Как сделать золото из ртути

Опубликовано: 04.10.2022


Еще со времен алхимиков человечество пытается найти способ получения золота из ртути и свинца. Каких только опытов не проводили обычные люди и ученые. И, как ни странно, но сделать золото искусственным путем оказывается можно, но только с помощью ядерной химии. И все же ртуть необходима при добыче золота. Для чего она нужна, разберемся ниже.

История Николя Фламеля

История Николя Фламеля, переписчика книг из Парижа, до сих пор считается загадочной. Этот человек на протяжении долгого времени пытался получить золото из ртути. Существует легенда, что он еще в XIV веке разгадал тайну, которая веками интересовала людей: возможно ли искусственно изготовить драгоценный металл. Началось все с того, что в руки этого человека попала древняя рукопись, с непонятными знаками и символами. Расшифровать этот текст Николя пытался 20 лет, но все старания были безуспешными. Никто из знатоков древних языков, к которым Фламель обращался, не мог помочь ему.

Для разгадки тайны рукописи пришлось выезжать за пределы Франции. И только в Испании, после двух лет поисков нужного человека, ему улыбнулась удача. Здесь он познакомился с настоящим знатоком древнего иудейского языка. Ученый, узнав о рукописи, сразу же отправился вместе с Николя в Париж, так как переписчик не рискнул взять тексты с собой. Но доехать до Франции ученому не удалось, по пути он заболел и скончался. Но все же, кое-что он успел рассказать Фламелю.

золото из ртути

Вооружившись полученными знаниями, Фламель приступил к расшифровке рукописи. Труды его не пропали даром, в январе 1382 года Николя смог получить из ртути серебро, а вскоре увенчались успехом и опыты с золотом. Возможно, это всего лишь легенда. Но достоверен тот факт, что скромный переписчик в короткий промежуток времени стал владельцем огромного состояния. После его смерти многие искатели обыскивали его дом в поисках золота, но никому не удалось ничего найти. До сих пор нет доказательств того, что Фламель умел делать золото из ртути.

Еще один пример

Прошло много лет после открытий Николя Фламеля. А вопрос о том, как из ртути получить золото, оставался открытым. Лишь в конце XIX века химик Стефан Эмменс заявил на весь мир о том, что ему удалось получить вещество, которое можно назвать драгоценным металлом.

Полученное экспериментальным путем вещество химик назвал "аргентаурум", а изготовлено оно было из серебра, при участии ртути. Исследователи из США тщательно проверили то вещество и выкупили по цене золота. Это были три пробных слитка. Сам ученый заявил в то время, что не собирается раскрывать технологию и пускать золото на массовое производство, так как это может плохо сказаться на экономике не только США, но и всего мира. Но все же Эмменс согласился провести демонстрацию опыта в Париже, на всемирной выставке. Незадолго до выступления химик бесследно пропал. Скорее всего, его открытие посчитали слишком опасным.

золото алхимики

Современные опыты

В 1940-х годах, путем экспериментов, ученые доказали, что превращение ртути в золото возможно. Но только при помощи ядерных реакций. Полученное в результате вещество будет неустойчивым и быстро распадется. А затраты на его изготовление значительно превышают стоимость природного золота.

Что такое ртуть

Ртуть называют "живым серебром". Этот металл серебристого цвета, при температуре до -39 °С остается в жидком состоянии и при этом обладает необычайной подвижностью. При температуре ниже -39 °С становится твердым металлом.

Ртуть не имеет запаха и вкуса, а при комнатной температуре легко испаряется. Пары этого вещества очень опасны для здоровья человека. Поэтому в бытовых условиях разбитый градусник, может вызвать сильное отравление.

Чистую ртуть добывают из руды, называемой киноварь. Это минеральное вещество специально нагревают до высоких температур, чтобы ртуть могла выпариться, а затем ее конденсируют. Плотности ртути и золота равны соответственно 13 600 кг/м 3 и 19 300 кг/м 3 .

ртуть в таблице менделеева

Жидкая ртуть имеет способность скатываться в шарик, а также в ней ярко выражена способность смачивания некоторых металлов. Ртутный шарик может притягивать к себе золотую пыль и поглощать ее в свою массу. В конечном итоге, когда шарик уже не сможет забирать в себя частицы золота, как единая масса он начнет рассыпаться.

Метод амальгамации

Этот метод добычи золота ртутью считается одним из самых древних. Он очень вреден для здоровья, поэтому запрещен в РФ, но во многих странах им до сих пор пользуются.

Амальгамация - процесс смешивания ртути и металла, например, золота. Ртутные шарики не растворяют металл, а лишь смачивают его, вбирая в себя. В дальнейшем при помощи разных методов, например, выпаривания, получают чистое золото.

Такой метод применяют в том случае, если не помогает промывка черного песка, и крупицы золота мельче одного миллиметра.

В России запрещено

В России с 1988 года запрещена добыча золота из ртути. В то время был издан приказ Комдрагметом СССР "О прекращении применения ртути (амальгамации) в технологических процессах при обогащении золотосодержащих руд и песков". До выхода в свет этого документа, в золотодобыче СССР был широко распространен метод с использованием ртути. А расход "жидкого металла" в золотодобывающей промышленности доходил до сотен тонн в год. При этом огромное количество ртути поступало в окружающую среду. До сих пор золотоискатели находят ртутные отходы в местах, где когда-то находились фабрики.

Опасно

ртуть в градуснике

Ртутные пары очень ядовиты. Поэтому при работе с этим металлом необходимо соблюдать технику безопасности. Пары нельзя вдыхать, это может вызвать серьезное отравление. Кроме того, ртуть и ее соединения не должны попадать на кожу. Во время взаимодействия с ртутью лучше всего надевать защитные очки и перчатки, а саму процедуру добычи золота с помощью ртути следует выполнять на свежем воздухе. При этом желательно проследить, чтобы ветер дул в обратную от вас и жилых домов сторону.

Взаимодействие с кислотой также опасно, как и взаимодействие с ртутью. Для реакции золота и ртути, а точнее для удаления излишков "жидкого металла" во время процесса амальгамации, используется азотная кислота. Поэтому нужно быть особенно осторожным во время выполнения манипуляций, беречь кожу, глаза, нежелательно вдыхать кислотные пары. Для того чтобы смыть попавшую на кожу кислоту, можно использовать чистую воду.

Есть еще одно правило: изготавливая раствор лучше всего наливать кислоту в воду, а не наоборот. Это поможет избежать разбрызгивания. Нейтрализовать действие кислоты можно с помощью соды.

При работе с кислотой под рукой всегда должна находится чистая вода, для того чтобы быстро разбавить кислоту в случае попадания на кожу либо оборудование.

Кислота, попадая на тело, вызывает ожоги, если не смыть ее моментально. Даже попадая на одежду, скорее всего она проникнет до кожи. В таком случае нужно снять одежду и промыть обожженное место. Также рекомендуется, работая с кислотой, надевать специальную маску, это поможет не обжечь легкие при вдыхании паров.

Подготовка

Для того, чтобы ртуть поглощала золото, необходимо очистить его от посторонних примесей, так как они буду мешать процессу амальгамации. Иногда драгоценный металл покрыт пленкой нефти или другими примесями. Для очищения используется десятипроцентный раствор азотной кислоты. Им заливают промываемый концентрат.

Во время этого процесса может произойти реакция с выделением газа. Необходимо дождаться прекращения всех признаков реакции и поле этого промыть концентрат чистой водой, таким образом смывая кислоту.

золото в песке

Сам процесс

Весь процесс проводится в стальном или пластиковом лотке для промывания. Количество ртути должно быть равно количеству золота в концентрате. Слишком много ртути не нужно, так как с ней, в таком случае, будет неудобно работать. Лучше налить изначально меньше и постепенно добавлять еще. Также во время процесса в лотке должно находиться небольшое количество воды:

  1. Берем лоток в руки и совершаем круговые движения до тех пор, пока все золото, которое было видно, не соединится с шариком ртути. Черный песок ртуть не поглощает.
  2. После этого смываем черный песок в таз с водой.
  3. Если во время этого процесса в таз сольется небольшое количество амальгамы, не переживаем. Ее всегда легко можно извлечь из таза с водой.
  4. Имеем в виду, что ртуть не захватывает платину. Поэтому внимательно смотрим во время окончательной промывки.
  5. Если во время процесса ртутный шарик начинает разделяться, добавляем еще немного ртути для того, чтобы поглотилось все содержащееся в песке золото.
  6. Полностью наполненный золотом ртутный шарик будет состоять на 50 % из ртути и на 50 % из драгоценного металла.

