Kuld on keemiline element kergesti äratuntav selle kollase metalli värvi järgi. See on väärtuslik oma harulduse, korrosioonikindluse, elektrijuhtivuse, painduvuse, elastsuse ja ilu tõttu. Kui küsite inimeste käest, kust kuld pärineb, väidab enamik, et hangite selle kaevandusest, pandate ojas helbeid või ekstraheerite seda mereveest. Elemendi tõeline päritolu eelneb aga Maa moodustumisele.
Võtmeisikud: kuidas moodustatakse kuld?
- Teadlased usuvad, et kogu kuld Maal moodustus supernoovade ja neutrontähtede kokkupõrgetes, mis toimusid enne Päikesesüsteemi moodustumist. Nendel sündmustel moodustus r-protsessi käigus kuld.
- Kuld vajus planeedi moodustumise ajal Maa tuuma. See on tänapäeval juurdepääsetav ainult asteroidide pommitamise tõttu.
- Teoreetiliselt on võimalik kulda moodustada termotuumasünteesi, lõhustumise ja radioaktiivse lagunemise tuumaprotsesside abil. Teadlastel on kõige lihtsam kulda transmuteerida, pommitades raskemat elementi elavhõbedat ja tootes kulda lagunemise teel.
- Kulla ei saa toota keemia ega alkeemia abil. Keemilised reaktsioonid ei saa muuta prootonite arvu aatomis. Prootonumber või aatomnumber määratleb elemendi identiteedi.
Loodusliku kulla moodustumine
Kuigi tuumasüntees Päikese sees on palju elemente, Päike ei suuda sünteesida kulda. Kulla saamiseks kuluv märkimisväärne energia tekib ainult siis, kui tähed plahvatavad a-s supernoova või millal neutronitähed põrkuvad. Nendes äärmuslikes tingimustes tekivad rasked elemendid kiire neutronide püüdmise protsessi või r-protsessi kaudu.
Kus toimub kuld?
Kogu Maalt leitud kuld tuli surnud tähtede prahist. Maa moodustumisel tekkisid sellised rasked elemendid nagu rauda ja kuld vajus planeedi tuuma poole. Kui ühtegi muud sündmust poleks toimunud, poleks maakoores kulda. Kuid umbes 4 miljardit aastat tagasi pommitasid Maad asteroidide mõjud. Need löögid segasid planeedi sügavamaid kihte ja sundisid natuke kulda vahevöö ja koorik.
Veidi kulda võib leida kivimaakidest. See võib tekkida helvestena, nagu puhas natiivne elementja loodusliku sulami hõbedaga elektrum. Erosioon vabastab kulla teistest mineraalidest. Kuna kuld on raske, siis see vajub ja akumuleerub voolupeenardes, alluviaalsetes leiukohtades ja ookeanis.
Maavärinad mängivad olulist rolli, kuna nihkev viga dekompresseerib kiiresti mineraalirikka vee. Kui vesi aurustub, kvartsi veenid ja kulla ladestumine kivipindadele. Sarnane protsess toimub ka vulkaanides.
Kui palju kulda on maailmas?
Maast kaevandatud kulla kogus on väike osa selle kogumassist. Ameerika Ühendriikide geoloogiateenistuse (USGS) hinnangul oli 2016. aastal tsivilisatsiooni algusest saadik toodetud 5 726 000 000 troosi untsi ehk 196 320 USA tonni. Umbes 85% sellest kullast jääb ringlusse. Kuna kuld on nii tihe (19,32 grammi kuupsentimeetri kohta), ei võta see oma massi jaoks palju ruumi. Tegelikult, kui sulanuksite kogu tänaseni kaevandatud kulla, keriksite te umbes 60 jala pikkuse kuubikuga!
Sellegipoolest moodustab kuld maapõue massist mõned osad miljardi kohta. Ehkki palju kulda kaevandada pole majanduslikult otstarbekas, on Maa pinna ülemisel kilomeetril umbes miljon tonni kulda. Kulla arvukus vahevöös ja südamikus pole teada, kuid see ületab oluliselt maakoores sisalduvat.
Elemendi kulla süntees
Katsed alkeemikud plii (või muude elementide) muutmine kullaks ebaõnnestus, kuna ükski keemiline reaktsioon ei saa muuta ühte elementi teiseks. Keemilised reaktsioonid hõlmavad elektronide ülekandmist elementide vahel, mis võib tekitada elemendi erinevaid ioone, kuid aatomi tuumas olevate prootonite arv määratleb selle elemendi. Kõik kulla aatomid sisaldavad 79 prootonit, seega on kulla aatomiarv 79.
Kulla tegemine pole nii lihtne kui teiste elementide prootonite otse lisamine või lahutamine. Kõige tavalisem meetod ühe elemendi muutmiseks teiseks (transmutatsioon) on lisada neutronid teise elemendi juurde. Neutronid muudavad elemendi isotoopi, muutes aatomid potentsiaalselt piisavalt ebastabiilseks, et radioaktiivse lagunemise kaudu puruneda.
Jaapani füüsik Hantaro Nagaoka sünteesis kulda esmakordselt elavhõbedat neutronitega pommitades 1924. aastal. Kuigi elavhõbeda muutmine kullaks on kõige lihtsam, saab kulda teha ka muudest elementidest - isegi pliist! Nõukogude teadlased muutsid tuumareaktori pliikaitse 1972. aastal juhuslikult kullaks ja Glenn Seabord muutis jälgi kuld pliist aastal 1980.
Termotuumarelva plahvatused tekitavad tähtede r-protsessiga sarnaseid neutronlõikeid. Ehkki sellised sündmused ei ole kulla sünteesimise praktilised viisid, viisid tuumakatsetused raskete elementide - einsteiniumi (aatominumber 99) ja fermiumi (aatomi number 100) avastamiseni.
Allikad
- McHugh, J. B. (1988). "Kulla kontsentratsioon looduslikes vetes". Geokeemiliste uuringute ajakiri. 30 (1–3): 85–94. doi:10.1016/0375-6742(88)90051-9
- Miethe, A. (1924). "Der Zerfall des Quecksilberatoms". Die Naturwissenschaften. 12 (29): 597–598. doi: 10.1007 / BF01505547
- Seeger, Philip A.; Fowler, William A.; Clayton, Donald D. (1965). "Raskete elementide tuumasüntees neutronpüüdmise teel". Astrofüüsikalise ajakirja täiendussari. 11: 121. doi:10.1086/190111
- Sherr, R.; Bainbridge, K T. & Anderson, H H (1941). "Elavhõbeda transmutatsioon kiirete neutronite poolt". Füüsiline ülevaade. 60 (7): 473–479. doi:10,1103 / PhysRev.60.473
- Willbold, Matthias; Elliott, Tim; Moorbath, Stephen (2011). "Maavaiba volframi isotoopne koostis enne termopommitamist". Loodus. 477 (7363): 195–8. doi: 10.1038 / loodus10399