عنصر طلا چیست؟ — خواص + کاربرد — به زبان ساده

عنصر طلا (Gold | Au) از عنصرهای شیمیایی گروه ۱۱ جدول تناوبی با عدد اتمی ۷۹ است. طلا فلزی نرم، چکش‌خوار و درخشان با رنگ زرد مایل به قرمز است. میزان خلوص این فلز با عیار مشخص می‌شود و به‌طور طبیعی در سنگ‌ها و رسوبات آبرفتی وجود دارد. در این مطلب با ویژگی‌ها و کاربردهای گوناگون طلا آشنا می‌شوید.

عنصر طلا چیست ؟

طلا یا زَر با نماد شیمیایی $$Au$$ یکی از عنصرهای شیمیایی است که با عدد اتمی ۷۹ در گروه ۱۱ و دوره ۶ جدول تناوبی قرار دارد. این فلز از عناصر فلزهای واسطه و فلزی ارزشمند است که به‌طور آزاد در طبیعت یافت می‌شود. طلا به شکل خالص، رنگی زرد مایل به سرخ دارد و از نظر فیزیکی، نرم، چکش‌خوار و شکل‌پذیر بوده و از فلزات پرکاربرد در صنعت جواهرسازی است.

عیار طلا

میزان خلوص طلا با واحد اندازه‌گیری عیار تعیین می‌شود. عیار با استفاده از رابطه زیر اندازه‌گیری می‌شود که بالاترین مقدار آن ۲۴ در نظر گرفته شده است.

$$K=24(\frac{M_g}{M_m})$$

• $$K$$: عیار آلیاژ
• $$M_g$$: جرم خالص طلا
• $$M_m$$: جرم کل آلیاژ

رایج‌ترین عیارهای مورد استفاده برای طلا در جدول زیر فهرست شده است. معمولاً کمترین خلوص طلا با عیار ۱۰ مشخص می‌شود، هر چند طلا با عیارهای کمتر از ۱۰ و همچنین عیارهای ۲۲ و ۲۳ نیز ساخته می‌شوند.

عیار هزاری عنصر طلا

با استفاده از سیستم «عیار هزاری» «Millesimal fineness» میزان خلوص آلیاژهای طلا، نقره و پلاتین را نشان می‌دهند. در این سیستم جرم آلیاژ به هزار قسمت تقسیم شده و میزان جرم فلز خالص در آلیاژ به صورت «بخش در هزار» (ppt) مشخص می‌شود. برای مثال، آلیاژ طلای ۷۵٪ یعنی ۷۵۰ از ۱۰۰۰ قسمت و با عدد ۷۵۰ مشخص می‌شود. در بسیاری از کشورها به‌جای استفاده از واحدهای عیار مانند ۱۸ عیار، ۲۴ عیار و … از اعداد این سیستم استفاده می‌کنند. در واقع سیستم تعیین خلوص فلزات گران‌بها به صورت عیار قدیمی‌تر و این سیستم، اصلاح شده و جدیدتر است.

خالص‌ترین طلای تولیدی در «ضراب‌خانه پرث» (Perth Mint) با عدد ۹۹۹٫۹۹۹ مشخص شده است. همچنین طلاهایی با خلوص ۹۹۹٫۹۹ و ۹۹۹٫۹ نیز در ضراب‌خانه کانادا تولید می‌شوند. جدول زیر شامل عیار طلا با سیستم جدید و قدیم است.

خواص طلا

عنصر طلا مقاومت بالایی در برابر بسیاری از اسیدها از خود نشان می‌دهد. ترکیب نیتریک اسید $$(HNO_3)$$ و هیدروکلریک اسید $$(HCl)$$ به نام «تیزاب سلطانی» (Aqua Regia)، این فلز را در خود حل می‌کند.

واکنش طلا با تیزاب سلطانی:

$$Au + 3 HNO_3 + 4 HClrightleftharpoons [AuCl_4]^− + 3 NO_2 + H_3O^+ + 2 H_2O$$

یا

$$Au + HNO_3 + 4 HClrightleftharpoons [AuCl_4]^− + NO + H_3O^+ + H_2O$$

از ویژگی مقاومت طلا در برابر اسیدها برای خالص‌سازی و تصفیه آن از دیگر فلزات و همچنین وجود طلا با «آزمایش اسید» (Acid Test) استفاده می‌کنند. از ویژگی حل‌شوندگی طلا در محلول قلیایی سیانور در فرایند «سیانوراسیون یا سیانیداسیون طلا» (Gold Cyanidation)، از رایج‌ترین روش‌های استخراج طلا از سنگ معدن‌هایی با خلوص پایین استفاده می‌کنند. جیوه دیگر عنصری است که با تشکیل آلیاژهای آمالگام با طلا، جهت استخراج این عنصر ارزشمند کاربرد دارد.

چگالی نزدیک تنگستن به طلا باعث شده که از این عنصر در ساختن شمش‌های تقلبی استفاده کنند. چگالی طلا ۱۹٫۳ گرم بر مترمکعب و چگالی تنگستن ۱۹٫۲۵ گرم بر مترمکعب است.

چکش خواری عنصر طلا

فلزاتی مانند نقره، آهن، پلاتین، طلا و مس انعطاف‌پذیر و چکش‌خوار هستند. طلا چکش خوارترین عنصر در بین تمام فلزات است و قابلیت ساخت نانوسیم‌هایی به عرض یک اتم را دارد. با یک گرم طلا می‌توان ورقی به مساحت یک مترمربع ساخت. یک اونس طلا (تقریبا برابر با ۲۸ گرم) می‌تواند به اندازه ۸۰ کیلومتر به شکل سیمی با ضخامت پنج میکرون کشیده شود.

این عنصر می‌تواند به قدری نازک شود که به شکلی نیمه‌شفاف در آید. از ورقه‌های نیمه‌شفاف طلا به عنوان سپری در برابر پرتوهای فروسرخ و کاهش گرمای نور خورشید در لباس‌های فضایی استفاده می‌کنند. در کلاه فضایی لایه نازک طلا با ضخامت ۰٫۰۰۰۰۵ میلی‌متر برای بازتاب نور به کار رفته است. این لایه به قدری شفاف است که مانع دید فضانوردان نمی‌شود.

