Цель урока: Развить познавательный интерес, реализуя межпредметные связи курсов химии, истории, обществознания и географии.
Задачи:
образовательные:
- рассмотреть строение и свойства золота, нахождение в природе;
- показать роль золота в истории человечества, отношение к нему на разных этапах развития общества.
развивающие:
- акцентировать внимание учащихся на связь исторических событий и свойств золота, и перспективу его роли в дальнейшей судьбе страны;
- научить учащихся самостоятельно находить необходимый материал к изучаемой теме;
- развить творческую деятельность учащихся посредством метода проектов.
воспитательные:
- показать истинные ценности личности и ее духовной красоты;
- воспитать уважение к замечательным творениям мировых мастеров, хранящимся в Государственном Эрмитаже и других музеях.
Оборудование, реактивы и программное обеспечение:
- компьютер
- проектор;
- экран;
- видеомагнитофон;
- химические стаканы;
- розолота, раствор “царской водки”;
- презентация, выполненная в Microsoft Power Point.
Учитель. Золото – очень редкий металл. Тем не менее, благодаря его физико-химическим свойствам и условиям нахождения в природе человечество научилось использовать этот металл на заре цивилизации. Первобытный человек просто находил его под ногами в виде ярких камешков – в песке, на дне рек и ручьев. Простейшие предметы из него можно было делать без применения огня и плавки. Золото – один из красивейших металлов. Древние народы сравнивали его с утренней зарей.
Что вы можете рассказать о строении и нахождении золота в природе?
Доклад ученика. Латинское название – Aurum”. Au – химический элемент 1 группы периодической системы Д.И.Менделеева. Атомный номер 79. Относительная атомная масса – 196,9665, тяжелый металл желтого цвета; имеет несколько изотопов, но устойчивым является лишь один с атомной массой 197. Температура плавления 1064,4°С. Конфигурация внешней электронной оболочки 5d106s1; степени окисления +1, +3, редко +5, электроотрицательность по Полингу 2,4.
Вместе с медью и серебром золото образует в первой группе побочную подгруппу элементов, имеющих общее строение и схожие химические свойства. Эта триада связана и геологическим родством: в природе золото почти всегда сосуществует с серебром и во многих случаях с медью. В небольших количествах золото встречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди.
Золото является одним из немногих металлов, находящихся в природе в самородном состоянии, главным образом в виде мелких зерен, вкрапленных в кварц или содержащихся в кварцевом песке. Золото относится к рассеянным элементам. Следы его открыты в морской воде. Общее содержание золота в земной коре составляет всего 5.10-7% по массе.
Крупные самородки и зерна этого металла, отличающиеся своим цветом, блеском и высокой плотностью, привлекали внимание человека еще в далекие времена. Есть основания считать, что возникновение добычи золота относится к доисторическим временам. Однако более или менее точные сведения по истории добычи золота имеются, начиная с древних веков (4000–5000 лет до н.э.). Известно, что золото в относительно больших количествах добывалось ассирийцами, вавилонянами, греками и позже римлянами. Технических приспособлений было немного, так как наличие дешевой, практически даровой рабочей силы не стимулировало их применение. В древних египетских рудниках вручную дробили добытые золотые руды, доизмельчали их в каменных ступах и истирали между жерновами из твердых горных пород. Для выделения золотинок применяли промывку на примитивных шлюзах, иногда на шкурах животных.
Когда золотые крупинки прочно удерживаются в породе, драгоценный металл можно извлечь, заливая раздробленную руду жидкой ртутью. Ртуть растворяет золото и переводит его в жидкую амальгаму золота. Амальгаму сливают, ртуть испаряется, остается металлическое золото. Но ртуть ядовита, поэтому этот способ очень вреден для здоровья.
Учитель. Какое государство первым в мире стало добывать золото? Какие виды месторождений вы знаете?
Доклад ученика. Первым золотодобывающим государством в мире был Древний Египет. Золотые рудники Египта находились в горах Нубии между Красным морем и Нилом. Само название “Нубия” происходит от египетского слова “нуб” – золото. Здесь порой добывалось до 50 тонн золота ежегодно. Таким образом, основными центрами добычи золота в древности были: Африка (Верхний Египет, Нубия), Испания, территория современной Венгрии и частично Румынии, Болгарии, некоторые районы Малой Азии, Кавказа.
