Ako vzniká zlato? Pôvod a proces

Prírodné zlato vzniklo pred zrodom slnečnej sústavy. didyk / Getty Images

Zlato je a chemický prvok ľahko rozpoznateľné podľa žltej metalickej farby. Je cenný pre svoju vzácnosť, odolnosť voči korózii, elektrickú vodivosť, kujnosť, ťažnosť a krásu. Ak sa spýtate ľudí, odkiaľ zlato pochádza, väčšina odpovie, že ho získavate z bane, rýľujte vločky v potoku alebo ho získavate z morskej vody. Skutočný pôvod prvku však predchádza vzniku Zeme.

Kľúčové poznatky: Ako vzniká zlato?

• Vedci sa domnievajú, že všetko zlato na Zemi vzniklo pri zrážkach supernov a neutrónových hviezd, ku ktorým došlo pred vytvorením slnečnej sústavy. Pri týchto udalostiach sa zlato vytvorilo počas r-procesu.
• Zlato kleslo do zemského jadra počas formovania planéty. Dnes je prístupný len kvôli bombardovaniu asteroidmi.
• Teoreticky je možné tvoriť zlato jadrovými procesmi fúzie, štiepenia a rádioaktívneho rozpadu. Pre vedcov je najjednoduchšie premeniť zlato bombardovaním ťažším prvkom ortuť a produkciou zlata prostredníctvom rozkladu.
• Zlato sa nedá vyrobiť chémiou ani alchýmiou. Chemické reakcie nemôžu zmeniť počet protónov v atóme. Protónové číslo alebo atómové číslo definuje identitu prvku.

Prirodzená tvorba zlata

Zatiaľ čo jadrovej fúzie v Slnku vytvára veľa prvkov, Slnko nemôže syntetizovať zlato. Značná energia potrebná na výrobu zlata vzniká iba vtedy, keď hviezdy explodujú v a supernova alebo kedy zrážky neutrónových hviezd . V týchto extrémnych podmienkach sa ťažké prvky tvoria prostredníctvom rýchleho procesu zachytávania neutrónov alebo r-procesu.

Supernova má dostatok energie a neutrónov na syntézu zlata. Gremlin / Getty Images

Kde sa vyskytuje zlato?

Všetko zlato nájdené na Zemi pochádzalo z trosiek mŕtvych hviezd. Ako sa Zem formovala, ťažké prvky ako napr železo a zlato klesalo smerom k jadru planéty. Ak by k inej udalosti nedošlo, v zemskej kôre by nebolo žiadne zlato. Ale asi pred 4 miliardami rokov bola Zem bombardovaná dopadmi asteroidov. Tieto nárazy rozvírili hlbšie vrstvy planéty a vtlačili do nej trochu zlata plášť a kôra.

Trochu zlata možno nájsť v horninových rudách. Vyskytuje sa ako vločky, ako napr čistý natívny prvok a so striebrom v prírodnej zliatine elektrum . Erózia oslobodzuje zlato od iných minerálov. Keďže zlato je ťažké, klesá a hromadí sa v korytách potokov, aluviálnych nánosoch a oceánoch.

Zemetrasenia zohrávajú dôležitú úlohu, pretože posúvajúci sa zlom rýchlo dekomprimuje vodu bohatú na minerály. Keď sa voda vyparí, žily kremeňa a usadzovanie zlata na skalných povrchoch. Podobný proces prebieha aj v sopkách.

Koľko zlata je na svete?

Množstvo zlata vyťaženého zo Zeme je nepatrným zlomkom jej celkovej hmotnosti. V roku 2016 geologický prieskum Spojených štátov amerických (USGS) odhadol, že od úsvitu civilizácie sa vyrobilo 5 726 000 000 trójskych uncí alebo 196 320 amerických ton. Asi 85 % tohto zlata zostáva v obehu. Pretože je zlato tak husté (19,32 gramov na kubický centimeter), nezaberá veľa miesta pre svoju hmotu. V skutočnosti, ak by ste roztavili všetko doteraz vyťažené zlato, dostali by ste kocku s priemerom asi 60 stôp!

Napriek tomu zlato tvorí niekoľko častí na miliardu hmotnosti zemskej kôry. Hoci nie je ekonomicky možné vyťažiť veľa zlata, v hornom kilometri zemského povrchu je asi 1 milión ton zlata. Množstvo zlata v plášti a jadre nie je známe, ale výrazne prevyšuje množstvo v kôre.

Syntéza prvku zlato

Pokusy podľa alchymisti premeny olova (alebo iných prvkov) na zlato boli neúspešné, pretože žiadna chemická reakcia nemôže zmeniť jeden prvok na iný. Chemické reakcie zahŕňajú prenos elektrónov medzi prvkami, ktoré môžu produkovať rôzne ióny prvku, ale počet protónov v jadre atómu je to, čo definuje jeho prvok. Všetky atómy zlata obsahujú 79 protónov, takže atómové číslo zlata je 79.

Je možné premeniť ortuť na zlato tak, že sa stane nestabilnou, takže sa rozpadne. JacobH / Getty Images

Výroba zlata nie je taká jednoduchá ako priame pridávanie alebo odčítanie protónov od iných prvkov. Najbežnejší spôsob zmeny jedného prvku na iný ( transmutácia ) je pridať neutróny na iný prvok. Neutróny menia izotop prvku, čo môže spôsobiť, že atómy sú dostatočne nestabilné na to, aby sa rozpadli prostredníctvom rádioaktívneho rozpadu.

Japonský fyzik Hantaro Nagaoka prvýkrát syntetizoval zlato bombardovaním ortuti neutrónmi v roku 1924. Hoci je premena ortuti na zlato najjednoduchšia, zlato sa dá vyrobiť aj z iných prvkov — dokonca aj z olova! Sovietski vedci v roku 1972 náhodou premenili olovené tienenie jadrového reaktora na zlato a Glenn Seabord premenil stopu zlato z olova v roku 1980.

Explózie termonukleárnych zbraní produkujú neutrónové záchyty podobné r-procesu vo hviezdach. Aj keď takéto udalosti nie sú praktickým spôsobom syntézy zlata, jadrové testovanie viedlo k objavu ťažkých prvkov einsteinium (atómové číslo 99) a fermium (atómové číslo 100).

Zdroje

• McHugh, J. B. (1988). „Koncentrácia zlata v prírodných vodách“. Journal of Geochemical Exploration . 30 (1–3): 85–94. doi: 10.1016/0375-6742(88)90051-9
• Miethe, A. (1924). ' Rozpad atómu ortuti '. Prírodné vedy . 12 (29): 597-598. doi:10.1007/BF01505547
• Seeger, Philip A.; Fowler, William A.; Clayton, Donald D. (1965). „Nukleosyntéza ťažkých prvkov zachytávaním neutrónov“. Séria Astrophysical Journal Supplement Series . 11: 121. doi: 10.1086/190111
• Sherr, R.; Bainbridge, K.T. & Anderson, H.H. (1941). „Transmutácia ortuti rýchlymi neutrónmi“. Fyzický prehľad . 60 (7): 473-479. doi: 10.1103/PhysRev.60.473
• Willbold, Matthias; Elliott, Tim; Moorbath, Stephen (2011). ' Izotopové zloženie volfrámu zemského plášťa pred konečným bombardovaním '. Príroda . 477 (7363): 195–8. doi:10.1038/nature10399