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Gold

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Lerntext zum Thema Gold

Gold – ein begehrtes Metall

Gold ist das begehrteste aller Metalle. Es steht für Macht, Wohlstand, Schönheit und Luxus. Es gibt nur wenige natürliche Goldvorkommen auf der Erde. Deshalb wurde schon vor Jahrhunderten versucht, Gold künstlich herzustellen. Bis heute ohne Erfolg. Welche chemischen Eigenschaften und Reaktionen machen Gold zu so einem besonderen Element? Darum soll es in diesem Text gehen.

Die Chemie des Goldes

Gold ist ein chemisches Element und wird mit dem Symbol $\ce{Au}$ abgekürzt. Dieses Kürzel leitet sich von der lateinischen Bezeichnung für Gold ab: Aurum. Gold steht im Periodensystem der Elemente in der I. Nebengruppe und der 6. Periode. Es handelt sich um ein Edelmetall. In Verbindungen besitzt Gold in der Regel die Oxidationszahl +I oder +III. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten chemisch-physikalischen Eigenschaften von Gold zusammengefasst:

Eigenschaft Wert/Beschreibung
Farbe rötlich-gelb (neben Kupfer das einzige farbige Metall)
Dichte $\pu{19,3 g//cm3}$
Atommasse $\pu{196,97 u}$
Schmelzpunkt $\pu{1064 °C}$
Siedepunkt $\pu{2707 °C}$
Härte (auf der Mohs-Skala) 2,5; Gold ist ein sehr weiches und gut verformbares und dehnbares Metall.

Gold – chemische Reaktionen

Als Edelmetall ist Gold reaktionsträge. Die Eigenschaften und der Atomaufbau von Gold führen dazu, dass es chemisch stabil ist. Es geht kaum Verbindungen mit anderen Elementen ein. Auch mit Luftsauerstoff reagiert Gold nicht, sodass es nicht korrodiert. Goldverbindungen sind meist sehr instabil. Häufig sind freie Radikale erforderlich, damit Gold Reaktionen eingehen kann. Radikale sind Stoffe mit einem freien, ungepaarten Elektron und deshalb sehr reaktiv. Sie können auch sehr reaktionsträge Substanzen wie Gold dazu bringen, Reaktionen einzugehen. Löslich ist Gold in Königswasser, einer Mischung aus Salpetersäure ($\ce{HNO3}$) und Salzsäure ($\ce{HCl}$), dabei entsteht Gold(III)-chlorid ($\ce{AuCl3}$). Die Lösung von Gold in Königswasser ist auf die Anwesenheit freier Chlorradikale ($\ce{Cl•}$) im Königswasser zurückzuführen: $\ce{HNO3 + 3HCl -> NOCl + 2Cl• + 2H2O}$

$\ce{Au + 3Cl• -> AuCl3}$

Mit anderen Metallen bildet Gold Legierungen. Die wichtigsten und bekanntesten Goldlegierungen sind in folgender Tabelle zusammengefasst:

Metall Legierung
Kupfer Rotgold
Silber Gelbgold
Palladium Weißgold
Cadmium Grüngold
Eisen Blaugold

Weitere Reaktionen des Goldes spielen bei der Gewinnung und Aufbereitung von Golderz aus natürlichen Lagerstätten eine Rolle.

Gold – Gewinnung und Aufbereitung

Gold kommt natürlicherweise sowohl in den Weltmeeren als auch im Gestein, den Goldminen, vor. Technisch gewonnen wird Gold fast ausschließlich aus Goldminen. Dabei wird das reine oder als Stoffgemisch vorliegende Golderz als Rohgold extrahiert und zu Feingold weiterverarbeitet. Zunächst erfolgt eine mechanische Aufbereitung des Goldes. Das Golderz wird zerkleinert und mit Wasser vermischt. Durch die hohe Dichte des Goldes kann es relativ einfach von anderen Komponenten getrennt werden. Anschließen erfolgt die weitere Aufbereitung mit Hilfe des Amalgamverfahrens oder der Cyanidlaugerei. Bei dem Prozess der Amalgamierung gleitet das Gold über Kupferbleche, die mit Quecksilber beschichtet sind. Dabei reagiert Gold mit Quecksilber zu Goldamalgam, so wird die Legierung aus Gold und Quecksilber bezeichnet. Durch Reaktion des Goldamalgams mit Salpetersäure wird das Quecksilber aufgelöst und reines Rohgold bleibt zurück. Wesentlich effektiver und mit einer höheren Ausbeute an Rohgold verbunden ist das Verfahren der Cyanidlaugerei. Gold bildet mit sauerstoffhaltigen Natriumcyanid ($\ce{NaCN}$) in wässriger Lösung eine Komplexverbindung:

$\ce{4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O -> 4Na[Au(CN2)] + 4NaOH}$

Der Goldkomplex wird mit Zink versetzt. Dabei scheidet sich reines Gold ab:

$\ce{2Na[Au(CN2)] + Zn -> Na2Zn(CN)4 + 2Au}$.

