پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی
طلا چیست؟ ویژگی ها و کاربردهای آن
معرفی
طلا با نشان شیمیایی Au نام یک عنصر است. طلا فلزی نرم و چگال و شکل‌پذیر به رنگ زرد روشن و براق است که در مجاورت هوا و آب زنگ نمی‌زند و تیره نمی‌شود. از نظر شیمیایی، طلا فلزی واسطه است که در گروه ۱۱ جدول تناوبی جای دارد و یکی از کم واکنش‌ترین عنصرهای جامد در شرایط استاندارد است. پس می‌توان این فلز را به صورت خالص در طبیعت به صورت دانه‌ای یا تکه‌ای در میان سنگ‌ها، کانی‌های بلوری شده و مواد ته نشینی آبرفتی پیدا کرد. همچنین در میان کانی‌ها به صورت ترکیبی با دیگر عنصرها به ویژه تلوریم دیده شده اما فراوان نیست. نماد شیمیایی این عنصر، Au از نام لاتین آن aurum به معنی «درخشش سپیده دم» گرفته شده‌است.
ارزش طلا به دلیل کمیابی آن، کاربرد پذیری آسان، تصفیه راحت، مقاومت در مقابل زنگ زدن و خوردگی، رنگ متمایز، واکنش‌ناپذیری با دیگر عناصر است؛ ویژگی‌هایی که در کمتر فلز دیگری دیده می‌شود. همچنین این فلز این قابلیت را دارد که تا حد رشته‌های بسیار کوچکی درآید که این خاصیت در ساخت جواهرات کاربرد بسیار مهمی دارد.طلا از آغاز تاریخ مکتوب بشر همواره فلزی گران‌بها و محبوب بوده‌است که برای ضرب سکه، ساخت جواهرات و کاربردهای هنری استفاده می‌شده‌است. در گذشته سیاست مالی بسیاری از کشورها بر پایه استاندارد طلا استوار بود یعنی پول هر کشوری معادل مقدار مشخصی از طلا بود. استاندارد طلا از آغاز جنگ جهانی اول در بیشتر کشورهای اروپایی و پس از آن به تدریج در کشورهای دیگر کنار گذاشته شد و سیاست پول بی‌پشتوانه جایگزین آن شد.
طلا علاوه بر کاربرد سرمایه‌ای و استفاده در جواهرات کاربردهای گوناگون دیگری از جمله : دندان‌پزشکی، تولید شیشه‌های رنگی و صنایع الکترونیک دارد و با توجه به رسانایی الکتریکی بالا در سیم‌کشی الکتریکی کاربرد دارد.
طلا در برابر بیشتر اسیدها پایدار است اما در تیزاب سلطانی (نیترو-هیدروکلریک اسید) حل می‌شود دلیل برگزیدن نام «تیزاب سلطانی» برای توانایی حل کردن طلا است. افزون بر این طلا در محلول‌های آلکالینی سیانور که در معدن کاری کاربرد دارد، و در جیوه با ساخت آلیاژ ملغمه هم حل می‌شود. نیتریک اسید که توان حل کردن نقره و فلزهای پایه را دارد در برابر طلا ناتوان است. این ویژگی نیتریک اسید در آزمون اسید برای شناسایی و تأیید طلا به کار می‌آید.
طلا معمولاً به صورت آلیاژ همراه با فلزات دیگر استفاده می‌شود. مس رایجترین فلز برای ساخت آلیاژ طلاست و گاهی از فلزات دیگری مثل نقره، نیکل، و پالادیم هم استفاده می‌شود. درصد طلای موجود در هر مصنوع فلزی به عنوان عیار طلا نامیده می‌شود که معمولاً از واحد ۲۴ یا واحد ۱۰۰۰ بیان می‌شود. مثلاً طلای ۱۸ عیار (۷۵۰) حاوی ۷۵ درصد طلاست و طلای ۹۰۰ شامل ۹۰ درصد طلاست.
