元素

79 金 财富的元素

本文作者:漂泊

金是我们最为熟知的贵金属元素。它是财富的象征,常用作货币和珠宝首饰。金也是一种性质非常优异的材料,由于其良好的导电性、导热性,它在电子工业上也扮演着重要的角色。尽管金的化学性质非常惰性,但是纳米金却有很好的活性,在免疫分析等领域发挥着重要的作用。

金的基本物理性质

分类 第ⅠB族▪金属
原子序号原子量 79 (196.966569)
电子配置 5d106s1
密度 19.32g/cm3
熔点 1064.18 oC
沸点 2856 oC
形状 金黄色金属
丰度 0. 0011ppm (地壳)
发现者 古人
主要的同位素 197Au
用途例 货币、首饰、免疫分析
前后的元素 铂-金-汞

金的发现

金是人类最早开始使用的金属之一,关于金最早的记载可以追溯到公元前2600的古埃及,象形文字中已有关于金的描述。在公元前1320年的杜林纸草地图(Turin Papyrus Map)上已有金矿的标识。在公元前700年,吕底亚地区已经开始利用金和银的合金作为货币,公元前300年,希腊人开始利用黄金加工饰品和面具,如著名的阿伽门农面具(Mask of Agamemnon)。哥伦布发现美洲后,西班牙人开始从美洲的秘鲁和哥伦比亚掠夺大量的黄金,这些黄金作为货币进入欧洲市场,极大的刺激了西欧资本主义的发展。如今,黄金已经不再作为流通货币,而是用作货币储备,它是财富的象征。在国际货币储备中,金占有非常重要的地位。

金在自然界中常以游离态存在,也常与银形成合金。天然金通常会含有8-10%的银,当银含量上升时,合金的颜色会变得较白及较轻。天然金通常会与石英或如黄铁矿的硫化物矿脉同时出现。也有一部分岩石中的金会经过风化作用、被侵蚀出来,进入河流,最后形成冲积矿床的沙砾,称为冲积金。淘金说的其实就是从河床中分离冲击金。[1-6]

金的用途

金具有非常好的物理化学性质,它具有极高的抗腐蚀的稳定性,良好的导电性,导热性,以及很好的延展性,对红外线的反射能力接近100%。金是导电性最好的金属之一,仅次于最好的银。所以金被广泛应用在电子工业上,作为关键部位的触点及连接线,如声音、图像及通用序列总线的连接线。某些电子测量仪器的接头也会镀金,以避免氧化。

在实验室中,金常作为导电涂层,镀到生物样本或其他非导电材料如塑料和玻璃上,以便这些样品在扫描电子显微镜下观察。金超高的电导率能将电荷吸收到样品表面,有助于限制电子束穿透试样的深度。使用金作为导电层增加了图像的空间分辨率,这对于观察样品表面的形貌结构具有非常重要的意义。此外,当被电子束照射时,金还产生产生大量的二次电子,这次二次电子是扫描电子显微镜中最常用的信号源。

金最重要的功能还是作为珠宝和货币。由于纯金太软,所以金通常会与铜及其他贱金属制成合金来增加硬度。金在合金的含量会以克拉(k)来量度,而纯金则是24k。如今,金不再担任日常货币流通角色,而主要用作收藏或投资的贵金属币通常是24k的。然而,美国鹰币及英国沙弗林金币仍因为历史因素而被制成22k。加拿大枫叶金币在众多贵金属币中拥有最高的纯度,为99.999%。

由于24k纯金比较软,所以在作珠宝时,金常常会被制成合金以改变硬度、延展性、熔点、颜色及其它特性。在22k、18k、14k或10k的合金中,会含有较高成分的铜、银、钯或其他贱金属。铜是贱金属中最常用的,会使合金有偏红的色泽。蓝金是由金和铁制成合金而成,但因为蓝金较脆弱,所以较难使用在珠宝制作上。紫金是由金和铝制成合金而成,通常只用在专门的珠宝上。14k或18k的金与银制成合金后呈绿黄色,所以被称为绿金。而金与钯或镍制成合金则可形成白金合金。[7-11]

纳米金

纳米金是指直径在1-100nm的金微粒,他具有很高的电子密度、很好的介电特性和催化活性,是一种非常重要的纳米材料。通过还原氯金酸可以很方便的制备各种不同尺寸的纳米金,随着纳米金粒子尺寸的增大,它会发生从红色到紫色的转变。