Aus dem Rohgold kann beispielsweise durch elektrolytische Raffination Feingold gewonnen werden. Die Gewinnung von Gold ist in folgender Abbildung zusammenfassend dargestellt:

Verfahren_der_Goldgewinnung

Der Anteil des Feingoldes an einer Goldlegierung wird in Karat angegeben. Karat ist ein Maßstab für den Feingehalt des Goldes. Reines Gold hat 24 Karat, der Feingoldanteil liegt bei mindestens 99,9\%.

Gold – Vorkommen und Verwendung

Gold ist ein sehr selten vorkommendes Metall. Die Hauptvorkommen liegen in Südafrika, den USA, Kanada und Russland. Die häufigste Verwendung findet Gold als Schmuck. Viele Staaten lagern Gold, meist in Form von Goldbarren, als Währungsreserve. Weitere Verwendung findet Gold

  • in der Medizin, z. B. als Zahngold
  • als Bauteil in der Elektronik
  • in der Optik in Ultrarot-Reflektoren.

Gold – Zusammenfassung

  • Gold ist ein sehr seltenes, chemisches Element. Es ist sehr wertvoll und erfreut sich in Form von Schmuckstücken großer Beliebtheit.
  • Gold ist ein Edelmetall und ist im Periodensystem der Elemente in der I. Nebengruppe zu finden.
  • Gold ist sehr weich und formbar, besitzt dabei eine sehr hohe Dichte, ist also schwer.
  • Gold reagiert kaum mit anderen Stoffen und bildet nur sehr wenige Verbindungen. Löslich ist Gold in Königswasser. Mit anderen Metallen bildet Gold Legierungen, die aufgrund ihrer weiten Farbpalette in Schmuckstücken sehr beliebt sind.
  • aus Golderz wird durch mechanische Verfahren, Amalgamierung, Cyanidlaugerei und Raffination Rohgold und Feingold gewonnen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Gold

Was ist Gold?
Welche physikalisch-chemischen Eigenschaften machen Gold so besonders?
Was bedeutet der Begriff Karat?
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Gold Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Gold kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Eigenschaften von Gold.

    Tipps

    Schmelztemperaturen: Cu>Au>Ag

    Gold ist in der Masse sehr schwer. Woran könnte das liegen?

    Gold wird z.B. bei der Schmuckherstellung eingesetzt.

    Lösung

    Gold wird oft als schönes Kind, schwerer Junge oder zartes Baby bezeichnet. Diese Bezeichnung beruhen auf den besonderes Eigenschaften von Gold.

    Aufgrund seiner gelb-glänzenden Farbe ist es sehr ästhetisch. Gold hat eine sehr hoch Dichte von 19,3 $\frac{g}{cm^3}$. Deshalb ist Gold schon in kleinen Mengen sehr schwer.

    Auf der anderen Seite ist Gold sehr weich und kann leicht verformt werden, weshalb es oftmals mit anderen Metallen legiert wird, um es beständiger zu machen.

  • Bestimme die Verwendung von Gold.

    Tipps

    Achte auf die Eigenschaften des Goldes.

    Überlege, wo du Gold im Alltag findest.

    Lösung

    Wofür ein Stoff verwendet wird, beruht meist auf den Eigenschaften, die dieser Stoff zu bieten hat. Aufgrund seiner gelb-glänzenden Oberfläche wird Gold in der Schmuckindustrie und bei Dekorationen eingesetzt. Jedoch ist Gold allein viel zu weich für Schmuck. Deshalb wird es z.B. mit Kupfer zu Rotgold oder mit Paladium zu Weißgold legiert. Dadurch ändern sich die Eigenschaften des Goldes und es ist beständiger. Gold rostet zudem nicht und wird deshalb meist in der Elektrotechnik eingesetzt. Gold ist weiterhin sehr wertvoll, weil die Aufarbeitung schwierig und teuer ist und weil es Gold nur in begrenzten Mengen auf der Welt gibt. Deshalb wird Gold auch als Handelswährung eingesetzt.

