Jak powstaje złoto? Pochodzenie i proces

Naturalne złoto powstałe przed narodzinami Układu Słonecznego. didyk / Getty Images

Złoto jest pierwiastek chemiczny łatwo rozpoznawalny dzięki żółtemu metalicznemu kolorowi. Jest cenny ze względu na swoją rzadkość, odporność na korozję, przewodność elektryczną, ciągliwość, ciągliwość i piękno. Jeśli zapytasz ludzi, skąd pochodzi złoto, większość odpowie, że pozyskujesz je z kopalni, zbierasz płatki w strumieniu lub wydobywasz je z wody morskiej. Jednak prawdziwe pochodzenie pierwiastka poprzedza powstanie Ziemi.

Kluczowe dania na wynos: jak powstaje złoto?

• Naukowcy uważają, że całe złoto na Ziemi powstało w zderzeniach supernowych i gwiazd neutronowych, które miały miejsce przed uformowaniem się Układu Słonecznego. W tych wydarzeniach podczas procesu r powstało złoto.
• Złoto zatopiło się w jądrze Ziemi podczas formowania się planety. Dziś jest dostępny tylko z powodu bombardowania asteroid.
• Teoretycznie możliwe jest formowanie złota w procesach jądrowych syntezy jądrowej, rozszczepienia i rozpadu radioaktywnego. Naukowcom najłatwiej jest transmutować złoto, bombardując cięższy pierwiastek rtęć i wytwarzając złoto w wyniku rozpadu.
• Złoto nie może być wytworzone przez chemię lub alchemię. Reakcje chemiczne nie mogą zmienić liczby protonów w atomie. Liczba protonowa lub atomowa określa tożsamość elementu.

Naturalna formacja złota

Podczas gdy fuzja nuklearna w Słońcu tworzy wiele pierwiastków, Słońce nie może syntetyzować złota. Znaczna energia potrzebna do wytworzenia złota występuje tylko wtedy, gdy gwiazdy eksplodują w a supernowa albo kiedy zderzają się gwiazdy neutronowe . W tych ekstremalnych warunkach ciężkie pierwiastki tworzą się w wyniku szybkiego procesu wychwytywania neutronów lub procesu r.

Supernowa ma wystarczająco dużo energii i neutronów, aby zsyntetyzować złoto. gremlin / Getty Images

Gdzie występuje złoto?

Całe złoto znalezione na Ziemi pochodziło ze szczątków martwych gwiazd. Gdy Ziemia uformowała się, ciężkie pierwiastki, takie jak żelazo a złoto tonęło w kierunku jądra planety. Gdyby żadne inne wydarzenie nie miało miejsca, nie byłoby złota w skorupie ziemskiej. Ale około 4 miliardy lat temu Ziemia została zbombardowana przez uderzenie asteroidy. Te uderzenia poruszyły głębsze warstwy planety i zmusiły trochę złota do płaszcz i skórka.

Trochę złota można znaleźć w rudach skalnych. Sprawia, że ​​pojawiają się jako płatki, ponieważ czysty rodzimy element , a ze srebrem w naturalnym stopie elektron . Erozja uwalnia złoto od innych minerałów. Ponieważ złoto jest ciężkie, tonie i gromadzi się w korytach strumieni, osadach aluwialnych i oceanach.

Trzęsienia ziemi odgrywają ważną rolę, ponieważ przesuwający się uskok szybko dekompresuje wodę bogatą w minerały. Gdy woda wyparuje, żyły kwarcu i złocie na powierzchniach skalnych. Podobny proces zachodzi w wulkanach.

Ile złota jest na świecie?

