تحقیق درباره عنصر طلا

عناصر مواد خالصی هستند که نمی‌توان آنها را به دو ماده یا مواد بیشتر طوری تفکیک کرد که خاصیت مواد بدست آمده از ماده اصلی متفاوت باشد. بنابراین عنصر ماده‌ای است که به مواد خالص ساده‌تر از خود تجزیه نمی‌شود.

نگاه کلی

طبیعت در جهان پیرامون ما از مواد گوناگونی ساخته شده است. این مواد دارای حالتهای فیزیکی مختلف می‌باشند، سنگها و کوهها جامدند، رودها و دریاها از آب مایع تشکیل شده‌اند و هوای اطراف به صورت گاز می‌باشد. پوسته زمیناز ترکیبات مختلفی تشکیل شده است.

از کانیهای مختلفی که با تجزیه آنها عناصر سازنده آنها بدست می‌آید و انسان با یافتن شیوه‌های مختلف عناصر فراوانی را از پوسته زمین استخراج کرده و برای رفع نیازهای خود از آنها استفاده می‌کند. عناصر مختلف از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت می‌باشند، اما در یک خاصیت مهم باهم مشترک هستند و آن عدم تجزیه آنها به مواد ساده‌تر می‌باشد.

منابع عناصر

از 90 عنصری که در طبیعت وجود دارد شش تای آنها  N₂) و O₂ و چهار گاز نجیب Ye ، kr ، Ar ، (Ne به صورت عنصر دراتمسفر یافت می‌شوند. این شش عنصر را می‌توان با تقطیر جز به جز هوای مایع از یکدیگر جدا کرد. چهار عنصر دیگر Na) ، Mg ، Cl₂ ، (Br₂ را می‌توان از آب اقیانوسها که در آنجا بصورت یونهای تک اتمی وجود دارند، استخراج کرد و سپس با واکنشهای الکتروشیمیایی در سلولهای الکتریکی به عناصر مربوطه تبدیل کرد.

تقریبا تمام عناصر دیگر را می‌توان از ذخایر معدنی روی زمین یا زیر زمین بدست آورد. اما اکثر این معادن را نمی‌توان به عنوان منابع تهیه عنصر در نظر گرفت زیرا بسیاری ناخالص هستند. مواد معدنی نسبتا کمی وجود دارد که استخراج عناصر از آنها مقرون به صرفه است و اصطلاحا آنها را کانه می‌نامند.

فلزاتی مانند طلا و پلاتین را که به حالت عنصر وجود دارند، می‌توان با روشهای جداسازی فیزیکی ساده بصورت خالص بدست آورد. معمولا طلا را از طریق انحلال در جیوه جدا می‌کنند. گوگرد تنها جامد غیر فلزی است که بصورت ذخایر عظیم زیرزمینی با خلوص 99% یافت می‌شود.

جدول تناوبی عناصر

در سال 1864 جی نیولندز و درسال 1867 دیمتر مندلیف تدوین عناصر را در قالب جدولی شروع کردند. جدول نیولندز تا عنصر کلسیم کارایی داشت و بعد از آن اشکالات عمده‌ای داشت که در جدول مندلیف این اشکالات تا حدی بر طرف شده بود. مندلیف عناصر را برحسب افزایش وزن اتمی مرتب می‌کرد. شکل جدید این جدول امروزه برحسب افزایشعدد اتمی عناصر مرتب شده است و هر عنصر با نشانه اتمی که شامل یک یا دو حرف بوده و از اسم عنصر یا اسم لاتین آن عنصر و یا از اتم یکی از ترکیبات آن مشتق شده است، نمایش داده می‌شود.

عناصر با خواص شیمیایی مشابه در زیر یکدیگر در یک گروه قرار می‌گیرند و هر دوره تناوب با یک فلز قلیایی آغاز و به یک گاز نجیب ختم می‌شود. به جز گروه یک که با هیدروژن آغاز می‌شود. جدول تناوبی ، وسیله با ارزشی است که از روی آن می‌توان خواص عناصر مختلف را پیش بینی کرد.

