Mit Säure Gold bestimmen

Bevor wir Sie über die Möglichkeiten zur Echheitsbestimmung von Gold mit Hilfe von Salpetersäure informieren, sollten Sie einige Grundinformationen wie die Stoffeigenschaften von Gold vermittelt bekommen: Gold ist ein chemisches Element, das in der 1. Nebengruppe des Periodensystems, der Kupfergruppe, anzusiedeln ist. Der lateinische Name des Goldes, das wie die Platinmetalle und Silber zu den Edelmetallen gehört, lautet Aurum, woraus sich das chemische Symbol Au ableitet.

Das Metall von rötlich gelber Farbe kristallisiert in kubisch dichtester Kugelpackung und besitzt zumeist eine oktaedrische oder dodekaedrische, in seltenen Fällen auch würfelförmige Kristallstruktur. Typisch für das Gold, dessen Wärme- und elektrische Leitfähigkeit bei ca. 70 % derer des Silbers liegt, ist seine enorme Dehn- sowie Walzbarkeit. So ist es beispielsweise möglich, Gold zu Drähten kaltzuziehen, deren Durchmesser weniger als 0,01 mm beträgt oder es zu Blättchen mit einer Dicke von weniger als 0,0001 bis 0,0002 mm auszuschlagen. Durch Polieren erhält Gold aufgrund seiner Weichheit seinen markanten gelben Glanz.

Da Gold, wie alle Edelmetalle, ein hohes Oxidationspotenzial besitzt, wird es weder durch Wasser, Säuren oder Laugen noch durch feuchte oder trockene Luft angegriffen. Selbst bei höheren Temperaturen reagiert es nicht mit Sauerstoff und auch geschmolzene Ätzalkalien können ihm nichts anhaben. Ausschließlich kräftige Oxidationsmittel wie Königswasser oder andere Verbindungen aus Halogenwasserstoffen und Oxidationsmitteln (Wasserstoffperoxid, Chromsäure, freie Halogene) haben die Fähigkeit, Gold zu lösen. Das Cyanid-Ion oder andere starke Komplexbildner haben im Zusammenspiel mit Luftsauerstoff eine lösende Wirkung auf das Metall, während Brom (bei Raumtemperatur) und Chlor (bei 180 °C) mit ihm zu Trihalogeniden reagieren. Durch Reduktionsmittel wird aus Goldsalzlösungen elementares Gold abgeschieden, wobei oftmals intermediär intensiv gefärbte blaue, violette, purpurrote und auch braunschwarze Goldkolloide entstehen.

Über die Entstehung von Gold gibt es verschiedene Theorien, von denen bisher jedoch keine als wirklich befriedigend anzusehen ist. Wurde noch vor nicht allzu langer Zeit die Supernova-Theorie diskutiert, tendiert die Astrochemie heute eher zu der Annahme, dass nur ein Ereignis in der Größe einer Kollision respektive Verschmelzung zweier Neutronensterne, ultrakompakter Überreste von Supernova-Explosionen mit nur 20 Kilometer Durchmesser, bei der Temperaturspitzen von 100 Milliarden Grad auftreten, dazu geeignet ist, Gold in einer entsprechenden Menge entstehen zu lassen. Allerdings passieren derartige Zusammenstöße zu selten, als dass das Universum auf dieses Weise gleichmäßig mit Edelmetallen zu versorgen wäre. Als gesichert gilt dagegen, dass das Gold nicht auf unserem Planeten entstanden sein kann.

Auf der Erde zählt Gold mit nur 5 x 10-1 % Anteil am Aufbau der Erdkruste zu den seltenen Metallen. In den Ozeanen liegt der Goldgehalt im Bereich von 1 bis 2 Mikrogramm pro Kubikmeter. Das meiste Gold steckt in magmatischen Gesteinen tief im Inneren der Erdkruste. Diese Gesteine gelangen während tektonischer Hebungs- und Faltungsvorgänge an die Erdoberfläche, wo sie infolge ihrer Verwitterung das Gold freigeben.

Dass dieses sich überhaupt in der Erdkruste findet, lässt die Wissenschaftler vermuten, dass es erst nach dem Entstehen der Erde, während der Erdfrühzeit, durch das sogenannte „große Bombardement“ hierher gelangte.

