What is 金?
金 (symbol Au) is element 79 on the periodic table, a 过渡金属 in period 6, group 11. Chemically almost inert, endlessly ductile, and valued by every civilisation that ever found it. At room temperature it is a solid.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示金在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 144 pm — that is 0.144 nm, so about 3472 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
金 is liquid over a 1792 K window, from 1337 K to 3129 K.
故事
金——6000多年来驱动人类雄心的财富与权力永恒象征!这种非凡的金属永不失去光泽,永不腐蚀,并且永远保持耀眼的光泽,使其成为不朽的完美隐喻。宇宙中存在的每一个金原子,都是数十亿年前在垂死恒星的核心锻造而成的,并在壮观的超新星爆炸中散布到宇宙各处。古埃及人称其为“众神的肉”,而现代技术依赖于它——你的智能手机电路中含有关于50毫克金!金的延展性极佳,单单一盎司就能锤打成覆盖100平方英尺的薄片;它的延性也非常好,可以拉成50英里长的金属丝!从奥运奖牌到结婚戒指,从诺克斯堡到航天器隔热罩,金凭借美丽、稀有与实用性相结合的独特特质,持续吸引着人类!
金是人类已知最早的金属之一,发现得如此之早,以至于无法归功于任何特定的发现者。史前人类很可能最初是在溪流和河流中发现闪亮的金块,当时自然风化已将这种金属从岩石基质中释放出来。
最早加工过的金制品可追溯至公元前5千年,出土于保加利亚的瓦尔纳墓地。这些精美的随葬品包括世界上最古老的加工金制品,表明古代人很快就认识到金的特殊性质,并将其与神圣力量和永生联系起来。
考古证据表明,多个古代文明独立发现并开始加工金。从尼罗河流域到古代安纳托利亚的溪流,世界各地的人类都发现并珍视这种不朽的金属。
古埃及将金从普通的贵重材料提升为诸神本身的血肉。埃及法老相信金是太阳神拉永不朽坏的血肉,因此金制葬礼面具和石棺对于获得永生至关重要。著名的图坦卡蒙面具含有超过20磅纯金。
埃及人在东部沙漠和努比亚开展的采矿活动是古代世界最先进的。象形文字记录详细描述了复杂的采矿远征,包括数千名工人、先进的地下开采技术,以及延伸数百英里进入沙漠的复杂供应链。
埃及人发展出许多至今仍在使用的金加工技术,包括粒金工艺、金丝工艺和錾胎工艺。他们能够制作出薄如蝉翼、几乎透明的金箔,其珠宝设计影响了整个地中海地区及更远地方的文化。
古希腊人于公元前650年前后在吕底亚王国铸造了最早的金币,彻底改变了商业,并确立了金作为终极价值储藏手段的地位。吕底亚国王克罗伊斯因其金币而成为财富的代名词,也由此产生了“富得像克罗伊斯”这一说法。
希腊神话在金羊毛和迈达斯国王点金术等故事中使金永垂不朽,反映出人类与这种不受腐蚀的金属之间深厚的心理联系。这些故事强调了金的超自然关联,以及它既能创造也能毁灭的力量。
罗马工程技术通过西班牙的水力采矿和罗马尼亚的地下开采等技术推进了金矿开采。西班牙拉斯梅杜拉斯的罗马矿山曾移动整座山脉以提取金,创造出的地貌至今仍发生着显著改变。
罗马社会对金的需求推动了其在欧洲和非洲的扩张。努比亚金持续从非洲矿山流出,而西班牙的采矿活动则提供了资助罗马帝国扩张和奢华生活的金属。
西班牙征服美洲将前所未有数量的金带入全球经济。Hernán Cortés征服阿兹特克帝国(1519-1521年)获得了堆满房间的金制品,西班牙人将其熔化后运往欧洲,从根本上改变了全球经济。
