Gold là gì?

Vàng là một nguyên tố hóa học; nó có ký hiệu hóa học Au (từ tiếng Latinh aurum) và số nguyên tử 79. Ở dạng tinh khiết, nó là một kim loại màu vàng kim loại sáng, đặc, mềm, dễ uốn và dễ kéo sợi. Về mặt hóa học, vàng là một kim loại chuyển tiếp, một nguyên tố nhóm 11 và là một trong những kim loại quý. Nó là một trong những nguyên tố hóa học ít phản ứng nhất, đứng thứ hai trong dãy hoạt động hóa học, chỉ sau bạch kim được xếp hạng là ít phản ứng nhất. Vàng ở trạng thái rắn trong điều kiện tiêu chuẩn.

Vàng thường tồn tại dưới dạng nguyên tố tự do (trạng thái tự nhiên), dưới dạng cục hoặc hạt, trong đá, mạch và trầm tích phù sa.

Nó tồn tại trong một dãy dung dịch rắn với nguyên tố tự nhiên là bạc (như trong electrum), hợp kim tự nhiên với các kim loại khác như đồng và paladi, và các tạp chất khoáng như trong pyrit. Ít phổ biến hơn, nó tồn tại trong các khoáng vật dưới dạng hợp chất vàng, thường với tellurium (tellurides vàng).

Từ nguyên

Vàng có nguồn gốc từ những từ tương tự trong nhiều ngôn ngữ German, bắt nguồn từ *gulþą trong tiếng Đức nguyên thủy từ *ǵʰelh₃ – “tỏa sáng, lấp lánh; có màu vàng hoặc xanh lá cây”.

Ký hiệu Au bắt nguồn từ tiếng Latin aurum, nghĩa là “vàng”. Tổ tiên của aurum trong tiếng Ấn-Âu nguyên thủy là *h₂é-h₂us-o-, nghĩa là “phát sáng”. Từ này bắt nguồn từ cùng một gốc (tiếng Ấn-Âu nguyên thủy *h₂u̯es – “bình minh”) với *h₂éu̯sōs, tổ tiên của từ Latin aurora, nghĩa là “bình minh”.

Mối quan hệ từ nguyên này có lẽ là lý do cho tuyên bố thường xuyên trong các ấn phẩm khoa học rằng aurum có nghĩa là “bình minh rực rỡ”.

Đặc điểm của vàng

Vàng là kim loại dễ uốn nhất. Nó có thể được kéo thành một sợi dây có chiều rộng một nguyên tử, sau đó được kéo giãn đáng kể trước khi đứt. Các sợi nano như vậy bị biến dạng thông qua sự hình thành, định hướng lại và di chuyển của các vị trí lệch và tinh thể đôi mà không bị cứng lại đáng kể.

Màu sắc

Trong khi hầu hết các kim loại có màu xám hoặc trắng bạc, vàng lại hơi đỏ vàng. Màu sắc này được xác định bởi tần số dao động plasma giữa các electron hóa trị của kim loại, nằm trong phạm vi cực tím đối với hầu hết các kim loại nhưng nằm trong phạm vi khả kiến ​​đối với vàng do các hiệu ứng tương đối tính ảnh hưởng đến các orbital xung quanh các nguyên tử vàng. Các hiệu ứng tương tự tạo ra sắc vàng cho xêzi kim loại.

Đồng vị

Vàng chỉ có một đồng vị bền, 197Au, cũng là đồng vị tự nhiên duy nhất của nó, vì vậy vàng vừa là nguyên tố đơn nhân vừa là nguyên tố đơn đồng vị.

Ba mươi sáu đồng vị phóng xạ đã được tổng hợp, có khối lượng nguyên tử từ 169 đến 205.

Đồng vị bền nhất trong số này là 195Au với chu kỳ bán rã là 186,1 ngày. Đồng vị kém bền nhất là 171Au, phân rã bằng cách phát xạ proton với chu kỳ bán rã 30 μs.

Hầu hết các đồng vị phóng xạ của vàng có khối lượng nguyên tử dưới 197 đều phân rã bằng cách kết hợp phát xạ proton, phân rã α và phân rã β+.

Tính chất hóa học của vàng

Mặc dù vàng là kim loại quý nhất trong các kim loại quý, nó vẫn tạo thành nhiều hợp chất đa dạng. Trạng thái oxy hóa của vàng trong các hợp chất của nó dao động từ −1 đến +5, nhưng Au(I) và Au(III) chiếm ưu thế về mặt hóa học.

