UNIVERSITÄT
BAYREUTH
Seminar „Übungen im Vortragen – AC“
Gold – Metall der Könige
Anne-Kathrin Betz, WS 03/04; Katharina Kiener, WS 11/12; Michaela Forst, WS 14/15
Gliederung
Einstieg 1: Zur Einführung in das Thema werden vergoldete Münzen vorbereitet. Hierzu
wird in einem Becherglas eine Aufschlämmung von Zink-Pulver in 2 – 3 mL Wasser und
5 – 6 NaOH-Plätzchen bereitet. Ein verkupfertes 1-Cent-Stück wird in das Becherglas ge-
legt und über dem Brenner auf dem Dreifuß solange erhitzt, bis ein grauer Belag entsteht
(die Münze wird verzinkt). Der graue Belag lässt sich nach Spülen unter fließendem Was-
ser nach silbrig-glänzend polieren. Anschließend wird die Münze solange in der Brenner-
Flamme gedreht, bis sich der Belag nach goldgelb verfärbt (Zink- und Kupfer-Schicht
vermischen sich teilweise, eine Messing-Schicht entsteht). Als Beweis für die Entstehung
von Gold dient folgende Berechnung:
=
+
+
+
+
OZ(Cu) OZ(Zn) OZ(Na) OZ(O) OZ(H) OZ(Au)
=
+
+
+
+
29
30
11
8
1
79
Das Vortäuschen von Gold war auch Trick vieler Alchemisten. Die Alchemie entstand ca.
300 v. Chr. in Alexandria und hielt sich bis ca. 1650 n. Chr. Dominantes Interesse der
Alchemisten war die Umwandlung der metallischen Grundstoffe Fe und Pb in das Edel-
metall Au. Dazu sollte ein Umwandlungsagens, der „Stein der Weisen“, wirkungsvoll sein.
Dieses geheime Elixier, so dachte man, bringt selbst in kleinsten Mengen die Umwand-
lung in Gang.
Gold ist ein Metall, für das Kriege geführt, Schlachten geschlagen, für das getötet wurde.
Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit war Gold eines der ersten dem Men-
schen bekannten Metalle. Fragen muss man sich aber, woher die Faszination Gold
kommt, was Gold so edel und was Gold so teuer macht. Dies und ähnliche Fragen wer-
den im Folgenden erläutert.
Einführung 2: Zu Beginn des Vortrags wird der Trailer des Filmes „Goldfinger“ (James
Bond, 1964) gezeigt. Zur Erklärung der Todesursache des Bondgirls wir auf die chemi-
schen und physikalischen Methoden einer Vergoldung eingegangen. Film: Trailer des
Chemisch:
Aufdampfen in Vakuum: Tod durch Vakuum, aber nicht durch Vergoldung an sich
Galvanisches Vergolden: Eintauchen in Elektrolytlösung und anlegen elektrischer
Spannung
Physikalisch:
Feuervergolden: sehr hohe Temperaturen nötig; dies würde der Ästhetik des Bond-
girls schaden
Kalt- und Blattvergolden: würde funktionieren
Einführung 3: Bei der Assoziation von Gold kommen einem zunächst die Begriffe Mün-
zen, Schmuck, Gold-Barren oder Nuggets in den Sinn. Bei der eingehenderen Beschäf-
tigung mit dem Thema stößt man jedoch schnell auf die Schatten-Seiten der Gold-Ge-
winnung. Exemplarisch für die immensen Umwelt-Schäden, die bei der Gold-Gewinnung
entstehen, werden Bilder von der Katastrophe in Baia Mare, Rumänien gezeigt. Im Jahr
2000 wurden 100.000 m3 Cyanid-Lauge in die Umwelt freigesetzt, nachdem infolge star-
ker Regenfälle ein Damm der Golderz-Aufbereitungsanlage eingerissen war. Ein massi-
ves Fisch-Sterben (im Fluss Theiss) war die Folge. Obwohl Gold in gediegener Form
vorkommt, sind große Mengen giftiger Chemikalien zur Gewinnung notwendig.