Francisco Pizarro俘获印加皇帝Atahualpa(1532年)后获得了超过24吨金的赎金,这是人类历史上最大的宝藏。这笔财富资助了西班牙数百年的统治,同时也摧毁了美洲原住民文明。
新大陆的金大量涌入导致16世纪欧洲出现严重通货膨胀,显示出金深远的经济影响。西班牙大帆船运载了如此多的金,以至于这一时期的沉船至今仍不断被现代打捞者发现宝藏。
印加和阿兹特克的金加工达到了令熟悉金制品的欧洲人也惊叹的艺术高度。这些文明运用失蜡铸造和复杂合金调控等技术,制作出精美的珠宝、宗教器物和装饰品。
加利福尼亚淘金热(1849年)标志着工业规模金提取的开始。James Marshall在Sutter's Mill的发现引发了美国历史上最大规模的自愿迁徙,将30万人带到加利福尼亚,并确立了金矿开采作为全球产业的地位。
南非的发现在Witwatersrand(1886年)揭示了世界上最大的金矿床,并确立了至今仍在使用的采矿技术。“黄金之城”(约翰内斯堡)从一无所有发展为主要大都市,完全依靠金的开采发展起来。
克朗代克淘金热(1896-1899年)展现了金持续激发人类梦想并推动极限冒险的力量。尽管条件恶劣、地点偏远,仍有超过10万名淘金者试图前往加拿大育空地区。
对金的现代认识,包括其原子结构、电子性质和工业应用,始于20世纪。科学研究揭示了古代人为何被金吸引:其美丽、耐久性和化学稳定性的独特结合,使其真正无可替代。
原子理论通过金的电子结构及其在元素周期表中的位置,解释了金不受腐蚀的本质。在原子层面理解金,为电子、医学和纳米技术领域开辟了新的应用。
对金纳米颗粒独特性质的发现,彻底改变了从癌症治疗到污染控制等多个领域。这些微观金颗粒的行为不同于块状金,表现出独特的颜色和催化性质,有望带来全新的应用。
太空探索揭示了金在恒星核合成和超新星爆炸中的宇宙起源。这些知识将地球上的金饰与宇宙中最剧烈的事件联系起来,为人类最古老的贵金属增添了宇宙意义。
应用
金具有卓越的导电性和耐腐蚀性,是现代电子设备中不可或缺的材料。计算机电路和智能手机组件依靠金在多年使用过程中保持完美电气连接的能力。每部智能手机的电路、连接器和存储芯片中约含有0.034克金。
半导体制造使用金丝键合,将精密的硅芯片连接到封装上。这些比人类头发还细的微小金丝能够绝对可靠地传输电信号。先进处理器中可能含有数百个这样的金连接点。
航天工业依赖于必须在严酷太空环境中完美运行的镀金电子设备。卫星、空间站和火星车使用金涂层保护关键电路,抵御会摧毁其他材料的辐射和极端温度。
电信和雷达系统中的高频电子设备利用金的优异导电性来最大限度地减少信号损耗。金的抗氧化性确保这些关键系统能够长期保持最佳性能。
牙科修复使用金已有2500多年,而现代牙科仍然重视金的生物相容性和耐久性。金牙冠、嵌体和牙桥能够抵抗唾液和食物酸的腐蚀,同时数十年保持其形状和功能。
医疗植入物采用金组件,因为金具有良好的生物相容性并且能够抵抗体液。心脏起搏器电极、关节置换物和手术器械受益于金的不活泼性质,可防止组织刺激和设备失效。
癌症治疗利用金纳米颗粒开展前沿疗法。这些微小的金颗粒可以靶向肿瘤细胞,然后用激光加热,摧毁癌细胞,同时保护健康组织。这项新兴技术代表了精准癌症治疗的未来。
诊断成像使用金造影剂来增强MRI和CT扫描图像。金的独特性质使医生能够以前所未有的清晰度观察内部结构并检测疾病。
航天器防护依靠金反射红外辐射的卓越能力。詹姆斯·韦布空间望远镜的镜面覆盖着超薄金层,使其能够捕捉宇宙中最遥远星系发出的光。
喷气发动机组件使用金涂层来承受极端温度和腐蚀性环境。这些涂层保护关键部件免受现代涡轮发动机内部恶劣环境的影响,确保飞行安全高效。
军用电子设备依靠金在任务关键应用中的可靠性。从战斗机航空电子设备到导弹制导系统,金确保电子系统在人命攸关时完美运行。
卫星技术在电子电路和反射表面中都使用金。通信卫星、GPS系统和天气监测设备都依赖金独特的电学和光学性质组合。
金纳米颗粒凭借其在分子尺度上的独特性质,正在彻底改变多个行业。这些颗粒表现出不同于块状金的颜色和行为,从而推动了医学、电子和材料科学领域的新应用。
催化应用利用金在纳米尺度上出人意料的催化活性。金纳米颗粒催化剂可以分解污染物、实现清洁化学反应,并改进工业流程,同时在比传统催化剂更低的温度下运行。
精密制造利用金的性质制造超薄膜和涂层。这些应用需要金能够形成均匀、无缺陷的层,即使厚度达到原子尺度,也能保持其性质。
科研仪器在绝对可靠性和精度至关重要的地方采用金组件。从电子显微镜到原子力显微镜,金的稳定性推动着知识前沿的科学发现。
太阳能电池技术在电接触点和连接处使用金,这些部件必须在户外暴露25年以上的情况下保持效率。金的耐腐蚀性确保这些系统在整个运行寿命期间持续产生清洁能源。
燃料电池系统采用金催化剂和电气组件,实现氢向电能的高效转换。这些系统是清洁能源转型的关键技术之一。
储能系统在可靠性至关重要的电池连接处和控制电路中使用金。随着可再生能源储能变得越来越重要,金在确保系统可靠性方面的作用也日益突出。
智能电网技术依靠含金传感器和控制系统来管理现代电网。这些系统必须无故障运行,才能整合可再生能源并保持电网稳定。
结婚戒指和订婚戒指代表了金最具情感意义的用途。数千年来,金一直象征着永恒的爱与承诺,因为它永不失去光泽,也不会劣化。几十年后,你的金婚戒指看起来仍会和今天一样。
时尚珠宝使用各种金合金,制作出不同颜色和价格范围的饰品。14K金(纯度为58.3%)具有日常佩戴所需的耐久性,而18K金(纯度为75%)则色泽更加浓郁,也更具尊贵感。
文化和宗教珠宝在许多社会中具有深远意义。从象征繁荣的印度教金手镯,到用于纪念重要场合的伊斯兰金币,金所承载的意义远远超出其货币价值。
投资珠宝将美观与财务保障结合起来。金饰能够长期保值,并且可以轻松变现,因此既是装饰品,也是便携式财富储存方式。
你的智能手机的电路和连接器中含有价值约$2-3的金。这些金确保手机即使在日常使用和温度变化的情况下,也能多年保持可靠运行和完美的电气连接。
你的笔记本电脑、台式机和游戏系统中的计算机组件使用镀金连接器和电路板。RAM模块、显卡和处理器都含有金,使现代计算所需的高速数据传输成为可能。
电视和音频设备在HDMI电缆、音频连接器和内部电路中使用金,以确保信号完美传输。金具有抗腐蚀性,因此这些连接可以几十年保持良好质量。
家用电器越来越多地在电子控制装置和传感器中使用金。从智能冰箱到洗衣机,金有助于确保这些昂贵的电器在整个使用寿命期间可靠运行。
金制牙冠和填充物由金合金制成,具有出色的耐久性和生物相容性。虽然如今因美观问题而不太常见,但金制牙科修复物可以使用50多年而无需更换,从长期来看具有经济优势。
你可能接触到的医疗器械包括镀金心脏起搏器电极、外科器械和诊断设备。金的生物相容性确保这些器械能够在人体内安全工作。
关节炎治疗有时会包括基于金的药物(金盐),用于减轻炎症和关节损伤。虽然较新的治疗方法更为常见,但金化合物仍然是某些患者的一种选择。
金币和金条提供了数千年来一直保持价值的有形财富。美国鹰洋金币、加拿大枫叶金币和南非克鲁格金币等热门投资金币,为拥有实物金提供了便利方式。
黄金ETF和共同基金允许投资者在无需担心实物储存的情况下投资黄金。这些金融工具跟踪金价,并通过传统投资账户获得金价波动带来的投资机会。
退休账户可以纳入黄金投资,以对冲通货膨胀和经济不确定性。许多财务顾问建议在多元化投资组合中配置5-10%的黄金。
以黄金形式持有的应急储蓄能够提供超越货币波动和政治不稳定的财务保障。金在世界任何地方都被普遍接受,因此具有价值。
历史上的宗教器物一直使用金来彰显神圣与神性。世界各地的教堂、寺庙和清真寺都装饰着金箔、金色圣杯和珍贵饰品,令人产生敬畏之情。
艺术和工艺品使用金箔、金漆和金丝,创造持久的美感。从画框到泥金手稿,金为艺术创作增添了奢华感和永恒性。
奖项和荣誉类物品,如奥运会金牌、企业表彰礼品和成就奖杯,使用金来象征最高水平的成就和尊贵感。
住宅和办公室中的装饰物使用金色点缀来传达成功与成熟感。金色画框、装饰碗和装饰性物品为任何空间增添优雅气息。
来源
0.004 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 36% of elements
金在地球上的存在,讲述了宇宙暴力与地质耐心的故事。大部分金元素起源于数十亿年前的超新星爆炸,珍贵的金属原子散布在最终形成地球的宇宙尘埃中。在地球形成过程中,大量金沉入地核,但后来的地质过程又将其中一部分带回了可开采的深度。
金在自然界中以自然金形式存在,即以元素形态存在的纯金,而不是与其他元素结合。这种在金属中较为罕见的现象,反映了金的化学惰性以及抗氧化和抗腐蚀能力。地壳中的金平均浓度仅为每十亿份中含4份,因此比铂更稀有。
热液过程形成了大多数具有经济开采价值的金矿床。富含矿物质的高温流体沿岩石裂隙流动,溶解并重新沉积金,使其集中形成矿脉和矿体。这些过程历经数百万年,因此金矿床相对稀少。
当风化和侵蚀使金从母岩中释放出来时,就会形成冲积矿床。河流和溪流将金颗粒带到下游,金颗粒在水流较缓的区域沉积。由于金的高密度(19.3 g/cm³),它会在特定地点聚集,形成富集区。
加利福尼亚淘金热(1849-1855)开发了这些冲积矿床,生动展示了地质过程如何使金发生富集。矿工甚至可以直接从溪流中捡到金块,尽管这种容易获取的金很快就被采尽了。这一时期发现的最大金块重量超过17磅。
现代冲积采矿仍在Alaska、Canada以及其他有利于金富集的地区持续进行。这些作业采用机械分离技术,从沙砾中提取金,方式与历史淘金者使用的“淘洗”技术十分相似。
China引领全球金产量,每年从全国各地的众多矿床中开采超过380吨金。胶东半岛拥有世界上最大的金矿床之一,这些矿床经过数亿年的复杂地质过程形成。
Australia位居全球第二,主要开采活动集中在Western Australia的金矿区。Kalgoorlie的Super Pit是世界上最大的露天金矿之一,从每吨岩石仅含1-2克金的矿石中提取金。
Russia通过硬岩采矿和Siberia的冲积矿床,为全球金产量作出了重要贡献。Olimpiada矿是世界上最大的金矿作业之一,每年处理数百万吨矿石,以提取相对少量的金。
South Africa曾长期占据金产量的主导地位,在Witwatersrand盆地仍拥有大量储量。这些矿床形成于29亿多年前,是地球上最古老、最丰富的金富集区之一。
United States的产金中心位于Nevada的Carlin Trend,这里的金微粒分散在大量岩石中,需要使用先进的加工技术进行提取。
现代金矿开采面临一个现实:易于开采的高品位矿床大多已经枯竭。如今的作业通常处理每吨含金1-5克的矿石,需要移动和加工数量巨大的岩石,才能提取相对少量的金。
氰化物堆浸通过使用稀氰化物溶液溶解金,使低品位矿石中的金得以提取。这一过程可能需要数月才能完成,但能使过去不具经济性的矿床具备开采价值。
地下采矿需要达到越来越深的地下,以获取剩余的高品位矿床。一些South Africa的矿井深入地下超过4公里,带来了极大的技术和安全挑战。
环境因素对现代金矿开采有着重大影响。酸性矿山排水、栖息地破坏和化学加工都需要谨慎管理,以便在提取这一宝贵资源的同时,将生态损害降至最低。
电子废弃物是金的重要二次来源。废弃的智能手机、计算机和电子设备中含有可回收的金,从中提取金有时比开采新矿石更具经济性。一吨智能手机所含的金多于一吨金矿石。
珠宝回收提供了另一种重要来源,旧珠宝经过精炼并加工成新产品。这一过程既能回收其中的金,也能在保留贵金属的同时更新设计。
城市采矿作业在发达国家从各种废物流中回收金,包括牙科废料、工业废料和过时设备。这些来源的金浓度通常高于传统采矿来源。
发达国家的金回收率超过80%,使金成为回收效率最高的金属之一。这种高回收率有助于满足需求,同时减少初级采矿作业对环境的影响。
处理
纯金(24K)是人体接触时最安全的金属之一。它完全的化学惰性意味着不会与皮肤、唾液或其他体液发生反应。因此,金首饰可以连续佩戴数十年而不会引起皮肤反应或健康问题。
生物相容性使金非常适合用于医疗和牙科领域。金牙冠和医疗植入物可以在人体内长期存在,而不会引起不良反应或发生降解。
食品安全用途包括美食中使用的可食用金箔。纯金会以未改变的状态通过消化系统,且完全无毒,但不提供任何营养价值。
金首饰合金可能含有会引起过敏反应的金属。白金中的镍可能使敏感人群发生接触性皮炎。红金中的铜可能使部分人的皮肤变色或受到刺激。
与金混合的纯银可能失去光泽,并可能引起皮肤反应。购买金首饰时,如果已知自己对某些金属敏感,应查看合金成分。
包金和镀金物品的金层磨损后,可能暴露下面的贱金属。与固态金制品相比,这些产品对过敏反应的防护较弱。
用于医疗治疗的金盐和金化合物可能引起严重副作用,包括肾损伤、皮肤反应和血液疾病。这些药物需要在严格的医疗监督下使用,并进行定期监测。
氯金酸(用于镀金和摄影)具有腐蚀性且有毒。操作时应使用适当的化学品安全设备,包括手套、眼部防护用品和充分的通风设施。
用于采矿和电镀的氰化金溶液由于氰化物的毒性而极其危险。这些溶液的操作需要专业培训、专用设备和应急程序。
金矿开采中的氰化物处理会带来严重的环境和健康风险。接触氰化物溶液可能导致迅速失去意识和死亡。严格的安全规程、监测设备和应急响应程序至关重要。
汞 amalgamation(小规模采矿中仍在使用)会产生有毒的汞蒸气,造成神经系统损伤。许多国家已禁止这一工艺,但一些地区仍在非法使用,导致环境污染和健康问题。
金矿开采作业产生的酸性矿山排水可能使水源受到污染并持续数十年。低pH值和溶解金属会造成环境危害,需要长期监测和处理。
金矿开采作业中的二氧化硅粉尘可能导致矽肺,这是一种严重的肺部疾病。适当的呼吸防护和粉尘控制措施对保障工人安全至关重要。
珠宝制造需要通风系统来清除金属粉尘和化学烟雾。工人在研磨、抛光或进行金的化学处理时,应使用适当的呼吸防护用品。
使用金组件的电子产品制造遵循标准电气安全规程。主要危害来自其他工艺,而不是金本身的接触。
熔化和铸造金需要耐热设备和适当的通风。虽然金本身不会产生有毒烟雾,但助熔剂和合金成分可能产生有害蒸气。
电子废物回收可能涉及对未经培训的人员有危险的化学品。专业电子废物回收人员会使用适当的安全设备和程序,以安全地回收金。
珠宝回收通常是安全的,但可能需要加热金属,以便将金与其他材料分离。应确保通风充分,并避免吸入加工过程中产生的任何烟雾。
金的环境影响主要来自采矿作业,而不是金属本身。负责任的采购和回收有助于在满足金需求的同时最大限度地减少环境破坏。
快速回答
金 (symbol Au) is element 79 on the periodic table, a 过渡金属 in period 6, group 11. Chemically almost inert, endlessly ductile, and valued by every civilisation that ever found it. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 1 electrons respectively.金 melts at 1337.3 K (1064.2 °C) and boils at 3129 K (2855.9 °C).
The standard atomic weight of 金 is 196.967 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
金 has a density of 19.32 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 金 is about 19.3× heavier.
金 has a Pauling electronegativity of 2.54. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
金 has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from anglo-Saxon gold; symbol from Latin aurum.
金 makes up about 0.004 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.