金屬之王--金

TITLE: 金屬之王--金 AUTHOR: QUENCY DATE: 03/03/2013 01:13:18 PM CATEGORY: 設計理論 STATUS: publish ---- BODY:

　　黃金不是最好的東西，但它把很多金屬的優點集一身于自己，奠定了「金屬之王」的地位。

　　隨著電子工業及黃金生產量的加大，對黃金的消費很大一部分轉向了工業領域，但無論怎樣，首飾消費和工業用金目前來說主導著大部分黃金實體消費市場。

工業用金

　　黃金用於工業技術方面的時間，只有幾十年，隨著現代工業、農業和航太電子工業以及資訊技術、新能源、新材料的迅速發展，為黃金的應用開拓了廣泛的領域。博伊爾(R. W. Boyle)在《金的地球化學及金礦床》的專著中，稱1950年以後為「金的工業時期」。

　　黃金作為五金之王，黃金是少有的化學、物理、電子性能優異的金屬，應用領域非常廣，在電子、通訊、航空航太、化工、醫療等部門，及與人們日常生活相關的各類生活日用品當中也有廣泛的應用空間。這些産業每年的需求約60餘噸，約占總消耗量的17%。日本黃金年消費量在160噸左右，其中工業用金就達100噸，我國目前每年工業用金卻不足20噸，作為工業實力不斷提高的中國生產領域，對黃金的消費空間極大。

金的簡介

　　金，是人類最早發現的金屬之一，比銅、錫、鉛、鐵、鋅都早。1964年，中國考古工作者在陝西省臨潼縣秦代棟陽宮遺址裏發現八塊戰國時代的金餅，含金達99%以上，距今也已有兩千一百年的曆史了。在古埃及，也很早就發現金。

　　金之所以那麽早就被人們發現，主要是由於在大自然中金礦就是純金(也有極少數是碲化金)，再加上金子金光燦爛，很容易被人們找到。在古代，歐洲的煉丹家們用太陽來表示金，因爲金子像太陽一樣，閃耀著金色的光輝。在中國古代，則用黃金、白銀、赤銅、青鉛、黑鐵這樣的名字，鮮明地區別各種金屬在外觀上的不同。

　　不過，雖然說金的自然狀態大都是遊離狀的純金，但自然界中的純金卻很少是真正純淨的，它們大都含金達99%以上，但總含有少量銀，另外還含有微量的钯、鉑、汞、銅、鉛等。

　　金是金屬中最富有延展性的一種。1克金可以拉成長達4000米的金絲。金也可以捶成比紙還薄很多的金箔，厚度只有一厘米的五十萬分之一，看上去幾乎透明。帶點綠色或藍色，而不是金黃色。金很柔軟，容易加工，用指甲都可以在它的表面劃出痕迹。

　　俗話說：「真金不怕火」、「烈火見真金」。這一方面是說明金的熔點較高，達1063℃，火不易燒熔它；另一方面也是說明金的化學性質非常穩定，任憑火燒，也不會鏽蝕。古代的金器到現在已幾千年了，仍是金光閃閃。把金放在鹽酸、硫酸或硝酸(單獨的酸)中，安然無恙，不會被侵蝕。不過，由三份鹽酸、一份硝酸(按體積計算)混合組成的「王水」，能溶解金。溶解後，蒸乾溶液，可得到美麗的黃色針狀晶體——「氯金酸（四氯絡金III酸）」。另外，氰化物的溶液能溶解金，汞也可溶解金，主要是用來在器物表面鍍金。硒酸(或碲酸)與硫酸(或磷酸)的混合物，也能溶解金。在高溫下，氟、氯、溴等元素能與金化合生成鹵化物，但溫度再高些，鹵化物又重新分解。熔融的硝酸鈉、氫氧化鈉能與金化合。

　　金的1s 電子的運動速度達到了光速的65%。相對論效應造成1s 軌道的收縮同時致使外層的6s 軌道也發生收縮並趨於穩定。正是由於6s 軌道的收縮及穩定化使得金的5d 同6s 之間的能帶間隙變狹到僅爲214eV ，而銀的4d 同5s 的能帶間隙卻高達315eV。於是，金在可見光範圍內吸收藍光，閃爍出黃燦燦的金色。這迥異於一般金屬的金黃色正是相對論效應造成6s 軌道收縮從而對金的顔色起了重要影響的反映。

　　過去，黃金成了金屬中的「貴族」——主要被用作貨幣、裝飾品。由於黃金硬度不高，容易被磨損，一般不作爲流通貨幣。現在，隨著生産的發展，黃金已成了工業原料。例如，自來水筆的金筆尖上常寫著「14K」或「14開」的字樣，便是說在製造金筆尖的24份(重量)的合金中，有14份是金。在中國生産的一些電子計算機的集成電路中，也有用金絲作導線。此外，一些重要書籍的精裝本封面上的金字，便是用金粉印上去的(一般書的金字常用電化鋁或黃銅粉代替)。如果把極細的金粉摻到玻璃中，可以製得著名的紅色玻璃——「金紅玻璃」(含金量爲十萬分之一到萬分之三)。

