

 

Externe Informationsangebote

Die nachfolgende Liste enthält einige Berichte sowie interessante Informationsangebote zum Gold und zu den Goldverbindungen anderer Anbieter, für dessen Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Geschichtliches zum Thema / historische Dokumente

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 30.01.2019.



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