رسانایی طلا

طلا مانند سایر فلزات رسانای خوب گرما و الکتریسیته است. رسانایی این عنصر به وجود یک الکترون در لایه بیرونی ۶s نسبت داده می‌شود. این الکترون به قدری از هسته اتم دور است که می‌تواند به راحتی از اتم جدا شود. در فلزات به ترتیب نقره، مس و طلا بهترین رساناهای الکتریکی هستند. درحالی‌که نقره رسانایی بالاتری از مس و طلا دارد، ولی مس به دلیل ارزان بودن و طلا به دلیل استفاده آسان و واکنش‌پذیری بسیار کم، باعث استفاده زیاد این عنصر در تجهیزات الکتریکی شده است.

رنگ طلا

طلا برخلاف بیشتر فلزات که رنگ‌هایی خاکستری یا سفید نقره‌ای دارند رنگ «زردِ مایل به قرمز» (Reddish Yellow) دارد. ترکیب طلا با دیگر عنصرها، آلیاژهای گوناگونی را به وجود می‌آورد که رنگ‌های متفاوتی دارند. به جز مس که رنگ آن قرمز است، سایر فلزاتی که به طلا افزوده می‌شوند سفید یا خاکستری رنگ هستند. رنگ طلای خالص با خلوص ۹۹٫۹٪ یا طلای ۲۴ عیار زردِ مایل به قرمز است.

به طور کلی، طلای ناخالص از نظر رنگ به سه دسته تقسیم می شوند.

• آلیاژهای نقره و مس: نسبت‌های مختلف از این دو عنصر با طلا، طلاهای سفید، زرد، سبز و قرمز را ایجاد می‌کنند. این دسته از آلیاژهای طلا شکل‌پذیر هستند.
• «ترکیبات بین فلزی» (Intermetallic): این دسته از ترکیبات، طلاهای آبی، بنفش و رنگ‌های دیگر را ایجاد می کنند.
• اصلاحات سطحی: بر اثر اکسید لایه‌هایی سطحی طلا، رنگ‌های سیاه تا قهوه‌ای را ایجاد می‌کند.

طلاهای رنگی خلوص کمتری از طلای ۲۴ عیار دارند. نیکل، پالادیم و پلاتین از عناصر سفیدکننده قوی رنگِ طلا هستند. نقره و روی در درجات بعدی قرار می‌گیرند. عناصر کروم و آهن نیز برای تولید طلای سفید مورد استفاده قرار می‌گیرند که به دلیل سختی بیشتر، شکل‌دهی دشوارتری دارند. آلیاژهای طلایِ سفید با کیفیت کم و معمولا کدر با رودیم آبکاری می‌شوند.

خواص شیمیایی طلا

طلا واکنش‌پذیری پایینی دارد و در شرایط استاندارد به شکل جامد است. طلا به شکل آزاد در سنگ‌ها، «رگه‌ها» (Vein) و رسوبات آبرفتی یافت می‌شود و با نقره به شکل «محلول جامد» (Solid Solution) و آلیاژ طبیعی آن با برخی عناصر مانند مس و پالادیم وجود دارد. آرایش الکترونی این عنصر به صورت $$[Xe] 4f^{۱۴} ۵d^{۱۰} ۶s^۱$$ نوشته می‌شود و می‌تواند کاتیون‌های تک و سه‌ظرفیتی در محلول تشکیل دهد. نسبت به سایر فلزهای واسطه واکنش‌پذیری کمتری دارد. طلا بدون اینکه با جیوه واکنش دهد در این عنصر حل شده و تشکیل «ملغمه یا آمالگام» (Amalgam) می‌دهد. طلا همچنین با «آب ژاول یا سدیم هیپوکلریت» $$(NaClO)$$، تیزاب سلطانی و کلر واکنش می‌دهد.

ایزوتوپ طلا

$$^{۱۹۷}Au$$ تنها ایزوتوپ طبیعی و پایدار عنصر طلا است. این فلز ۳۶ ایزوتوپ پرتوزا سنتز شده با جرم اتمی ۱۶۹ تا ۲۰۵ دارد که پایدارترین آن $$^{۱۹۵}Au$$ با نیمه عمر ۱۸۶٫۱ روز و $$^{۱۷۱}Au$$ ناپایدارترین ایزوتوپ، نیمه عمری ۳۰ میکروثانیه‌ای دارد. بیشتر ایزوتوپ‌های این عنصر که جرمی کمتر ۱۹۷ دارند با نشر پروتون و واپاشی آلفا و بتا ($$β^+$$) و ایزوتوپ‌های با جرم اتمی بیشتر از ۱۹۷ همگی با واپاشی $$β^-$$ تجزیه می‌شوند. در این بین تنها ایزوتوپ $$^{۱۹۵}Au$$ با گرفتن الکترون تجزیه می‌شود.

تولید مصنوعی عنصر طلا

یکی از اهداف همیشگی کیمیاگران باستان تبدیل دیگر فلزات کم ارزش به طلا بوده است. سنتر عنصر طلا تا درک دانش فیزیک هسته‌ای ممکن نبود. با به کارگیری راکتور هسته‌ای می‌توان طلا را سنتز کرد اما این عمل بسیار پر هزینه‌تر از مقدار طلایی تولیدی است. «هانتارو ناگائوکا» (Hantaro Nagaoka) برای نخستین بار، با بمباران نوترونی جیوه و «گلن سیبورگ» (Glenn Seaborg) با استفاده از هزاران اتم بیسموت طلا را سنتز کردند.

آیا طلا سمی است ؟

طلای خالص فلزی غیرسمی و غیرتحریک‌کننده است و در بسیاری از نوشیدنی‌ها و خوراکی‌ها نیز استفاده می‌شود. طلا به شکل افزودنی‌های مجاز خوراکی در اتحادیه اروپا با عدد $$E175$$ مشخص می‌شود. عدد E برای شناسایی مواد افزودنی مجاز کاربرد دارد.

برخی از نمک‌های طلا مانند «طلا (I,III) کلرید» ($$Au_4Cl_8$$ | Gold(I,III) Chloride) سمی بوده و به کلیه و کبد آسیب می‌رساند. همچنین نمک‌هایی سیانیدِ طلا مانند «پتاسیم دی‌سیانو اورات» ($$C_2AuKN_2$$ | Potassium Dicyanoaurate) که در آبکاری الکترولیتی استفاده می‌شود از ترکیبات سمی طلا هستند.

