Температура плавления золота¶
Температура плавления золота — физическая константа, характеризующая переход металла из твёрдого состояния в жидкое при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа). Для чистого золота (Au, атомный номер 79) эта температура составляет 1064,18 °C (1337,33 K), что делает золото одним из наиболее легкоплавких благородных металлов. Точка кипения золота — 2856 °C.
¶Физические свойства
Золото — переходный металл группы 11 (IB) периодической таблицы, относящийся к так называемым благородным металлам. Его химическая инертность и сравнительно низкая температура плавления определяют историческую роль металла в металлургии и ювелирном деле.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Температура плавления | 1064,18 °C (1337,33 K) |
| Температура кипения | 2856 °C (3129 K) |
| Теплота плавления | 12,55 кДж/моль |
| Теплота парообразования | 342 кДж/моль |
| Плотность (твёрдое состояние) | 19,3 г/см³ |
| Плотность (жидкое состояние) | 17,31 г/см³ |
При плавлении золото увеличивается в объёме примерно на 5,1 % — как и большинство металлов, за исключением, например, висмута и кремния.
¶Сравнение с другими металлами
Температура плавления золота существенно ниже, чем у многих переходных металлов, что исторически обусловило возможность его обработки без сложных печей.
| Металл | Температура плавления, °C |
|---|---|
| Ртуть | −38,83 |
| Цезий | 28,5 |
| Калий | 63,5 |
| Натрий | 97,8 |
| Магний | 650 |
| Алюминий | 660,3 |
| Серебро | 961,8 |
| Золото | 1064,18 |
| Медь | 1084,6 |
| Платина | 1768,3 |
| Вольфрам | 3422 |
Как видно из таблицы, золото плавится при температуре, близкой к температуре плавления меди (1084,6 °C), но значительно ниже, чем платина (1768,3 °C) и вольфрам (3422 °C). Серебро, сосед золота по группе 11, плавится при 961,8 °C — на 102 °C ниже.
¶Влияние примесей и сплавов
Чистое золото (999,9 пробы) крайне редко используется в промышленности и ювелирном деле. Практическое применение находят сплавы золота с медью, серебром, палладием, никелем и другими металлами, температура плавления которых, как правило, выше, чем у золота.
Добавление примесей, как правило, снижает температуру плавления сплава относительно основного металла — это явление называется эвтектическим понижением. Например, эвтектический сплав золота с кремнием (Au–Si) плавится при 363 °C, а золото с кремнием и германием — при 361 °C. Эти низкотемпературные эвтектики широко применяются в микроэлектронике для пайки полупроводниковых кристаллов.
Для ювелирных сплавов типичный диапазон температур плавления составляет 850–1000 °C в зависимости от пробы и состава. Золото 585 пробы (сплав с медью и серебром) плавится при 900–950 °C, что обеспечивает удобство литья и обработки.
¶Методы определения
Температура плавления золота измеряется стандартными термометрическими методами. В качестве первичного эталона используется точка плавления чистого золота: согласно ITS-90 (Международной температурной шкале 1990 года), точка плавления золота — 1337,33 K — служит одним из фиксированных опорных пунктов шкалы, наряду с тройной точкой воды (273,16 K) и точкой плавления цинка (692,68 K).
Для измерения используют пирометры (в том числе оптические и радиационные), термопары (чаще всего платинородий-платиновые, тип S и тип R), а также калориметрию. В лабораторных условиях применяется дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК).
¶Применение
¶Ювелирное дело и литьё
Знание точной температуры плавления необходимо при литье, пайке и термообработке ювелирных изделий. Золотые сплавы переплавляют в тиглях из огнеупорных материалов (глина, графит, кварцевый песок) при 1100–1200 °C, то есть с перегревом на 50–150 °C относительно температуры плавления.
¶Металлургия и очистка
При аффинаже золота — очистке от примесей — используется свойство золота образовывать амальгаму с ртутью (мокрый способ) или растворяться в цианистых растворах (метод цианирования, в том числе процесс Мерра и Краута). В огневом аффинаже расплавленное золото подвергают хлорированию: примеси образуют летучие хлориды, а золото остаётся в расплаве.
¶Микроэлектроника
Низкотемпературные золотосодержащие эвтектики (Au–Si, Au–Sn, Au–Ge) применяются для термокомпрессионной и эвтектической пайки микросхем, а также для герметизации корпусов интегральных схем. Золото используется в виде тонких плёнок для контактов и проводников — его химическая стойкость и низкое удельное сопротивление (0,0221 мкОм·см) обеспечивают надёжность соединений.
¶Научные исследования
Точка плавления золота применяется для калибровки высокотемпературных измерительных приборов и как стандарт в термодинамических исследованиях.
¶Интересные факты
- Золото — один из немногих металлов, окрашенных в жёлтый цвет; большинство металлов серебристые. Цвет обусловлен relativistic effects: смещение электронных оболочек вследствие высокой скорости внутренних электронов.
- Температура плавления золота в 1064 °C была впервые точно измерена в XIX веке с помощью платинородиевых термопар.
- Золото можно расплавить в домашних условиях с помощью газовой горелки, работающей на пропане или бутане: пламя такой горелки достигает 1200–1400 °C.
¶Источники
- CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th Edition.
- ГОСТ Р 52790-2007 «Золото и сплавы золотые драгоценные. Общие технические условия».
- Менделеев Д. И. Основы химии.
- Википедия: статьи «Золото», «Температура плавления», «Международная температурная шкала 1990».