طبقه‌بندی عناصر

فلزات

از 106 عنصر شناخته شده تقریبا 81 عنصر را می‌توان جزء فلزات طبقه بندی کرد. همه فلزات کم و بیش دارای خوص فیزیکی زیر هستند. رسانایی الکتریکی زیاد - رسانایی گرمایی زیاد - جلاپذیری - قابلیت مفتول شدن و چکش خواری و بارزترین خاصیت فلزات که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌سازد، تمایل به از دست دادن الکترون می‌باشد. خصلت فلزی در جدول تناوبی از چپ به راست کاهش و از بالا به پایین افزایش می‌یابد.

عناصری که معمولا فلز نامیده می‌شوند، شامل گروههای زیر هستند : تمام عناصر گروههای A₁ و A₂ ، عناصر سنگین در گروههای A₃ )Tl و In و Ga و Al ) A₄ ، ( Sn و Pb و A₅ ، ( Bi ، تمام عناصر واسطه از زیر گروههای B ، تمام آکتنیدها و لانتانیدها.

غیرفلزات

در گوشه راست بالای جدول تناوبی مجموعه 17، عنصری وجود دارد که معمولا غیرفلزات نام دارند. به جز سلنیوم و شکل گرافیت کربن بقیه آنها نارسانای الکتریکی می‌باشند. بلورهای غیرفلزات به جز چند استثناء از جمله الماس از نظر ظاهری کدر هستند و تمام جامدات غیرفلزی با چکش خوردن یا کشیده شدن ، خرد می‌شوند.

از دیدگاه شیمیایی مهمترین خاصیت غیرفلزات تمایل آنها در بدست آوردن الکترون در واکنشهای شیمیایی است. به جز گازهای نجیب که برعکس سایر غیرفلزات تمایل کمتری به ترکیب با سایر عناصر نشان می‌دهند و برعکس سایر غیرفلزات که در حالت گازی مولکولهای چند اتمی تشکیل می‌دهند (مثل N₂ و O₂ و S₈ و …) این گازها تک اتمی هستند.

شبه فلزات

عناصری مانند بور ، سیلیسیم ، ژرمانیوم ، آرسنیک ، آنتیموان و تلوریوم که خواص آنها حد واسط فلزات و غیرفلزات می‌باشد، شبه فلز نامیده می‌شوند. همه آنها جلای فلزی دارند ولی هیچ‌یک در واکنشهای شیمیایی یون مثبت تشکیل نمی‌دهند. شبه فلزات نیم رسانا هستند.

اگرچه رسانایی الکتریکی آنتیموان و آرسنیک به فلزات نزدیک است. سیلیسیم و ژرمانیوم در ساخت ترانزیستورها کاربرد دارند. خاصیت بارز شبه فلزات این است که برعکس فلزات ، رسانایی الکتریکی آنها به دما بستگی دارد و با بالا رفتن دما رسانایی الکتریکی آنها بهتر می‌شود. دو عنصر بسیار سنگین پولونیوم و استاتین که هیچ یک در طبیعت وجود ندارند بطور قراردادی در گروه شبه فلزات طبقه‌بندی می‌شوند.

اطلاعات اولیه

طلا ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Au) لاتین aurum ( و عدد اتمی 79 وجود دارد. طلا فلزی است نرم ، براق ، زرد رنگ ، چکش‌خوار ، قابل انعطاف ( سه ظرفینتی و یک ظرفیتی ) و فلز واسطه که با بیشتر عناصر شیمیایی واکنش ندارد و تنها بوسیله کلر و تیزاب سلطانی ( آمیزه ای از اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک ) مورد حمله قرار می‌گیرد.