ترکیبات عنصر طلا

اگرچه طلا فلزی با واکنش‌پذیری بسیار کم و نجیب‌ترین فلز جدول تناوبی است ولی ترکیبات گوناگونی ایجاد می‌کند. طلا (I) و طلا (III) از رایج‌ترین شکل‌های این عنصر در ترکیبات هستند و حالت‌های اکسایش این فلز از $$-۱$$ تا $$+۵$$ است. طلا (I) یا «یون اورس» (Aurous Ion) با لیگاندهایی مانند «تیواترها» (Thioether)، تیول‌ها و ارگانوفسفین‌ها ترکیب می‌شود. هالیدهای دوتایی طلا (I) زنجیره‌های زیگزاگی به وجود می‌آورند. ترکیب طلا (I) کلرید $$(AuCl)$$ نمونه‌ای از هالیدهای دوتایی است.

طلا (III) یا «اوریک» (Auric) بیشتر به شکل ترکیب طلا (III) کلرید $$(AuCl_3)$$ شناخته می‌شود. عنصر طلا و اکسیژن در هیچ دمایی با یکدیگر واکنش نمی‌دهند. این فلز همچنین تا دمای ۱۰۰ درجه سلسیوس با ازون واکنشی نمی‌دهد. طلا در شرایط مختلف و در دماهای بالا با هالوژن‌ها وارد واکنش شده و ترکیباتی را تشکیل می‌دهد.

طلا معمولاً به شکل فلز است اما در طبیعت کانی‌های این فلز در رگه‌های کوارتز نیز وجود دارد برخی از کانی‌های طلا در جدول زیر فهرست شده‌اند.

انواع طلا

ترکیب طلا با فلزاتی مانند نقره، مس، پالادیم، گالیم، آلومینیم و غیره انواع مختلفی از طلا را به وجود می‌آورد.

طلای ۲۴ عیار

عنصر طلا با خلوص بیش از ۹۹٫۷ درصد به طلای ۲۴ عیار معروف است. طلای ۲۴ عیار شکل خالص این عنصر است و بسیار نرم و شکننده است.

طلای سفید

«طلای سفید» (White Gold) از آلیاژهای طلا است که دست‌کم با فلزی سفید رنگ مانند نیکل، نقره و پالادیم ترکیب شده باشد. ویژگی‌های طلای سفید مانند نرمی، سختی و استحکام آن، با توجه به عنصر افزوده شده در آلیاژ متفاوت است و کاربردهای مختلفی دارد. طلای سفید با آلیاژ نیکل، سختی و استحکام بالایی دارد و برای ساخت حلقه و سنجاق به کار می‌رود.

آلیاژ طلا-پالادیم نرم و شکل‌پذیر است و انعطاف‌پذیری بالایی دارد و در ساخت جواهرات با سنگ‌های قیمتی استفاده می‌شود. برای افزایش ماندگاری این آلیاژ به آن فلزاتی مانند مس، نقره و پلاتین افزوده می‌شود. اصطلاح طلای سفید برای آلیاژهای این فلز با رنگ‌های زرد کم رنگ، قهوه‌ای شفاف نیز کاربرد دارد که در صنعت جواهرسازی چنین آلیاژهای با روکشی از رودیم پوشش داده می‌شوند.

به طول معمول طلای سفید با درصد وزنی ۹۰ به ۱۰ از طلا و نیکل ساخته می‌شود. به دلیل سختی نیکل برای افزایش شکل‌پذیری و نرمی این آلیاژ به آن مس اضافه می‌کنند. در صنعت جواهرسازی، رایج‌ترین آلیاژهای مورد استفاده طلا- پالادیم- نقره و طلا- نیکل- مس- روی هستند. پالادیم و نیکل عناصر اصلی برای سفید رنگ شدن طلا و از روی برای کاهش رنگ مس استفاده می‌شود.

استفاده طولانی مدت از طلای سفید به دلیل وجود نیکل، در بعضی افراد می‌تواند باعث ایجاد آلرژی و بیمارهای پوستی مانند «راش» (Rash) شود.

طلای زرد

«طلای زرد» (Yellow Gold) آلیاژ دیگری است که از ترکیب طلا، نقره و مس ایجاد می‌شود. ترکیب دو نوع از طلای زرد ۱۸ عیار به ترتیب زیر است:

• طلای زرد روشن: ۷۵٪ طلا، ۱۲٫۵٪ مس، ۱۲٫۵٪ نقره
• طلای زرد تیره: ۷۵٪ طلا، ۱۵٪ مس، ۱۰٪ نقره

طلای سبز

«طلای سبز» (Green Gold) یا «الکتروم» (Electrum) آلیاژی طبیعی از طلا و نقره است که رنگی زرد مایل به سبز دارد. گاهی برای ایجاد رنگ سبز در این آلیاژ از عنصر سمی کادمیم استفاده می‌کنند. ترکیب آلیاژ طلای سبز عبارت است از:

• سبز تیره : ۷۵٪ طلا، ۱۵٪ نقره، ۶٪ مس و ۴٪ کادمیم

طلای آبی

«طلای آبی» (Blue Gold) آلیاژ طلا و گالیم یا ایندیم است. آلیاژ طلا و ایندیم با فرمول شیمیایی $$AuIn_2$$ ترکیبی میان‌فلزی از ۴۶٪ طلا و ۵۴٪ ایندیم تشکیل شده است. آلیاژ طلا و گالیم $$(AuGa_2)$$ تنها ۵۸٫۵٪ طلا دارد. نقطه ذوب $$AuIn_2$$ برابر با ۵۴۱ سلسیوس و برای $$AuGa_2$$ برابر با ۴۹۲ سلسیوس است. آلیاژ طلا و گالیم رنگ آبی کمرنگ‌تری داشته و نسبت به آلیاژ طلا و ایندیم شکننده‌تر است.

با اصلاح سطح طلا از لایه اکسیدی برای ایجاد طلای آبی شامل ۷۵٪ طلا، ۲۴٫۴٪ آهن و ۰٫۶٪ نیکل استفاده می‌کنند. این لایه اکسیدی در دمای ۴۵۰ تا ۶۰۰ درجه سلسیوس تشکیل می‌شود. همچنین با افزودن عناصر روتنیم و رودیم در عملیات حرارتی با دمای ۱۸۰۰ درجه سلسیوس طلای آبی با رنگ یاقوت کبودِ سیر تولید می‌شود.