　　1.金在電子工業中的應用

　　現代電子行業飛速發展，對可靠性的要求越來越高，而黃金具有其他金屬無法替代的高穩定性，更具有良好的導電導熱性能。同時，電子產品日益微型化，單位用金量會很小，對產品成本構不成威脅。因此越來越多的電子元件可以使用金作原材料。另一方面，隨著宇宙航太科技的發展，要求穩定程度很高的無線電電子元件愈來愈多，如高級真空管的塗料，特種用途的電力接頭，特種精密電子儀器中用的拉絲導線，電鍍金的高頻導體以及高焊接用金合金。在電腦、收音機、電視機、收錄機等方面用的塗金積體電路等。

　　2.金在化學工業中的應用

　　如果將黃金加熱到近於溶點1337.33 K(1064.18 °C)，黃金就可以像鐵一樣熔接，細細的金粒可熔結成塊，而金粉在溫度較低的情況下，必須加壓力方能熔接在一起。黃金可與其他金屬組成合金，如金銀合金、金銅合金、金銀銅合金。此外，還有所謂的金汞合金。在化學工業中，也有獨特的用途，如核化工廠用的材料，人造纖維類工廠用的合金噴絲頭等。

　　3.金在宇宙航太工業中的應用

　　金由於耐高溫、耐腐蝕等特性，在航空航太領域也被大量應用，隨著大量航空航太技術應用於民，黃金在這些方面的市場前景非常被看好。例如一種鍍金玻璃，在航空航太中用於防紫外線，現在可應用於建築，能起到很好的防太陽輻射和隔熱作用。

　　在航太工業中，金的用途也在發展與開拓之中。飛機和其他空間運輸工具中用的鍍金紅外裝置和熱反射器，噴氣發動機和火箭發動機用塗金防熱罩或熱遮護板以及飛機、汽車、輪船等交通工具塗有薄層金的熱玻璃等。

　　4.金在傳統工業中應用

　　鑲牙業、照相和製筆等傳統工業中，黃金的應用仍具有一定的消耗量。金在科學技術上的應用，正處在不斷開發中。日本某大學原子能研究所秋洪良三發現金晶體堆積，可構成超導薄膜。預計，隨著科學的發展和新技術不斷出現，黃金的應用領域將不斷擴大。

　　黃金還可以用於日用品，如鍍金鐘錶、皮帶扣、打火機、鋼筆等。鐘錶王國瑞士國度不大，但其飾品業每年用金量達40噸左右，其中95％都用在製錶業上。日本僅一家手錶廠一年消耗金鹽就達1噸，相當於消耗黃金680公斤。隨著中國人民生活水準的提高，電鍍用金前景也會十分廣闊。

　　黃金具有極高的抗腐蝕的穩定性，良好的導電性和導熱性。金的原子核具有較大的捕獲中子的有效截面；對紅外線的反射能力接近100％；在金的合金中具有各種觸媒性質；金還有良好的工藝性，極易加工成超薄金箔、微米金絲和金粉；金很容易鍍到其它金屬和陶器及玻璃的表面上，在一定壓力下金容易被熔焊和鍛焊；金可製成超導體與有機金等。正因為金有這麼多有益性質，使它廣泛用到現代高新技術產業中去，如電子技術、通訊技術、宇航技術、化工技術、醫療技術等。

具體而言，黃金的工業用途有以下幾種：

儀器儀表制造業

　　科學技術的發展使人們對各種儀器儀表的要求越來越高，黃金在各種精密自動化儀器上的應用也越來越廣泛。工業用測量及控制設備上廣泛使用以脈沖變線位移和角位移的繞線，電位計占有重要位置，而電位質量是測量控制系統工作精度的決定性因素。這類設備往往需要在各種工業環境的不同溫度下長期工作，因此金或金合金就成爲了精密電位計的關鍵材料。

　　在測試技術中應用的精密電位計的某些部分材料有很高的比電阻，以及小到接近於零的電阻溫度係數，以致電阻在工作時是常數 (保持常數的難度非常大)。金—钯—鉻合金、金—钯—錳合金、金—钯—釩合金、金—钯—鐵合金除能滿足上述要求外，在加工的機械性能、熱穩定性等各方面都達到了較好的水平。工業上測量溫度常採用熱電偶和電阻溫度計。熱電偶是由兩種不同成份的金屬絲組成，由於測量點的冷端間的溫度差引起能用毫伏計測量出的熱電勢，是基於溫度的熱電勢的變化來測量溫度的，因此對材料的熱穩性要求非常嚴格。

化學工業

　　核化工和化學工業使用金的合金製作特種管、板、線等材料，以達到防腐蝕、防輻射、耐高溫等要求。金—鉑合金以其高耐蝕性和高強度而用於製作生産人造纖維的噴絲頭；含3%钯的金合金以及含钯20%的金合金用在捕收鉑的催化劑的生産上。一般認爲，金是所有金屬中活性最低的催化劑。金的催化活性低，是由d亞層電子全充滿決定的。因此，金不能化學吸附小分子，也不能作催化劑。

　　過去人們認爲金及金的化合物催化作用的領域裏是最沒用的。但現在經過對金的研究、已經大大地改變了這一看法。研究結果表明，用附著在氧化鋁或氧化矽載體上的高分散微粒金可對有機化學加氫的作用起到最好的催化作用，其機理是金的微粒在某些載體上金晶體變得電子不足，其性質與周期表中較前的元素相似；高分散的金微粒具有鉑族元素的性質。研究證朋，在超真空下製得的金膜能有特殊的催化作用，並能使氫和氘交換。金還是碳氫化合物異構化與裂解化的催化劑，某些氧參與的反應用金也可以催化。如氧化丙烯成丙烯氫化物、氧化甲醇成甲醛系。另外，金也可以改善其它金屬的催化性能。通常金能減緩催化，但能提高催化反應的專屬性。如將金加到鉑或銥催化劑表面上，可增強其選擇性，催化異丁烷的異構化，這時能降低氫解反應進行。

金合金的光學應用

　　金在光學方面有著獨特性質。金能夠吸收X射線，而含有其它元素的金合金能改變與波長有關的光學性質。光亮鍍金作爲航天器的穩控鍍層，對於控制航天器內部儀器、部件的溫度起著重要作用。這主要是因爲金對宇宙間的紅外線具有良好的散射和反射性，能夠保護宇航員及設備不受宇宙射線的損害。

　　由于金能夠改變金合金的波長，所以可改變各種金屬元素的顔色。利用金的這一特性，通過某種塗層就能夠達到光學的特殊要求。例如，用金來對某種玻璃做金屬處理 (鍍有0.13微米薄膜)所製造出的特種玻璃，可在炎熱的夏季裡將紅外線反射回去，使室內保持涼爽。這種薄膜在反射光中呈褐色，而在入射光線中呈天藍色。如果使電流通過這種玻璃，玻璃便會獲得透明不汙的性能。用金作成螢光粉 (ZnS：Cu+Zn；Au、AI)用於彩色顯像管綠基色顯示。這種粉末爲淡黃綠色，在陰極射線或365nm紫外線激發下發黃綠色光。

　　黃金是延展性最好的金屬。1克金可以拉成長達4000米的細絲。一噸黃金拉成的細絲，可以從地球到月亮來回五次。工業中應用的金合金品種很多，其中應用較多的是金銀合金、金銅合金、金鎳合金和金钯合金。其他重要的金合金還有金鉻合金、金鉑合金、金鋯合金和金鈦合金以及金矽合金、金鍺合金、金錫合金和金銻合金等。

　　黃金也可以壓成比紙還薄很多的金箔，厚度只有五十萬分之一公分。這樣薄的金箔，看上去幾乎是透明的，帶點綠色或藍色。薄到一定程度的黃金，既能隔熱，又能透光，所以黃金薄膜可以用作太空人和消防隊員面罩的隔熱物質。在冬季利用黃金薄膜把太陽輻射中的熱射線反射到室中，室內就溫暖如春；夏季，在房屋的玻璃外，貼上一層黃金鍍膜，可將太陽的絕大部分熱射線反射出去，室內不會悶熱。

　　雖然黃金有這麽多優點，但是也有不少缺點。比方說，質地軟、價格貴、色澤單調。如果黃金同其他金屬結合起來，做成黃金合金，既能彌補不足，又使性能更加優良。現代的黃金合金已廣泛應用於火箭、超音速飛機、核反應堆和宇宙航行等工業中。此外，用黃金合金製成的金幣、金首飾也深得人們的喜愛。我們平時看到的22K、18K金首飾，都是含有不同分量的黃金合金。

　　用黃金做成的合金，會變成金黃色、紅色、玫瑰色、灰色、綠色，一直變到白色。綠色的金合金中含75%的金、16.6%的銀和8.4%的鎘。有一種金銅合金，稱作紅銅；一種金銀合金叫紅銀。這兩種合金用鹽溶液處理後，就出現紫色或者淺藍黑色。

　　在地殼裡金的含量不算少，據估計，大約占地殼的一百億分之五，但是都很分散，真是「遍地有黃金」！另外，太陽周圍灼熱的蒸氣裡有金；隕石裡也有金；天上還真有「長滿金子」的星星；海洋中金的含量十分豐富，是個「大金庫」。

參考網頁：

輕輕鬆鬆炒黄金，肖磊，2010

http://www.igv-edu.org/goldintro.aspx，黃金介紹，20130303參閱

http://cn.chinatungsten.com/big5/Au/jhjdgyyt.html，金合金的工業用途，20130303參閱

參考書目：

：[加]R. W. 博伊爾(R. W. Boyle)，馬萬鈞等譯，1984，《金的地球化學及金礦床》，地質出版社。

(The Geochemistry of Gold and Its Deposits (Geological Survey Bulletins: No. 280)，1980)

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