Au(I), được gọi là ion aurous, là trạng thái oxy hóa phổ biến nhất với các phối tử mềm như thioether, thiolate và organophosphin. Các hợp chất Au(I) thường có dạng tuyến tính.

Các trạng thái oxy hóa hiếm gặp

Các trạng thái oxy hóa ít phổ biến hơn của vàng bao gồm −1, +2 và +5.

Trạng thái oxy hóa −1 xuất hiện trong aurit, các hợp chất chứa anion Au−. Ví dụ, xêzi aurit (CsAu) kết tinh theo mô típ xêzi clorua; rubidi, kali và tetramethylamoni aurit cũng được biết đến. Vàng có ái lực electron cao nhất trong số bất kỳ kim loại nào, ở mức 222,8 kJ/mol, khiến Au− trở thành một dạng bền vững, tương tự như các halogenua.

Nguồn gốc xuất hiện của vàng

Sản xuất vàng trong vũ trụ

Vàng trong vũ trụ được tạo ra thông qua một số quá trình vũ trụ và hiện diện trong bụi mà Hệ Mặt Trời hình thành. Các nhà khoa học đã xác định được ba nguồn vũ trụ chính hình thành vàng: tổng hợp hạt nhân siêu tân tinh, va chạm sao neutron và bùng phát sao từ.

Giả thuyết về nguồn gốc tiểu hành tinh

Do Trái Đất nóng chảy khi hình thành, hầu hết vàng có trong Trái Đất sơ khai có thể đã chìm vào lõi hành tinh.

Do đó, theo giả thuyết trong một mô hình, phần lớn vàng trong lớp vỏ và lớp phủ của Trái Đất được cho là đã được đưa đến Trái Đất thông qua các vụ va chạm tiểu hành tinh trong Cuộc bắn phá nặng nề muộn, khoảng 4 tỷ năm trước.

Giả thuyết vàng quay trở lại từ manti 

Phần lớn vàng còn lại trên Trái Đất được cho là đã được tích hợp vào hành tinh ngay từ thuở sơ khai, khi các vi thể hành tinh hình thành lớp phủ.

Năm 2017, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã xác định rằng vàng “đến bề mặt Trái Đất từ ​​những vùng sâu nhất của hành tinh chúng ta”, lớp phủ, bằng chứng là những phát hiện của họ tại Deseado Massif ở Patagonia, Argentina.

Sự phân bố của vàng trên trái đất

Trên Trái Đất, vàng được tìm thấy trong các quặng đá hình thành từ thời Tiền Cambri trở đi. Nó thường tồn tại dưới dạng kim loại tự nhiên, thường là trong dung dịch rắn kim loại với bạc (tức là dưới dạng hợp kim vàng/bạc).

Các hợp kim như vậy thường có hàm lượng bạc từ 8–10%. Electrum là vàng nguyên tố với hơn 20% bạc, và thường được gọi là vàng trắng.

Màu sắc của Electrum trải dài từ vàng ánh bạc đến bạc, tùy thuộc vào hàm lượng bạc. Càng nhiều bạc, trọng lượng riêng càng thấp.

Nước biển

Các đại dương trên thế giới có chứa vàng. Nồng độ vàng được đo ở Đại Tây Dương và Đông Bắc Thái Bình Dương là 50–150 femtomol/L hoặc 10–30 phần trên một nghìn tỷ (khoảng 10–30 g/km3).

Sản lượng vàng

Theo Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ năm 2016, khoảng 5.726.000.000 ounce troy (178.100 tấn) vàng đã được khai thác, trong đó 85% vẫn đang được sử dụng.

Khai thác và thăm dò

Kể từ những năm 1880, Nam Phi đã là nguồn cung cấp phần lớn nguồn cung vàng của thế giới, và khoảng 22% lượng vàng hiện nay được khai thác từ Nam Phi.

Sản lượng năm 1970 chiếm 79% nguồn cung thế giới, khoảng 1.480 tấn. Năm 2007, Trung Quốc (với 276 tấn) đã vượt qua Nam Phi để trở thành quốc gia sản xuất vàng lớn nhất thế giới.

Năm 2023, Trung Quốc là quốc gia khai thác vàng hàng đầu thế giới, tiếp theo là Nga, Úc, Canada, Hoa Kỳ và Ghana.