طلای بنفش

«طلای بنفش» (Purple Gold) که همچنین با نام‌های طلای ارغوانی و «آمیتیست» (Amethyst) هم شناخته می‌شود از آلیاژهای طلا و آلومینیم است. آلیاژ $$AuAl_2$$ حدود ۷۹ درصد طلا دارد و طلایی ۱۸ عیار است. طلای بنفش از دیگر آلیاژهای طلا، شکنندگی بیشتری دارد و هنگام استفاده برای «اتصال سیمی» (Wire Bonding) در ریزتراشه‌ها مشکلاتی ایجاد می‌کند. به همین دلیل در کاربردهای صنعت الکترونیک به‌تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. $$Al_{11}Au_6$$ ساختاری نزدیک به $$AuAl_2$$ دارد. $$AuAl$$ حاوی ۸۸ درصد طلا است. $$Au_5Al_2$$ به دلیل رسانایی ضعیف و مشکلاتی که در وسایل الکتریکی ایجاد می‌کند به «طاعون سفید» (White Plague) شهرت دارد.

طلای سرخ

«طلای سرخ» (Red Gold) که همچنین با نام‌های طلای صورتی و «رزگلد» (Rose Gold) نیز شناخته می‌شود، آلیاژی از طلا و مس است. طلای قرمز به دلیل رواج آن در روسیه با نام طلای روسی نیز نامیده می‌شود. این آلیاژ در جواهرسازی استفاده فراوان دارد و معمولاً در ساخت حلقه‌های ازدواج و دستبندها به کار می‌رود.

تفاوت بین طلای قرمز، رز و صورتی به میزان مس استفاده شده در این آلیاژ بستگی دارد. هر چه درصد مس بیشتر باشد رنگ آلیاژ قرمزتر و هرچه مس کمتری در آلیاژ باشد به رنگی صورتی نزدیک می‌شود. ترکیب برخی از رایج‌ترین آلیاژهای طلای قرمز عبارتند از:

• طلای قرمز ۱۸ عیار: ۷۵٪ طلا، ۲۵٪ مس
• رزگلد ۱۸ عیار: ۷۵٪ طلا، ۲۲٫۲۵٪ مس، ۲٫۷۵٪ نقره
• طلای صورتی ۱۸ عیار: ۷۵٪ طلا، ۲۰٪ مس، ۵٪ نقره
• طلای قرمز ۱۴ عیار: ۵۸٪ طلا و ۴۲٪ مس
• طلای قرمز ۱۲ عیار: ۵۰٪ طلا و ۵۰٪ مس

برای کاهش رنگ مس در آلیاژهایی با درصد بالایی از این فلز تا ۱۵ درصد فلز روی استفاده می‌شود تا رنگ آن زرد مایل به قرمز یا زرد تیره شود.

طلای سیاه

«طلای سیاه» (Black Gold) بیشتر در صنعت جواهرسازی کاربرد دارد و به روش‌های گوناگونی ساخته می‌شود که برخی از این روش‌ها در زیر آمده است.

• «پتینه کردن» (Patination) با استفاده از ترکیبات حاوی گوگرد و اکسیژن
• لایه‌نشانی بخار شیمیایی با کمک پلاسما، شامل کربن آمورف
• اکسایش کنترل شده طلا، حاوی کروم یا کبالت (مثلا: ۷۵٪ طلا، ۲۵٪ کبالت)

رنگ‌های قهوه‌ای تا سیاه با استفاده از پتاسیم سولفید $$(K_2S)$$ رویِ آلیاژ طلا با درصد بالایی از مس، تولید می‌شود. آلیاژ شامل ۷۵٪ طلا، ۱۵٪ کبالت، ۱۰٪ کروم، رنگی زیتونی دارد که به دلیل اکسید سطحی حاوی کروم (III) اکسید $$(Cr_2O_3)$$ است. سطح رویِ این آلیاژ ۵ برابر از آلیاژ طلا و کبالت نازکتر بوده و در برابر سایش مقاوم‌تر است.

همچنین با استفاده از فناوری پیشرفته «لیزر فمتوثانیه» (Femtosecond Laser) و تغییر سطح طلا موجب می‌شوند این سطح تمام نور دریافتی را جذب کند و رنگ «سیاه سیر» (Deep Black) ایجاد کند.

طلای خاکستری

«طلای خاکستری» (Grey Gold) آلیاژ طلا و پالادیم است.

طلای کلوئیدی

«طلای کلوئیدی» (Colloidal Gold) به نانوذرات طلا به شکل سل یا کلوئید در سیالی مانند آب گفته می‌شود. «سُل» (Sol)، ذرات جامد بسیار ریز در محیط‌های مایع همگن است. طلای کلوئیدی با رنگ قرمز شرابی آن مشخص می‌شود که به دلیل اندازه بسیار کوچک ذرات طلا است و از زمان‌های قدیم برای رنگ‌آمیزی شیشه و چینی استفاده می شده است. رنگ طلای کلوئیدی ارتباط مستقیمی با اندازه ذرات طلا دارد که برای ذرات کروی کمتر از ۱۰۰ نانومتر رنگ قرمز شرابی و برای ذرات کروی بزرگتر یا نانومیله‌ها بنفش رنگ است.

«نانوذرات طلا» $$(Au NP)$$ به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد تشخیص نوری، الکترونیکی و مولکولی خود، در زمینه‌های گوناگونی از جمله میکروسکوپ الکترونی، الکترونیک، نانوفناوری، علم مواد و زیست‌پزشکی کاربردهای گسترده‌ای دارند.

آلیاژ طلا

استفاده از طلای خالص به دلیل نرمی بالایی که دارد در جواهرسازی و صنعت ممکن نیست و همیشه فلزات دیگری مانند مس، نقره، نیکل، پالادیم و روی به آن افزوده می‌شود. درصد فلزات مختلف در آلیاژهای طلا با توجه به عیاری که دارند متفاوت است. در جدول زیر برخی از آلیاژهای طلا همراه با ترکیب شیمیایی عناصر تشکیل دهنده هر کدام فهرست شده‌اند.