شکل ظاهری
طلا شکل کریستالی ویژه‌ای ندارد (اصطلاحاً آمورف یا بی شکل). در طبیعت معمولاً در میان سنگ‌های آتشفشانی و گاهی در میان رسوبات رودخانه‌ای و دریاچه‌ای یافت می‌شود. در سنگ‌های آتشفشانی به شکل دندریتی دیده می‌شود و در رسوبات به صورت دانه‌های ریز و درشت. اولین و بارزترین مشخصهٔ طلا، رنگ زرد و برق فلزی آن است. اما در موارد بسیار زیادی ممکن است با طلای ابلهان یا پیریت اشتباه گرفته شود. مهم‌ترین تفاوت در زمان این تشخیص، خاصیت چکش خواری طلا است. در حالی که پیریت با ضربهٔ چکش، خرد می‌شود، طلا در برابر ضربه تنها کمی تغییر شکل می‌دهد. لازم به ذکر است طلا از نظر کریستالوگرافی در رده FCC قرار دارد.
خصوصیات
طلا شکل‌پذیرترین ماده‌است. یک گرم از این عنصر را می‌توان آن قدر چکش زد تا به اندازهٔ یک ورق با مساحت یک متر مربع پهن شود یا یک اونس را به اندازهٔ ۳۰۰ پا پهن کرد. برگهٔ طلا می‌تواند آن قدر نازک شود تا در پایان شفاف شود در این صورت نور گذرا از آن به رنگ آبی مایل به سبز خواهد بود چون طلا به شدت نور زرد و قرمز را باز می‌تاباند. چنین ورقه‌های نیمه شفافی به خوبی پرتوهای فروسرخ را باز می‌تاباند، این ویژگی در پوشش‌های محافظ در برابر پرتوهای فروسرخ یا پرتوهای گرمایی مانند لباس‌های محافظ در برابر گرما یا در برابر خورشید مانند لباس فضانوردان به کار می‌آید
طلا می‌تواند با بسیاری از فلزها آلیاژ شود. این آلیاژها در بدست آوردن سختی و نرمی‌های گوناگون، دمای ذوب مناسب، پدید آوردن رنگ دلخواه و دیگر کاربردهای فلزشناسی مورد نیازند. طلا رسانای خوب گرما و جریان برق است. از نظر شیمیایی رطوبت هوا و واکنشگرهای ناب خورنده بر آن بی‌اثرند. به همین دلیل در ساخت سکه و گوهرسازی بسیار مناسب است و البته می‌توانند پوشش مناسب برای دیگر فلزهای واکنش پذیر باشد. دارای میل ترکیبی بسیار پایینی است و در برابر بیشتر اسید و بازها ایستادگی می‌کند. می‌توان گفت طلا عنصری حل نشدنی است هرچند که در تیزاب سلطانی می‌توان آن را حل کرد.
اکسیدهای معمول طلا عبارتند از طلای یک و سه بار مثبت یا طلا(I) و طلا(III). یون‌های طلا در محلول به آسانی کاهیده می‌شوند در صورت افزودن هر فلز دیگری در نقش عامل کاهش، می‌بینیم که فلز افزوده اکسید و حل می‌شود در مقابل فلز جامد طلا در ظرف ته‌نشین می‌شود.
طلای پالودهٔ باکیفیت، بی بو، بی مزه و پایدار در برابر خوردگی است. طلا چگالی بالایی دارد، یک مترمکعب از آن ۱۹٬۳۰۰ kg وزن دارد. برای مقایسه: چگالی سرب 11,340 kg/m۳ و چگالی سنگین‌ترین عنصر یعنی اسمیم 22,610 kg/m۳ است.
رنگ
در حالی که بیشتر فلزهای پالوده (خالص) به رنگ خاکستری، نقره‌ای یا سفید اند، طلا به رنگ زرد است. این رنگ نشان می‌دهد که چه میزان الکترون‌های تراز والانسی آزادند و در شمار انبوه به این سو و آن سو می‌روند (پلاسمون). بسامد این جابجایی‌ها در بیشتر فلزها در بازهٔ فرابنفش است اما برای طلا در بازهٔ نور دیدنی (مرئی) می‌افتد. این به دلیل اثرهای نسبیتی-کوانتومی در ابر الکترونی پیرامون اتم طلا است.