С развитием товарного производства золото выполняло функцию денег. Этому способствовали такие свойства как однородность, химическая стойкость, высокая удельная стоимость. В средние века хозяйство приняло натуральный характер, и значение товарообмена уменьшилось. Поэтому техника добычи серебра и золота находилось на старом уровне. Только многочисленные работы алхимиков в то время пополняли химические сведения о серебре и золоте. Средневековые ученые пытались решить задачу с помощью алхимии – найти способ получения золота из неблагородных металлов. Добыча золота начала развиваться с XVI века после открытия Америки. Официальной датой зарождения золотодобывающей промышленности в России считается 1745 г., когда крестьянин Ерофей Марков недалеко от Екатеринбурга нашел кусок золотосодержащего кварца. Спустя два года на месте находки был создан первый в России золотодобывающий рудник. Добыча золота возросла в 20–50-е годы XX века в связи с открытием и интенсивной разработкой россыпных месторождений в России – в Сибири и на Урале. Крупные месторождения золота имеются в Южной Африке, на Аляске, в Канаде и Австралии. Месторождения золота делят на коренные (рудные) и россыпные. Коренные образовались в ходе древних геологических процессов формирования земной коры и обычно встречаются в горных районах. Россыпные являются результатом воздействия ветра, воды и других сил природы на золотые руды, их чаще всего находят по течению рек. Извлечение золота из россыпных руд значительно проще и дешевле, чем из коренных. Россыпи, как правило, залегают на небольших глубинах. Золотины в россыпных рудах находятся в свободном состоянии, что позволяет извлекать металл простым и высокопроизводительным способом промывки песков в воде. В итоге добыча и обработка песков россыпных месторождений обходится в десятки раз дешевле, чем коренных руд.
Учитель. Что это за болезнь – “золотая лихорадка” и существует ли она в наши дни?
Доклад ученика с презентацией слайдов. Как только в какой-нибудь части земного шара удавалось открыть новый золотоносный клочок земли, туда тотчас же устремлялись тысячи искателей счастья, охваченных приступом “золотой лихорадки” – болезни, которая не фигурирует ни в одно медицинском справочнике, но зато замечательно описана во многих рассказах Джека Лондона и Брета Гарта.
Из-за нескольких граммов золотого песка люди теряли разум. Так было в начале XVIII века, когда месторождения золота обнаружили в Бразилии. Так было в середине прошлого столетия, когда толпы золотоискателей хлынули в раскаленную Калифорнию, а через несколько лет – в пустыни Австралии. То же самое случилось и в настоящее время, когда в феврале 2007 г. школьный учитель на одной из рек Бразилии случайно нашел золото и быстро разбогател. Весть разлетелась по всей стране, и началось!
Учитель. Расскажите о методах извлечения рудного золота.
Ученик. Из-за истощения россыпных месторождений и открытия мощных запасов коренного золота в 1843 г. были разработаны новые, более совершенные методы извлечения рудного золота русским инженером П.Р.Багратионом. Золото отделяется от песка и измельченной кварцевой породы промыванием водой, которая уносит частицы песка, как более легкие, или обработкой песка жидкостями, растворяющими золото. Чаще всего применяется раствор цианида натрия, в котором золото растворяется в присутствии кислорода с образованием комплексов. В результате золото переходит в раствор в виде дицианоаурата (1) натрия:
4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O = 4 Na [Au (CN) 2] + 4 NaOH
Потом в раствор насыпают цинковый порошок, который восстанавливает благородный металл, а сам окисляется и тоже превращается в цианидный комплекс:
2 Na [Au (CN) 2] + Zn = Na2 [Zn (CN) 4]
+ 2Au
тетрацианоцинкат(11)
натрия
Остается только отделить золото от раствора и
промыть осадок соляной кислотой, чтобы удалить
избыток цинка. Цинк – активный металл и
растворяется в кислоте с образованием хлорида
цинка и выделением водорода: Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2
Золото – благородный металл и с соляной кислотой не реагирует. Растворимость золота в цианистом натрии и цианистом калии является основой процесса цианирования – главного применяемого ныне способа извлечения драгоценного металла из руды. Внедрение цианирования произвело в конце XIX века революцию в южноафриканской золотодобывающей промышленности, поскольку позволило почти полностью извлекать металл из руд со сравнительно небольшим, но устойчивым содержанием металла.