ртуть в банке

Как сделать из ртути золото

Когда все золото амальгамировано, а сама амальгама отделена от песка, можно приступать к удалению лишней ртути. Сделать это можно при помощи выдавливания. Для этого берется тонкая и влажная замша или любой другой плотный материал. Вся лишняя ртуть должна пройти сквозь поры ткани. Контейнер, который будет находиться под материалом, лучше всего наполнить водой. Таким образом излишки ртути не будут разбрызгиваться, и их легко можно будет собрать в дальнейшем. Этот процесс лучше всего делать в резиновых перчатках, чтобы предотвратить впитывание ртути в кожу.

Ртуть, которую выдавили из амальгамы, будет содержать в себе небольшое количество золота. Эти остатки будут помогать собирать большее количество драгоценного металла при будущих процессах амальгамации.

Как только все излишки ртутных соединений удалены из шарика, можно начинать выделять золото из ртути. Для этого можно воспользоваться одним из двух способов: выпаривание, путем нагрева амальгамы или растворение ртути в азотной кислоте.

Выпаривание

Ртуть испаряется при температуре 357 градусов, которая имеется в верхних частях пламени газовых горелок. Так как ртутные пары сильно ядовиты и могут вызвать смертельное отравление, данную процедуру стоит проводить вне помещения. При этом ветер не должен дуть в сторону человека. Ртуть может находиться на золоте в виде тонкой невидимой пленки, поэтому, если металл кажется чистым, не стоит думать, что ртути на нем нет.

Для этого процесса можно использовать стальной лоток или сковороду. Для выпаривания не очень подойдет алюминиевые контейнеры, так как алюминий может вступить в реакцию с ртутью.

Перед разогревом шарика амальгамы в лотке, нужно удалить из него как можно большее количество ртути способом, указанным выше. Вначале шарик нагревают медленно, постепенно увеличивая температуру. Если золото содержит небольшое количество ртутных соединений, можно не бояться, что они разбрызгаются.

Метод с кислотой

Для выделения золота из ртути, после процесса амальгамации часто используют азотную кислоту. Вступая в реакцию с ртутью, она растворяет ее, при этом не оказывая никакого воздействия на золото. Прежде чем начать работу, необходимо убедиться, что амальгама не содержит лишней ртути и примесей черного песка:

  1. Помещаем ртутный шарик в стеклянную банку.
  2. Вливаем туда раствор кислоты в соотношении 6:1, можно крепче.
  3. Ожидаем, пока не пройдет химическая реакция.
  4. Хорошо промываем банку чистой водой и сливаем в отдельный контейнер.
  5. Если золото не приняло свою естественную форму хлопьев и порошка и видны остатки ртути, сливаем воду и наливаем еще одну порцию азотной кислоты. В случае очередной неудачи, делаем более крепкий раствор.

Как правило, при небольшом количестве ртути, очищение происходит с первого раза. Если же ртути много, все пункты нужно будет выполнить несколько раз.

Если с помощью этого метода растворяется большое количество "жидкого металла" и есть желание сохранить его, можно использовать следующий метод:

  1. Сливаем кислоту после проведенного процесса в отдельную банку. В ней будет содержаться ртуть, которая была удалена из амальгамы.
  2. Опускаем в банку алюминиевую фольгу.
  3. Кислота вступит в реакцию с алюминием и осадит ртуть на дно банки.
  4. Кислоту сливаем из контейнера, нейтрализуя с помощью питьевой соды, до окончания выделения газа.

золото в тарелке

Применение ртути в современной промышленности

Ртуть имеет ряд уникальных свойств, что позволяет ей быть ценной практически в любом производстве. Вот список отраслей, где используется этот металл:

  • Химическая промышленность. Самое большое количество ртути применяется при производстве хлорных компонентов, она выполняет функцию катода при получении натрия и хлора. Также ртуть используют как катализатор при происхождении некоторых соединений.
  • В атомной энергетике этот металл используют для растворения урана. Также ртуть помогает при термохимической реакции расщепления воды на кислород и водород.
  • Металлургическая промышленность: здесь при участии ртути образуется ряд важнейших сплавов, необходимых для гравировки, литографии и гальванопластики. В этой области также ценится возможность ртути поглощать в себя многие металлы, образуя амальгамы.
  • Соединения ртути часто применяются в производстве драгоценных металлов.
  • Электрическое производство: люминесцентные, кварцевые и лампы дневного света, выпрямители тока работают при помощи жидкого ртутного катода, аккумуляторы. На сухих батареях, при производстве которых используется ртуть, работают современные слуховые аппараты.
  • Тяжелая машиностроительная промышленность: различные вакуумные установки, актуальные ртутные диффузионные насосы, тяжело нагруженные гидродинамические подшипники, большое количество ртути в жидком виде находится в ртутно-паровых турбинах.
  • Даже в астрономии этот металл нашел свое применение. В этой области часто используют прибор "горизонт", в котором ртуть необходима для образования безупречно зеркальной поверхности, необходимой для наблюдения за небесными объектами.
  • В горной промышленности используется для добычи золота.
  • Приборостроение: используется для изготовления контрольно-измерительной техники, барометров, термометров; необходима для сборки стиральных машин, кондиционеров и холодильников.
  • При переработке нефти, металл в виде паров используют для регулировки температуры, необходимой для очистки.
  • Ртуть широко распространена в медицине: она участвует в создании мочегонных, антипаразитных и антисептических средств. А в стоматологии помогает в изготовлении зубных протезов и пломб из амальгамы некоторых металлов.
  • Также ртутные соединения применяются: в фотографии, обработке кожи, при окраске тканей, в пиротехнике, во время производства фарфора.
  • В военной промышленности жидкий металл используют для изготовления взрывчатого вещества, так называемой "гремучей ртути". Это вещество закладывается в детонаторы снарядов и гранат.
  • Кораблестроение. Здесь используется краска, содержащая ртуть. С ее помощью обрабатываются поверхности кораблей, находящиеся под водой. Эта краска при взаимодействии с морским хлором образует пленку, убивающую вредные бактерии.
  • В сельском хозяйстве ртутные соединения используют как гербициды.

Мы узнали о цели применения ртути в разных производствах.

Алхимики в поисках философского камня

Алхимики в поисках философского камня

В середине прошлого века весь мир облетела весть, что ученым удалось синтезировать искусственным путем золото. Многие восприняли это известие, как долгожданную весть о подтверждении получения философского камня. Но не все так просто, как хотелось бы. Полученное золото никакого отношения к философскому камню не имело.

Не секрет, что многие алхимики средневековья занимались поиском философского камня лишь для того, чтобы как-то убедить своих покровителей в выделении средств на их химические опыты и изучение оккультных наук. В результате человечество получило богатейшее знание о свойствах химических веществ. Со временем были забыты оккультные знания и лишь до нашего времени дошли некоторые сведения, которые используют современные астрологи.

Позже ученые начали изучать атом. Их можно было сравнить с современными алхимиками, в хорошем смысле этого слова. Они также как и их предшественники шли наугад, иногда подвергая свою жизнь смертельной опасности. И им тоже открывались неизведанные горизонты строения вещества.

Смертельный друг - Ртуть

Неизвестные изотопы

В ходе изучения изотопов золота американский физик Артур Демпстер в 1935 году обнаружил, что благородный металл имеет всего один устойчивый изотоп с относительной массой 197. Принято считать, что чтобы его синтезировать, надо иметь в своем распоряжении изотоп с гораздо большей массой, но такого в природе просто не существует, а если его синтезировать искусственным путем, то он долго не может находиться в устойчивом состоянии. Поэтому все усилия ученых прошлого века были направлены на получения тяжелого изотопа золота.

