Kulta on kemiallinen alkuaine helposti tunnistettavissa keltaisella metallisella värillään. Se on arvokas harvinaisuutensa, korroosionkestävyytensä, sähkönjohtavuuden, muovattavuuden, taipuisuuden ja kauneuden takia. Jos kysyt ihmisiltä, mistä kulta tulee, useimmat sanovat, että hankit sen kaivokselta, pannat hiutaleita virtaan tai uutat sitä merivedestä. Elementin todellinen alkuperä on kuitenkin ennen maan muodostumista.
Avainkortit: Kuinka kulta muodostuu?
- Tutkijat uskovat kaiken maan kullan muodostuneen supernoovien ja neutronitähtien törmäyksissä, jotka tapahtuivat ennen aurinkokunnan muodostumista. Näissä tapahtumissa kulta muodostui r-prosessin aikana.
- Kulta upposi maan ytimeen planeetan muodostumisen aikana. Se on saatavilla vain tänään asteroidipommituksen vuoksi.
- Teoreettisesti on mahdollista muodostaa kultaa fuusio-, fissio- ja radioaktiivisen hajoamisen ydinprosesseilla. Tutkijoiden on helpointa muuttaa kultaa muuntamalla pommittamalla raskaampaa alkuainehopeaa ja tuottamalla kultaa hajoamisen kautta.
- Kultaa ei voida tuottaa kemian tai alkemian avulla. Kemialliset reaktiot eivät voi muuttaa protonien lukumäärää atomissa. Protoninumero tai atominumero määrittelevät elementin identiteetin.
Luonnollinen kullanmuodostus
Sillä aikaa ydinfuusio sisällä aurinko tekee monia elementtejä, aurinko ei voi syntetisoida kultaa. Kullan tuottamiseksi tarvittava huomattava energia syntyy vain, kun tähdet räjähtää a: ssa supernova tai milloin neutronitähdet törmäävät. Näissä äärimmäisissä olosuhteissa raskaat elementit muodostuvat nopean neutronin sieppausprosessin tai r-prosessin kautta.
Missä kultaa esiintyy?
Kaikki maapallolta löytynyt kulta tuli kuolleiden tähtien roskista. Maan muodostuessa raskas elementtejä kuten rauta- ja kulta upposi kohti planeetan ydintä. Jos mitään muuta tapahtumaa ei olisi tapahtunut, maapallon kuoressa ei olisi kultaa. Mutta noin 4 miljardia vuotta sitten maata pommitettiin asteroidien vaikutuksista. Nämä vaikutukset sekoittivat planeetan syvempiä kerroksia ja pakottivat kultaa vaippa ja kuori.
Jonkin verran kultaa voi löytyä kivimalmista. Se saa aikaan hiutaleina, kuten puhdas alkuperäinen elementti, ja hopealla luonnollisessa seoksessa electrum. Eroosio vapauttaa kullan muista mineraaleista. Koska kulta on raskasta, se uppoaa ja kerääntyy virtapetoihin, alluiaalisiin saostumiin ja valtamereen.
Maanjäristyksillä on tärkeä rooli, koska siirtyvä vika purkaa nopeasti mineraalirikkaan veden. Kun vesi höyrystyy, kvartsin suonet ja kultakerrostuminen kallion pinnalle. Samanlainen prosessi tapahtuu tulivuorissa.
Kuinka paljon kultaa on maailmassa?
Maasta louhitun kullan määrä on pieni murto-osa maan kokonaismassasta. Vuonna 2016 Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen (USGS) arvioiden mukaan sivilisaation kynnyksestä lähtien oli tuotettu 5 726 000 000 troijaunssia tai 196 320 Yhdysvaltain tonnia. Noin 85% tästä kullasta jää liikkeeseen. Koska kulta on niin tiheää (19,32 grammaa kuutiometriä kohti), se ei vie paljon tilaa sen massalle. Itse asiassa, jos sulattaisit kaiken tähän mennessä louhitun kullan, lopettaisit noin 60 metrin poikkikuution!
Siitä huolimatta kullan osuus on muutama osa miljardia kohti maankuoren massaa. Vaikka ei ole taloudellisesti mahdollista hankkia paljon kultaa, Maan pinnan ylimmässä kilometrissä on noin miljoona tonnia kultaa. Mantissa ja ytimessä olevan kullan runsautta ei tunneta, mutta se ylittää huomattavasti kuoressa olevan määrän.
Elementin kullan syntetisointi
Yritykset alkemistit lyijyn (tai muiden elementtien) muuttaminen kullaksi epäonnistui, koska mikään kemiallinen reaktio ei voi muuttaa elementtiä toiseksi. Kemiallisiin reaktioihin sisältyy elektronien siirto elementtien välillä, mikä voi tuottaa elementin erilaisia ioneja, mutta protonien lukumäärä atomin ytimessä määrittelee elementin. Kaikki kultaiset atomit sisältävät 79 protonia, joten kullan atomimäärä on 79.
Kulta ei ole niin yksinkertaista kuin protonien lisääminen suoraan tai vähentäminen muista elementeistä. Yleisin menetelmä elementin vaihtamiseksi toiseksi (transmutaatio) on lisättävä neutronit toiseen elementtiin. Neutronit muuttavat elementin isotooppia tekemällä atomeista niin epävakaita, että ne voivat hajota radioaktiivisen hajoamisen kautta.
Japanilainen fyysikko Hantaro Nagaoka syntetisoi kultaa ensin pommittamalla elohopeaa neutroneilla vuonna 1924. Vaikka elohopean muuttaminen kultaksi on helpointa, kultaa voidaan valmistaa muista elementeistä - jopa lyijystä! Neuvostoliiton tutkijat muuttivat vahingossa ydinreaktorin lyijysuojan kultaksi vuonna 1972, ja Glenn Seabord muutti jälkensä kultaa lyijystä vuonna 1980.
Lämpöydinaseiden räjähdykset tuottavat neutronin kaappauksia, jotka ovat samanlaisia kuin r-prosessi tähdellä. Vaikka tällaiset tapahtumat eivät ole käytännöllinen tapa syntetisoida kultaa, ydinkokeet johtivat raskaiden elementtien, einsteiniumin (atominumero 99) ja fermiumin (atominumero 100) löytämiseen.
Lähteet
- McHugh, J. B. (1988). "Kullan pitoisuus luonnollisissa vesissä". Lehti geokemiallisista tutkimuksista. 30 (1–3): 85–94. doi:10.1016/0375-6742(88)90051-9
- Miethe, A. (1924). "Der Zerfall des Quecksilberatoms". Die Naturwissenschaften. 12 (29): 597–598. doi: 10.1007 / BF01505547
- Seeger, Philip A.; Fowler, William A.; Clayton, Donald D. (1965). "Raskaiden elementtien nukleosynteesi neutronien sieppauksella". Astrophysical Journal Supplement -sarja. 11: 121. doi:10.1086/190111
- Sherr, R.; Bainbridge, K. T. & Anderson, H. H. (1941). "Elohopean transmutaatio nopeilla neutroneilla". Fyysinen arviointi. 60 (7): 473–479. doi:10,1103 / PhysRev.60.473
- Willbold, Matthias; Elliott, Tim; Moorbath, Stephen (2011). "Maapallon vaipan volframi-isotooppinen koostumus ennen terminaalipommitusta". luonto. 477 (7363): 195–8. doi: 10.1038 / luonto10399