Французский автор Э. Шанель рассказывает: когда обнаружилась способность цианистых растворов вызывать ожоги, вполне серьезно было решено, что кожа негров выдержит то, чего не выносит нежная кожа белых. Таковы были нравы в Южной Африке 80–90 лет назад.
Учитель. Проблемная ситуация. В 1848 г. с одного уральского прииска стало исчезать золото. Это обнаружили зимой, вскоре после того, как туда завезли банки с цианидом натрия, чтобы травить крыс. Все попытки найти похитителя не увенчались успехом. Охранники тщательно проверили даже вывозимый с прииска мусор. Но там не было ничего подозрительного, кроме бутылей с отработанной кислотой. Найти вора помогла случайность. На скользкой улице поселка старателей сани управляющего задели работника пробирной лаборатории, и тот выронил саквояж. Что-то разбилось, повалил дым. Наутро около дома владельца саквояжа нашли пустые бутыли с надписью “отработанная кислота”, а в погребе обнаружили целую лабораторию: коробки с цинковой пылью, склянки с соляной кислотой, колбы, воронки и золотой порошок, упакованный и подготовленный к отправке на черный рынок. Эксперт-химик уличил вора. На чем основаны выводы эксперта?
Ученик. Работник пробирной лаборатории растворял золото в растворе цианида натрия и наливал его в бутыли с отработанной кислотой, которые вывозили на свалку. Затем в своей лаборатории обрабатывал цинковой пылью, восстанавливая золото. Полученный осадок промывал соляной кислотой, чтобы удалить непрореагировавший цинк, который берут в избытке.
Учитель. Расскажите о химических свойствах золота.
Ученик. Низкая химическая активность является важным и характерным свойством этого металла. На воздухе, даже в присутствии влаги золото практически не изменяется. Золотые изделия, изготовленные в глубокой древности, в неизменном виде сохранились до наших дней. Даже при высоких температурах золото не взаимодействует с водородом, кислородом, азотом, серой и углеродом. Золото соединяется с галогенами, но образующиеся галогениды золота – неустойчивы. Оно не растворяется в щелочах и в кислотах. Но золото легко растворяется в царской водке (смесь концентрированных азотной и соляной кислот), которую получали алхимики средневековья. Растворение золота связано с образованием комплексных соединений:
Au + HNO3 + 4 HCl = H [AuCl4] + NO + 2H2O
тетрахлороаурат(111)
водорода
Ученик демонстрирует опыт (растворение золотой каймы на блюдце).
Учитель. Проблемная ситуация. В 1943 г., спасаясь от гитлеровских оккупантов, датский физик лауреат Нобелевской премии Нильс Бор вынужден был покинуть Копенгаген. Но у него хранились две золотые Нобелевские медали его коллег – немецких физиков-антифашистов Джеймса Франка и Макса фон Лауэ. Каким образом Нильс Бор смог сохранить золотые медали, не рискуя их взять с собой?
Ученик. Нильс Бор растворил их в царской водке и оставил их в своей лаборатории. После войны золото было выделено из раствора и заново изготовлены обе медали.
Учитель. Как очистить золотые изделия от черноты и грязи?
Ученик. Комплексообразование позволяет очистить золото от черноты и грязи. Чернеют, т.е. окисляются, примеси золотого сплава – серебро и медь. На поверхности образуется налет их оксидов и сульфидов. Под действием нашатырного спирта (водного раствора аммиака) эти соединения превращаются в аммиачные комплексы: Ag 2O + 4 NH3. H2O = 2[Ag (NH3)2]
CuO + 4 NH3. H2O = [Cu (NH3)4] (OH) 2+ 3H2O
Эти комплексы хорошо растворимы в воде, поэтому легко смываются, и золотые ювелирные изделия становятся как новые.