Gold kommt hauptsächlich in gediegener Form vor, wobei die Goldflitter meist mikroskopisch klein und mit Silber, Kupfer oder Eisen legiert sind. Zudem gehören auch einige Gold-Minerale (primär Tellurite), z. B. Sylvanit, Nagyanit und Calvanit zu den natürlichen Goldvorkommen. Berggold, dessen Abbau sich lohnt, wenn mindestens 2,5 g Gold in einer Tonne Gestein enthalten sind, findet sich am häufigsten in Quarzgängen, die in der Regel etwa 0,001 % dieses Metalls enthalten. Seifengold (auch Goldseife oder Waschgold), das bei der Verwitterung primärer Goldvorkommen entsteht, lagert sich in Flüssen oder Bächen in reiner Form oder in Kombination mit anderen Substanzen ab.

Nach wie vor wird zur Goldgewinnung die Schwerkraftaufbereitung angewendet, bei der die deutlichen Dichteunterschiede zwischen dem Gold und vorhandenen Begleitmineralien ausgenutzt werden. Die goldhaltigen Sande werden über raue Oberflächen ausgewaschen, auf welchen das zurückbleibende Gold von Hand ausgelesen wird. Die Ausbeute bei diesem Verfahren ist relativ gering.

Eine weitere Methode ist das Amalgamverfahren. Hierbei wird das goldhaltige Erz vorab zerkleinert und in Pochwerken sorgfältig mit Quecksilber durchgearbeitet. Der überwiegende Teil des im Erz enthaltenen Goldes amalgamiert mit dem Quecksilber zu einer silberfarbenen flüssigen Legierung, während gleichzeitig die Pochtrübe, ein grober, trüber Schlamm, entsteht. Diese läuft über geneigt liegende, amalgamierte Kupferplatten, wodurch sie ebenfalls amalgamiert. Durch Erhitzen des entstandenen Goldamalgams destilliert das Quecksilber, welches einen wesentlich niedrigeren Siedepunkt hat, und das Gold bleibt zurück. Die Ausbeute liegt bei diesem Vorgehen bei 60 Prozent. Bei größeren Vorkommen, die industriell erschlossen werden, kommt die noch effektivere Cyanidlaugung, bei der die Ausbeute bis zu 90 % betragen kann, zum Einsatz. Bei dieser wird das Gold durch eine alkalische Natrium- oder Kaliumcyanidlösung ausgelaugt, wonach die entstandenen komplexen Cyanide an Aluminium oder Zink zersetzt werden.

Mehr zum Thema: Verwendung von Cyanid im Goldbergbau

Auch bei der Raffination anderer Metalle (vor allem Kupfer) zurückbleibenden Anodenschlämmen ist Gold gewinnbar, da es während der Elektrolyse nicht oxidiert, sondern sich zusammen mit Silber und anderen Edelmetallen unterhalb der Anode ansammelt. Das Recycling von Schmuckverarbeitungs- und Dentalabfällen und alten Edelmetall enthaltenden Materialien wie Elektronikschrott, Filterstäuben, Galvanikschlämmen, Pigmenten und Schlacken ist ebenfalls eine wichtige Goldquelle, die von Scheideanstalten erschlossen werden. Selbst in Klärschlämmen von Städten finden sich nicht ganz unbedeutende Mengen des edlen Metalls.

Fast zwei Drittel der gesamten Goldvorräte werden zur Herstellung von Schmuck- und Luxusgegenständen verwendet. Wegen seiner geringen Härte wird das Gold hierfür mit Kupfer-, Silber- oder auch Platinmetallen legiert.

Ein weiterer großer Teil dient in Form von Anlagegold (Barrengold und Goldmünzen) als internationales Zahlungsmittel und als Währungsreserve. Goldreiche Staaten wie die USA lagern große Mengen des Edelmetalls in ihren Tresoren.

Etwa 10 % des Goldes finden in der Elektrotechnik und Elektronik Anwendung und verschiedene zusammengesetzte Goldlegierungen werden von Zahnärzten verarbeitet. Ebenso kann Gold bei der Herstellung von Thermoelementen, Ultrarot-Reflektoren für Satelliten, elektrischen Kontakten und als Blattgold für diverse dekorative Zwecke etc. eingesetzt werden. In Platin-Schichten werden Gold-Atome eingelagert, um deren katalytische Eigenschaften zu verbessern. Auch der Cassius'sche Goldpurpur und das rot gefärbte Goldrubinglas enthalten kolloidales Gold. Zudem ist dieses edle Metall auch als Farbstoff für Kosmetika und, in gewissem Rahmen, sogar für Lebensmittel zugelassen.

