Hvordan dannes gull? Opprinnelse og prosess

Naturlig gull dannet før fødselen av solsystemet. didyk / Getty Images

Gull er en kjemisk element lett gjenkjennes på sin gule metalliske farge. Det er verdifullt på grunn av sin sjeldenhet, motstand mot korrosjon, elektrisk ledningsevne, formbarhet, duktilitet og skjønnhet. Hvis du spør folk hvor gull kommer fra, vil de fleste si at du henter det fra en gruve, panner for flak i en bekk eller henter det fra sjøvann. Imidlertid er den sanne opprinnelsen til elementet før dannelsen av jorden.

Viktige ting: Hvordan dannes gull?

• Forskere tror at alt gullet på jorden ble dannet i supernovaer og kollisjoner med nøytronstjerner som skjedde før solsystemet ble dannet. I disse hendelsene ble det dannet gull under r-prosessen.
• Gull sank til jordens kjerne under planetens dannelse. Det er bare tilgjengelig i dag på grunn av asteroidebombardement.
• Teoretisk sett er det mulig å danne gull ved kjernefysiske prosesser fusjon, fisjon og radioaktivt forfall. Det er lettest for forskere å forvandle gull ved å bombardere det tyngre grunnstoffet kvikksølv og produsere gull via forfall.
• Gull kan ikke produseres via kjemi eller alkymi. Kjemiske reaksjoner kan ikke endre antall protoner i et atom. Protontallet eller atomnummeret definerer et elements identitet.

Naturlig gullformasjon

Samtidig som kjernefysisk fusjon i solen lager mange grunnstoffer, kan ikke solen syntetisere gull. Den betydelige energien som kreves for å lage gull, oppstår bare når stjerner eksploderer i en supernova eller når nøytronstjerner kolliderer . Under disse ekstreme forholdene dannes tunge elementer via den raske nøytronfangstprosessen eller r-prosessen.

En supernova har nok energi og nøytroner til å syntetisere gull. gremlin / Getty Images

Hvor oppstår gull?

Alt gullet som ble funnet på jorden kom fra rusk av døde stjerner. Etter hvert som jorden ble dannet, ble tunge grunnstoffer som f.eks jern og gull sank mot planetens kjerne. Hvis ingen annen hendelse hadde skjedd, ville det ikke vært gull i jordskorpen. Men for rundt 4 milliarder år siden ble jorden bombardert av asteroide-nedslag. Disse nedslagene rørte i de dypere lagene av planeten og tvang litt gull inn i mantel og skorpe.

Noe gull kan finnes i steinmalmer. Det gjør oppstå som flak, som rent innfødt element , og med sølv i den naturlige legeringen elektrum . Erosjon frigjør gullet fra andre mineraler. Siden gull er tungt, synker det og samler seg i bekkeleier, alluviale avsetninger og havet.

Jordskjelv spiller en viktig rolle, ettersom en skiftende forkastning raskt dekomprimerer mineralrikt vann. Når vannet fordamper, årer av kvarts og gullavsetning på fjelloverflater. En lignende prosess skjer i vulkaner.

Hvor mye gull er det i verden?

Mengden gull som utvinnes fra jorden er en liten brøkdel av dens totale masse. I 2016 estimerte United States Geological Survey (USGS) at 5 726 000 000 troy unser eller 196 320 amerikanske tonn hadde blitt produsert siden sivilisasjonens begynnelse. Omtrent 85 % av dette gullet forblir i omløp. Fordi gull er så tett (19,32 gram per kubikkcentimeter), tar det ikke mye plass for massen. Faktisk, hvis du smeltet alt gullet som er utvunnet til dags dato, ville du ende opp med en terning på omtrent 60 fot!

Ikke desto mindre utgjør gull noen få deler per milliard av massen til jordskorpen. Selv om det ikke er økonomisk mulig å utvinne mye gull, er det omtrent 1 million tonn gull i den øverste kilometeren av jordens overflate. Overfloden av gull i mantelen og kjernen er ukjent, men det overstiger mye i skorpen.

Syntetisere elementet gull

Forsøk av alkymister å omdanne bly (eller andre grunnstoffer) til gull var mislykket fordi ingen kjemisk reaksjon kan endre ett grunnstoff til et annet. Kjemiske reaksjoner involverer en overføring av elektroner mellom elementer, som kan produsere forskjellige ioner av et grunnstoff, men antallet protoner i kjernen til et atom er det som definerer elementet. Alle atomer av gull inneholder 79 protoner, så atomnummeret til gull er 79.

Det er mulig å omdanne kvikksølv til gull ved å gjøre det ustabilt slik at det forfaller. JacobH / Getty Images

Å lage gull er ikke så enkelt som å legge til eller trekke protoner direkte fra andre elementer. Den vanligste metoden for å endre ett element til et annet ( transmutasjon ) er å legge til nøytroner til et annet element. Nøytroner endrer isotopen til et element, noe som potensielt gjør atomene ustabile nok til å bryte fra hverandre via radioaktivt forfall.

Den japanske fysikeren Hantaro Nagaoka syntetiserte først gull ved å bombardere kvikksølv med nøytroner i 1924. Selv om det er lettest å omdanne kvikksølv til gull, kan gull lages av andre elementer – til og med bly! Sovjetiske forskere forvandlet ved et uhell blyskjermingen til en atomreaktor til gull i 1972, og Glenn Seabord forvandlet et spor av gull fra bly i 1980.

Termonukleære våpeneksplosjoner produserer nøytronfangster som ligner på r-prosessen i stjerner. Selv om slike hendelser ikke er en praktisk måte å syntetisere gull på, førte kjernefysisk testing til oppdagelsen av de tunge grunnstoffene einsteinium (atomnummer 99) og fermium (atomnummer 100).

Kilder

• McHugh, J.B. (1988). 'Konsentrasjon av gull i naturlige farvann'. Journal of Geochemical Exploration . 30 (1–3): 85–94. gjør jeg: 10.1016/0375-6742(88)90051-9
• Miethe, A. (1924). ' Forfallet av kvikksølvatomet '. Naturvitenskap . 12 (29): 597–598. doi:10.1007/BF01505547
• Seeger, Philip A.; Fowler, William A.; Clayton, Donald D. (1965). 'Nukleosyntese av tunge elementer ved nøytronfangst'. The Astrophysical Journal Supplement Series . 11: 121. doi: 10.1086/190111
• Sherr, R.; Bainbridge, K. T. & Anderson, H. H. (1941). 'Transmutasjon av kvikksølv med raske nøytroner'. Fysisk gjennomgang . 60 (7): 473–479. gjør jeg: 10.1103/PhysRev.60.473
• Willbold, Matthias; Elliott, Tim; Moorbath, Stephen (2011). ' Den isotopiske sammensetningen av wolfram i jordkappen før det terminale bombardementet '. Natur . 477 (7363): 195–8. doi:10.1038/nature10399