Золото

Этого можно было добиться, только используя ближайшие к золоту элементы ртуть и платину. Превращать платину в золото не имеет смысла, так как она дороже его. Остается ртуть. В начале сороковых годов, прошлого века во многих ядерных лабораториях начались исследования в этом направлении. И весной 1940 года физики из Гарвардского университета А. Шерр и К.Т. Бейнбридж сообщили, что они получили золото искусственным путем. Им удалось направить разогнанные дейтроны на мишень, сделанную из лития и таким образом получить поток быстрых нейтронов. В свою очередь нейтроны полученного лития использовали для бомбардировки ртути. После проведения исследования они пришли к выводу, что в результате ядерных реакций было получено золото.

Но это золото состояло из неустойчивых изотопов с массовыми числами 198, 199 и 200. Через несколько часов или дней оно снова превращалось в ртуть, излучая в пространство бета-лучи. Реакция протекает по известной формуле, которая наглядно хорошо описывает этот процесс.

У ртути имеется семь изотопов. И только три из них смогли превратиться в золото. Их массовые числа полностью совпадают с числами полученного золота. Позже в марте 1947, года три физика, сотрудники профессора Демпстера Ингрем, Гесс и Гайди высказали гипотезу, а после ее доказали что только 199 и 196 изотоп ртути способны превращаться в золото. В результате опыта они смогли получить из 100 грамм ртути 35 мкг золота. Эту реакцию можно изобразить при помощи формулы:

Но, на этом процесс не заканчивается и продолжается дальше:

Ртуть

Как делают золото

Таким образом, в лабораторных условиях из ртути было впервые получено золото

Вначале этому событию никто не придал никакого значения. Этот факт знали лишь те ученые, которые занимались этой проблемой. Однако через два года некий дотошный журналист опубликовал результат этого исследования, снабдив материал своими предположениями и рассуждениями. В результате на биржах началась настоящая паника. Все думали, что теперь золото подешевеет и перестанет быть валютным эквивалентом.

Но повода к обвалу бирж не было. Полученное золото было во много раз дороже, чем природное, добытое из самых бедных руд в шахте или на золотом прииске. Однако физики не удержались и позволили себе маленькую роскошь. Теперь небольшое количества золота полученное в ядерном реакторе хранится в Чикагском музее науки и промышленности, а в 1955 году на него могли посмотреть все желающие во время Женевской конференции.

Тайна раскрыта

Теперь мы, наконец-то, раскроем тайну получения золота из «философского» камня. Естественно, это к алхимии никакого отношения не имеет. Все чем мы будем оперировать, относится чисто к материальному миру. И так, начнем наши рассуждения.

Для получения золота из других химических элементов необходимо учитывать атомные реакции. Других путей на сегодняшний день ученые не обнаружили, так что все то, что связанно с алхимией признано ошибочным, а их рецепты принято считать обманом.

Чтобы получить настоящее золото, а не его изотопы, которые долго не живут, ученые, согласно карте нуклидов, рассматривали несколько вариантов.

  • Первый вариант это когда золото можно было бы получить из ртути-197 во время излучения бета-лучей или К-захвата. Но это в принципе невозможно, потому что 197-го изотопа в природе просто не существует. Если рассуждать теоретически, то его можно получить из таллия-197 , а его, в свою очередь, из свинца-197 . Но такой свинец образуется только при ядерных реакциях, а в природе его тоже, к сожалению нет. Так что из простого свинца много золота не получишь.
  • Второй вариант предполагает использование изотопов платины и ртути, которые могут образовываться только во время ядерных превращений. Поэтому реально золото можно получить только из 196 и 198Hg и из 194 Pt . Во время бомбардировки разогнанными нейтронами или альфа-частицами, происходят реакции, в результате которых можно получать изотопы 197 Hg , а из них, как известно устойчивое золото. Но его надо будет потом еще очистить от оставшихся изотопов, которые не вступили в реакцию и смеси различных нуклидов. А это очень дорогой способ очистки. Платину в качестве источника получения золота тоже можно исключить, по материальным соображениям.
  • Третий вариант предусматривает длительную бомбардировку ртути нейтронами или использовать циклотрон, но выход вещества при этом будет очень небольшим. Если облучать природную ртуть потоком нейтронов, то наряду с устойчивым золотом, как мы видели, образуются радиоактивные изотопы. Через некоторое время они снова превращаются в ртуть и ничего с этим сделать нельзя. Так устроена природа.

Гораздо интересней процесс получение из ртути платины. Можно предположить, что если направить мощное излучение нейтронов в реакторе таким образом, чтобы происходили (n, α) превращения, то можно будет надеяться на получение значительного количества платины и все изотопы ртути, которые можно было бы превратить в золото.

Что было вначале

Самое интересное заключается в том, что вопрос превращения в золото других элементов стоял перед учеными всегда. Даже на заре изучения атома Фредерик Содди в 1913 году сделал предположение, что золото можно синтезировать из таллия, свинца или ртути. Но тогда еще многое было неизвестно и та реакция, на которую ссылается ученый, по объективным причинам просто не смогла быть осуществлена на экспериментальной установке.

Позже, в 1938 году писатель-фантаст Дауман предложил в одном из своих произведений рецепт, как из висмута получить золото. Он описал способ, как из куска этого вещества его герой при помощи мощного рентгеновского излучения получал золото в неограниченных количествах. А после методом литературного домысливания смоделировал политическую ситуацию и проанализировал ее. Серьезные ученые тут же начали изучать возможность получения золота из висмута, но быстро пришли к выводу, что такая реакция невозможна, потому что в природе нет устойчивого изотопа 205 Bi . Формула превращения может принять вид

Что было бы, если бы было

Поэтому герой романа никак не мог бы получить золото. Но мы можем рискнуть и попытаться гипотетически представить, как в промышленных условиях люди из ртути начнут получать благородный металл. Основываясь на знаниях из ядерной физики, начнем наше рассуждение из того, что будем использовать 50 кг ртути. В этом количестве вещества находится всего 74 г ртути-196 , которое может теоретически превратиться в золото.

Предположим из 74 г в результате ядерных превращений мы получим такое же количество стабильного золота. После несложных расчетов мы приходим к неутешительному выводу, что 74 г золота можно получить, если поместить шар из ртути емкостью 3, 7 л в зону реактора на четыре с половиной года. А потом все что мы получим, надо будет еще очистить.

Как видим, практически это осуществить просто не реально, но заманчиво. Гораздо проще и дешевле получить радиоактивное золото. Интересно было бы им расплатиться, а после наблюдать, как оно со временем начнет таять и превращаться в ртуть. Наверное, в будущем мошенники научатся использовать этот метод или он просто, так и останется на страницах фантастических романов, постоянно будоража пытливые умы.

Ставим все с ног на голову

Рассуждая о том, как из ртути можно получать золото, мы пришли к выводу, что и ртуть можно получить из него. Получается интересная картина. Оказывается, золото существует, скорее всего, вопреки законам природы. Но реальность есть реальность.

Сейчас интенсивно ведутся работы по превращению золота в другие элементы. Если бы об этом узнали в свое время алхимики, то они точно не поняли бы нас, своих потомков. Но факт есть факт.

Исследования ученых, связанные с золотом, не пропали даром. Дело в том, что в свое время перед наукой была поставлена задача получения очень чистой ртути. Как ни пытались природную ртуть очистить, ничего не получалось. Вот тогда и вспомнили, что есть обратный процесс, превращения золота в ртуть. Пришлось запускать реактор, подавив в себе «алчность». Делалось это для того, чтобы получить очень точный эталон метра.

Не все золото то, что блестит

Первые ртутные лампы появились в Соединенных Штатах Америки после второй мировой войны. Как вы уже догадались, ртуть в этих лампах была искусственной. Затем и в других странах было освоено получение чистой ртути. Нашло применение и радиоактивное золото-198. Его стали применять в медицине для лечения раковых опухолей и получения радиограмм человеческого тела. Оказывается, мельчайшие частички радиоактивного золота убивают раковые клетки, оставляя без изменения здоровые. Действует этот метод локально, не повреждая большую поверхность. Этот метод признан во всем мире и ему отдают предпочтение во многих клиниках.

Искусственно полученное золото используется для лечения лейкоза. Известно, что во время этого заболевания увеличивается число белых кровяных шариков. Этот метод спас жизни многим людям страдающим, казалось бы, неизлечимыми болезнями. Так что человечество начало получать зримую пользу от использования пусть и не стойкого и не такого привычного, но, все же, благородного металла.

