Kuld: Väärismetall

See artikkel räägib keemilisest elemendist; teiste tähenduste kohta vaata lehekülge Kuld (täpsustus)

Kulla keemilise elemendi sümbol on Au ja aatomnumber 79.

Kulla ladinakeelne nimetus aurum on sabiinikeelset päritolu: aurum tähendab koidusära. Eesti sõna "kuld" pärineb germaani keeltest, selle algupäraks on alggermaani *gulþą ja algindoeuroopa *ghel ('kollane/roheline').

Levimuselt on kuld haruldane metall. Ajalooliselt on välja kujunenud peamiselt kaks kulla funktsiooni: raha ja ehete valmistamise materjal. Alates ürgajast on kuld olnud ehtemetall ning kuna seda leidub looduses harva, siis sümboliseerib kuld rikkust ja selle kaudu ka võimu. Umbes kaks ja pool tuhat aastat tagasi hakkas kuld kandma raha funktsiooni. Ajalooliselt oli Lüüdia kuningas Kroisos 6. sajandil eKr esimene valitseja, kes hakkas vermima kuldmünte. Need mündid olid suure kullasisaldusega (98%).

Kullastandard on olnud monetaarpoliitika aluseks läbi ajaloo. Viimasena loobusid kullastandardist 1932. aastal pärast suurt depressiooni Ameerika Ühendriigid. Enamik Euroopa riike heitis kullastandardi kõrvale pärast Esimest maailmasõda, kuna suuri sõjast tingitud võlgu ei suudetud kullana tagastada.

Puhas kuld ei oksüdeeru hapnikus ega vees, tänu sellele säilib kulla kollane värvus ja läige. Keemiliselt on kuld 11. (ehk IB-) rühma 6. perioodi d-ploki element. Normaaltingimustes on kuld üks inertsemaid elemente. Seetõttu esineb kulda tihti puhtal kujul kamakatena, teradena kivides, kullasoontes või jõesettes. Harvem leidub kulda ka ühendites, näiteks telluuriga.

Kuld peab vastu enamikule hapetele, kuid kuningvees ja leelismetallide tsüaniidisoolade lahustes ta siiski lahustub. Elavhõbedaga moodustab kuld amalgaami. Kulla olemasolu sulamites on võimalik testida lämmastikhappega, sest erinevalt hõbedast ja mitteväärismetallidest on kuld lämmastikhappes lahustumatu.

2012. aasta seisuga on kokku kaevandatud umbes 171 300 tonni kulda, millest üle 90% on kaevandatud pärast California kullapalavikku. Kogu see kuld mahuks 20,6 m küljepikkusega kuubi sisse. Maailmatoodangust kulub 43% ehete tegemiseks, 37% investeeringuteks, 10% erasektori ostudeks ja 10% tööstuses.

Väidetavalt peitub enamus Maa kullast tema tuumas, kuna metalli suure tiheduse tõttu vajus ta sinna planeedi nooruses. Praktiliselt kogu inimkonna avastatud kuld on arvatavalt sadenenud meteoriitidega, milles sisaldus seda elementi, umbes nelja miljardi aasta eest. Maailma suurima kullamaardla Witwatersrandis moodustas arvatavasti asteroid, mis tekitas Vredeforti kraatri.

Keemilised omadused

Kulla sära ei tuhmu ning tänu korrosioonikindlusele on kuld püsiv, seepärast nimetasid vanaaja õpetlased ja alkeemikud kulda metallide kuningaks. Seetõttu on ka kuld väga sobiv materjal valuuta ja ehete tegemiseks ja teiste reageerivamate metallide katmiseks (näiteks elektroonikas).

Keemiliselt on kuld passiivne metall. Hapniku, vesiniku, lämmastiku, fosfori, süsiniku ja antimoniga kuld otseselt ei reageeri ning vastavaid ühendeid saadakse kaudselt. Kuld ei oksüdeeru isegi sulatatuna.

Reageerimine mittemetallidega

Lihtainetest reageerib kuld halogeenidega. Toatemperatuuril kulgevad reaktsioonid aeglaselt. Temperatuuril 140 °C reageerib kuld klooriga, moodustades kuldtrikloriidi, mis kõrgemal temperatuuril laguneb kuldmonokloriidiks:

2Au + 3Cl₂ → 2AuCl₃

AuCl₃ → AuCl + Cl₂

Kuld(I)halogeniidid on ebapüsivad ja võivad laguneda disproportsioneerumisega:

3AuHal → AuHal₃ + 2Au

Broomiga reageerib kuld kõrgemal temperatuuril (150 °C) ning kuldtrijodiid on väga ebapüsiv ja laguneb kiiresti. Reageerimine tsüaniididega toimub hapniku osavõtul, soodsamalt vesinikperoksiidi osalusel (saaduseks on naatriumditsüanoauraat):

4Au + 8NaCN + 2H₂O₂ → 4NaOH + 4Na[Au(CN)₂]

Seda reaktsiooni tsüaniidiga kasutatakse ka kulla eraldamiseks maagist.

Reageerimine hapetega

Hapetest reageerib kuld ainult kuuma kontsentreeritud seleenhappega:

2Au + 6H₂SeO₄ → Au2(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3H₂O

Kulda suudab veel lahustada ka kuningvesi (HNO₃/HCl). Kuningvee tekkimisel moodustuvad nitrosüülkloriid ja monokloor. Aktiivne monokloor reageerib kullaga, andes kuldkloriidi:

3HCl + HNO₃ → NOCl + 2H₂O + 2Cl

Au + 3Cl → AuCl₃

Lahuse ettevaatlikul soojendamisel tekivad vesiniktetrakloroauriidi kristallid:

AuCl₃ + HCl → H[AuCl₄]

Füüsikalised omadused

 

Kullast on kerge valmistada sulameid teiste metallidega. Kõige sagedamini kasutatakse kulla sulameis hõbedat ja vaske.