افزودن پالادیم به طلا موجب افزایش نقطه ذوب، استحکام و سختی می‌شود. آلیاژ طلا-پالادیم در جواهرسازی و دندان‌پزشکی استفاده می‌شود. آلیاژهای طلا به‌طور کلی استحکام و سختی بیشتر و چکش‌‌خواری و شکل‌پذیری کمتری دارند.

آلیاژ طلا و نقره

فلزات طلا و نقره در نسبت‌های مختلفی با هم ترکیب شده و آلیاژهایی با سختی بیشتر ایجاد می‌کنند. سخت‌ترین آلیاژ طلا و نقره با نسبت دو به یکِ طلا و نقره ساخته می‌شود. اضافه شدن نقره حتی به مقدار بسیار کم به طلا موجب تغییر رنگ آن می‌شود. نیتریک اسید و سولفوریک اسید می‌توانند آلیاژ طلا و نقره را در خود حل کنند. در صورتی که مقدار نقره در آلیاژ بیش از ۶۰ درصد باشد، به‌طور کامل در این دو اسید حل می‌شود.

آلیاژ طلا و مس

آلیاژ طلا و مس که با نام «تومباگا» (Tumbaga) نیز شناخته می‌شود ترکیبی از فلزات طلا و مس است. این آلیاژ نقطه ذوبی کمتر از عناصر سازنده خود دارد و از مس سخت‌تر است. از سیتریک اسید برای جدا کردن مس روی سطح آلیاژ و طلایی شدن رنگ آن استفاده می‌کنند.

آلیاژ طلا تیتانیوم

«طلای تیتانیوم» (Titanium Gold | Ti-Au, Au-Ti) به آلیاژ فلزهای تیتانیم و طلا گفته می‌شود که در دندانپزشکی، سرامیک و جواهرات کاربرد دارد. تیتانیم به دلیل سختی، مقاومت در برابر سایش و سازگاری زیستی با بدن، جایگزینی برای استخوان در نظر گرفته شده است. آلیاژ طلای تیتانیم سه برابر از فولاد و چهار برابر از فلز تیتانیم سخت‌تر است. این آلیاژ همچنین نسبت به تیتانیم خالص سازگاری زیستی و در برابر سایش مقاوم‌تر است.

کاربرد طلا چیست ؟

حجم زیادی از طلا برای ساخت جواهرات به کاربرد می‌رود. در سال‌های اخیر استفاده از طلا در صنعت الکترونیک به دلیل کاربرد وسایل الکترونیکی گوناگون رشد سریع و زیادی داشته است. از طلا به شکل‌های مختلفی مانند پودر، گلوله، گرانول، ورق و نانوذرات استفاده می‌شود.

در صنعت جواهرسازی، در ساخت جواهرات و سنگ‌های قیمتی به دلیل نرمی طلای خالص از آلیاژهای طلا استفاده می‌کنند. طلای سفید که از افزودن عناصر مختلفی به طلا تولید می‌شود نسبت به نقره خالص یا نقره استرلینگ (آلیاژ نقره و مس) مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارد. طلا در ساخت ابزاری مانند ساعت، وسایل پذیرایی و تزئینی، آثار هنری، پوشاک و غیره کاربرد دارد. روکش طلا یا پودر آن در برخی خوراکی‌ها به ویژه شیرینی‌ها و نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود.

دیگر کاربردهای طلا عبارتند از:

• عامل رنگ قرمز در ساخت «شیشه کرنبری» (Cranberry Glass)
• استفاده از تونرهای طلایی در چاپ عکس برای تغییر رنگ سیاه سفید به رنگ‌های قهوه‌ای یا آبی
• ساخت «لوح فشرده طلایی» (Gold Compact Disc)
• محافظت موتورِ خودروهای فرمول یک در برابر حرارت
• استفاده در پنجره‌های کابین هواپیما به شکل نیمه‌شفاف برای جلوگیری از یخ‌زدگی
• «کاتالیز ناهمگن طلا» (Heterogeneous Gold Catalysis) به شکل نانوذرات

طلا در الکترونیک

میزان استفاده از طلای تولیدی در صنعت حدود ۱۰ درصد است که مهم‌ترین کاربرد آن در صنعت الکترونیک است. مقاومت در برابر خوردگی، رسانای الکتریکی، شکل‌پذیری و سمی نبودن، مزیت‌های استفاده از طلا در صنعت است.

از طلا در این صنعت برای ساخت «اتصال‌دهنده‌های الکتریکی» (Electrical Connectors) در رایانه‌ها و دیگر دستگاه‌های الکتریکی مانند تجهیزات ارتباطی، فضاپیماها، موتورهای هواپیمای جت استفاده می‌شود. برای نمونه در ساخت یک دستگاه تلفن همراه معمولی حدود ۵۰ میلی‌گرم طلا استفاده می‌شود.

ویژگی‌هایی مانند رسانایی خوب و مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی در محیط‌های غیر کلری موجب شده است که از این عنصر به‌طور گسترده جهت پوشش تجهیزات اتصالات الکتریکی استفاده کنند. در ساخت اتصالاتِ کابل‌های الکترونیکی مانند کابل‌های صوتی، تصویری و «گذرگاه سریال عمومی» (USB) استفاده می‌شود. سیم‌های بسیار ظریف طلا با استفاده از فرایند بندزنی سیمی در اتصال قطعات نیم‌رساناها کاربرد دارند.

طلا، نقره و مس به دلیل رسانایی بالایی که دارند به‌طور عمده برای سیم‌کشی برق و انتقال جریان الکتریسیته استفاده می‌شوند که مزیت طلا نسبت به نقره و مس مقاومت در برابر خوردگی است.

طلا در پزشکی

استفاده دارویی طلا به شکل فلز از دوران باستان رواج داشته است. در سده ۱۹ میلادی از این فلز برای درمان اضطراب، اختلالات عصبی، افسردگی، صرع، میگرن، «آمنوره» (Amenorrhea)، «ناتوانی جنسی» (Impotence) و اعتیاد به الکل استفاده می‌شد.