رنگ پیش‌بینی شده توسط مدل کوانتومی (غیرنسبیتی) برای طلا سفید و همانند نقره است، اما وارد کردن اثرات اختلالی نسبیتی می‌تواند رنگ زرد خاص فلز طلا بر خلاف رنگ سفید یا نقره‌ای بیشتر فلزات دیگر را توجیه کند. همان‌طور که در شکل دیده می‌شود، طیف نور بازتاب‌شده از فلزاتی نظیر نقره (Ag) یا آلومینیوم (Al) در بازهٔ طول موج نور مرئی (۴۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر) ثابت بوده و این فلزات همهٔ رنگ‌ها را با شدت یکسان بازتاب می‌کنند و بنابراین سفید دیده می‌شوند. اما طلا، نور آبی (طول موج‌های حدود ۴۰۰ نانومتر) را بیشتر از بقیه رنگ‌ها جذب کرده و در نتیجه زرد رنگ دیده می‌شود.
آلیاژهای رنگی طلا مانند طلای قرمز را می‌توان با افزودن اندکی مس و نقره بدست آورد. مثلث کناری رنگ‌های گوناگون آلیاژهای نقره-طلا-مس را نشان می‌دهد. آلیاژهای دیگر طلا مانند نیکل و پالادیم هم در گوهرسازی تجاری مهم اند چون با کمک آن‌ها به آلیاژ طلای سفید دست می‌یابیم. افزودنی‌های دیگر مانند منگنز، آلومینیم، آهن، ایندیم و… می‌توانند رنگ‌های دیگری از طلا بدست آوردند که چندان معمول نیست و کاربردهای دیگری دارد.
طلای سبز : در صورت ترکیب فلز طلا با فلز روی، رنگ طلا به سمت رنگ سبز میل می‌کند و هرچه درصد فلز روی بالاتر رود میزان سبزی هم بیشتر می‌شود.
طلای بنفش: از ترکیب فلزهای طلا و آلومینیوم با نسبت یک اتم طلا در مقابل دو اتم آلومینیوم فلزی با رنگ جذاب ارغوانی ایجاد خواهد شد. در واقع ۷۹ درصد ترکیب فوق طلا است که ۱۸ عیار ارزیابی می‌شود.
کاربردها
جواهرسازی
به دلیل نرمی بالای طلای خالص (عیار ۲۴) آن را با فلزهای دیگر آلیاژ می‌کنند تا استحکام، شکل‌پذیری و خواص دیگر آن بهبود یابد. مس رایجترین فلز در آلیاژهای طلاست و باعث قرمزتر شدن رنگ آلیاژ می‌شود. میزان طلای موجود در هر آلیاژ از واحد ۲۴ یا واحد ۱۰۰۰ بیان می‌شود. طلای ۱۸ عیار به معنی ۱۸ واحد طلا و ۶ واحد فلز دیگر و طلای ۹۰۰ به معنی ۹۰۰ واحد طلا و ۱۰۰ واحد فلز دیگر است.
طلای با عیار ۱۸ که دارای ۲۵٪ مس باشد در طلاسازی سنتی و باستانی روسیه دیده شده‌است. این طلا که قرمز رنگ است برای عموم مردم کاربرد ندارد. طلای ۱۴ با آلیاژ طلا-مس رنگی همانند برخی آلیاژهای برنز دارد که از هر دوی آن‌ها در ساخت نشان پلیس استفاده می‌شود. از آمیختن طلا با آهن به طلای آبی و از طلا با آلومینیم به طلای بنفش می‌رسیم. این رنگ‌های طلا مگر در کارهای بسیار ویژهٔ گوهرسازی، کاربرد چندانی ندارند. طلای آبی تُرد است و به سختی می‌توان با آن کار کرد.
طلای ۱۸ و ۱۴ که تنها از آلیاژ طلا-نقره ساخته شده باشند رنگ زرد مایل به سبز دارند و با نام طلای سبز شناخته می‌شوند. طلای سفید از آمیختن طلا با فلزهای سفیدرنگ مثل نقره، پالادیم یا نیکل بدست می‌آید. البته رنگ درخشان طلای سفید رنگ واقعی آن نیست بلکه به دلیل روکش رودیم (فلزی از گروه پلاتین) است که بر روی آن کشیده می‌شود. از انواع رایج طلای سفید، طلای ۱۸ عیار دارای ۱۷٫۳٪ نیکل، ۵٫۵٪ روی و ۲٫۲٪ مس است که به رنگ نقره دیده می‌شود.
با توجه به قیمت بالای پالادیم (معمولاً یک‌سوم تا نصف قیمت طلا) آلیاژهای پالادیم از آلیاژهای نیکل طلای سفید گران‌بهاتر هستند. طلای سفید با عیار بالا نسبت به نقره و نقرهٔ استرلینگ، در برابر خوردگی پایداری بسیار بیشتری دارد. پیشهٔ ویژه‌ای در ژاپن وجود دارد که در آن تلاش می‌شود به صورت لایه لایه رنگ‌های گوناگون به طلا دهند با کمک آن ابزارهای چیدمان چوبی را زیبا کنند. در سمت چپ یک نمونه از این رنگ آمیزی‌های لایه لایه با طلا را می‌توانید ببینید.
پزشکی
رپایهٔ نشانه‌های به جای مانده، طلا کهن‌ترین داروی دوران باستان بوده‌است (در یکی از منابع مربوط به پزشکان شمن) همچنین دیوسکوریدس هم آن را می‌شناخته‌است. در قرون وسطی باور بر این بود که طلا برای سلامتی مفید است و نمی‌شود ماده‌ای به این زیبایی و کمیابی به بدن آسیب برساند. امروزه هم برخی علوم خفیه و پزشکی جایگزین بر این باورند که طلا توان درمان دارد. «طلا کردن» در لغتنامه دهخدا این‌گونه تعریف شده‌است. «به اصطلاح اطبا آنچه بر اندام مالند رقیق آن را طلا و غلیظ آن را ضماد گویند و شعرا مطلق بر مالیدن و اندودن اطلاق کنند.» برخی از نمک‌های طلا ویژگی ضد التهابی دارند و در داروسازی و درمان ورم مفاصل و بیماری‌های مانند آن کاربرد دارند. داروهای تزریقی که پایهٔ طلا دارند کمک می‌کنند تا درد و ورم روماتیسم مفصلی و سل بهبود یابد. تنها نمک‌ها و ایزوتوپ‌های پرتوزای طلا ارزش دارویی دارند و فلز خالص طلا برای بدن کاری نمی‌کند.
آلیاژهای طلا در دندان‌پزشکی بازسازی به ویژه در پر کردن دندان و روکش همیشگی دندان (بجای یک دندان واقعی) کاربرد دارد. نرمی آلیاژهای طلا کمک می‌کند تا رویهٔ بالایی دندان آسیای پرشده با دندان بالا سری خود بیشتر هماهنگ شود و در مجموع نسبت به دیگر مواد پرکننده نتیجهٔ بهتری بدست آید. در برخی فرهنگ‌ها، دندان‌های پیشین را روکش طلا می‌کنند و این کار را می‌پسندند و برخی آن را نادرست می‌دانند.
طلای-۱۹۸ با نیمه‌عمر ۲٫۷ روز در درمان برخی گونه‌های سرطان و بیماری‌های دیگر با کمک پزشکی هسته‌ای به کار می‌آید.
خوردنی و نوشیدنی
طلا به صورت یک افزودنی با شمارهٔ E175 می‌تواند به خوراکی‌ها افزوده شود.
-
برگ طلا به صورت گَرد یا پوسته پوسته در پخت یا برای زیبایی روی برخی خوراکی‌های رده بالا و نوشیدنی افراد برجسته و ویژه بکار می‌رود. همچنین در قرون وسطی شاهان و افراد برجسته برای نشان دادن میزان برخورداری میزبان یا با این باور که چیزی چنین ارزشمند و کمیاب باید برای سلامتی مفید باشد، در نوشیدنی‌ها یا خوراکی‌ها از گَرد یا پوسته‌های طلا استفاده می‌کردند.
-
Danziger Goldwasser به آلمانی یعنی آب طلای Danziger، یا Goldwasser به معنی آب طلا، نام یک نوشیدنی گیاهی سنتی آلمانی (لیکور) است که امروزه در گدانسک، لهستان، شواباخ و آلمان تولید می‌شود و دارای اندکی برگ طلا است. همچنین نوشیدنی‌های کوکتل دارای برگ طلا هم در دسترس است که نزدیک به ۱۰۰۰ دلار قیمت دارند. یادآوری می‌شود که فلز طلا در ساختار شیمیایی بدن جایی ندارد، هیچ ارزش خوراکی یا مزه‌ای هم ندارد و اصولاً بدن متوجه ورود آن نمی‌شود.
صنعت
یک تکه طلا به قطر ۵ میلی‌متر را می‌توان آن قدر پهن و نازک کرد تا صفحه‌ای به مساحت نیم مترمربع بسازد. موزهٔ توی، ژاپن
-
طلا را می‌توان ریسید و آن را نخ کرد و در گل‌دوزی بکار برد.
-
طلا می‌تواند رنگ قرمز پررنگ و شدیدی را پدید آورد برای همین به عنوان عامل رنگی در ساخت شیشه‌های یاقوتی از آن بهره برده می‌شود.
-
چون طلا یک بازتابندهٔ خوب پرتوهای الکترومغناطیسی مانند فروسرخ، نور دیدنی و موج‌های رادیویی است. به عنوان پوشش محافظ بسیاری ماهواره‌ها به کار می‌آید. همچنین در صفحه‌های محافظ فروسرخ در لباس‌های مقاوم در برابر گرما، کلاه لباس‌های فضانوردی و در هواپیماهای جنگ الکترونیک مورد نیاز است.
-
در عکاسی برای جابجایی رنگ‌های چاپ سیاه-سفید نقره برمید، به تُن‌های قهوه‌ای یا آبی یا برای افزایش پایداری آن، طلا بکار برده می‌شود. کاربرد طلا در چاپ‌های قرمز-قهوه‌ای برای پدید آوردن رنگ قرمز است. شرکت کوداک چندین فرمول برای رنگدانه‌های گوناگون طلا (کلرید طلا) منتشر کرده‌است.
-
از طلا به عنوان یک عامل بازتابنده در لایهٔ رویی سی‌دی‌های با عمر بلند طلایی استفاده می‌شود.
-
گاهی در خودروسازی هم از طلا استفاده می‌شود. برای نمونه در مدل اف۱ مک لارن، طلا برای موتور، کارکرد سپرگرمایی دارد. برای همین درون موتور از برگه‌های نازک طلا استفاده می‌شود.
-
طلا را می‌توان بسیار نازک کرد تا حدی که شفاف شود و نور از آن بگذرد. این ویژگی طلا برای یخ زدایی شیشهٔ اتاقک خلبان برخی هواپیماها بکار می‌آید. به این ترتیب که جریان برق از این لایهٔ نازک طلا می‌گذرد و به دلیل مقاومت طلا، گرما تولید می‌شود. این گرما برای پیشگیری از یخ زدگی شیشه کافی است.
-
در گوهرسازی از لحیم طلا برای پیوند یک سنگ قیمتی به طلا بهره برده می‌شود. در این فرایند باید اندازهٔ قیراط گوهر، رنگ طلا و فرمول آلیاژ طلا با هم متناسب باشد. لحیم طلا دارای سه ردهٔ آسان، معمولی و سخت است.