1
Vorkommen
Gold kommt in der Natur hauptsächlich gediegen (elementar) als goldhaltiger Quarz SiO2
vor. Das Gold dieser Primär-Lagerstätten wird als Berggold bezeichnet. Daneben kann
es in geringen Mengen an Tellur gebunden sein, als Schrifterz (AuAgTe4), Blättererz (Pb,
Au) (S, Te, Sb)1-2 oder Calaverit (AuTe2). Natürlich vorkommendes Gold ist chemisch nie
vollkommen rein, sondern stets mit kleinen Mengen Silber, Kupfer oder Platin verunrei-
nigt.
Abb. 2: Blättererz [12]
Abb. 3: Calverit [13]
Abb. 1: Schrifterz [11]
Die wichtigsten Förder-Länder sind Südafrika, Australien, USA und Russland. Die Welt-
jahres-Produktion betrug im Jahr 2000 ca. 2.570 t. Dies ist sehr wenig, was auf die Sel-
tenheit von Gold zurückzuführen ist (erst an 75. Stelle der Elemente der Erdkruste). Der
edle Charakter von Gold kann daran erkannt werden, dass es das einzige elementar
vorkommende Metall ist. Dies zeigt, dass Gold chemisch inert ist und somit keine Affinität
zu Sauerstoff oder Schwefel zeigt.
2
2
Darstellung
2.1
Ältestes Verfahren – Die Goldwäsche
Bei Verwitterung goldhaltigen Gesteins wird Berggold weggeschwemmt und lagert sich
in Fluss-Sanden in Form von Gold-Staub oder Gold-Körnern ab. Dieses so genannte
Waschgold wird manuell in Wasser aufgeschlämmt. Aufgrund der höheren Dichte der
Gold-Flitter und Gold-Körner setzen sich diese rascher ab als die Begleit-Materialien und
können abgetrennt werden. Das so gewonnene Gold wird eingeschmolzen. Diese Me-
thode ist sehr primitiv und bietet nur eine Teil-Ausbeute, sowie geringe Mengen an Gold.
Nichtsdestotrotz wurde 1896 in Victoria, Australien, ein 71 kg schwerer Gold- Nugget ge-
funden. Aus ihm gewann man 65 kg reines Gold und gab ihm den bezeichnenden Namen
„Welcome Stranger“.
2.2
Moderne Verfahren
2.2.1
Amalgam-Verfahren
In Steinbrechern wird das goldhaltige Erz vorgebrochen und in Pochwerken gründlich mit
Quecksilber durchgearbeitet. Der größte Teil des enthaltenen Goldes amalgamiert mit
Quecksilber zu Amalgam. Gleichzeitig entsteht ein grober, trüber Schlamm – die Poch-
trübe. Diese lässt man über geneigt liegende, amalgamierte Kupfer-Platten laufen, so-
dass der restliche Teil des Goldes ebenfalls amalgamiert. Das Goldamalgam wird mehr-
mals täglich von den Kupfer-Platten abgekratzt und zusammen mit dem zuvor entstan-
denen erhitzt. Da Quecksilber einen viel niedrigeren Siedepunkt als Gold (Sdp. Hg:
357°C, Sdp. Au: 2.660°C) hat, destilliert es bereits bei geringeren Temperaturen, Gold
bleibt zurück. Dieses Roh-Gold wird eingeschmolzen, das Quecksilber wird durch Kon-
densation im Kühler-System zurückgewonnen. Die Ausbeute dieses Verfahrens liegt bei
60%.
3
Abb. 5: Schema des Amalgam-Verfahrens
2.2.2
Cyanid-Laugerei
Bei dieser verbreiteten Methode wird das Material in Nassgries-Mühlen bis zur Schlamm-
Feinheit zerteilt (Korngröße= 100 Mikrometer) und in Eindickern auf 50 – 60% Wasser-
Gehalt eingedickt. Anschließend wird es in Agitatoren lebhaft mit Pressluft durchmischt,
durchlüftet und mit 0,1 – 0,25%iger Kalium- oder Natriumcyanid-Lösung ausgelaugt. Gold
wird von Sauerstoff zu Gold(+1)-Ionen oxidiert, anschließend bilden sich mit Cyanat farb-
lose, lösliche Dicyanoaurat- Komplexe:
[
(
) ]
4Au + 2H2O + O2 + 8KCN ⟶ 4K Au CN + 4KOH
2
Nach der Fällung (Reduktion) mit Zink-Staub scheidet sich Gold als Schlamm ab:
[
(
) ] ) ]
[
(
2K Au CN + Zn ⟶ 2Au + K2 Zn CN
2
4
Das erhaltene Gold wird abfiltriert und eingeschmolzen, wobei die Ausbeute bei 95%
liegt.