در حقیقت عنصر طلا با هیچ‌یک از مواد شیمیایی موجود در بدن واکنش نمی‌دهد و نسبت به آن‌ها بی‌اثر است و تنها نمک‌ها و ایزوتوپ‌های آن ارزش دارویی دارند. برای مثال اسید معده هیچ اثری روی طلا ندارد.

برخی از نمک‌های طلا ویژگی ضدالتهابی دارند. دو نمک که در زیر آورده شده از جمله نمک‌های عنصر طلا هستند که برای درمان روماتیسم مفصلی استفاده می‌شود.

• «سدیم اوروتیومالات» ($$C_4H_4AuNaO_4S$$ | Sodium Aurothiomalate)
• «اورانوفین» ($$C_{20}H_{34}AuO_9PS$$ | Auranofin)

تصویربرداری پزشکی

برای مشاهده نمونه‌های زیست شناختی یا بیولوژیکی و دیگر مواد نارسانا مانند پلاستیک و شیشه در «میکروسکوپ الکترونی روبشی» (Scanning electron Microscope | SEM) از پوشش‌های نازک طلا استفاده می‌کنند. طلا هنگام تابش، «الکترون‌های ثانویه» (Secondary Electrons) زیادی تولید می‌کند. الکترون‌های ثانویه که انرژی کمی دارند از منابع سیگنالی میکروسکوپ الکترونی روبشی هستند. انتشار این الکترون‌ها، نتیجه برخورد ذرات باردار مانند الکترون یا یون در یک لوله خلاء به سطح فلز است.

تشخیص سریع

طلای کلوئیدی در روش «برچسب‌گذاری یا رنگ‌آمیزی ایمونوگلد» (Immunogold labeling | IGS) در میکروسکوپ الکترونی برای تشخیص سریع یا «ایمونواسی» (Immunoassay) کاربرد دارند. با استفاده از این روش، ذرات طلای کلوئیدی پوشیده شده با پادتن‌هایِ ویژه با ویژگی جذب سطحیِ مولکول‌های پروتئین، می‌توانند حضور و موقعیت پادگن یا آنتی‌ژن‌ها بر روی سطوح سلول‌ها را کاوش کنند. این ذرات در بافت‌های بسیار حساس به شکل نقاطی متراکمی در جایی که آنتی‌ژن‌ها حضور دارند با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده هستند.

در پزشکی هسته‌ای از ایزوتوپ $$^{۱۹۸}Au$$ که نیمه عمر آن تنها ۲٫۷ روز است برای درمان برخی سرطان‌ها استفاده می‌کنند. در پژوهش‌های سرطانی برای تشخیص تومورها با استفاده از «طیف‌سنجی رامان ارتقا یافته سطحی» (Surface-enhanced Raman Spectroscopy | SERS) از نانوذرات کلوئیدی استفاده می‌کنند.

دارورسانی

از نانوذرات طلا در «دارورسانی» (Drug Delivery) برای بهینه‌سازی و بهبود هدفمند توزیع زیستی داروها در اندام‌ها، بافت‌ها یا سلول‌ها استفاده می‌شود. دارورسانی شامل اهداف دارویی ناپایدار مانند، پروتئین‌ها، تومورها، اندامک‌های درون سلولی، موقعیت‌هایی با دسترسی سخت مانند مغز، شبکیه و داروهایی با عوارض جدی مانند ضدسرطان‌ها است.

ژن درمانی با عنصر طلا

نانوذرات طلا در ژن درمانی که از روش‌های درمان بیماری از طریق ترمیم ژن‌های معیوب است استفاده می‌شود.

فتوترمال درمانی

نانومیله‌های طلا در پژوهش‌های «فتوترمال درمانی» (Photothermal Therapy | PTT) به‌عنوان عوامل فتوترمال استفاده شده‌اند. در این روش درمانی از تابش الکترومغناطیسی که معمولاً در طول موج‌های فروسرخ است برای درمان بیماری‌های مختلف از جمله سرطان استفاده می‌شود. در شکل زیر کارایی درمانی $$AuNC@SiO_2$$ برای درمان تومورهای پروستات با تابش لیزر فروسرخ نمایش داده شده است.

بیوسنسور

استفاده از نانوذرات طلا در حسگرهای زیستی موجب افزایش پایداری، حساسیت و گزینش‌پذیری آن‌ها می‌شود. این نوع از سنسورها به دو گروه اصلی حسگرهای زیستی نوری و الکتروشیمیایی تقسیم می‌شوند. در حسگرهای الکتروشیمیایی داده‌های زیستی به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شود.

طلا در دندانپزشکی

چکش‌خواری نسبتاً خوب آلیاژهای طلا و بی‌اثر بودن این عنصر موجب استفاده از آن در دندانپزشکی شده است. عنصر طلا در دندانپزشکی برای ترمیم و روکش دندان به کار می‌رود.

کاربرد طلا در لباس فضانوردان

طلا به خوبی پرتوهای الکترومغناطیسی مانند فروسرخ، مرئی و امواج رادیویی را بازتاب می‌دهد. از این ویژگی طلا برای پوشش محافظِ ماهواره‌ها، در لباس‌های محافظ حرارتی و کلاه فضانوردان، تجهیزات جنگ الکترونیک استفاده می‌شود.

طلا در گوشی موبایل

در ساخت تلفن‌های هوشمند مقادیر کمی طلا، نقره و مس به کار می‌رود.

تولید طلا

تا سال ۲۰۰۶ کشور آفریقای جنوبی بزرگترین تولیدکننده و منبع طلا در جهان بود و ژوهانسبورگ بزرگترین شهر این کشور به خاطر کشف معدن‌های طلا در سال ۱۸۸۶ تأسیس شد. از سال ۲۰۰۷ تاکنون چین بزرگترین تولیدکننده طلا در جهان است.

در جدول زیر ۱۰ کشور که بیشترین تولید طلای جهان در سال ۲۰۲۱ را داشته اند فهرست شده است.

استخراج طلا

استخراج طلا شامل اکتشاف، حفاری، زمین‌شناسی، پالایش و تصفیه برای استخراج طلا از معادن این فلز است. منابع عنصر طلا برای استخراج به شکل روباز، زیر زمین و آبفرتی هستند. فرایند استخراج طلا شامل مراحل کلی زیر می‌شود.