Für die Echtheitsprüfung von Edelmetallen gibt es drei Methoden. Beim Archimedischen Prinzip wird das spezifische Gewicht ermittelt, indem verdrängtes Wasser gemessen und der Wert mit offiziellen Listen verglichen wird. Für Objekte mit glatter Oberfläche, z. B. Münzen, Ringe, Barren etc., ist dieses Verfahren sehr zuverlässig. Messfehler können sich jedoch einschleichen, wenn es sich um Körper mit zerklüfteter Struktur handelt oder deren Inneres hohl ist. Hier vergrößern Lufteinschlüsse das Volumen und das ermittelte spezifische Gewicht ist viel niedriger als das tatsächlich vorhandene.

Ein Röntgenfluoreszenzspektrometer lässt sich ebenfalls zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung einer Probe einsetzen. Bei diesem erfolgt die Messung durch Abtastung mit Röntgenstrahlung und anschließende Auswertung mittels Computerprogramm.

Die dritte Vorgehensweise ist der Säuretest, bei dem Probierstriche mit Probiersäuren (v. a. Salpetersäure) unterschiedlicher Konzentration betupft werden. Ein solcher Test mit Salpetersäure eignet sich jedoch nicht für die Bestimmung der Echtheit von Gold oder Platin, da die Säure diesen nichts anhaben kann. Hier sind stärkere Säuren nötig.

Scheidewasser und Königswasser

Obwohl die für den Säuretest eingesetzte Salpetersäure neben Schwefelsäure und Salzsäure zu den stärksten Säuren zählt, ist sie für Gold und Platin zu schwach. Eine 50-prozentige Salpetersäure ist jedoch dazu geeignet, Silber von Gold zu trennen, weshalb diese Lösung früher auch „Scheidewasser“ genannt wurde.

Der Test funktioniert schnell und einfach. Mit dem Testgegenstand reibt man einen deutlichen Strich auf den Probierstein. Dannach wird das Acid auf den Strich aufgetragen. Wenn der Strich gut sichtbar bleibt, handelt es sich um echtes Gold - der entsprechend getesteten Legierung. Für jede Gold Legierung gibt es ein eigenes Acid.

Wird ein Teil Salpetersäure mit drei Teilen Salzsäure gemischt, so entsteht daraus Königswasser. Diesen Namen, der sich von der lateinischen Bezeichnung „aqua regia“ für „königliches Wasser“ bzw. „aqua regis“ für „Wasser des Königs“ ableitet, erhielt diese hochoxidierende Verbindung, weil sie imstande ist, das königliche Metall Gold aufzulösen. Im Zweiten Weltkrieg sollen sogar große Mengen Gold in Königswasser aufgelöst und später wiedergewonnen worden sein.

Bei der Vermengung der nicht-oxidierenden Salzsäure und der oxidierenden Salpetersäure bilden sich freie Chlor-Atome sowie Nitrosylchlorid-Moleküle, welche sogar Metalle wie Quecksilber, Palladium, Gold und Platin angreifen. Jedoch ist die Reaktivität unter normalen Temperaturen so hoch, dass beide Säuren erst unmittelbar vor dem Einsatz miteinander in Kontakt kommen dürfen. Diese Mischung ist hochgiftig und für den Hausgebrauch nicht geeignet. Selbst ihr Transport ist auf deutschen Straßen verboten. Es gibt jedoch auch Metalle, die dieser aggressiven Flüssigkeit widerstehen können. Dazu zählen Silber, welches eine Silberchloridschicht bildet, und unter anderem auch Wolfram und Tantal. Königswasser war nicht nur lange Zeit die einzig zweckmäßige Methode, um den Goldgehalt eines Gegenstandes schnell zu ermitteln, es wird auch für dessen Verarbeitung eingesetzt. Mit seiner Hilfe werden beispielsweise Goldlösungen für die Glas- und Porzellanmalerei hergestellt und in der Chemie findet es Verwendung bei der Lösung schwerlöslicher Stoffproben. Somit ist Königswasser trotz seiner Gefährlichkeit ein sehr nützlicher Stoff.