Gold ist nicht nur ein Inbegriff für Werthaltigkeit und Beständigkeit. Es hat auch eine interessante Herkunfts- und Entstehungsgeschichte aufzuweisen und verfügt über einige wahrlich erstaunliche physikalische und chemische Eigenschaften. Woher kommt Gold und wie entsteht es? Wie schwer ist Gold? Wie dünn ist der dünnste Golddraht und wie alt die älteste Goldmünze? Hier finden Sie die Antworten auf diese und weitere Fragen zum König der Edelmetalle.

Das Element Gold (AU): Eigenschaften

Allgemein
Chemisches Element Gold
Elementsymbol Au
Ordnungszahl 79
Serie Übergangsmetalle
Gruppe 11 (Kupfergruppe)
Periode 6
Block d
Farbe goldgelb
Vorkommen in der Erdhülle 0,004 ppm
Atomare Eigenschaften
Atommasse 196,966 u
Atomradius 135 pm
Kovalenter Radius 136 pm
Van-der-Waals-Radius 166 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f14 5d10 6s1
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand bei 20 °C fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte bei 20 °C 19,32 g/cm3
Mohshärte 2,5 bis 3
Magnetismus diamagnetisch
Schmelzpunkt 1064 °C
Siedepunkt 2970 °C
Molvolumen    10,21 · 10?6 m3/mol
Verdampfungswärme 342 kJ/mol
Schmelzwärme 12,55 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit 45 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 320 W
Chemische Eigenschaften
Elektronegativität 2,54 (Pauling-Skala)
Oxidationszustände ?1, 0, +1, +2, +3, +5
Oxide (Basizität) Au2O3 (amphoter)
Normalpotential 1,52 V (Au3+ + 3 e? ? Au)

Herkunft und Entstehung von Gold

Dass Gold nicht von der Erde stammt und unter natürlichen Bedingungen auch nicht entstehen kann, gilt als wissenschaftlich gesichert. Über die Herkunft von Gold im All gibt es zwei konkurrierende Theorien: die Supernova-Theorie und die Neutronenstern-Theorie. Beiden liegt der sogenannte r-Prozess (Nukleosyntheseprozess) zugrunde.

Supernova-Theorie

Ein gewöhnlicher, leichter bis mittelschwerer Stern kann nur genügend Druck im Inneren aufbauen, um Wasserstoff, das einfachste Element mit nur einem Proton, zu Helium mit zwei Protonen zu verbrennen. Bei größeren Sternen, die mehrere Sonnenmassen schwer sind, ist nach der Umwandlung von Wasserstoff in Helium genügend Masse und damit Druck vorhanden, um „in den zweiten Gang zu schalten“, also auch die stabileren Heliumkerne zu fusionieren.

Mit zunehmender Masse steigt die Fähigkeit eines Sterns, immer schwerere, protonenreichere Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Silizium zu bilden. Das Endprodukt des Siliziumbrennens ist Eisen mit 26 Protonen. Eisenatome weisen allerdings die höchste Bindungsenergie aller Elemente auf. Für noch schwerere Elemente reicht die Energie der Fusionsprozesse nicht mehr aus.

Gold mit 79 Protonen sowie alle anderen Edelmetalle gehören zu diesen schweren Elementen. Sie entstehen erst, nachdem sich ein Eisenkern gebildet hat und die Fusionsaktivität in diesem Kern vollständig zum Erliegen gekommen ist. Nun geschieht das Entscheidende:

Der Eisenkern, gewissermaßen die ultimative Asche der Verbrennungsprozesse, implodiert im Bruchteil einer Millisekunde. Als Folge stürzen die äußeren Schichten des Sterns, in denen noch Fusionen stattfinden, mit einer unvorstellbaren Geschwindigkeit von 70.000 Kilometern pro Sekunde auf den implodierten Kern.

Dabei entstehen Temperaturen von mehr als 6 Milliarden Grad und bei den nun einsetzenden Kernreaktionen kommt es zur massenhaften Freisetzung von Neutronen. In einer Art Rückprall der äußeren Schichten des Sterns, die man sich bildlich wie die federnde Wirkung eines Trampolins vorstellen kann, werden diese freien Neutronen vom Atomkernen eingesammelt und verwandeln sich in Protone.

