Фрагменты из книги Гранта Нортона «Десять материалов, сформировавших наш мир» (2021 год). Первая часть здесь, вторая - тут, третья - здесь, а четвертая – тут.
Раствор цианида калия является одним из химических веществ, способным растворить золото, помогая тем самым отделить его от силикатов подземной породы. После того как он сделал свое дело – любые нерастворенные минералы удаляются посредством фильтрации. Драгоценное золото осаждается при добавлении цинка в раствор. Для извлечения 1 тройской унции золота, 31,1 г, необходимо 3 тонны золотосодержащей породы, 5 тыс. литров воды, 750 кВт электроэнергии, взрывчатые вещества, цианистый калий, сжатый воздух и 39 человеко-часов.
По данным Геологической службы США, в стране добывают в последнее время около 250 тонн золота в год. Его извлекают из рудников, а также из крупных и мелких россыпных месторождений, в основном на Аляске. Золото также добывают в качестве побочного продукта производства неблагородных металлов, главным образом меди. Именно это и происходит на руднике Бингем-Каньон недалеко от Солт-Лейк-Сити на западе США. Этим рудником владеет британская компания «Rio Tinto». Его глубина около километра, а ширина – более 3 километров, поэтому считается, что это самая большое отверстие на поверхности Земли, проделанное человеком. И ее до сих пор расширяют! На этот рудник приходится почти четверть всей меди, производимой в США (более 250 тыс. тонн). Там же добывают ежегодно 250 тыс. тройских унций золота, 4 млн унций серебра и более 11,3 тыс. тонн молибдена.
Самый глубокий золотой рудник в мире – «Western Deep Levels» - находится на глубине 3,5 км, а рудники компании «East Rand Proprietary» уже дошли до отметки в 3,4 км. На этих глубинах температура горных пород может достигать более 50 градусов по Цельсию. В крупных шахтах требуется подача более 70 тыс. кубометров холодного воздуха в минуту, чтобы поддерживать более-менее сносную температуру.
Процесс добычи золота является ресурсо- и трудоемким, и, конечно, не характеризуется экологичностью и низкими объемами выброса углеродов. Однако обществу очень нужны золотые украшения, золотые часы и золотые зубы, не говоря уже о важных промышленных устройствах.
Сэр Томас Мор называл золото «бесполезным», но у этого металла есть ряд уникальных свойств, которые делают его очень важным для современных технологий. Одним из очень полезных механических свойств золота является его пластичность. Золото – это самый гибкий металл. Тройскую унцию золота можно вытянуть в проволоку длиной 40 км. Проволока из золота необходима для многих электронных компонентов. Тонкие золотые проволоки используются для соединения кремниевого «чипа» или интегральной схемы с держателем чипа, который защищает его и позволяет подключать его к другим компонентам микросхемы. Использование золота в этих целях было впервые описано в патенте США, который был подан Джеком Килби из компании «Texas Instruments» еще в 1959 году. Важность этого патента выходит за рамки использования только золотой проволоки. В этом патенте была описана первая интегральная схема, которая ознаменовала собой начало эпохи электроники.
Еще одним преимуществом использования золота в электронных схемах является то, что этот драгметалл характеризуется высокой электропроводностью, уступая только серебру и меди по этому свойству. Однако указанные металлы могут окисляться, что затрудняет создание надежных электрических соединений между компонентами микросхемы. Кроме того, из серебра и меди труднее изготовить очень тонкую проволоку.
Вскоре после окончания университета, я работал в крупной немецкой компании «Heraeus GmbH», которая является одним из ведущих производителей золотой проволоки. Эта компания могла производить проволоку диаметром всего 15 мкм из золота 0,9999 пробы. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 100 мкм, а диаметр самой тонкой медной проволоки составляет около 30 мкм.
Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» был запущен на околоземную орбиту в октябре 2021 года. Его миссия заключается в поиске первых галактик, образовавшихся после Большого взрыва. Восемнадцать сегментов шестиугольного зеркала телескопа сделаны из бериллия – очень легкого металла – и покрыты микроскопически тонким слоем золота. Желтый металл используется для создания зеркал, поскольку он очень эффективно отражает инфракрасный свет: еще одно превосходное свойство.
Отражающие свойства золота понадобились и для покрытия поверхностей в земных условиях. Тонкое покрытие из золота на окнах способствует отражению теплового излучения, помогая сохранять в зданиях прохладу летом и тепло зимой, снижая затраты на электроэнергию и выбросы углерода. В Торонто (Канада) все 14 тыс. окон штаб-квартиры Королевского банка Канады покрыты в общей сложности 71 килограммом чистого золота.
