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Stand: 14.07.2022
Gold (Symbol Au für lateinisch aurum) ist nicht nur Inbegriff für Werthaltigkeit und Beständigkeit. Es hat auch eine interessante Entstehungsgeschichte und verfügt über bemerkenswerte physikalische und chemische Eigenschaften. GOLD.DE stellt sie vor.
Eigenschaften Element Gold Vom goldhaltigen Erz zum reinen Gold

Gold 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 von Gold bei 20 °C 19,32 g/cm3
Mohshärte 2,5 bis 3
Magnetismus diamagnetisch
Schmelzpunkt von Gold 1064 °C
Siedepunkt von Gold 2970 °C
Molvolumen: 10,21 · 10−6 m3 · mol−1
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)

Nachfolgend einige anschauliche Beispiele:

Härte

Auf der Mohshärte-Skala von 1 (z.B. Talg) 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. So sind in Deutschland auch Schmuckstücke mit einer Feinheit von nur 8 Karat verbreitet. Das entspricht einem Goldanteil von 33,33 Prozent.

Schmelz- und Siedepunkt

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 1.538 °C nötig sind. Bei Wolfram, dem hitzebeständigsten aller Metalle, liegt der Schmelzpunkt bei 3.422 °C. Die absoluten Extreme der chemischen Elemente bilden Helium (Schmelzpunkt: Minus 272,2 °C) und Kohlenstoff (Schmelzpunkt 3.550°C).

Der Siedepunkt von Gold liegt bei 2.970 °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 2.470 °C, Silber bei 2.210 °C, Eisen bei 3.000 °C und Wolfram bei 5.555 °C, was zugleich den höchsten Siedepunkt aller Elemente darstellt. Das andere Extrem bildet Helium mit einem Siedepunkt von Minus 269 °C.

Elektrische Leitfähigkeit

Elektrische Leitfähigkeit σ (=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

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 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

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

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.

So hat ein handelsüblicher Goldbarren mit einem Gewicht von 1 kg typische Abmessungen von etwa 80 mm x 40 mm x 18 mm. Damit ist er deutlich kleiner als eine Zigarettenpackung.

Alles Gold der Welt, das bisher im Verlauf der Menschheitsgeschichte gefördert wurde, ergäbe aufaddiert rund 205.238 Tonnen (Stand 2021). Eingeschmolzen entspricht dies einem Würfel von nur knapp 22 Meter Kantenlänge.

Mehr: Die Goldwürfel Berechnungen von GOLD.DE

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 Theorien: die Supernova-Theorie und die Neutronenstern-Theorie. Beiden liegt der sogenannte r-Prozess (Nukleosyntheseprozess) zugrunde.

Mehr: Entstehung von Gold.

Supernova-Theorie

Ein gewöhnlicher, leichter bis mittelschwerer Stern kann nicht 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 die Erdkruste verfestigt hat. Für den heutigen Goldgehalt in der Erdkruste von etwa 0,004 ppm (Parts per Million, also vier Gramm pro 1000 Tonnen) sind vermutlich Kollisionen der Erde mit kleineren Himmelskörpern wie Asteroiden und Meteoriten verantwortlich. Diese Zeit der massiven Kollisionen beschreibt die Hypothese vom Großen Bombardement, welches vor ca. 4,1 bis 3,8 Milliarden Jahren stattgefunden haben soll. 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 Goldlagerstätte 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.

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