Edelmetall: Gold

Gold, lateinisch aurum, mit dem Symbol Au, ist ein kostbares, gelb glänzendes Metall der I. Nebengruppe, 6. Periode, im Periodensystem der Elemente (PSE). Die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten begründen die außergewöhnliche Stellung des Metalls, die durch den virtuellen Wert in den Köpfen der Menschen seit frühester Zeit belegt ist.

Welche Eigenschaften sind das und wodurch sind sie begründet?

Farbe und Glanz von Gold hängen mit der Elektronenkonfiguration zusammen.

Jeder hat sich bestimmt schon gefragt, warum Gold und Kupfer farbig glänzen, Silber dagegen eher weiß erscheint. Grundsätzlich müssen mindestens zwei Voraussetzungen erfüllt sein, damit ein Stoff farbig erscheint, d.h. damit es zur Absorption von Licht (Energie) und damit zur Wahrnehmung der Komplementärfarbe kommt.

• Es muss eine geeignete Konfiguration der Valenzelektronen vorliegen.
• Der Energieunterschied zwischen den Energieniveaus muss im Bereich der Energie des eingestrahlten Lichtes sein. Das Licht (die Energie) einer bestimmten Wellenlänge wird dann von den Elektronen absorbiert und diese Elektronen werden auf das nächste Energieniveau angehoben. Die Anteile des Lichtes, welche nicht die passende Wellenlänge (Energie) hatten, werden reflektiert und von unserem Auge als Farbe wahrgenommen.

Gold, Kupfer und Silber besitzen eine geeignete Konfiguration der Außenelektronen (ns${}^1$ (n-1)d${}^1$ ${}^0$). Warum ist aber Silber im Gegensatz zu den beiden anderen Metallen bei gleicher Konfiguaration weiß? Zur Erklärung müssen die Atomradien betrachtet werden. Die Radien von Silber und Gold sind nahezu identisch, obwohl Gold ein Element der nächst höheren Periode ist. Die Ursache dieser „Kontraktion der Goldatome“ liegt in der sogenannten Lanthanoidenkontraktion.

Silber besitzt also gegenüber Gold einen verhältnismäßig großen Atomradius. Dadurch ist die Anregung zum Übergang der Elektronen in ein höheres Energieniveau durch sichtbares Licht nicht möglich. Silber reflektiert das sichtbare Liche, während Kupfer und Gold grüne, blaue und violette Anteile absorbieren.

Unterschiedliche Farbe durch Legierungen

Reines Gold ist sehr weich und muss deshalb für viele ANwendungen gezielt verändert werden. Eine wichtige Methode, die Eigenschaften von Metallen zu verändern, und ihren Gebrauchswert zu erhöhen, ist die Herstellung von Legierungen (lat. ligare - vereinigen). Dabei wird das Grundmetall mit Zusätzen, meist anderen Metallen, versetzt. Es bilden sich homogene (z. B. Kupfer - Gold) oder heterogene Mischungen.

Bei der Herstellung von Rotgold wird dem Gold Kupfer zugemischt, während bei der Herstellung von Weißgold Silber, Nickel (Achtung, Allergie gegen Nickel ist möglich) und Zink verwendet werden.

Der Anteil von Gold in einer Legierung, besonders bei Goldschmuck, wird mitunter mit einer veralteten Einheit, Karat, angegeben. Karat leitet sich vom griechischen kreation (Hörnchen) ab. Danit sind die ca. 0,2 g schweren Samen des Johannisbrotbaumes gemeint.
24-karätiges Gold ist reines Gold, wärend 12-karätiges Gold zu 50% aus Gold besteht.

Eigenschaften und Nutzung von Gold

Gold ist eines der schwersten Metalle überhaupt (D=19,32 g/cm${}^3$), ein guter Leiter von Elektrizität und Wärme, gleichzeitig sehr weich und dehnbar, wunderschön anzusehen und das am besten zu bearbeitende Metall.

28g (1,45 cm${}^3$) dieses Metalls können beispielsweise zu 1 $m^2$ feinstem Blattgold (Dicke ca. 0,0015 cm) ausgewalzt werden. Ein Auswalzen bis zu einer Dicke von <0,0001 mm ergibt eine blaugrün durchscheinende Folie.

Als Dentalgold werden Legierungen genutz, die neben 70% Gold auch Platin, Palladium, Silber, Kupfer und Zink enthalten. Goldmünzen enthalten neben 90% GOld auch 10% Kupfer.

Aufgrund seiner guten Leitfähigkeit (71% der von Kupfer) und Korrosionsfestigkeit wird Gold in der Industrie zur Herstellung elektrischer und elektronischer Schaltkreise eingesetzt.

Aber auch in der Raumfahrt besitzt es große Bedeutung. Es wird zur Temperaturkontrolle in Satelliten und bei der Herstellung von Raumanzügen verarbeitet. Dabei macht man sich die Eigenschaft zu nutze, dass dünne Goldfilme bis zu 98% des eingestrahlten Infrarotlichtes reflektieren. Bei einem Aufenthalt im All nutzen die Raumfahrer also ihre eigene abgestrahlte Wärme zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur.

Geologisches

Es ist nicht sehr viel von diesen eisenliebenden Elementen des Erdmantels, zu denen auch Platin gehört, vorhanden (0,005 ppm Gold im Erdmantel). Einige Forscher behaupten, dass sie durch Meteoriten eingetragen wurden, nachdem sich Kern und Mantel der jungen Erde getrennt hatten.
Gold findet man hauptsächlich vergesellschaftet in Kupfer- oder Bleilagerstätten und dort auch nur in sehr geringem Anteil.
Andere Forscher wiederum gehen davon aus, dass Gold aus großer Tiefe zusammen mit anderen Mineralien, in sogenannten festen Lösungen, nach oben transportiert wurde, was zumindest die sehr feine Verteilung des Goldes im Gestein erklären würde.

Auch im Meerwasser sind pro Kubikmeter ca. 0,005 mg Gold enthalten, so dass die 1374 Millionen Kubikmeter Meerwasser Milionen Tonnen Gold enthalten. Eine önonomisch vertretbare Technologie dieses Gold zu isolieren, ist bisher nicht entwickelt worden.

Historisches über das rubinrote Glas

Aufgrund der optischen Schönheit und auch aufgrund der guten Verarbeitungsmöglichkeiten ist Gold eines der ersten Metalle, das eine besondere Attraktion auf die Menschen ausübte. Exemplare der „Goldkunst“ vergangener Zeiten können heute in den Museen bestaunt werden.

Bis in unsere Zeit haben sich einige Rätsel der Goldbearbeitung gehalten. So konnte sich z.B. das Geheimnis des berühmten Lycurgus-Kelches, zu sehen im Britischen Museum, fast 300 Jahre behaupten. Dieser Glaskelch fällt durch seine rubinrote Farbe auf. Dieses rubinfarbene Glas war im Europa des 17. Jahrhunderts weit verbreitet. Mithilfe moderner Methoden gelang es Wissenschaftlern 1999, den chemischen Zustand des im Glas enthaltenen Goldes, aufzuklären. So wurde festgestellt, dass während des Abkühlungsprozesses monovalentes, noch farbloses Gold lineare Bindungen zu zwei benachbarten Sauerstoffatomen ausbildet, wobei das Glas seine schimmernde rubinrote Farbe annimmt.

Historisches zur Goldschmiedekunst der Etrusker

Wesentlich älter (2600 Jahre) ist dagegen das Geheimnis der Goldschmiedekunst der Etrusker.

Die Etrusker fertigten Kunstwerke, in denen sie unglaublich kleine Goldkügelchen verarbeiteten. Diese sind nicht größer, als der Punkt am Ende dieses Satzes (Ø ca. 0,1 mm). Sie waren in der Lage, damit den Untergrund ihrer Werke zu belegen, ohne dass dabei die Kugelform der winzigen Partikel verloren ging und dies ohne einen Hinweis auf Lötstellen. Wie sie dies machten ist bisher nicht bekannt.