Интерес науки к получению «философского» камня упал. Теперь во многих лабораториях изучаются новые вещества, которые синтезируются из золота. Большой интерес ученых вызывает искусственные элементы франций и астат. Франций получают при помощи бомбардировки золота ионами кислорода или неона. Астат получают, когда золото обстреливают разогнанными ядрами углерода.

Но это еще не конец

Казалось бы, на этом месте можно поставить точку. Но как же трудно смириться с мыслью о том, что невозможно получить дешевое золото из ртути. И, оказывается, есть люди, которые искренне считают, что это не так. Это современные алхимики. Да, они продолжают развивать это направление исследования познания мира.

Что нам вообще известно об алхимии и людях, которые ею занимались. История преподносит нам это направление в виде фрагментов, рассказывая об удачных экспериментах и неудачных опытах. Наверное, среди алхимиков было много шарлатанов, но где их нет. Вот один из примеров, как описывает получение золота из ртути довольно известный алхимик. Примерно это выглядит так.

  1. Надо взять необходимое количество ртути и вылить в известный тебе сосуд. Затем поставить его на огонь и кипятить ртуть столько, сколько ты знаешь. Брось в сосуд порошок известный только тебе одному. Количество тебе было сказано раньше. Таким образом, произойдет фиксация ртути;
  2. Возьми небольшой кусочек полученного вещества и брось его в тысячу унций ртути. Она превратится в красный порошок. Теперь небольшое количество этого порошка бросьте в тысячу унций ртути, и она тоже превратится в красный порошок. Продолжай делать так, пока, наконец, ртуть не превратится в золото.

Что ж, есть «точный рецепт» и повод для размышлений. Во всяком случае, кто-нибудь когда-нибудь воспользуется этим рецептом и, кто знает, какие новые открытия он сделает.

Читальный зал

МОЖНО ЛИ СДЕЛАТЬ ЗОЛОТО?

Глава 6.
ЭЛЕМЕНТЫ, СОЗДАННЫЕ РУКОЙ ЧЕЛОВЕКА

Золото, полученное в атомном реакторе

В 1935 году американскому физику Артуру Демпстеру удалось провести масс-спектрографическое определение изотопов, содержащихся в природном уране. В ходе опытов Демпстер изучил также изотопный состав золота и обнаружил только один изотоп - золото-197. Никаких указаний на существование золота-199 не было. Некоторые ученые предполагали, что должен существовать тяжелый изотоп золота, ибо золоту в то время приписывали относительную атомную массу 197,2. Однако золото является моноизотопным элементом. Поэтому желающим искусственным путем получить этот вожделенный благородный металл все усилия необходимо направить на синтез единственного устойчивого изотопа - золота-197.

Известия об успешных опытах по изготовлению искусственного золота всегда вызывали беспокойство в финансовых и правящих кругах. Так было во времена римских правителей, так осталось и теперь. Поэтому не удивительно, что сухой отчет об исследованиях Национальной лаборатории в Чикаго группы профессора Демпстера еще недавно вызвал возбуждение в капиталистическом финансовом мире: в атомном реакторе можно из ртути получить золото! Это - самый последний и убедительный случай алхимического превращения.

Началось это еще в 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью циклотрона, соседние с золотом элементы - ртуть и платину. На совещании американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К. Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов. Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В результате ядерного превращения было получено золото!

Три новых изотопа с массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь устойчивыми, как природный изотоп - золото-197. Испуская бета-лучи, они по истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои познания об искусственных изотопах золота.

В основе "трансмутации", проведенной Шерром и Бейнбриджем, лежит так называемая (n, p) -реакция: ядро атома ртути, поглощая нейтрон n, превращается в изотоп золота и при этом выделяется протон р.

Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например:

198 Hg + n = 198 Au + р

Такое предположение кажется оправданным - ведь эти изотопы ртути являются довольно распространенными.

Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется прежде всего так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте 1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199 обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую вероятность превращения в золото. В качестве "побочного продукта" своих экспериментальных исследований они получили. золото! Точно 35 мкг, полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном реакторе. Это составляет выход 0,035 %, однако если найденное количество золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24 %, ибо золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.

С быстрыми нейтронами часто протекают (n, р)-реакции, а с медленными нейтронами - преимущественно (n, γ)-превращения. Золото, открытое сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом:

196 Hg + n = 197 Hg* + γ
197 Hg* + e - = 197 Au

Образующаяся по (n, γ)-процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в устойчивое золото-197 в результате K-захвата (электрона с K-оболочки своего собственного атома).

Таким образом, Ингрем, Гесс и Гайдн синтезировали в атомном реакторе ощутимые количества искусственного золота! Несмотря на это, их "синтез золота" никого не встревожил, поскольку о нем узнали лишь ученые, тщательно следившие за публикациями в "Физикл ревью". Отчет был кратким и наверняка недостаточно интересным для многих из-за своего ни о чем не говорящего заголовка: "Neutron cross-sections for mercury isotopes" (Эффективные сечения захвата нейтронов изотопами ртути).
Однако случаю выло угодно, чтобы через два года, в 1949 году, чересчур ретивый журналист подхватил это чисто научное сообщение и в крикливо-рыночной манере провозгласил в мировой прессе о производстве золота в атомном реакторе. Вслед за этим во Франции произошла крупная неразбериха при котировании золота на бирже. Казалось, что события развиваются именно так, как представлял себе Рудольф Дауман, предсказавший в своем фантастическом романе "конец золота".

Однако искусственное золото, полученное в атомном реакторе, заставляло себя ждать. Оно никак не собиралось затоплять рынки мира. Кстати, профессор Демпстер в этом и не сомневался. Постепенно французский рынок капитала вновь успокоился. В этом не последняя заслуга французского журнала "Атомы", который в январском номере 1950 года поместил статью: "La transmutation du mercure en or" (Трансмутация ртути в золото).

Хотя журнал в принципе признавал возможность получения золота из ртути методом ядерной реакции, однако своих читателей он уверял в следующем: цена такого искусственного благородного металла будет во много раз выше, чем природного золота, добытого из самых бедных золотых руд!

Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и промышленности. Этим раритетом - свидетельством искусства "алхимиков" в атомную эру - можно было полюбоваться во время Женевской конференции в августе 1955 года.

С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в золото. Мы наконец откроем тайну философского камня и расскажем, как можно сделать золото. Подчеркнем при этом, что единственно возможный путь - это превращение ядер. Все другие дошедшие до нас рецепты классической алхимии ничего не стоят, они приводят лишь к обману.

Устойчивое золото, 197Au, можно было бы получить путем радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно получить из таллия-197, а последний - из свинца-197. Оба нуклида самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197 и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С природным свинцом дело не пойдет.

Изотопы платины 197Pt и ртути 197Hg тоже получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных веществ для этого подходят только 196 Hg, 198 Hg и 194 Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям:

196 Hg + n = 197 Hg* + γ
198 Hg + n = 197 Hg* + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n

С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из 194 Pt путем (n, γ)-превращения либо из 200 Hg путем (n, α) -процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется в конце концов выделять из смеси различных нуклидов и непрореагировавших изотопов. Процесс этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина дороже золота.

Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям:

200 Hg + р = 197 Au + 4 He
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He

К золоту-197 привел бы также (γ, р) -процесс (ртуть-198), (α, р) -процесс (платина-194) или (р, γ) либо (D, n)-превращение (платина-196). Вопрос заключается лишь в том, возможно ли это практически, а если да, то рентабельно ли это вообще по упомянутым причинам. Экономичной была бы только длительная бомбардировка ртути нейтронами, которые имеются в реакторе в достаточной концентрации. Другие частицы пришлось бы получать или ускорять в циклотроне - такой метод, как известно, дает лишь крошечные выходы веществ.

Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов, то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в исходные вещества с испусканием бета-излучения:

198 Hg + n = 198 Au* + p
198 Au = 198 Hg + e - (2,7 дня)
Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть, то есть разорвать этот Circulus vitiosus, ни в коем случае не удается: законы природы нельзя обойти.