Tái chế

Năm 1997, vàng tái chế chiếm khoảng 20% ​​trong tổng số 2.700 tấn vàng cung cấp cho thị trường. Các công ty trang sức như Generation Collection và các công ty máy tính bao gồm Dell đang tiến hành tái chế.

Tính đến năm 2020, lượng khí carbon dioxide (CO2) thải ra trong quá trình khai thác một kg vàng là 16 tấn.

Trong khi đó, việc tái chế một kg vàng tạo ra 53 kg CO2 tương đương. Tính đến năm 2020, khoảng 30% nguồn cung vàng toàn cầu được tái chế chứ không phải khai thác.

Ứng dụng của vàng trong sản xuất và đời sống

Trang sức

Vàng nguyên chất (24k) thường được pha trộn với các kim loại khác để sử dụng trong trang sức, làm thay đổi độ cứng, độ dẻo, điểm nóng chảy, màu sắc và các đặc tính khác của vàng.

Các hợp kim có chỉ số karat thấp hơn, thường là 22k, 18k, 14k hoặc 10k, chứa tỷ lệ đồng, bạc, paladi hoặc các kim loại cơ bản khác cao hơn trong hợp kim.

Điện tử

Chỉ 10% lượng vàng mới được sản xuất ra trên thế giới được sử dụng trong công nghiệp, nhưng ứng dụng công nghiệp quan trọng nhất của vàng mới là chế tạo các đầu nối điện chống ăn mòn trong máy tính và các thiết bị điện khác.

Y học

Hiện nay, chỉ có hai hợp chất vàng được sử dụng làm dược phẩm trong y học hiện đại (natri aurothiomalat và auranofin), được sử dụng để điều trị viêm khớp và các tình trạng tương tự khác ở Hoa Kỳ do đặc tính chống viêm của chúng.

Ẩm thực

• Vàng có thể được sử dụng trong thực phẩm và mang mã số E 175. Năm 2016, Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu đã công bố ý kiến ​​về việc đánh giá lại vàng như một chất phụ gia thực phẩm.
• Lá vàng, vảy vàng hoặc bột vàng được sử dụng trong một số món ăn cao cấp, đặc biệt là đồ ngọt và đồ uống như một thành phần trang trí.
• Danziger Goldwasser (tiếng Đức: Nước vàng Danzig) hay Goldwasser (tiếng Anh: Nước vàng) là một loại rượu mùi thảo mộc truyền thống của Đức, được sản xuất tại nơi ngày nay là Gdańsk, Ba Lan, và Schwabach, Đức, và chứa các vảy vàng lá.
• Ngoài ra còn có một số loại cocktail đắt tiền (khoảng 1000 đô la) có chứa các vảy vàng lá. Vì vàng kim loại trơ với mọi phản ứng hóa học trong cơ thể, nó không có mùi vị, không cung cấp dinh dưỡng và không làm thay đổi cấu trúc cơ thể.
• Vark là một loại lá kim loại nguyên chất, đôi khi là vàng, và được sử dụng để trang trí đồ ngọt trong ẩm thực Nam Á.

Ứng dụng khác

• Vàng tạo ra màu đỏ đậm, rực rỡ khi được sử dụng làm chất tạo màu trong thủy tinh màu nam việt quất.
• Trong nhiếp ảnh, mực vàng được sử dụng để chuyển màu của bản in đen trắng bạc bromua sang tông màu nâu hoặc xanh lam, hoặc để tăng độ ổn định của chúng.
• Vàng là chất phản xạ tốt bức xạ điện từ như tia hồng ngoại và ánh sáng khả kiến, cũng như sóng vô tuyến. Nó được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ trên nhiều vệ tinh nhân tạo, trong tấm bảo vệ hồng ngoại trong bộ đồ bảo hộ nhiệt và mũ bảo hiểm của phi hành gia,…
• Vàng được sử dụng làm lớp phản quang trên một số đĩa CD cao cấp.
• Ô tô có thể sử dụng vàng để chắn nhiệt. McLaren sử dụng lá vàng trong khoang động cơ của mẫu xe F1.
• Vàng có thể được chế tạo mỏng đến mức trông gần như trong suốt. Nó được sử dụng trong cửa sổ buồng lái của một số máy bay để làm tan băng hoặc chống đóng băng bằng cách truyền điện qua.
• Vàng, khi phân tán thành các hạt nano, có thể hoạt động như một chất xúc tác không đồng nhất của các phản ứng hóa học.