این فلز عمدتا" به شکل آزاد و بصورت تکه‌هایی در سنگها و رسوبهای آبرفتی وجود دارد و یکی از فلزات ضرب سکه می‌باشد. طلا در بسیاری از کشورها بعنوان معیار ارزش پول بکار می‌رود. همچنین در جواهرات ، دندانپزشکی و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاریخچه

طلا ( از واژه سانسکریت Jval ؛ آنگلوساکسون gold ؛ لاتین aurum که همگی به معن طلا هستند ) را از دوران باستان شناخته و به ارزش بالای آن پی بردند. هیروگلیف مصری از 2600 قبل از میلاد این فلز را توصیف کرده و در کتاب عهد عتیق بارها به طلا اشاره شده است. زمان زیادی است که طلا یکی از گران‌قیمت‌ترین فلزات به حساب آمده و قیمت آن در تاریخ ، معیار بسیاری از پولهای رایج می‌باشد ( تحت عنوان پایه طلا شناخته می‌شود ).

از طلا بعنوان نمادی برای پاکی ، ارزش ، سلطنت و مخصوصا" نقشهایی که ترکیبی از این ویژگیها است استفاده می‌شود. نخستین هدف کیمیاگران ، تولید طلا از سایر مواد مانند سرب بود، اگرچه کیمیاگران هرگز موفق به این کار نشدند. گیمیاگران نشانه طلا را دایره و نقطه‌ای در وسط می‌دانند و همچنین نشان ستاره شناسی هم هست.

در بسیاری از مسابقات به نفر اول مدال طلا ، به نفر دوم نقره و به نفر سوم برنز جایزه می‌دهند. بیشترین مقدار طلا در جهان در بانک مرکزی دولت فدرال آمریکا وجود دارد. در طی قرن نوزدهم هر جا ذخایر بزرگ طلا کشف می‌شد، هجوم طلا رخ می‌داد. از جمله هجوم طلای کالیفرنیا ، کلرادو ، اتاگو ، استرالیا ، Black Hills و کلوندایک.

پیدایش

طلا بخاطر سکون شیمیایی نسبی که دارد، بیشتر بصورت فلز محلی و ندرتا" به شکل تکه‌های بزرگ یافت می‌شود، اما معمولا" بصورت ذرات بسیار ریزی در برخی مواد معدنی ، رگه‌های کوارتز ، سنگ لوح ، صخره های دگردیسی و رسوبات آبرفتی که از این منابع سرچشمه گرفته‌اند، دیده می‌شود. طلا بطور گسترده ای پراکنده شده و بیشترهمراه کوارتز یا پیریت است و در کانی‌های پتزیت ، کالاوریت و سیلوانیت با تلوریم ترکیب شده است.

این عنصر با روشهای بهره برداری از رسوبات دارای طلا از رسوبات جدا می‌شود. آفریقای جنوبی منبع تقریبا" 2,3 ذخائر طلای جهان است ( منابع موجود در داکوتای جنوبی و نوادا دو سوم طلای مصرفی آمریکا را تامین می‌کنند ). طلا را با استفاده از سیانور ، آمالگام و گداختن از کانی‌ها خارج می‌کنند.

پالایش این فلز اغلب بوسیله الکترولیز تحقق می‌یابد. این فلز در آب دریا و بر حسب مکان نمونه برداری بین 0،1 تا 2 میلی‌گرم در تن یافت می‌شوند، لذا تا سال 1383 هیچ روش مفیدی برای بازیافت طلا از آب دریا ابداع نشده است. اگرچه طلا در صنعت و هنر بسیار مهم است، این عنصر وضعیت منحصر به فردی نسبت به تمامی کالاها دارد و آن ، حفظ ارزش خود در دراز مدت می‌باشد.

برآورد شده ست که با کل طلای پالایش شده جهان می‌توان یک مکعب یکپارچه هر ضلع 20 متر (60 فوت) درست کرد.

خصوصیات قابل توجه

طلا عنصر فلزی است که کلا" به رنگ زرد دیده می‌شود، اما اگر به‌دقـت جدا شود، می‌تواند سیاه ، قرمز سیر یا ارغوانی باشد. شاید بتوان گفت این فلز ، زیباترین عنصر و چکش‌خوارترین و قابل انعطاف‌ترین فلز شناخته شده است. در واقع یک اونس طلا را می‌توان با چکش کاری به یک ورقه 300 فوت مربع تبدیل نمود. طلا که فلزی نرم می‌باشد، برای استحکام بیشتر اغلب با فلزات دیگر آلیاژ می‌شود.

طلا یک رسانای خوب حرارتی و الکتریکی است که تحت تاثیر هوا و سایر معرفها قرار نمی‌گیرد. این فلز تا حد زیادی در برابر حرارت ، رطوبت و بیشتر عوامل فرساینده مقاوم است و بنابراین استفاده از آن در سکه و جواهرات بسیار مناسب است. رنگ طلای جامد و محلولهای کلوئیدی تیره رنگی که ( اغلب ارغوانی ) می‌توان از آن تهیه کرد، به این علت است که فرکانس پلاسمون این عنصر در دامنه مرئی وجود دارد که موجب انعکاس نورهای زرد و قرمز و جذب نور آبی می‌شود.

طلای بومی معمولا"دارای 8 تا 10 درصد نقره می‌باشد، اما اغلب این مقدار بیشتر است. هرچه مقدار نقره بیشتر شود، رنگ طلا سفیدتر و جرم مخصوص آن کمتر می‌شود. آلیاژ آن با مس به رنگ قرمز ، با آهن به رنگ سبز و باآلومینیوم به رنگ ارغوانی می‌باشد. جواهراتی که در شرق آمریکا با ترکیباتی از طلای رنگین به توریستها فروخته می‌شود، به نام طلای Black Hills داد و ستد می‌شود.

حالات اکسیداسیون معمولی طلا شامل 1+و3+ است.

کاربردها

طلای خالص برای استفاده‌های عادی بسیار نرم هستند، لذا برای استحکام آن ، با نقره و مس آلیاژ می‌سازند.

 در بسیاری از کشورها از طلا و بسیاری از آلیاژهای آن در جواهرات و ضرب سکه و نیز بعنوان شاخصی برای مبادلات پولی استفاده می‌شود.

به‌علت هدایت الکتریکی خوب و مقاومت آن در برابر فرسایش و سایر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی این عنصر، از اواخر قرن بیستم طلا بعنوان فلز صنعتی مهمی به حساب آمده است.

طلا عملکرد مهمی در رایانه ، تجهیزات ارتباطی ، موتور هواپیمای جت و فضاپیماها و بسیاری محصولات دیگر دارد.

هدایت الکتریکی خوب طلا و مقاومت آن در برابر اکسیداسیون موجب کاربرد وسیع آن برای آبکاری سطح اتصال دهنده‌های الکتریکی شده است تا اتصالی خوب با مقاومت کم تضمین شود.

طلا همانند نقره می‌تواند با جیوه ، ملغمه محکمی را تشکیل دهد که گاهی از آن برای پر کردن دندان استفاده می‌شود.

اخیرا" طلای کلوئیدی ( ذرات یک بیلیونیم طلا ) که محلولی کاملا رنگی می‌باشد، برای مصارف بیولوژیکی و پزشکی در آزمایشگاههای زیادی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برای رنگ طلائی روی سرامیکها قبل از پختن در کوره استفاده می‌شود.

از اسید Chlorauric در عکاسی برای پررنگ کردن تصویر نقره‌ای استفاده می‌شود.

Disodium aurothiomalateبرای درمان روماتیسم مفصلی بکار می‌رود؛ (درون عضله وارد می‌شود).

از ایزوتوپ Au-198 ( با نیمه عمر 2,7 روز ) برای درمان برخی سرطانها و بیماریهای دیگر استفاده می‌شود.

طلا بعنوان یک ماده بیولوژیکی که امکان پوشش بوجود می‌آورد، کاربرد دارد و باید آنرا بوسیله میکروسکوپ الکترونی ( scanning electron microscope) مشاهده نمود.

طلا اغلب نماد بهترین و والاترین دستاوردها می‌باشد. یک مدال طلا مانند روبان آبی ، بهترین پاداش در بازیهای المپیک و بسیاری از رقابتهای دیگر است.

چون طلا منعکس کننده خوبی برای هر دو نور مادون قرمز و نور ساکن است، بعنوان لایه محافظ سطح بسیاری از ماهواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ارزش

طلا مانند فلزات پُر ارزش دیگر با سیستم توزین تروی سنجیده می‌شود و در صورت آلیاژ با سایر فلزات از اصطلاح carat برای مشخص کردن مقدار طلای موجود با عیار 24 ( که طلای خالص است ) استفاده می‌شود. ( در ایران بیشتر از مثقال برای معاملات بازار طلا استفاده می‌شود و برای آلیاژهای طلا از میزان عیار اسفاده می‌شود که عیار 24 طلای خالص می‌باشد(.

در طول تاریخ از طلا برای پشتیبانی پول و در سیستمی تحت عنوان پایه طلا استفاده می‌شد که در این سیستم ، یک واحد از پول رایج معادل مقدار معینی طلا بود. مدت زیادی ارزش طلا توسط آمریکا برای هر اونس تروی 20,62 دلار تعیین شد، اما در سال 1934 ارزش طلا 35،00 دلار برای هر اونس تروی تثبیت شد.

به سبب بحران طلا در 17 مارس 1968 طرح نرخ‌گذاری دوگانه ایجاد شد که طبق آن برای تثبیت ارزش بین‌المللی ، طلا همچنان به قیمت سابق 35،00 دلار در هر اونس تروی باقی ماند، اما قیمت آن در بازار خصوصی اجازه نوسان یافت؛ این سیستم نرخ‌گذاری دوگانه در سال 1975 هنگامی‌که نرخ طلا اجازه نوسان یافت، متوقف شد. از سال 1968 نرخ طلا در بازار آزاد نوسان شدیدی یافت، بطوری‌که در ژانویه 1980 به 620 دلار در هر اونس تروی رسید، اما تا ژانویه 1990 قیمت آن به 410 دلار در هر اونس تروی کاهش یافت.

گاهی اوقات ، مالکیت طلا به خاطر نقشی که بعنوان پشتوانه پول دارد، محدود و یا ممنوع می‌شود. در آمریکا مالکیت خصوصی طلا جز بصورت جواهر و سکه بین سالهای 1933 و 1975 ممنوع شده بود. چون طلا مدت زمان بسیار طولانی ارزش خود را حفظ کرده است، بعنوان یک سرمایه‌گذاری مشهود اغلب به‌صورت بخشی از یک سهام نگهداری می‌شود.

چون طلا ارزش خود را حتی هنگامیکه پول بی‌پشتوانه بی‌ارزش می‌شود حفظ می‌کند، بنابراین مخصوصا" در زمان ناتوانی یا تورم دید مورد نیاز است.

قراردادهای آینده برمبنای داد و ستد جاری طلا در COMEX( محل خرید و فروش کالا ) است که شعبه ای از بازار بورس نیویورک ( New York Mercantile Exchange ) می‌باشد و پیش‌بینی قیمت طلا و سایر کالاها در آینده در این مکان انجام می‌گیرد.

ترکیبات

کلرید دارای طلا (AuCl₃) و اسید کلروئیک ( HAuCl₄ ) رایج‌ترین ترکیبات طلا هستند. اگرچه طلا فلز بی‌اثر است، اما قادر است ترکیبات فراوانی بسازد.

در تیزاب سلطانی حل شده تولید یون ^-AuCl₄ منفی می کند.

هالیدهای طلا ( F , Cl , Br , I )

کالکوژنیدهای طلا ( O , S , Se , Te )

ترکیبات خوشه‌ای طلا

ایزوتوپها

تنها یک ایزوتوپ پایدار و 18 رادیوایزوتوپ که فراوان‌ترین آنها Au-195 با نیمه عمر 186 روز است، برای طلا وجود دارد.

هشدارها

بدن انسان این فلز را جذب نمی‌کند و طبیعتا" ترکیبات طلا خیلی سمی نیستند. با این همه درمورد50% بیماران ورم مفاصل که با داروهای حاوی طلا درمان شده‌اند، آسیب کبد و کلیه گزارش شده است.