• کشف معدن: کشف معدن ممکن است بین ۱ تا ۱۰ سال زمان ببرد و برای آن نیاز به منابع مالی و به‌کارگیری کارشناسانی در رشته‌های جغرافیا، زمین‌شناسی، شیمی و مهندسی دارد. کمتر از ۰٫۱٪ از معدن‌های کشف شده پتانسیل توسعه و استخراج دارند.
• توسعه معدن: توسعه معدن دومین مرحله استخراج طلا است. برای توسعه معدن به برنامه‌ریزی، ساخت معدن و زیرساخت‌های لازم نیاز است.
• عملیات استخراج: عملیات استخراج عنصر طلا، شامل حفاری معدن، فرآوری طلا و تبدیل سنگ معدن استخراج شده به آلیاژ فلزی با خلوص ۶۰ تا ۹۰ است.
• بستن معدن: پس از پایان استخراج و فعالیت معدن عملیات بستن معدن و بازسازی زمین صورت می‌گیرد.
• احیا: پس از بسته شدن معدن، باید محیط از آلودگی‌ها پاکسازی شده و پوشش گیاهی و خاک تا حد امکان و به ثبات رسیدن احیا می‌شود.

استخراج طلا از سنگ معدن خود شامل خرد کردن، فرآوری مواد معدنی و به‌کارگیری فرآیندهای «هیدرومتالورژی» (Hydrometallurgy) و «پیرومتالورژی» (Pyrometallurgy) روی سنگ‌های معدن استخراج شده است. استخراج طلا از منابع سنگ‌های آبرفتی با روش‌هایی «پلاسر» (Placer) صورت می‌گرفت. در «استخراج هیدرولیکی» (Hydraulic Mining) از فشار آب برای شکستن رسوبات آبرفتی استفاده می‌شود.

سیانیداسیون عنصر طلا

پیش از فرایند سیانیداسیون یا استفاده از سیانور برای استخراج طلا از سنگ معدن‌هایی با عیار پایین، سنگ‌های استخراج شده نیاز به پیش‌تصفیه دارند و پردازش یا آماده‌سازی می‌شوند. پردازش این سنگ‌ها، شامل آسیاب، تغلیظ، «تشویه» (Roasting) و اکسایش تحت فشار است.

در این روشِ استخراج، محلول سدیم سیانید $$(NaCN)$$ با سنگ‌های آسیاب شده مخلوط شده و سپس طلا سیانید $$(CAuN)$$ جداسازی می‌شود. برای رسوب طلای باقی‌مانده به آن روی $$(Zn)$$ اضافه می‌شود و سپس فلز روی با سولفوریک اسید حذف شده و طلا جدا می‌شود.

استخراج عنصر طلا با جذب کربن

با استفاده از ماتریس متخلخل «کربن فعال» (Activated Carbon) و جذب طلا در آن، عملیات استخراج صورت می‌گیرد. برای جداسازی طلای جذب شده در ماتریس کربن از محلول قوی سدیم هیدروکسید $$(NaOH)$$ و سیانور برای «شویش» (Elution) استفاده می‌شود.

فرایند جیوه برای عنصر طلا

استخراج طلا در اندازه کوچک با استفاده از جیوه و تشکیل آمالگام جیوه-طلا صورت می‌گیرد اما به دلیل آلودگی جیوه در مقیاس بزرگ استفاده از این روش متوقف شده است.

آلودگی استخراج عنصر طلا

برای استخراج تنها ۱۰ گرم طلا به ۵ تن سنگ معدن طلا نیاز است. فرایند حفاری زمین، به کارگیری ماشین آلات سنگین برای حمل و نقل و استفاده از مواد شیمیایی مانند جیوه و سیانور موجب آسیب رساندن به محیط زیست می‌شوند. محیط زیستِ معادن استخراج طلا به دلیل ساخت سد روی رودخانه‌ها، جنگل‌زدایی و حذف کوه‌ها آسیب‌های زیادی می‌بیند.

بازیافت طلا

بازیافت طلا می‌تواند با کاهش آسیب‌ها به محیط زیست کمک بیشتری کند. برای استخراج یک کیلوگرم طلا به مقدار ۱۶ تن کربن دی‌اکسید وارد جو می‌شود. در حالیکه بازیافت همان مقدار طلا تنها ۵۳ کیلوگرم کربن دی‌اکسید تولید می‌کند. برای بازیافت طلا از منابع گوناگونی مانند جواهرات قدیمی، طلای استفاده شده در دندانپزشکی و از همه مهم‌تر در تجهیزات برقی کهنه و آسیب دیده، اتصالات صنعتی و همچنین ضایعات الکتریکی استفاده می‌شود. در دندان‌پزشکی برای ترمیم و روکش دندان از طلا و آلیاژهای آن که حاوی نقره، پلاتین و پالادیم هستند استفاده می‌شود. در برخی موارد مقدار طلای استفاده در این آلیاژها تا ۹۰٪ است.

زباله یا دورریختنی الکتریکی در حال حاضر از مهم‌ترین منابع بازیافت عنصر طلا هستند. در بیشتر وسایل برقی در تلفن‌های همراه، کامپیوترها یا اتومبیل‌ها برای بهبود هدایت الکتریکی از مقدار کمی طلا استفاده می‌شود. برای مثال مقدار طلایی که از ۴۰ گوشی تلفن همراه قدیمی بازیافت می‌شود برابر با استخراج طلا از یک تن سنگ معدن است. از یک تن مدار کامپیوتر بیش از ۲۰۰ گرم طلا بازیافت می‌شود. تخمین زده می‌شود که حدود ۱۶٪ طلا و ۲۲٪ نقره جهان در صنعت فناوری ژاپن استفاده می‌شود. ژاپن در المپیک ۲۰۲۰ برای ساخت مدال‌های المپیک از طلا و نقره بازیافت شده از تلفن‌های هوشمند و وسایل الکترونیکی استفاده کرد.

معدن طلا

تا سال ۲۰۲۰، مقدار طلای موجود در پوسته زمین حدود ۲۰۱۲۹۶ تن تخمین زده شده است. «معدن مورونتاو» (Muruntau Mine) بزرگترین معدن روباز طلای جهان از نظر تولید است که در صحرای قزل‌قوم ازبکستان قرار دارد. این معدن ۳٫۳ کیلومتر طول، ۲٫۵ کیلومتر عرض و ۶۰۰ متر عمق دارد. بر اساس تخمین‌ها، طلای موجود در این معدن ۱۵۰ میلیون اونس (حدود ۴۳۰۰ تن) است.