Ilość złota wydobytego z Ziemi to niewielki ułamek jej całkowitej masy. W 2016 roku United States Geological Survey (USGS) oszacowało, że od zarania cywilizacji wyprodukowano 5 726 000 000 uncji trojańskich lub 196 320 ton amerykańskich. Około 85% tego złota pozostaje w obiegu. Ponieważ złoto jest tak gęste (19,32 grama na centymetr sześcienny), nie zajmuje dużo miejsca dla swojej masy. W rzeczywistości, gdybyś stopił całe dotychczas wydobyte złoto, miałbyś sześcian o średnicy około 60 stóp!

Niemniej jednak złoto stanowi kilka części na miliard masy skorupy ziemskiej. Chociaż wydobycie dużej ilości złota nie jest ekonomicznie wykonalne, na najwyższym kilometrze powierzchni Ziemi znajduje się około 1 miliona ton złota. Obfitość złota w płaszczu i rdzeniu jest nieznana, ale znacznie przewyższa ilość w skorupie.

Syntetyzowanie pierwiastka złota

Próby alchemicy przekształcenie ołowiu (lub innych pierwiastków) w złoto nie powiodło się, ponieważ żadna reakcja chemiczna nie może zmienić jednego pierwiastka w drugi. Reakcje chemiczne obejmują przenoszenie elektronów między pierwiastkami, co może wytwarzać różne jony pierwiastka, ale liczba protonów w jądrze atomu jest tym, co definiuje jego pierwiastek. Wszystkie atomy złota zawierają 79 protonów, więc liczba atomowa złota wynosi 79.

Możliwe jest przekształcenie rtęci w złoto, czyniąc ją niestabilną i rozkładając się. JacobH / Getty Images

Wytwarzanie złota nie jest tak proste, jak bezpośrednie dodawanie lub odejmowanie protonów od innych pierwiastków. Najpopularniejsza metoda zamiany jednego elementu na inny ( transmutacja ) jest dodanie neutrony do innego elementu. Neutrony zmieniają izotop pierwiastka, potencjalnie czyniąc atomy wystarczająco niestabilnymi, aby rozpaść się w wyniku rozpadu radioaktywnego.

Japoński fizyk Hantaro Nagaoka po raz pierwszy zsyntetyzował złoto przez bombardowanie rtęci neutronami w 1924 roku. Chociaż transmutacja rtęci w złoto jest najłatwiejsza, złoto można wytwarzać z innych pierwiastków — nawet z ołowiu! Radzieccy naukowcy przypadkowo zamienili ołowiane osłony reaktora jądrowego w złoto w 1972 roku, a Glenn Seabord przekształcił ślady złoto z ołowiu w 1980 roku.

Eksplozje broni termojądrowej powodują wychwytywanie neutronów podobne do procesu r w gwiazdach. Chociaż takie zdarzenia nie są praktycznym sposobem syntezy złota, testy jądrowe doprowadziły do ​​odkrycia ciężkich pierwiastków einsteinu (liczba atomowa 99) i fermu (liczba atomowa 100).

Źródła

• McHugh, JB (1988). „Stężenie złota w wodach naturalnych”. Czasopismo Poszukiwań Geochemicznych . 30 (1–3): 85–94. doi: 10.1016/0375-6742(88)90051-9
• Miethe, A. (1924). ' Rozpad atomu rtęci „. Nauki przyrodnicze . 12 (29): 597-598. doi: 10.1007/BF01505547
• Seeger, Filip A.; Fowler, William A.; Clayton, Donald D. (1965). „Nukleosynteza ciężkich pierwiastków metodą wychwytywania neutronów”. Seria suplementów do czasopism astrofizycznych . 11: 121. doi: 10.1086/190111
• Sher, R.; Bainbridge, KT i Anderson, HH (1941). „Transmutacja Merkurego przez szybkie neutrony”. Przegląd fizyczny . 60 (7): 473–479. doi: 10.1103/PhysRev.60.473
• Willbold, Matthias; Elliotta, Tima; Moorbath, Stephen (2011). ' Skład izotopowy wolframu w płaszczu Ziemi przed ostatecznym bombardowaniem „. Natura . 477 (7363): 195-8. doi:10.1038/natura10399