Формы применения золота, описанные выше, касаются хорошо известных свойств драгметалла. Однако существуют также исследования наночастиц золота, которые могут в корне изменить наше понимание этого драгметалла и возможные формы его использования. На самом деле, золото может оказаться самым важным материалом в стремительно развивающейся области нанотехнологий. Японские исследователи обнаружили, что золото на уровне в несколько нанометров обладает экстраординарными и неожиданными свойствами. Золото уже не характеризуется золотистым цветом, но при этом обладает удивительной реактивностью. В своем обычном виде мы привыкли думать, что золото не вступает во взаимосвязи с другими химическими элементами.
В 1982 году д-р Мацутакэ Харута, профессор кафедры прикладной химии в Высшей школе наук о городской среде в Токийском столичном университете (Япония), сделал неожиданное открытие. Он доказал, что золото в форме наночастиц диаметром 5 нм и меньше обладает исключительными каталитическими свойствами для ряда важных реакций. Катализаторы – это важные промышленные устройства. Они используются в 90% химических процессов по всему миру и производят 60% всех химических продуктов: от шин до стирального порошка, фармацевтических препаратов и пластмасс. Хотя впервые наночастицы золота были применены для дезодорирования японских туалетов, самой важной потенциальной сферой применения наночастиц золота является производство автомобильных каталитических конвертеров.
В статье, опубликованной в 1987 году, профессор Харута доказал, что для окисления окиси углерода до двуокиси углерода – это важная функция автомобильного каталитического конвертера – золоту требуются менее высокие температуры и оно является более эффективным в этом деле, чем платина (которую в основном используют в настоящее время для автомобильных каталитических конвертеров).
Функция каталитического конвертера заключается в том, чтобы сделать автомобильные выхлопы максимально безопасными для окружающей среды. Катализатор конвертирует очень токсичный монооксид углерода в более безопасный диоксид углерода. В самой современной версии катализатора используется смесь платины и родия, но они очень редкие и дорогие металлы. Однако автомобильные катализаторы – это основной источник спроса на платину в мире. Золото – это тоже драгметалл, но он является более распространенным в природе, чем платина, и стоит дешевле родия. Еще одним важным преимуществом катализатора с наночастицами золота является то, что появляется возможность трансформации монооксида углерода в диоксид углерода при более низких температурах, чем позволяют текущие технологии.
Значительное количество загрязняющих веществ из автомобильных выхлопных труб выбрасывается в течение первых пяти минут после запуска двигателя. Это объясняется тем, что современные катализаторы начинают функционировать при температуре как минимум 350 градусов по Цельсию. Таким образом, в течение первой части поездки на автомобиле в окружающую среду попадают необработанные выбросы с несгоревшим топливом, монооксидом углерода и двуокисью азота. Эти выбросы являются серьезной экологической проблемой. Отсюда необходимость в создании новых катализаторов, которые могут работать при низких температурах. Наночастицы золота могут справиться с этой задачей.
Область применений наночастиц золота в настоящее время не является слишком большой. В общей сложности на нее может приходиться несколько тонн спроса в год (а, может, и того меньше). Однако потенциал использования наночастиц золота является просто огромным. Материал, который до сих пор ценился в качестве символа власти и богатства, может включиться в борьбу против загрязнения природы и трансформировать химическую промышленность.
Наночастицы золота уже совершают переворот в медицине. Впервые их использовали, скорее всего, еще 2,6 тыс. лет до н. э. в традиционной аюрведической медицине, а именно, в форме средства под названием сварна бхасма (золотой пепел). Это средство помогало лечить множество болезней, включая астму, ревматоидный артрит и диабет. Порошкообразное вещество смешивали с медом, топленым маслом или молоком. Полученную жидкость нужно было выпивать залпом.
В современной медицине наночастицы золота используются для многих целей, например, для диагностики и лечения заболеваний. Наночастицы золота – это составная часть сотен миллионов экспресс-тестов, которые ежегодно используются во всем мире. Эта технология является очень важной. Она изменила подход к диагностике заболеваний в развивающихся странах за последнее десятилетие. Например, экспресс-тесты эффективно используются для диагностики малярии. Одна капля крови пациента наносится на тест-полоску. Антигены малярии взаимодействуют с наночастицами золота, вызывая изменение цвета тест-полоски при наличии малярии. Такие тесты очень просты в использовании, а результаты можно получить тоже достаточно быстро (в течение около 20 минут). Результаты таких экспресс-тестов являются надежными. Кроме того, для их использования нет необходимости в дорогостоящем оборудовании и высококвалифицированном персонале.
Продолжение следует…
Долгожданная новинка 2023 года - новый Золотой червонец «Сеятель» - уже в Золотом Монетном Доме! Спешите приобрести!