Учитель. Почему золото называют благородным металлом?
Доклад ученика. Золото обладает уникальным комплексом физических и химических свойств, которого не имеет ни один другой металл. Оно отличается высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, по электропроводности уступает лишь серебру и меди. Золото – очень мягкий, пластичный металл. Из кусочка золота весом в один грамм можно вытянуть проволоку длиной в три километра или приготовить золотую фольгу в 500 раз тоньше человеческого волоса. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением, золотые покрытия легко наносятся на металлы и керамику. В виде тонких покрытий на стекле, керамике, кварце золото широко используют в злектронных устройствах, полупроводниковых элементах, микросхемах для передачи электрического тока. Такие пленки отличаются высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью.
В электронной промышленности золото используют в производстве припоев. Припои на основе золота используют для пайки наиболее ответственных узлов ядерных энергетических установок, самолетных и ракетных двигателей, космической аппаратуры.
Золото почти полностью отражает инфракрасные лучи. Благодаря высокой отражательной способности по отношению к инфракрасным лучам, покрытия золотом используют для защиты космических аппаратов от солнечной радиации. Так, некоторые детали космических кораблей “Аполлон” и снаряжения космонавтов были покрыты тонким слоем золота.
В сплавах золото обладает каталитической активностью, поэтому некоторые его сплавы применяют в качестве катализаторов. Золото и его сплавы широко применяют для изготовления электрических контактов и проводов благодаря его хорошей электропроводности и неокисляемости.
Золото и его сплавы используют в стоматологии для изготовления коронок и зубных протезов.
Соединения золота входят в состав некоторых медицинских препаратов, используемых для лечения ряда заболеваний (туберкулеза, ревматических артритов и т.д.). Искусственный радиоактивный изотоп 198Au используют для лечения опухолей в радиотерапии.
Самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Ювелирные изделия изготовляют не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости. В настоящее время для этого служат сплавы Au – Ag – Cu, которые могут содержать добавки цинка, никеля, кобальта, палладия. Стойкость к коррозии таких сплавов определяется, в основном содержанием в них золота, а цветовые оттенки и механические свойства – соотношением серебра и меди.
Довольно значительное количество золота идет на чеканку монет и медалей, декоративные покрытия. Такая совокупность полезных свойств золота является причиной его широкого использования в важнейших отраслях современной техники: электронике, технике связи, космической и авиационной технике, ядерной энергетике, несмотря на высокую стоимость этого металла.
Учитель. Золото и серебро хорошо растворимы друг в друге и поэтому могут образовать “неограниченный твердый раствор”. В кристалле металлического серебра все атомы можно последовательно заменить атомами золота, а кристаллическая решетка при этом останется по существу прежней. Этим свойством золота и серебра издавна пользовались мошенники. Стремление к обогащению уже на ранних ступенях знакомства человека с золотом вело к отысканию способов его подделки, в которых внешнему виду уделялось главное внимание. И уже древние мастера Египта достигли в этом “деле” больших успехов. Искусство подделки золота процветало и у греков.
Проблемеая ситуация. Когда Гиерон овладел царским троном в Сиракузах на Сицилии, то решил принести в дар богам, ниспославшим ему эту удачу, золотую корону. Царю донесли, что ювелиры, выполнявшие заказ, подменили часть золота серебром. Гиерон обратился к придворному математику Архимеду.
Какое свойство золота позволило Архимеду уличить в мошенничестве придворных ювелиров?
Ученик. Золото – один из самых тяжелых металлов. Ученый взвесил корону, а затем погрузил ее в воду и определил объем вытесненной воды. Золото – вещество с высокой плотностью: оно в 19.3 раза тяжелее воды. Разделив вес короны на этот объем, он получил не 19.3. а меньшую величину. Это означало, что ювелир присвоил часть золота, заменив его другим, более легким металлом. Это – серебро, его плотность в 10.5 раза больше, чем у воды. Архимед изготовил два слитка один из золота, а другой из серебра. По объему вытесненной воды Архимед рассчитал, сколько золота ювелиры заменили серебром.
Учитель. Хотя золото образует около 20 различных минералов, промышленное значение имеет почти исключительно самородное золото. Крупные самородки – это замечательные произведения природы. В России еще указом 1825 года было предписано сдавать все найденные самородки в государственный музей, и таким образом было положено начало ныне знаменитой коллекции Алмазного фонда СССР. Многие большие самородки, найденные в других странах, к сожалению, переплавляли на металл. Золотые самородки уже считаются большими, если они имеют массу 5–10 г. Самый крупный русский самородок “Большой треугольник” весом около 40 кг был найден на Урале в 1842 году и ныне находится в Алмазном фонде в Московском Кремле. В 1869 году в Австралии был найден самородок “Желанный незнакомец” 71 кг, в конце XIX века самородок Плита Хольтермана” около 100 кг, а в самом начале 20 века, на острове Хоккайдо – “Японец” весом 71 кг. Самый большой самородок золота весом 2500 кг был найден почти тысячу лет назад – в XI веке, в Афганистане.
Учитель. А что вы знаете о добыче золота в Красноярском крае?
Доклад ученика с показом слайдов. В 1980 г. по инициативе Хазрета Меджидовича Совмена была создана золотодобывающая компания “Полюс” как артель старателей. Специалисты “Полюса” успели наладить добычу золота, работая в самых труднодоступных районах Красноярского края и Крайнего Севера: на острове Большевик в Северном Ледовитом океане, в Туруханском, Северо-Енисейском районах. В начале 1990-х годов артель старателей была преобразована в закрытое акционерное предприятие, а в 1994 г. получило лицензию на добычу золота Олимпиадинского месторождения.
Старательный лоток можно встретить в наши дни только в музее. Золото добывают сегодня с помощью драг-машин, достигающих высоты пятиэтажного дома. Для перевозки узлов и деталей драги, весящих 1400 тонн, требуется более ста железнодорожных вагонов. По подсчетам экономистов, современная драга, которую обслуживают 9 человек, заменяет тяжелый ручной труд 12 тысяч старателей-землекопов. Отделенные от пустой породы мельчайшие крупицы золота подвергают дальнейшей обработке, получая, в конце концов, золотые слитки.
Извлечение золота проводят на золотоизвлекательной фабрике, используя технологию биологического окисления упорных мышьяковисто-сурьмянистых (сульфидных) золотосодержащих руд, которую специалисты компании “Полюс” впервые в мире адаптировали для промышленного применения в условиях Крайнего Севера. Технология биоокисления основана на обработке сульфидов с помощью специальных бактерий, которые питаются сульфидами железа, превращая их в оксиды, и могут жить в агрессивной химической среде в присутствии мышьяка, углерода, сурьмы и других веществ. Использование микроорганизмов позволяют разложить “упорные” золотосодержащие минералы, не поддающиеся обработке иными способами. В результате извлечение золота повышается до 90% против 30–40% при прямом цианировании сульфидных руд.
Биоокисление – экологически чистый процесс. Оно исключает выделение газа и пыли в атмосферу, сокращает количество отходов. При этом опасные и вредные вещества полностью утилизируются и не требуют специального захоронения. Компания “Полюс” является крупнейшим золотодобывающим предприятием России. Каждая добываемая компанией тонна золота обеспечивает рабочие места для тысячи человек. Компания является одним из главных налогоплательщиков в Красноярском крае и оказывает регулярную поддержку учреждениям культуры и образования. Купола храма Христа спасителя в Москве покрыты олимпиадинским золотом. Благодаря компании “Полюс” в г. Красноярске построен детский дом для детей-сирот.
Учитель. Почему золото интересует не только физиков и химиков, геологов и инженеров, но еще больше экономистов и социологов?
Ученик. Золото сыграло важную роль в развитии капитализма и формировании его хозяйственного механизма. Положение золота, исторически являющегося денежным металлом, изменялось с развитием капиталистических отношений. Каждой стадии капиталистического производства более или менее полно соответствовала определенная денежная система при общей тенденции уменьшения объема денежных функций золота. В настоящее время золото юридически устранено из денежного обращения и формально утратило всякую связь с денежной системой. Тем не менее, как бывший денежный металл золото продолжает сохранять ряд важных свойств, выделяющих его из остальной товарной массы. Для капиталистических государств золото является страховым и резервным фондом, позволяющим в случае крайней необходимости получить платежные средства в любой национальной валюте. К концу 60-х годов XX века золотой запас капиталистических государств в основном стабилизировался, и главными сферами потребления золота стали промышленность и накопление золота частными лицами.
Учитель. Может ли золото изменить судьбу страны? Расскажите историю “золотого эшелона”, в котором находилось золото Государственного банка России.
Доклад ученика. Местом хранения русского золота, добытого трудом безвестных старателей сибирских рудников, ссыльных декабристов, большевиков и многих революционеров, была Казань. Этот город располагался в глубине страны, вдали от возможных фронтов империалистических войн, занимал удобное географическое положение, имел хорошие транспортные связи с Москвой и Петроградом, а Казанский банк один из немногих в России имел обширные и прекрасно оборудованные подвалы. Поэтому уже в 1915 г., в Прибалтику, после прорыва германских войск, начали свозить золото столичных банков.
С захватом золота Колчаком началось хищническое разбазаривание золотого запаса. За помощь, оказываемую белогвардейцами Атлантой, Колчак платил чистым золотом. И начиная с 10 марта 1919 года, золото русского народа стало систематически поступать в карманы империалистов. В течение ближайших месяцев из золотого запаса было изъято 876 пудов во Францию, 1142 пуда – в Японию, 1214 пудов – в Англию. В стремительном наступлении Красной Армии основные силы Колчака были разгромлены. 16 января 1920 г. в Иркутске Колчак был арестован, а 7 февраля по приговору Иркутского ревкома был расстрелян. В вагоне любовницы Колчака княгини Темировой было обнаружено 6 пудов серебра, 7 млн. рублей денег и мешок различных золотых и бриллиантовых украшений. “Золотой эшелон” перешел в руки настоящих хозяев страны рабочих и крестьян РСФСР. Немедленно была проведена проверка состояния золотого запаса.
Впервые была подсчитана и сумма потерь золотого запаса РСФСР в результате разбазаривания его контрреволюционерами. Было расхищено 11500 пудов (188.4 т) золота. Возвращение “золотого эшелона” – это героическая эпопея преодоления советскими людьми неодолимых трудностей, лежащих на пути эшелона. 3 мая 1920 г. “золотой эшелон” прибыл в Казань. 12 октября 1921 г. был создан Государственный банк РСФСР, все золото было передано ему.
А в 1986 г. от золота очутившегося на Британских островах отказались президент М. С. Горбачёв и министр иностранных дел Э. А. Шеварнадзе под предлогом уплаты Англии царских долгов – фактически просто подарили М. Тэтчер. Они подписали договор, по которому англичане сняли претензии по царским долгам на 900 млн фунтов стерлингов, а СССР с подачи его руководителей отказался от генуэзских претензий по возмещению ущерба от английской интервенции 1918–1920 гг. на 2 млрд фунтов стерлингов. М.Тэтчер, “железная леди”, обратила в доход казны царское залоговое золото на 60 млн фунтов стерлингов +1,5 млрд фунтов стерлингов набежавших по проценту. Чем объясняется такая щедрость советских руководителей? Ведь не СССР, а Великобритания была должна нам! К сожалению, не предпринимаются попытки сегодня вернуть это золото.
Золото часто называют “царем металлов”, окружают ореолом славы, ценят и почитают. И тем не менее судьба его незавидна: ведь золото – вечный узник. В самом деле, едва только добытое из недр земли золото поступает в руки человека, как он вновь отправляет драгоценный металл в заточенье – в неприступные сейфы, бронированные подвалы, бетонированные подземелья. Потребность промышленности в золоте растет из года в год. Возможно, рано или поздно этот ценнейший металл расстанется со стальными сейфами и перейдет на заводы и в лаборатории, где для него всегда найдется интересная работа. И все-таки со словом золото, прежде всего, ассоциируют богатство, великолепие, поэтому в заключение посмотрим фрагмент из фильма “Золотая кладовая Эрмитажа”.