در جدول زیر بزرگترین معادن طلا بر اساس تولید فهرست شده‌اند.

عمیق‌ترین معدن‌های طلا که همگی در کشور آفریقای جنوبی هستند در جدول زیر فهرست شده‌اند. معدن طلای «امپونگ» (Mponeng) عمیق‌ترین معدن طلا در جهان، بیش از ۴ هزارمتر عمق دارد.

طلا در ایران

مجموع ذخایر معادن طلا در ایران ۳۲۰ تن تخمین زده می‌شود. معدن طلای زرشوران در آذربایجان غربی بزرگترین معدن فعال استخراج طلا و معدن طلای مادافتی در استان سیستان و بلوچستان بزرگترین معدن کشف شده در ایران هستند.

معدن‌های شناخته شده طلا در ایران در جدول زیر فهرست شده اند.

مصرف طلا

در طول تاریخ، در فرهنگ‌ها و تمدن‌های مختلف طلا به عنوان نمادی از قدرت، زیبایی و اعتبار شناخته شده است. این فلز عنصری تقریباً کمیاب و بسیار ارزشمند بوده که برای ضرب سکه، ساخت جواهرات و اشیا قیمتی کاربرد داشته است. در دوران معاصر بیشترین مصرف طلا برای ساخت با ارزش‌ترین اشیا مانند جواهرات، سکه، مدال‌های ورزشی، جوایز هنری، جام‌های فوتبال و غیره استفاده می‌شود.

بیشترین مصرف عنصر طلا در جهان به ترتیب در زمینه‌های زیر است:

• جواهرات: حدود ۸۰ درصد از طلای استخراج شده یا بازیافتی در جهان برای ساخت جواهرات به کار می‌رود.
• پول: از دیرباز استفاده از سکه‌های طلا برای معاملات رایج بوده است. امروزه از طلا به عنوان جایگزین پول به شکل سکه و شمش استفاده می‌شود. تا سال ۱۹۳۰ از طلا برای یکای اندازه‌گیری اقتصاد استفاده می‌شد.
• صنعت الکترونیک: از مهم‌ترین موارد مصرف طلا در صنعت، ساخت وسایل الکترونیکی است و تقریباً در اتصالات هر وسیله الکترونیکی از این فلز استفاده می‌کنند.
• دندان‌پزشکی: آلیاژهای طلا به دلیل عملکرد عالی و حساسیت‌زا نبودن آن برای پر کردن، روکش، «پل دندان» (Bridge) و ارتودنسی دندان کاربرد دارد.
• صنعت هوافضا: از طلا به دلیل خواص بی نظیری که دارد برای ساخت انواع وسایل فضایی مانند فضاپیماها، تلسکوپ‌ها، ماهواره‌ها استفاده می‌شود.

در بیشتر کشورها با توجه به وضعیت اقتصادی، طلا به عنوان تنها سرمایه و ذخیره با ارزش خرید و فروش می‌شود. سرمایه‌گذاری در بازار طلا به شکل جواهرات، زیورآلات، سکه یا شمش طلای خام است. چین به عنوان بزرگترین تولید کننده طلا، بیش از دو سوم تولیدِ طلایِ خود را مصرف می‌کند. هند دومین کشور مصرف‌کننده این فلز در جهان، معادن طلای ناچیزی دارد و بیشتر طلای مصرفی در این کشور به شکل وارداتی است. بیشترین مصرف طلا در هند برای جواهرات و اشیا زینتی است.

قیمت طلا

قیمت طلا و سایر فلزات گران‌بها با استفاده از «وزن تروا» (Troy Weight) و گرم سنجیده می‌شود که به عیار و میزان خلوص آن بستگی دارد. طلا در طول تاریخ به صورت پول در داد و ستدهای تجاری مورد استفاده بوده است. از سال ۱۹۱۹ رایج‌ترین معیار قیمت‌گذاری طلا «گلد فیکس» (Gold Fix) لندن است که عوامل گوناگونی چون رویدادها، افزایش تقاضا و وضعیت اقتصاد داخلی کشورها بر آن تاثیر می‌گذارد. سکه و شمش طلا از رایج‌ترین شکل‌های مورد استفاده در خرید و فروش طلا هستند.

سوالات متداول

در این بخش به برخی از پرسش‌های رایج در مورد این عنصر و ویژگی‌ها آن پاسخ داده شده است.

آلیاژ طلا از چه فلزاتی تشکیل شده است ؟

آلیاژهای طلا از فلزات گوناگونی ساخته می‌شود. نقره و مس از پرکاربردترین فلزها در ساخت آلیاژهای طلا هستند. علاوه بر این دو فلز فلزاتی مانند روی، پلاتین، نیکل، پالادیم، آهن، کادمیم و آلومینیم در ساخت آن‌ها استفاده می‌شود.

جدول رسانایی الکتریکی فلزات به ترتیب چیست ؟

رسانایی به توانایی یک عنصر برای انتقال الکترون اشاره دارد. نقره رساناترین فلز است و پس از آن مس و طلا قرار دارند. نقره همچنین دارای بالاترین رسانایی حرارتی در بین عنصرها و بالاترین بازتاب نور است. چهار فلز با بیشترین رسانایی به ترتیب عبارتند از:

1. نقره
2. مس
3. طلا
4. آلومینیم

طلا عنصر است یا ترکیب ؟

طلا یکی از عنصرهای شیمیایی با عدد اتمی ۷۹ است.

نماد شیمیایی عنصر طلا چیست؟

طلا در جدول تناوبی با نماد $$Au$$ نمایش داده می شود. این نماد از واژه رومی «aurum» به معنای «درخشان» گرفته شده است.

بالاترین عیار طلا چیست ؟

بالاترین عیار طلا برای سنجش خلوص طلا، ۲۴ در نظر گرفته شده است و به طلایی به این درجه از خلوص، طلای ۲۴ عیار گفته می‌شود.

اونس طلا چیست ؟

اونس از واحدهای اندازه‌گیری جرم است که با نماد «Oz» نمایش داده می‌شود. یک اونس برابر با ۲۸٫۳۴۹۵۲۳۱۲۵ گرم است.