В этих условиях менее сложным, чем "алхимия", кажется синтетическое получение дорогостоящего благородного металла - платины. Если бы удалось направить бомбардировку нейтронами в реакторе так, чтобы происходили преимущественно (n, α)-превращения, то можно было бы надеяться получить из ртути значительные количества платины: все распространенные изотопы ртути - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - превращаются в устойчивые изотопы платины - 195 Pt, 196 Pt и 198 Pt. Конечно, и здесь очень сложен процесс выделения синтетической платины.

Фредерик Содди еще в 1913 году предложил путь получения золота ядерным превращением таллия, ртути или свинца. Однако в то время ученые ничего не знали об изотопном составе этих элементов. Если бы предложенный Содди процесс отщепления альфа-и бета-частиц мог быть осуществлен, следовало бы исходить из изотопов 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Из них в природе существует лишь изотоп 201 Hg, смешанный с другими изотопами этого элемента и химически неразделимый. Следовательно, рецепт Содди был неосуществим.

То, что не удается даже выдающемуся исследователю атома, не сможет, конечно, осуществить профан. Писатель Дауман в своей книге "Конец золота", вышедшей в 1938 году, сообщил нам рецепт, как превратить висмут в золото: отщеплением двух альфа-частиц от ядра висмута с помощью рентгеновских лучей большой энергии. Такая (γ, 2α)-реакция не известна и до настоящего времени. Помимо этого, гипотетическое превращение

205 Bi + γ = 197 Au + 2α

не может идти и по другой причине: не существует устойчивого изотопа 205 Bi. Висмут - моноизотопный элемент! Единственный же природный изотоп висмута с массовым числом 209 может дать по принципу реакции Даумана - только радиоактивное золото-201, которое с периодом полураспада 26 мин снова превращается в ртуть. Как видим, герой романа Даумана, ученый Баргенгронд, и не мог получить золото!

Теперь нам известно, как действительно получить золото. Вооруженные знанием ядерной физики рискнем на мысленный эксперимент: 50 кг ртути превратим в атомном реакторе в полновесное золото - в золото-197. Настоящее золото получается из ртути-196. К сожалению, этого изотопа содержится в ртути только 0,148%. Следовательно, в 50 кг ртути присутствует лишь 74 г ртути-196, и только такое количество мы можем трансмутировать в истинное золото.

Вначале будем оптимистами и положим, что эти 74 г ртути-196 можно превратить в такое же количество золота-197, если подвергнуть ртуть бомбардировке нейтронами в современном реакторе производительностью 10 15 нейтронов/(см 2 . с). Представим себе 50 кг ртути, то есть 3,7 л, в виде шара, помещенного в реактор, тогда на поверхность ртути, равную 1157 см 2 , в каждую секунду будет воздействовать поток 1,16 . 10 18 нейтронов. Из них на 74 г изотопа-196 воздействуют 0,148%, или 1,69 . 10 15 нейтронов. Для упрощения примем далее, что каждый нейтрон вызывает превращение 196 Hg в 197 Hg*, из которой захватом электрона образуется 197 Au.

Следовательно, в нашем распоряжении имеется 1,69 . 10 15 нейтронов в секунду для того, чтобы превратить атомы ртути-196. Сколько же это, собственно, атомов? Один моль элемента, то есть 197 г золота, 238 г урана, 4 г гелия, содержит 6,022 . 10 23 атомов. Приблизительное представление об этом гигантском числе мы сможем получить лишь на основе наглядного сравнения. Например, такого: представим себе, что все население земного шара 1990 года - примерно 6 миллиардов человек - приступило к подсчету этого количества атомов. Каждый считает по одному атому в секунду. За первую секунду сосчитали бы 6 . 10 9 атомов, за две секунды - 12 . 10 9 атомов и т. д. Сколько времени потребуется человечеству в 1990 году, чтобы сосчитать все атомы в одном моле? Ответ ошеломляет: около 3 200 000 лет!

74 г ртути-196 содержат 2,27 . 10 23 атомов. В секунду с данным потоком нейтронов мы можем трансмутировать 1,69 . 10 15 атомов ртути. Сколько времени потребуется для превращения всего количества ртути-196? Вот ответ: потребуется интенсивная бомбардировка нейтронами из реактора с большим потоком в течение четырех с половиной лет! Эти огромные затраты мы должны произвести, чтобы из 50 кг ртути в конце концов получить только 74 г золота, и такое синтетическое золото надо еще отделить от радиоактивных изотопов золота, ртути и др.

Да, это так, в век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. Проще было бы продавать в качестве "золота" смесь его радиоактивных изотопов. Может быть, писатели-фантасты соблазнятся на выдумки с участием этого "дешевого" золота?

"Mare tingerem, si mercuris esset" (Я море бы превратил в золото, если бы оно состояло из ртути). Это хвастливое высказывание приписывали алхимику Раймундусу Луллусу. Предположим, что мы превратили не море, но большое количество ртути в 100 кг золота в атомном реакторе. Внешне неотличимое от природного, лежит перед нами это радиоактивное золото в виде блестящих слитков. С точки зрения химии это - тоже чистое золото.

Какой-нибудь Крез покупает эти слитки по сходной, как полагает, цене. Он и не подозревает, что в действительности речь идет о смеси радиоактивных изотопов 198 Au и 199 Au, период полураспада которых составляет от 65 до 75 ч. Можно представить себе этого скрягу, увидевшего, что его золотое сокровище буквально утекает сквозь пальцы.

За каждые три дня его имущество уменьшается наполовину, и он не в состоянии это предотвратить; через неделю от 100 кг золота останется только 20 кг, через десять периодов полураспада (30 дней) - практически ничего (теоретически это еще 80 г). В сокровищнице осталась только большая лужа ртути. Обманчивое золото алхимиков!

Уже в течение нескольких лет Адольф Мите занимался окрашиванием минералов и стекла под действием ультрафиолетовых лучей. Для этого он использовал обычную ртутную лампу - эвакуированную тру6ку из кварцевого стекла, между электродами которой образуется ртутная дуга, излучающая ультрафиолетовые лучи.

Позднее Мите пользовался новым типом лампы, дававшим особенно высокий энергетический выход. Однако при длительной эксплуатации на ее стенках образовывались налеты, которые сильно мешали работе. В отслуживших ртутных лампах тоже можно было обнаружить такие налеты, если отогнать ртуть. Состав этой черноватой массы заинтересовал тайного советника, и вдруг, при анализе остатка от 5 кг ламповой ртути, он нашел… золото. Мите раздумывал: возможно, ли теоретически, чтобы в ртутной лампе ртуть в результате разрушения атома распадалась до золота с отщеплением протонов или альфа-частиц. Мите и его сотрудник Ганс Штамрайх проводили многочисленные опыты, завороженные идеей такого превращения элементов. Исходным веществом служила ртуть, перегнанная в вакууме. Исследователи полагали, что она не содержит золота. Подтвердили это также анализы известных химиков К. Гофмана и Ф. Габера. Мите попросил их исследовать ртуть и остатки в лампе. Этой ртутью, по аналитическим данным свободной от золота, Мите и Штамрайх заполнили новую лампу, которая затем работала в течение 200 ч. После отгонки ртути они растворили остаток в азотной кислоте и увлеченно рассматривали под микроскопом то, что осталось в стакане: на покровном стекле сверкал золотисто-желтый агломерат октаэдрических кристаллов.

Однако Фредерик Содди не думал, что золото образовалось путем отщепления альфа-частицы или протона. Скорее можно говорить о поглощении электрона: если последний обладает достаточно большой скоростью, чтобы пронзить электронные оболочки атомов и внедриться в ядро, тогда могло бы образоваться золото. При этом порядковый номер ртути (80) уменьшается на единицу и образуется 79-й элемент - золото.

Теоретическое высказывание Содди подкрепило точку зрения Мите и всех тех исследователей, которые твердо уверовали в «распад» ртути до золота. Однако не учли того обстоятельства, что в естественное золото может превратиться лишь один изотоп ртути с кассовым числом 197. Только переход 197 Hg + e - = 197 Au может дать золото.