In anderen Worten: Schwerere Elemente, darunter Gold, werden gebildet. Der Prozess dieses Einfangens der Neutronen heißt wegen der hohen Geschwindigkeit, mit der er abläuft r-Prozess (von englisch „rapid“ = „schnell“. Sobald der nun nach außen gerichtete Stoß die Grenze des Sterns erreicht, kommt es zur Supernova-Explosion, in der die Gasmassen abgesprengt werden.

Neutronenstern-Theorie

Ein fast ausschließlich aus Neutronen bestehender Neutronenstern ist der Überrest der oben beschriebenen Kernkollaps-Supernova. Er wiegt etwa 1,5- bis 3-mal so viel wie unsere Sonne, hat aber nur einen Durchmesser von rund 20 Kilometern. Wenn zwei dieser hochkompakten Himmelsobjekte kollidieren, kommt es nach der Neutronenstern-Theorie ebenfalls zum r-Prozess, also der Freisetzung von Neutronen, die dann von Atomkernen eingefangen und zu Gold aufgebaut werden können.

Gold in der Erdkruste

Gold, das bereits Bestandteil der Materie war, aus der sich unser Planet ursprünglich geformt hat, ist aufgrund seiner hohen Dichte in den Erdmantel herabgesunken, bevor sich Erdkruste verfestigt hat. Für den heutigen Goldgehalt in der Erdkruste von etwa vier ppm (vier Gramm pro 1000 Tonnen) sind vermutlich Kollisionen der Erde mit kleineren Himmelskörpern wie Asteroiden und Meteoriten verantwortlich. Eine Zeit der massiven Kolliosionen war das Große Bombardement vor ca. 4,1 bis 3,8 Milliarden Jahren. Gold kann also durchaus auf ein beachtliches irdisches Alter zurückblicken.

Die Gesamtmenge allen Goldes in der Erdkruste wird von Geologen auf 30 Milliarden Tonnen geschätzt. Der vollständige Abbau würde allerdings auf den Abtrag der gesamten Erdkruste hinauslaufen, ist also noch nicht einmal im Ansatz realistisch. Bei heutigem Stand der Technik lassen sich voraussichtlich nur noch weniger als 200.000 Tonnen Gold wirtschaftlich fördern.

Regionen mit hohen Anreicherungen von abbaufähigem Gold bezeichnet man als Goldlagerstätten. Die Konzentration in den Lagerstätten reicht von weniger als 0,5 g pro Tonne bis zu 20 g und liegt in Einzelfällen sogar noch höher. Die größte einzelne Godllagerstätte ist das Pebble Deposit in Alaska. Hier sollen sich neben riesigen Mengen an Kupfer und anderen Metallen auch rund 3.000 Tonnen Gold befinden. Die Goldförderung im Pebble Deposit ist aufgrund von Umweltschutzauflagen aber zumindest in der näheren Zukunft unwahrscheinlich.

Wichtige Eigenschaften von Gold

Härte von Gold

Auf der Mohshärte-Skala von 1 (z.B. Talk) bis 10 (Diamant) erreicht Gold einen Wert von 2,5 bis 3, ist also eher weich. Ein Goldbarren oder eine Goldmünze aus hochreinem Feingold lässt sich problemlos mit einer gewöhnlichen Kupfermünze einritzen.

Die eher weiche Konsistenz ist – neben dem Kostenfaktor - auch der Grund, warum Goldschmuck oft aus Legierungen mit relativ geringem Goldanteil hergestellt wird. Deutschland ist in dieser Hinsicht besonders großzügig. Hierzulande dürfen sogar Schmuckstücke mit einer Feinheit von nur 8 Karat, also einem Goldanteil von nur 33,33 Prozent, als Goldschmuck verkauft werden.

Schmelz- und Siedepunkt von Gold

Der Schmelzpunkt von Gold liegt mit 1064 °C für ein Metall im durchschnittlichen Bereich. Zum Vergleich: Aluminium schmilzt bereits bei 660 °C und Silber bei 962 °C. Um Eisen zum Schmelzen zu bringen, sind 1538 °C nötig sind und bei Wolfram, dem hitzebeständigsten aller Metalle, liegt der Schmelzpunkt sogar bei 4 3422 °C. Die absoluten Extreme der chemischen Elemente bilden Helium (Schmelzpunkt: ?272,2 °C) und Kohlenstoff (Schmelzpunkt 3546,85 °C).