纳米金可以与多种生物大分子结合但是并不影响其生物活性,因此纳米金是一种非常重要的免疫标记物。研究人员以此发展了纳米金标记技术。由于纳米金颗粒表面带负电荷,因此易与蛋白质的正电荷基团发生静电吸附而紧密结合,(吸附后不会使生物分子变性)由于金颗粒具有高电子密度的特性,因此在金标蛋白结合处在显微镜下呈黑褐色颗粒状,当这些标记物在相应的配体处大量聚集时,肉眼可见红色或粉红色斑点,因而用于定性或半定量的快速免疫检测方法中。

免疫分析对大家来说可能有点陌生,但是有一样的东西大家可能会比较少熟悉——验孕棒。它的原理很简单,就是测定尿液中的人绒毛膜促性腺激素(HCG)的浓度。尿液中HCG的浓度高,说明受孕概率大。验孕棒所使用的是典型的免疫层析法。如图所示,当样品滴加在试纸上后,由于毛细作用,液体会自发向另一端移动,在移动过程中首先和带有抗HCG抗体的纳米金粒子(简单表示为抗体-纳米金复合物,图中黄色部分)混合,HCG作为抗原,与抗HCG抗体结合后,便会带着纳米金继续向右端流动。检测线T中是固定在试纸表面的抗HCG抗体,当HCG-抗体-纳米金复合物与T线中的抗体相遇时,便会连接形成抗体-HCG-抗体-纳米金的结构,两个抗体将HCG夹在中间,纳米金被固定在T线上,发生聚集,产生红色。而没有与HCG结合的那一部分金粒子由于结构中没有HCG,不能被T线中的抗体固定住,因此继续向右端流动。质控线C中含有固定在试纸表面的抗体-HCG复合物,当游离的抗体-纳米金复合物到达C后,纳米金表面的抗体会与C线中的HCG发生结合,从而使纳米金被固定下来,发生聚集显色。C线存在的意义就是证明试纸是正常工作的,如果C线本身都不显色的话,说明试纸已经不能正常工作,其中的纳米金-抗体复合物已经失效,或者试纸上固定的抗体分子失效,所得结果不再具有参考意义。

除此之外,纳米金还可用于制作生物传感器,生物传感器是指能感应生物、化学量,并能将其转换成特定电信号、或光信号等输出的器件或装置。例如,纳米金可以用于制造测定血糖的生物传感器的辅助活性成分。由于纳米金的氧化还原电位是+1.68V,具有极强的夺电子能力,能大大提高作为测定血糖的生物传感器葡萄糖氧化酶膜的活性,金颗粒越细,活性越大。[12-14]

参考文献

  • [1] History of Gold in Civilisations – An Overview.
  • [2] “History of Gold”. Gold Digest. Retrieved 4 February 2007.
  • [3] Sutherland, C.H.V, Gold (London, Thames & Hudson, 1959) p 27 ff.
  • [4] Montserrat, Dominic (21 February 2003). Akhenaten: History, Fantasy and Ancient Egypt. ISBN 978-0-415-30186-2.
  • [5] “Swiss Narrowly Vote to Drop Gold Standard”. The New York Times. 19 April 1999.
  • [6] Valenta, Philip (22 June 2018). “On hedging inflation with gold”. Medium. Retrieved 30 November 2018.
  • [7] Uses of gold Accessed 4 November 2014
  • [8] “General Electric Contact Materials”. Electrical Contact Catalog (Material Catalog). Tanaka Precious Metals. 2005. Archived from the original on 3 March 2001. Retrieved 21 February 2007.
  • [9] Fulay, Pradeep; Lee, Jung-Kun (2016). Electronic, Magnetic, and Optical Materials, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1-4987-0173-0.
  • [10] Bozzola, John J. & Russell, Lonnie Dee (1999). Electron microscopy: principles and techniques for biologists. Jones & Bartlett Learning. p. 65. ISBN 978-0-7637-0192-5.
  • [11] 刘胜新.金属材料辞典:机械工业出版社,2011年1月第一版第一次印刷
  • [12] “Colored glass chemistry”. Retrieved 6 June 2009.
  • [13] Roth, J.; Bendayan, M.; Orci, L. (1980). “FITC-protein A-gold complex for light and electron microscopic immunocytochemistry”. Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 28 (1): 55–7. doi:10.1177/28.1.6153194. PMID 6153194.
  • [14] Faulk, W. P.; Taylor, G. M. (1971). “An immunocolloid method for the electron microscope”. Immunochemistry. 8 (11): 1081–3. doi:10.1016/0019-2791(71)90496-4. PMID 4110101.

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