Существует ли вообще изотоп 197 Hg? Относительная атомная масса этого элемента 200,6, называвшаяся тогда атомным весом, позволила предполагать, что имеется несколько его изотопов. Ф.В. Астон, исследуя каналовые лучи, действительно нашел изотопы ртути с массовыми числами от 197 до 202, так что такое превращение было вероятным.

По другой версии, из смеси изотопов 200,6Hg могло образоваться и 200,6Au, то есть один или несколько изотопов золота с большими массами. Это золото должно было бы быть тяжелее. Поэтому Мите поспешил определить относительную атомную массу своего искусственного золота и поручил это лучшему специалисту в этой области - профессору Гонигшмидту в Мюнхене.

Конечно, количество искусственного золота для такого определения было весьма скудным, однако большего у Мите пока не было: королек весил 91 мг, диаметр шарика 2 мм. Если сравнить его, другими «выходами», которые получал Мите при превращениях в ртутной лампе - они в каждом опыте составляли от 10 -2 до 10 -4 мг, - это был все же заметный кусочек золота. Гонигшмидт и его сотрудник Цинтль нашли для искусственного золота относительную атомную массу 197,2±0,2.

Постепенно Мите снял «секретность» со своих опытов. 12 сентября 1924 года было опубликовано сообщение из фотохимической лаборатории, в котором впервые были приведены экспериментальные данные и более подробно описана аппаратура. Выход тоже стал известен: из 1,52 кг ртути, предварительно очищенной вакуумной перегонкой, после 107-часового непрерывного горения дуги длиной в 16 см, при напряжении от 160 до 175 В и токе в 12,6 А Мите получил целых 8,2 * 10 -5 г золота, то есть восемь сотых миллиграмма. «Алхимики» из Шарлоттенбурга уверяли, что ни исходное вещество, ни электроды и провода, подводящие ток, ни кварц ламповой оболочки не содержали аналитически определимых количеств золота.

Однако вскоре наступил перелом. Подозрений у химиков возникало тем больше и больше. Золото то образуется, и всегда в минимальных количествах, то снова не образуется. Никакой пропорциональности не обнаруживается, то есть количества золота не возрастают с увеличением содержания ртути, повышением разности потенциалов, при большей длительности работы кварцевой лампы. Получалось ли действительно искусственно золото, которое обнаруживали? Или оно уже присутствовало раньше? Источники возможных систематических ошибок в методе Мите проверяли несколько ученых из химических институтов Берлинского университета, а также из лаборатории электрического концерна Сименса. Химики прежде всего детально изучили процесс перегонки ртути и пришли к удивительному заключению: даже в перегнанной, казалось бы, не содержащей золота ртути всегда имеется золото. Оно либо появлялось в процессе перегонки, либо оставалось растворенным в ртути в виде следов, так что его нельзя было сразу обнаружить аналитически. Только после длительного стояния или при распылении в дуге, вызывавшем обогащение, оно вдруг вновь обнаруживалось. Такой эффект мог вполне быть принят за образование золота. Выявилось еще одно обстоятельство. Использованные материалы, в том числе кабели, идущие к электродам, и сами электроды, - все содержало следы золота.

Но всё ещё существовало убедительное заявление физиков-атомщиков, согласно которому такая трансмутация возможна с точки зрения атомной теории. Как известно, при этом исходили из предположения, что изотоп ртути 197 Hg поглощает один электрон и превращается в золото.

Однако такая гипотеза была опровергнута сообщением Астона, появившемся в журнале «Нейчур» в августе 1925 года. Специалисту по разделению изотопов удалось с помощью масс-спектрографа с повышенной разрешающей способностью однозначно охарактеризовать линии изотопов ртути. В результате выяснилось, что природная ртуть состоит из изотопов с массовыми числами 198, 199, 200, 201, 202 и 204.

Следовательно, устойчивого изотопа 197 Hg вовсе не существует. Следовательно, нужно считать, что получить естественное золото-197 из ртути обстрелом ее электронами теоретически невозможно и опыты, направленные на это, можно заранее рассматривать как бесперспективные. Это в конце концов поняли исследователи Харкинс и Кей из Чикагского университета, которые взялись было за превращение ртути с помощью сверхбыстрых электронов. Они бомбардировали ртуть (охлаждаемую жидким аммиаком и взятую в качестве антикатода в рентгеновской трубке) электронами, разогнанными в поле 145 000 В, то есть имеющими скорость 19 000 км/с.

Аналогичные опыты проделывал и Фриц Габер при проверке опытов Мите. Несмотря на весьма чувствительные методы анализа, Харкинс и Кей не обнаружили и следов золота. Вероятно, полагали они, даже электроны со столь высокой энергией не в состоянии проникнуть в ядро атома ртути. Либо образовавшиеся изотопы золота столь неустойчивы, что не могут «дожить» до конца анализа, длящегося от 24 до 48 ч.

Таким образом, представление о механизме образования золота из ртути, предложенное Содди, было сильно поколеблено.

В 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью циклотрона, соседние с золотом элементы - ртуть и платину. На совещании американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К.Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов. Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В результате ядерного превращения было получено золото.

Три новых изотопа с массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь устойчивыми, как природный изотоп - золото-197. Испуская бета-лучи, они по истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои познания об искусственных изотопах золота.

Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например: 198 Hg + n = 198 Au + р Такое предположение кажется оправданным - ведь эти изотопы ртути являются довольно распространенными.

Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется прежде всего так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте 1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199 обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую вероятность превращения в золото. В качестве «побочного продукта» своих экспериментальных исследований они получили… золото. Точно 35 мкг, полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном реакторе. Это составляет выход 0,035%, однако если найденное количество золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24%, ибо золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.

С быстрыми нейтронами часто протекают (n, р) - реакции, а с медленными нейтронами - преимущественно (n, г) - превращения. Золото, открытое сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом: 196 Hg + n = 197 Hg* + г 197 Hg* + e - = 197 Au

Образующаяся по (n, г) - процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в устойчивое золото-197 в результате K-захвата (электрона с K-оболочки своего собственного атома).

Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и промышленности. Этим раритетом - свидетельством искусства «алхимиков» в атомную эру - можно было полюбоваться во время Женевской конференции в августе 1955 года.

С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в золото. Устойчивое золото, 197Au, можно было бы получить путем радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно получить из таллия-197, а последний - из свинца-197. Оба нуклида самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197 и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С природным свинцом дело не пойдет.

Изотопы платины 197Pt и ртути 197Hg тоже получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных веществ для этого подходят только 196 Hg, 198 Hg и 194 Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям: 196 Hg + n = 197 Hg* + г 198 Hg + n = 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n.

С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из 194 Pt путем (n, г) - превращения либо из 200 Hg путем (n, б) - процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется, в конце концов, выделять из смеси различных нуклидов и не прореагировавших изотопов. Процесс этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина дороже золота.

Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям: 200 Hg + р = 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.

Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов, то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в исходные вещества с испусканием бета-излучения: 198 Hg + n = 198 Au* + p 198 Au = 198 Hg + e - (2,7 дня). Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть ни в коем случае не удается: законы природы нельзя обойти.

В век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. А если речь идёт о смеси радиоактивных изотопов 198 Au и 199 Au, то через несколько дней от золотого слитка останется, лишь лужица ртути.

От редакции журнала «Золотодобыча». В России применение ртути в золотодобыче было запрещено приказом Комдрагмета СССР № 124 от 29.12.1988 года "О прекращении применения ртути (амальгамации) в технологических процессах при обогащении золотосодержащих руд и песков". До этого ртуть использовали очень широко, ее расход в золотодобывающей промышленности СССР составлял сотни тонн в год, причем подавляющая часть ртути поступала в отвалы и биосферу. Потерянная в советское время ртуть нередко встречается современным золотодобытчикам при переработке хвостов шлихообогатительных фабрик (ШОФ) и техногенных отвалов.

Если ртуть встречается в песках при промышленной добыче золота, рекомендуется обратиться к специалистам Иргиредмета, чтобы предусмотреть безопасные меры работ. В этой статье методы работы с промышленным загрязнением ртутью не рассматриваются.