Der Siedepunkt von Gold liegt bei 2970 °C und ist damit ähnlich dem Schmelzpunkt relativ hoch, wenn man alle Elemente betrachtet, aber eher durchschnittlich, wenn man die verschiedenen Siedepunkte der Metalle vergleicht. Aluminium siedet bei 2470 °C, Silber bei 2210 °C, Eisen bei 3000 °C und Wolfram bei 5930 °C, was zugleich den höchsten Siedepunkt aller Elemente darstellt. Das andere Extrem bildet Helium mit einem Siedepunkt von ?269 °C gasförmig wird.

Elektrische Leitfähigkeit von Gold

Elektrische Leitfähigkeit ? (Sigma), ausgedrückt als Siemens pro Meter (s/m), ist ein Kennzeichen aller Metalle. Gold nimmt mit 45 · 106 s/m den 3. Platz hinter Kupfer (58 · 106) und Silber (61 · 106) ein.

Formbarkeit von Gold

Gold verfügt von allen Elementen über die beste Formbarkeit, sowohl was das Ausdehnen in die Länge als auch das Zusammenpressen zu hauchdünnen Schichten angeht. Die dünnsten Golddrähte bestehen inzwischen nur noch aus Ketten einzelner Atome und sind damit rund eine Million Mal dünner als ein durchschnittliches menschliches Haar. Mit einem Draht im Alltagssinn des Wortes haben diese Goldatomketten kaum noch etwas gemein. Sie kommen als Leiterbahnen in der Elektronik und Rechnertechnik zum Einsatz.

Dank seiner guten Formbarkeit lässt sich aus Gold nicht nur zu feinsten Drähten, sondern auch zu hauchdünnen Folien oder Blechen verarbeiten. Goldfolien mit einer Stärke von 0,001 mm sind heute problemlos herstellbar. Der Einsatz der Folien und Bleche reicht von dekorativen Anwendungen wie der Vergoldung von Bilderrahmen über die Beschichtung von Astronautenhelmen bis hin zur Färbung von Lebensmitteln mit dem Lebensmittelfarbstoff E 175.

Korrosionsbeständigkeit von Gold

Gold ist äußerst reaktionsträge, geht also kaum Verbindungen mit anderen Elementen ein und kann ohne negative Folgen der Luft, Wasser und fast allen Säuren ausgesetzt werden. Ganz unangreifbar ist aber auch Gold nicht: In Königswasser, eine hochkonzentrierte Mischung aus Salzsäure und Salpetersäure im Verhältnis 3:1 löst sich sogar der König der Edelmetalle auf.

Die Korrosionsbeständigkeit von Gold machen sich die Hersteller von Münzen schon seit dem frühen Altertum zunutze. Die ältesten bisher gefundenen goldhaltigen Münzen sind die Stater aus Lydien auf dem Gebiet der heutigen Türkei, die bereits vor mehr als 2.700 Jahren geprägt wurden. Andere Bereiche, in denen man sich heute die Korrosionsbeständigkeit von Gold zunutze macht sind Elektrotechnik und Zahnmedizin. Allerdings wird Gold für Zahnfüllungen und Brücken zunehmend von günstigeren und optisch unauffälligeren Materialien verdrängt.

Dichte von Gold

Im Ranking der Elemente nach Dichte (Masse pro Volumeneinheit) liegt Gold mit 19,32 g/cm3 an achter Stelle. Zum Vergleich: Eisen hat eine Dichte von 7.87 g/cm3. Die höchste Dichte aller Elemente weist das Metall Osmium mit 22,6 g/cm3 auf. Wasserstoff steht mit 0,09 g/cm3 an letzter Stelle.

Einige Beispiele, die das hohe Gewicht beziehungsweise die hohe Dichte von Gold gut veranschaulichen:

Alles Gold der Welt:

Das Gewicht von sämtlichem Gold, das im Verkauf der Menschheitsgeschichte gefördert wurde addiert sich auf rund 170.000 Tonnen und würde eingeschmolzen noch nicht einmal ein Schwimmbecken bei den olympischen Spielen vollständig ausfüllen.

Schwerste Goldmünze der Welt:

Die schwerste Goldmünze der Welt wurde im Jahr 2011 von der australischen Münzprägeanstalt Perth Mint geprägt. Sie hat einen Durchmesser von etwas mehr als 80 cm, eine Dicke von etwas mehr als 12 cm und bringt eine volle Tonne auf die Waage.

Goldbarren:

Ein handelsüblicher Goldbarren mit einem Gewicht von 1 kg hat typische Abmessungen von etwa 80 mm x 40 mm x 18 mm und ist damit deutlich kleiner als eine Zigarettenpackung.

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