4
Abb. 6: Schema der Cyanid-Laugerei
2.2.3
Aus Anoden-Schlamm
Bei der Raffination von Kupfer (Cu) mittels Elektrolyse scheiden sich alle Metalle, die
edler sind als Kupfer im Anoden-Schlamm ab. Da Gold ein Standard-Potential von
+1,69 V aufweist, Kupfer dagegen nur +0.52 V lässt sich Gold neben Silber (E0= +0,8 V)
im Anoden-Schlamm finden.
2.3
Negative Folgen der Gold-Gewinnung
Gold wird in Dritte-Welt-Ländern abgebaut, da es dort diesbezüglich nur sehr wenige ge-
setzliche Auflagen gibt. Aufgrund der lockeren gesetzlichen Regelung werden durch den
modernen Gold-Abbau jedoch langanhaltende Umwelt-Schäden und soziale Probleme
verursacht.
Pro Tonne Gestein sind nur ca. 1,5 – 2% Gold nutzbar, 99,9% sind hochgiftiger Abfall. Bei
der Cyanid-Laugerei verbleiben pro Mine 2 – 3 Mio. m3 Natriumcyanid in Absatzbecken.
Nicht selten kommt es zu Lecks und Damm-Brüchen, wodurch cyanidhaltiger Schlamm
in die Umwelt freigesetzt wird, wie es beispielsweise im Jahr 2000 im rumänischen Baia
Mare geschehen ist. Ein massives Fisch-Sterben und die Verseuchung der Gewässer
war die Folge. Zudem verursacht Cyanid schwere Gesundheitsschäden beim Menschen,
da es im menschlichen Körper zum Stillstand der Zellatmungsvorgänge führt. Der unter-
bundene Sauerstoff-Transport führt zu einem qualvollen Ersticken. In Urwäldern wird
beim Amalgam-Verfahren häufig das Amalgam über offenen Feuerstellen erhitzt,
wodurch es in die Atmosphäre gelangt und Flüsse und Grundwasser für Jahrzehnte ver-
seucht. Schätzungen zufolge landen jährlich 100 t Quecksilber im Amazonas.
5
3
Eigenschaften
14
10
1
[
]
Elektronen-Konfiguration:
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
Xe 4f 5d 6s
1.063°C
2.660°C
Dichte:
19,32 g/cm³
1) 9,2 eV
2) 20,4 eV
3) 30,5 eV
Ionisierungsenergien:
Standard-Potenzial:
Au/Au+ = +1,69 V
Au/Au3+ = +1,50 V
Das Element Gold steht mit der Ordnungszahl 79 in der 1. Nebengruppe des Perioden-
systems und hat die Elektronenkonfiguration [Xe]4f145d106s1. Eigenschaften, die Gold als
Edelmetall ausweisen sind der hohe Schmelz- und Siedepunkt. Außerdem erfüllt es mit
einer Dichte von 19,32 g/cm3 das Kriterium der Schwermetalle (Dichte > 5 g/cm3). Die
hohe erste Ionisierungsenergie ist ebenso eine Eigenschaft von Edelmetallen wie das
hohe Standard-Potential. Alle Elemente, deren Normal-Potential größer ist als das von
Wasserstoff (E0 > 0 V) werden als Edelmetalle bezeichnet. Außerdem ist Gold, wie alle
Edelmetalle, chemisch inert. Es zeigt also eine hohe Oxidationsbeständigkeit gegen Luft
und wird auch von Säuren nicht angegriffen. Gelöst werden kann es nur in sehr starken
Oxidationsmitteln wie Königswasser.
4
Experiment: Aqua regia – Königswasser
Zeitbedarf: 15 Minuten
Ziel: Demonstration der Inertheit gegenüber starken Säuren und der Wirkung von Kö-
nigswasser durch das Auflösen von Gold
Material:
Becherglas
Pinzette
Mess-Zylinder
Schutzhandschuhe
Chemikalien:
Salpetersäure (1 Teil)
w= 65% (konz.)