В 1999 году в СССР Постановлением Министерства труда и социального развития Российской Федерации от 14 октября 1999 г. N 37 приняты Межотраслевые правила по охране труда при производстве и применении ртути. Соблюдение правил обеспечивает безопасное применение этого металла, и она продолжает использоваться в ряде отраслей промышленности.

При добыче золота ртуть в России применяется в настоящее время редко. В других странах амальгамацию золота используют значительно шире. На фото слева показано современное использование ртути при добыче золота в респ.Гайана.

В приведенной ниже статье из книги: Gold mining in the 21st Centuru /1/, приведены краткие сведения об амальгамации и методы работы с небольшим количеством ртути в непромышленных условиях.

Ртуть («живое серебро») — жидкий металл цвета серебра, который имеет высокую степень смачивания некоторых металлов. Чистая ртуть имеет тенденцию скатываться в единую массу. Шарик ртути также притягивает к себе частицы золота, поглощая их в свою массу. Капелька ртути поглощает частицы золота, пока не станет так плотно набита золотом, что больше не сможет удерживаться, как единая масса, и начинает рассыпаться.

Процесс смешения ртути с металлами называется «амальгамация». Смесь золота и ртути называется «амальгамой». Амальгама образуется благодаря диффузии ртути в золото. Ртуть не растворяет золото, а лишь смачивает его. Амальгамация является самым древним из существующих методов очистки золота. Этот процесс продолжают использовать в золотодобыче и в наши дни.

Применяют ртуть в основном если золото мелкое (мельче 1 мм) и выделить его промывкой из черного песка не удается.

ВНИМАНИЕ! Ртуть является ядом. Следует быть осторожным, чтобы избежать вдыхания паров или попадание ртути в ваше тело через открытые порезы или даже поры кожи. При работе с ртутью желательно использовать резиновые перчатки. Также неплохо надеть защитные очки. Процедура должна выполняться на открытом воздухе с подветренной стороны от себя и окружающих жилых строений.

Ртуть — тяжелый металл с удельной массой около 13,5 г/см 3 . Некоторые опытные золотодобытчики помещали ртуть в шлюзы для промывки песков, чтобы уловить больше мелких частиц золота, которые иначе были бы смыты со шлюза. В современных промывочных приборах ртуть не используется.

Золото должно быть чистым, чтобы его могла захватывать ртуть. Иногда самородное золото может быть покрыто тонким слоем нефти или другой примеси. Такие примеси могут мешать амальгамированию золота. Если вы хотите использовать ртуть, чтобы амальгамация вытянула все золото из концентрата, неплохо предварительно поместить его в 10-процентный раствор азотной кислоты (10 частей воды к 1 части кислоты). Данный процесс не должен выполняться на металлическом лотке, поскольку раствор кислоты вступит в реакцию с металлом лотка. Пластиковый лоток для промывки золота или стеклянная банка лучше всего подходят для промывки концентрата раствором кислоты.

ВНИМАНИЕ! Работа с кислотой может представлять опасность! Будьте чрезвычайно осторожны, чтобы избежать попадания брызг кислоты на себя, в глаза или вдыхания её паров. В случае контакта с кислотой используйте чистую воду, чтобы смыть кислоту. Необходимо помнить правило при приготовлении раствора — наливать кислоту в воду, а не наоборот. Это поможет избежать реагирования крепкого раствора кислоты с примесями, что может вызвать ее разбрызгивание и попадание на вас или ваше оборудование. Кислоту можно нейтрализовать питьевой содой.

Вся работа с кислотой и ртутью должна выполняться вне помещения и с подветренной стороны от вас или жилых помещений и/или в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу.

Когда раствор азотной кислоты выливают на очищаемый концентрат, иногда начинается реакция с выделением газа. Концентрат при чистке раствором кислоты необходимо погрузить в кислоту до полного прекращения видимых признаков реакции. Затем концентрат необходимо промыть чистой водой, чтобы разбавить и отделить кислоту от концентрата. По окончанию промывки концентрат должен быть приготовлен к процессу амальгамации.

Небольшое количество концентрата может быть амальгамировано в стальном или пластиковом лотке для промывки золота. Ртути должно быть примерно столько же, сколько золота в концентрате. Слишком большое количество ртути не нужно, поскольку работать с ней в лотке становится неудобно. На всякий случай постарайтесь налить несколько меньше расчетного количества. При необходимости можно добавить еще. Во время амальгамации на лотке должно быть немного воды.

Возьмите лоток в руки и осторожно поводите кругами, пока все видимое золото не сольется с шариком ртути. Ртуть не поглотит в себя черный песок. Главное, что вам надо делать — заставить ртуть собрать все видимое золото из черного песка.

Как только все видимое золото будет захвачено ртутью, смойте черный песок в таз с водой. Использование таза предусмотрено в этом пункте на тот случай, если вы не удержите и сольете вашу амальгаму или ее часть с лотка. Это особенно легко сделать, если вы используете слишком много ртути. При сливе в таз и смыве части амальгамы с лотка вы можете вернуть её из таза и попытаться снова промыть без потерь. Излишек ртути можно отсосать из амальгамы, используя шприц для подкожных инъекций (без иглы).

Во время этого окончательного промыва удобно иметь два лотка для промывки золота. Амальгаму можно сливать из одного лотка в другой, смывая оставшийся песок с того лотка, с которого слили амальгаму. Таким образом, весь черный песок может быть отделен от амальгамы быстро и без потерь.

Надо иметь ввиду, что ртуть не захватывает платину. Нужно быть внимательным, чтобы увидеть ее во время процесса конечной промывки, если вы хотите сохранить ее. Платина тяжелее чем черный песок. Ее можно собрать с лотка после того, как наибольшая часть черного песка уже смыта.

Во время амальгамации, если у вас нет достаточно ртути на лотке, чтобы собрать всё присутствующее золото, вы заметите, что амальгама начинает разделяться на отдельные куски. Если это происходит, добавьте еще ртути, чтобы весь шарик амальгамы удержался цельным и собрал все золото с концентрата.

До предела насыщенный золотом шарик амальгамы будет состоять по объему из 50% золота и 50% ртути.

Как только все золото будет амальгамировано и амальгама отделена от черного песка, следует удалить излишки ртути из амальгамы. Это можно сделать путем выдавливания амальгамы через влажную замшу до тех пор, пока вся ртуть не пройдет через поры ткани. А также можно использовать плотный материал, кусок брезента и нейлонового чулка, но тонкая замша сделает это наилучшим образом. Выдавливание ртути должно выполняться под водой, чтобы предотвратить разбрызгивание ртути через поры ткани и ее попадание на пол или землю. Если контейнер для улавливания заполнить водой, то это предотвратит разбрызгивание или отскакивание ртути. т.к. она останется в контейнере.

Рекомендуется использовать резиновые перчатки при выполнении процесса выдавливания. Это предотвратит впитывание ртути в какие-либо порезы, которые могут быть на ваших руках.

Для удаления излишков ртути из амальгамы также очень хорошо работает шприц для подкожных инъекций (без иглы). Самое лучшее — это найти большой гибкий пластиковый шприц с крепким поршнем. Обычно такие шприцы можно приобрести в магазине ветеринарных принадлежностей. Можно использовать плоскогубцы, чтобы сжать входное отверстие как можно плотнее. Это предотвратит всасывание значительного количества золота с ртутью.

Шприцевый метод чище и легче, чем с использованием замши, и золото не теряется во время этого процесса. Любое золото, вытянутое из амальгамы, останется в вашей ртути, и в качестве бонуса будет извлечено позже.

Ртуть, удаленная из амальгамы, будет содержать в себе некоторое количество сверх мелкого золота. Это оставшееся золото будут способствовать даже большему смачиванию золота ртутью при использовании в последующих процессах амальгамации.

Как только все излишки ртути будут отделены из шарика амальгамы, следует отделить ртуть от золота. Это можно выполнить двумя разными способами. Первый способ – нагреванием амальгамы до тех пор, пока вся ртуть не испарится из золота. Второй способ – растворение ртути в азотной кислоте.

ВЫПАРИВАНИЕ МАЛЫХ КОЛИЧЕСТВ РТУТИ (ОТПАРКА)

Ртуть испаряется при температуре 357°С. Такая температура достигается в верхней части открытого пламени большинства газовых горелок.