  • Erkläre die chemischen Reaktionen bei der Gewinnung von Gold.

    Tipps

    In der Chemie bezeichnet man die Überführung eines schwerlöslichen Stoffes in einer säure- oder wasserlösliche Verbindung als Aufschluss.

    Überlege, welches Gemisch als Königswasser bezeichnet wird.

    Lösung

    Gold könnte man aus den Weltmeeren oder durch Kernfusion gewinnen. Beide Verfahren sind aber sehr aufwendig und teuer. Deshalb gewinnt man Gold generell aus den Goldminen.

    Dort werden sie als Golderze abgebaut. Gold kommt aber nicht immer gediegen vor, sondern auch gebunden in Erzen. Nach dem Abbau wird das Gold zunächst zerkleinert.

    Im Anschluss erfolgt ein chemischer Aufschluss, d.h., dass Gold in Lösung gebracht wird. Dazu nutzt man das Prinzip der Cyanidlaugerei. Die Cyanidliganden komplexieren das Metall-Ion und machen es so löslich. Im zweiten Schritt wird der Komplex dann mit Zink umgesetzt. Das Zink verdrängt das Gold aus dem Komplex und man erhält zunächst das sogenannte Rohgold.

    Das Rohgold wird erneut in Lösung gebracht. Dazu wird Königswasser verwendet. Das ist eine Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure. Diese Lösung wird anschließend elektrochemisch gereinigt. In der kathodischen Raffination wird das Gold(III)-Kation zu elementarem Gold reduziert. So entsteht Feingold.

  • Ermittle die Masse an Gold, die sich bei maximaler Beladung im Pappkarton befindet.

    Tipps

    Berechne das Volumen: Höhe $\cdot$ Breite $\cdot$ Tiefe.

    Vergiss nicht, die Grammzahl in Kilogramm umzurechnen.

    Lösung

    Gold ist zwar weich, besitzt aber einer sehr große Dichte von $19,3 \frac{g}{cm^3}$. Mit dieser Angabe kann man berechnen, wie schwer ein Karton voll mit Gold wäre. Dazu nutzt man folgende Formel:

    $m = V \cdot \rho $

    Das Volumen wird aus der Höhe, der Breite und der Tiefe des Kartons berechnet. In diesem rechnet man: $V = 40cm \cdot 60cm \cdot 30cm$ und erhält ein Volumen von $72.000~cm^3$. Das Volumen und die Dichte werden in die obige Gleichung eingesetzt:

    $m = 72.000 cm^3 + 19,3 g/cm^3$

    $m = 1.389.600 g$

    Die Grammzahl wird in Kilogramm umgerechnet. Dazu teilt man die Grammzahl durch $1.000$ und man erhält eine Masse von $1389,6 kg$ Gold.

  • Entscheide, wo sich das Element Gold im PSE befindet.

    Tipps

    Gold ist ein Metall.

    Es gehört zu den Nebengruppenelementen.

    Es steht in der ersten Nebengruppe.

    Lösung

    Das Element Gold gehört zu den Nebengruppenelementen. Es steht im Periodensystem an 79. Stelle und in der 1. Hauptgruppe zwischen Platin und Quecksilber. Gold ist ein glänzendes Übergangsmetall, welches das Formelzeichen Au hat. Dieses leitet sich vom lateinischen Wort aurum ab. Neben Kupfer ist es eines der wenigen farbigen Metalle.

  • Erkläre, warum Metalle glänzen.

    Tipps

    Überlege, wie ein Metallgitter aussieht.

    Was muss gegeben sein, damit etwas glänzt?

    Lösung

    Wenn man an Metalle denkt, fällt einem meist zuerst ein, dass sie glänzen. Egal ob Silber, Gold oder Aluminium: Hält man sie ins Licht, beginnen sie zu glänzen. Woran liegt das?

    Die Antwort liegt in den freien Elektronen. Im Metallgitter befinden sich freie Elektronen. Trifft nun eine Lichtwelle auf die Oberfläche des Metalls, dann entsteht ein schwingendes Feld, welches die freien Elektronen zum Mitschwingen zwingt. Diese schwingenden Elektronen erzeugen dabei eine gegenläufige Lichtwelle. Das Licht, das auf die Oberfläche trifft, wird also dementsprechend reflektiert und das bezeichnen wir dann als Glanz.

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