CAS-Nr.: 7697-37-2
Blatt-Gold
Salzsäure (3 Teile)
w= 32% (konz.)
CAS-Nr.: 7647-01-0
Gefahr
H272, H290, H314, H331, EUH071
P220, P260, P280, P310, P304+P340,
P303+P361+P353, P305+P351+P338
Gefahr
H314, H335, H290
P260,
P303+P361+P353,
P309+P311
P305+P351+P338,
P304+P340,
Durchführung 1: Blatt-Gold wird in konz. Salzsäure gegeben
Beobachtung 1: Die Inertheit des Edelmetalls wird gezeigt, das Blatt-Gold löst sich nicht.
6
Abb. 7: Blatt-Gold in Salzsäure
Durchführung 2: Es wird 1 Teil konz. Salpetersäure hinzugegeben.
Beobachtung 2: Das Blatt-Gold löst sich, es entsteht eine gelbliche Färbung.
Abb. 8: Blatt-Gold in Königswasser
Deutung: Gold kann in Königswasser gelöst werden.
Erklärung: Gold kann nur durch starke Oxidationsmittel, wie Königswasser oxidiert wer-
den.
HNO3 + 3HCl ⟶ NOCl + 2Clnasc. + 2H2O
2Au + 2NOCl + 6Clnasc. + 2HNO3 ⟶2HAuCl4 + 4NO2
Entsorgung: Neutralisation im Becherglas und Entsorgung im Ausguss.
Quelle: Obendrauf V., Praxis der Naturwissenschaften -Chemie in der Schule, Experi-
mente mit Blattgold, (5), 2008, S. 31-32
5
Verbindungen des Goldes
Neben den Verbindungen in der von Gold bevorzugten Oxidationszahl +III kommen auch
folgende Verbindungen vor:
Oxidationszahl +I
Au bildet lineare Verbindungen, in denen es die Oxidationszahl +I einnimmt. Allerdings
sind in Wasser nur schwerlösliche Verbindungen, sowie stabile Komplexe mit kleinen
Au+-Gleichgewichtskonzentrationen beständig. Der Grund hierfür ist das Potential-Dia-
gramm von Gold:
3Au+ ⟶ 2Au + Au3+ ΔE = 0,29 V
Au+ ist also in Wasser nicht beständig, es kommt zur Disproportionierung. Beispiele für
Verbindungen dieser Oxidationszahl sind AuI, Au2S, sowie der Dicyanoaurat(I)-Komplex
der bei der Cyanid-Laugerei entsteht.
7
Oxidationszahl +II
Verbindungen dieser Oxidationszahl sind sehr selten, in den meisten Fällen handelt es
sich um gemischte Au(I)/Au(III)-Verbindungen. Bsp.: AuCl2, AuSO4.
Oxidationszahl +V
Verbindungen dieser Oxidationszahl sind sehr unbeständig, Bsp.: AuF5. Neben den Ver-
bindungen dieser Oxidationszahlen bildet Au noch unterschiedlich gefärbte Cluster-Ver-
bindungen mit einer durchschnittlichen Oxidationszahl <I sowie metallorganische Verbin-
dungen (Goldalkyle) aus.
Oxidationszahl +III
+III ist die bevorzugte Oxidationszahl von Au, hier bilden sich weitaus stabilere, quadra-
tisch planare, Verbindungen als in den anderen Oxidationszahlen.
Oxid: Au2O3 Dieses Oxid ist das einzig sicher bekannte Goldoxid, allerdings ist es
thermisch instabil. Oberhalb von 180°C zerfällt es in die Elemente
Halogenide: AuCl3/AuBr3 werden bei 200°C bzw. 150°C aus den Elementen her-
gestellt
2Au + 3Cl2 ⟶ 2AuCl3
Beide Verbindungen sind dimer, die Au-Atome sind quadratisch koordiniert
Abb. 9: Goldchlorid
Au4Cl8 = Au2(I)Au2(III)Cl8 Diese Verbindung besteht aus Au(I) und Au(III), wobei Au(I)
linear und Au(III) quadratisch koordiniert ist:
Abb. 10: „Tetragold“
8
6
Verwendung von Gold
60% der gesamten Gold-Vorräte werden zu Schmuck- und Luxus-Gegenständen aller Art
verarbeitet. Diese Art der Verwendung ist schon seit langer Zeit bekannt. Dies kann man
auch daran erkennen, dass der Name „Gold“ vom indogermanischen Begriff „ghel“ abge-
leitet wurde, was blank, schimmernd bedeutet. Die lateinische Bezeichnung „aurum“
kommt von aurora (lat.) = Morgenröte. Bereits alte Völker sammelten beträchtliche Men-
gen an Gold; so enthielt der Sarg des Tutanchamun zum Beispiel 112 kg Gold. Je nach
Verwendungszweck werden verschiedene Metalle mit Gold zu Legierungen verbunden.
Weißgold zum Beispiel ist eine Legierung aus Au (1/3-3/4 des Gewichts), Cu, Ni und Ag.
Mit Gold-Legierungen schweißplattierte Bleche (meistens Messing) bezeichnet man als
Doublé. Sie werden zu billigem Schmuck oder Uhr-Gehäusen verarbeitet. Die zweite
wichtige Verwendungsart von Au ist die Geld-Anlage (30%). Hierbei findet man Au als
geprägte oder gegossene Feingold-Barren mit einem Gewicht von 1 – 1.000 g, sowie als
Münzen auf dem Markt. Die Gold-Münzen der meisten Länder sind Legierungen aus
90% Au und 10% Cu. Bekannt hierbei sind der Krüger-Rand (1 Unze), der Maple Leaf
(1 Unze) und der Australische Nugget (1/2 Unze). Standard zur Abmessung von Gold ist
die Unze Feingold. Eine Unze bezeichnet eine Menge von 31,1035 g Gold. Die Bezeich-
nung Karat dagegen bezieht sich auf die Feinheit, den Anteil der Legierung an reinem
Gold. Reines Gold hat 24 Karat. Die Bezeichnung stammt von den Samen des Johannis-
brotbaums, die in der Antike zum Abwiegen von Edelmetallen und Edelsteinen verwendet
wurden. Heute jedoch bezieht sich die Angabe von Karat bei Edelsteinen nicht, wie beim
Gold, auf die Reinheit, sondern auf die Masse. Bei Edelsteinen bezeichnet man 200 mg
als 1 Karat. Ferner findet Gold Verwendung in der Glas- und Keramik-Industrie, in der
Dental-Technik, der Elektro-Industrie, der Optik und der Raumfahrt.
Abschluss 1: Die Gründe für den edlen Charakter und den Preis des Goldes sind viel-
fältig. Wichtig sind neben der Farbe, der Seltenheit und den chemischen Eigenschaften
vor allem die physikalischen Eigenschaften, die gute Verarbeitbarkeit und breite Anwen-
dung garantieren. Gedanken sollte man sich aber auch über den wahren Preis des Gol-
des machen.
Abschluss 2: Gold trägt auf Grund seiner chemischen Inertheit, der hervorragenden
Duktilität, dem dekorativen und finanziellen Wert wohl zu Recht den Namen „König der
Metalle.“ Allerdings gehört der Tod durch Vergoldung der menschlichen Haut (Hautat-
der aufgetragenen Substanz.
Abschluss 3: Aufgrund des edlen Charakters des Goldes sind drastische Mittel notwen-
dig, um es zu lösen. Die Verwendung giftiger Chemikalien führt dabei zu einer hohen
Belastung oder Zerstörung der Umwelt. Verbesserte Sicherheitsstandards bei techni-
schen Verfahren und das Recycling von Elektro-Schrott können die Umwelt-Belastung
zumindest minimieren.
9
Quellen:
1. N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemie der Elemente, VCH-Verlagsgesellschaft,
Weinheim, 1988
2. A. F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie, 102. Auflage, Wal-
ter de Gruyter-Verlag, Berlin – New York, 2007
3. E. Riedel, Anorganische Chemie, 6. Auflage, Walter de Gruyter-Verlag, Berlin – New
York, 2004
8. Quelle verschollen
Autor: Rob Lavinsky, Lizenz: creative commons
Christian Rewitzer, Lizenz: creative commons
right: Thomas Witzke
len, 09.10.2020)
15. Quelle verschollen
10