ВНИМАНИЕ! Пары ртути чрезвычайно ядовиты и могут вызвать смертельное отравление, если их вдохнуть. НИКОГДА НЕ ВЫПАРИВАЙТЕ РТУТЬ ВНУТРИ ЗАКРЫТОГО ПОМЕЩЕНИЯ! Ртуть может выделять ядовитые испарения даже при комнатной температуре.

Нагревание ртути всегда должно выполняться вне помещения и в том месте, где ветер бы сдувал пары от вас и кого-либо еще поблизости.

Ртуть может оставаться на золоте в небольших количествах, поэтому не удивительно ее присутствие, даже если ее не видно невооруженным глазом. Вот почему, когда вы нагреваете ваше золото во время этапа окончательной очистки, вы должны делать это на открытом воздухе и с подветренной стороны.

Для нагрева лучше использовать маленький стальной лоток или миску (сковородку) 15–20 см в диаметре. Алюминиевый лоток не очень подходит для работы с ртутью, поскольку алюминий реагирует с ней в процессе амальгамации. Это может повлечь трудности в процессе очистки золота.

При нагреве шарика амальгамы в стальном лотке предварительно необходимо постараться удалить из нее как можно больше излишков ртути, как об этом говорилось выше.

Вначале амальгаму нужно нагревать медленно, чтобы избежать кипения воды и разбрызгивания ртути с лотка. Как только этой опасности не будет, температуру нагрева можно увеличить, чтобы ускорить работу. Если ваше золото содержит небольшое количество налипшей на него ртути, вам не нужно беспокоиться о разбрызгивании. Но никогда не забывайте, что пары ртути вредны. Выполняйте все операции на открытом воздухе и из-под ветра.

ИСПАРЕНИЕ РТУТИ В РЕТОРТЕ

Когда амальгамы много и ртуть хотят собрать для дальнейшего использования, ее выпаривание ведут в реторте (похожей на самогонный аппарат). Она состоит из металлического, плотно закрываемого тигля для амальгамы, трубки и холодильника с емкостью для осаждения ртути.

Нагревание амальгамы производится в тигле. Пары ртути по трубке поступают в холодильник, где, остывая, превращаются в металлическую ртуть. Под открытый конец пароотводной трубки (после холодильника) помещается маленький заполненный водой контейнер так, чтобы ртуть капала в него по мере вытекания из пароотводной трубки.

Важно! Конец трубки должен находиться близко к поверхности воды, но не погружен в воду. Это ОПАСНО! Вода может подняться по трубке в раскаленный тигель и, испарившись, взорвать ваш аппарат.

При перегонке крышка тигля должна быть хорошо уплотнена («замазана замазкой») глиной или герметиком так, чтобы пары ртути шли только в трубку. В полевых условиях подходит смесь муки и воды. Как только герметик наносится на верхнюю внешнюю кромку тигля с золотом, крышка должна быть сразу плотно завинчена. Проверяют уплотнение тигля путем вдувания воздуха в пароотводную трубку. Воздух не должен выбегать через уплотнение вокруг верхней наружной кромки тигля. Если он проходит, необходимо заново уплотнить тигель и снова проверить его, чтобы убедиться, что уплотнение сделано качественно.

Медленно увеличивайте нагрев тигля с золотом до тех пор, пока ртуть не начнет выходить из пароотводной трубки в контейнер для ее сбора. Продолжайте нагревать с температурой пламени, достаточной чтобы удерживать ровный поток ртути в приемный контейнер.

Когда ртуть перестанет выбегать из пароотводной трубки, продолжайте нагревать тигель с золотом еще несколько минут.

Как только реторта охладилась, снимите уплотнение с тигля и изымите золото.

Золото после перегонки получится в виде желтой губки. Ртуть из приемного контейнера сохраняют для дальнейшего использования.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЯ!

Перегонка должна выполняться вне помещения и с подветренной стороны от любого жилья поблизости. Даже если предполагается, что реторта перегнала всю ртуть, вы никогда не сможете почувствовать себя в безопасности.

Немного ртутных паров может остаться в тигле с золотом, сразу после перегонки. Будьте осторожны и не вдыхайте пары, когда снимите крышку с тигля.

ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕГОНКА

Для химического отделения ртути от золота используют азотную кислоту. Азотная кислота, вступая в реакцию с ртутью и растворяя ее, не оказывает никакого воздействия на золото. При работе с кислотой убедитесь, что из амальгамы удалены все излишки ртути, весь черный песок и другие примеси.

1. Поместите амальгаму в маленькую стеклянную банку и поставьте ее в безопасном месте с подветренной стороны от ближней жилой зоны.

2. Влейте раствор 6:1 кислоты (или крепче) и пронаблюдайте химическую реакцию до тех пор, пока видимые признаки реакции не закончатся.

ВНИМАНИЕ!: БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ И НЕ ВДЫХАЙТЕ ПАРЫ, ВЫДЕЛЯЮЩИЕСЯ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ! Не допускайте контакта раствора кислоты с кожей, даже если кислота разбавлена.

3. Тщательно промойте банку чистой водой, чтобы разбавить и смыть кислоту в отдельный контейнер.

4. Если вся ртуть еще не растворилась, и золото не вернуло себе естественную форму хлопьев и порошка, используйте спицу, чтобы проткнуть и разломить оставшуюся амальгаму. Слейте воду из банки и добавьте другую порцию раствора азотной кислоты. Иногда необходимо слегка проткнуть золото, чтобы разломить амальгаму во время реакции с кислотой.

5. Как только реакция прекратится, промойте снова чистой водой. Если золото все же не вернулось к естественной форме, увеличьте концентрацию раствора кислоты.

Когда вы имеете дело с малыми количествами ртути, то золото обычно полностью очищается после его первого погружения в азотную кислоту. Иногда при работе с большим количеством ртути необходимо выполнить пункты несколько раз, как описано выше.

Если азотной кислотой растворяете большое количество ртути и есть желание сохранить ее, то это можно сделать, слив раствор разбавленной кислоты в отдельную банку. Раствор кислоты содержит ртуть, которая была удалена с амальгамы. Как только раствор слит в отдельную банку, необходимо опустить в нее небольшое количество алюминиевой фольги. При этом кислота, реагируя с алюминием, осадит ртуть на дно банки.

Раствор кислоты можно затем слить из контейнера и у вас останется вся или наибольшая часть первоначальной ртути. Оставшийся раствор кислоты можно далее нейтрализовать питьевой содой, добавляя ее до тех пор, пока не прекратится выделение газа.

ВНИМАНИЕ! Растворы кислоты, оставшиеся от этих химических процессов перегонки, почти всегда классифицируются как опасные отходы, поэтому их необходимо содержать должным образом, чтобы предотвратить их утечку в окружающую среду. Чтобы избежать проблем с законом и здоровьем своим и других людей, старатель должен иметь безопасный и легальный план утилизации таких отходов до выполнения каких-либо процессов, которые создают эти отходы.

ВНИМАНИЕ! Всегда, работая с азотной кислотой, вы должны иметь источник чистой воды непосредственно перед вами. Таким образом, если кислота брызнет или попадет на вас или ваше оборудование, ее можно будет быстро разбавить чистой водой.

Кислота, пролитая на кожу, вызовет ожог, если ее не смыть мгновенно. Кислота, попавшая на вашу одежду, скорее всего, вызовет ожог. Вы должны немедленно снять поврежденную одежду и смыть кислоту с кожи.

Избегайте вдыхания паров азотной кислоты. Пары могут воздействовать на оболочки внутри легких. Самое важное предостережение — избегать попадания азотной кислоты в глаза. Если это случилось, — безотлагательно опустите голову в воду так, чтобы глаза были в воде, чтобы смыть кислоту. Затем обратитесь к доктору. Также неплохо надеть защитные очки!

Азотная кислота реагирует с большинством металлов. Поэтому будьте осторожны, чтобы не разлить ее! Кислоту необходимо хранить в стеклянной банке, в правильно подобранных, герметично закрывающихся пластиковых контейнерах или контейнерах из нержавеющей стали. Храните азотную кислоту подальше от воздействия солнечного света, чтобы сохранить ее потенциал.

1. Dave McCraken. Gold mining in the 21st Centuru. USA, 2005

Читайте также: