Gold-Chemie » Eigenschaften
Gold besteht aus nur einem stabilen Isotop und gehört damit zu den 22 Reinelementen und lässt sich leicht mit vielen Metallen legieren. Das Schwermetall ist unlegiert weich wie Zinn mit einer Mohshärte von 2,5 bis 3 (VHN10 = 30–34; silberhaltig 44–58).
Gold lässt sich aufgrund seiner unerreichten Duktilität und Dehnbarkeit zu hauchdünnem Blattgold schlagen und zu besonders dünnen Folien von etwa 2000 Atomlagen und 100 Nanometern Stärke auswalzen. Dies entspricht nur ca. 1/10 der Wellenlänge des roten Lichtes und ergibt eine durchscheinende Folie, die im Durchlicht blaugrün erscheint. Ernest Rutherford verwendete Goldfolie für seinen Streuversuch. Aus einem Gramm Gold kann ein 24 km langer Faden gezogen werden.
Gold kristallisiert ausschließlich in einem kubisch flächenzentrierten Raumgitter und weist damit eine kubisch dichteste Kugelpackung mit der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225) auf. Der Gitterparameter beträgt bei reinem Gold 0,4078 nm (entspricht 4,078 Å) bei 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.
Bei Versuchen in der Hochdruckforschung konnte allerdings nachgewiesen werden, dass Gold bei sehr schnell erfolgender Kompression eine andere Struktur annimmt und sogar flüssig wird. Während der Hochdruckversuche wurden kleine Goldproben mithilfe von Laserschocks innerhalb von Nanosekunden extrem stark zusammengepresst. Ab 220 Gigapascal wandelt sich dabei die kubisch flächenzentrierte Struktur in die weniger kompakte kubisch-raumzentrierte Struktur. Bei weiterer Erhöhung des Drucks auf 330 Gigapascal beginnt das Gold zu schmelzen. Der Theorie des Forschungsleiters Richard Briggs vom Lawrence Livermore National Laboratory zufolge soll Gold einen Tripelpunkt oberhalb von etwa 220 Gigapascal haben, bei dem die flächenzentrierte, raumzentrierte und flüssige Phase nebeneinander existieren können.
Reines Gold hat eine metallisch-sattgelbe Farbe, die entsprechend als „goldgelb“ bekannt ist und eine ebensolche Strichfarbe. In feiner Verteilung ist es je nach Korngröße gelblich, ockerbraun bis purpurviolett und wird dann als Goldpurpur bezeichnet. Mit zunehmender Temperatur verliert Feingold an Farbintensität und ist hellgelb glühend bevor es schmilzt. Das geschmolzene Metall ist zitronengelb, leicht grünlich und erhält seine intensive gelborange Farbe erst wieder, wenn es vollständig abgekühlt ist. Vor dem Lötrohr ist Gold leicht schmelzbar zu einer vollkommenen Kugel.
Beimengungen von Kupfer lassen es rosa oder rötlich erscheinen, senken die Schmelztemperatur und steigern zugleich Härte, Festigkeit und Polierbarkeit beträchtlich. Steigende Silberanteile verändern die Farbe des reinen Goldes über hellgelb nach hellgrün und schließlich zu weiß; Schmelztemperatur und Härte verändern sich dabei nur sehr wenig. Die meisten Metalle, so auch die bekannten Platinmetalle, Quecksilber und die Eisenmetalle, führen als Beimischungen dagegen in steigenden Anteilen zu einer Entfärbung in Form einer eher schmutziggelbgrauen bis grauweißen Legierung. So variiert die Farbe von palladiumhaltigem Gold (Porpezit) zwischen lohfarben und hellbraun.
Einige der ungewöhnlichen Eigenschaften wie die goldgelbe Farbe und hohe Duktilität werden aktuell mit dem Einfluss von relativistischen Effekten auf die Elektronenorbitale erklärt. So entsteht die gelbliche Farbe durch Absorption im Frequenzbereich der Komplementärfarbe Blau. Ursache dafür ist die auf Grund relativistischer Effekte vergleichsweise kleine Bandlücke zwischen dem 6s- und den 5d-Orbitalen. Während energiereiche blaue Photonen absorbiert werden und zu Elektronenübergängen führen, werden die anderen, weniger energiereichen Photonen (grün, gelb, rot) aus dem Spektrum sichtbaren Lichts reflektiert, wodurch die gelbe Färbung entsteht.
In der Oberflächenchemie werden verschiedene Flächen von Au-Einkristallen u. a. in der Rastertunnelmikroskopie eingesetzt (siehe Abbildung).
Die spezifische Verdampfungsenthalpie ΔHv von Gold ist mit 1,70 kJ/g wesentlich geringer als beispielsweise diejenige von Wasser (mit 2,26 kJ/g) oder Eisen (6,26 kJ/g, alle für die Siedetemperatur bestimmt). Bei überhitzten Goldschmelzen können daher (wie auch bei anderen Schmelzemanipulationen etwa in der Stahlindustrie) beträchtliche Rauch- und Verdampfungsverluste auftreten, sofern der Schmelzvorgang ohne Abdichtung oder Absaugung und Abscheidung in Aktivkohle erfolgt.