Ehkki enamik puhtaid metalle on hallid või hõbekasvalged, on kuld kollane. Värvuse määrab nõrgalt seotud elektronide tihedus metallis; sellised elektronid võnguvad "plasmana", mida kirjeldatakse plasmoninimeliste kvaasiosakeste abil. Kristalli struktuuris liikuvad elektronid neelavad ja väljutavad footoneid. Enamikus metallidest jääb elektronide võnkesagedus ultravioleti alasse, kuid kulla puhul on sagedus nähtavas spektrialas (peamiselt punases osas, 400–700 nm) nõrga relativistliku efekti tõttu, mis mõjutab kulla aatomi orbitaale. Analoogne efekt annab metallilisele tseesiumile kuldse läike.

Roosat kulda saadakse vase ja hõbeda lisamisel, ehtekullana on levinud valged pallaadiumi- või niklilisandiga sulamid. Haruldasemad on mangaani, alumiiniumi, raua, indiumi jms sulamid tavatumates värvides, samuti teistsuguste füüsikaliste ja keemiliste omadustega.

Kuld on lõhnatu ja maitsetu tänu oma inertsusele, sest metallidele annavad maitse metalli ioonid. Kuld on kõige elektronegatiivsem metall. Seepärast on ka ühend CsAu soola-tüüpi ühend, milles kuld on anioonina auriid.

Puhas kuld on väga pehme, Mohsi skaalal kõvadusega 2,5 (küünega kriimustatav), suure tihedusega, helekollase värvusega väärismetall. Kuld on plastne ja kergesti töödeldav. Ühest grammist kullast on võimalik tõmmata 3,5 km traati või katta 10 m² pinna. Väga õhuke kullaplaat muutub läbipaistvaks, lastes läbi sinakasrohelist valgust, kuna kuld peegeldab kollast, punast ja infrapunakiirgust.

Kullal on väga suur tihedus: 19,282 g/cm³. Võrdluseks: plii, mis on tuntud kui väga raske metall, tihedus on 11,342 g/cm³, ning kõige raskemate elementide iriidiumi ja osmiumi tihedus on vastavalt 22,650 g/cm³ ja 22,610 g/cm³.

Ainuke teadaolev stabiilne kulla isotoop on ¹⁹⁷Au, mis on ka ainuke looduses leiduv kulla isotoop. Sünteesitud on veel 36 radioaktiivset isotoopi. Nendest kõige stabiilsema, ¹⁹⁵Au, poolestusaeg on 186,1 päeva ja kõige ebastabiilsem on ¹⁷¹Au poolestusajaga 30 µs.

Kulla sulamistemperatuur on 1064 °C, aurustumistemperatuur 2856 °C.

Kuld on isotroopne kuubilise süngooniaga mineraal. Polarisatsioonimikroskoobis on see maakmineraalile tüüpiliselt läbipaistmatu. Lõhenevus ja magnetilisus puuduvad.

Rahandus

 

Kuld on valuutametall, mille vanim kasutusala on juveeltoodete valmistamine ja müntide vermimine. Esimesed teadaolevad kuldmündid vermis 7. sajandil eKr Lüüdia kuningas Kroisos. Homerose-aegse Kreeka kuldtalendid kaalusid 8,42–8,75 grammi. Pärast Rooma impeeriumi langust tarvitati Euroopas pikka aega peamiselt hõbemünte, taas hakati kulda vermima 13.–14. sajandil.

Kuldmündid panid aluse raha kullastandardile, kus ka muud liiki raha (sh paberraha) väärtuse tagavad raha käibelelaskja kullavarud. Majanduse järsu kasvu tõttu on kullaturg vähenenud siiski vaid väikeseks osaks maailmaturust ning tänapäeval on kullatootmine maailmas vähenenud. Enamik Euroopa riike heitis kullastandardi kõrvale pärast Esimest maailmasõda 1914. aastal, kuna suuri sõjast tingitud võlgu ei suudetud kullana tagastada. Viimasena loobusid täielikust kullastandardist 1932. aastal pärast Suurt depressiooni Ameerika Ühendriigid. Kuni Teise maailmasõja lõpuni kasutati osalist kullastandardit, millele järgnes Bretton Woodsi süsteem. Šveits oli viimane riik, kes säilitas oma raha osalise kullatagatise (40%); sellest loobuti 1999. aastal, mil Šveits astus Rahvusvahelisse Valuutafondi.

Ehted

Igapäevaseks kasutamiseks on kuld liiga pehme, seetõttu kasutatakse ehete ja valuuta valmistamisel kulla sulameid. Kulla puhtust mõõdetakse karaatides (k). Puhas kuld on karaadiskaalal määratletud kui 24k. 1526. aastal kasutati Inglismaal kuldmünte puhtusega 22k. Karaatide arvutuse valem:

${\displaystyle X=24\,{\frac {M_{g}}{M_{m}}}}$ 

kus

${\displaystyle {\mathit {X}}}$  – materjali karaati väärtus;
${\displaystyle M_{g}}$  – puhta kulla mass aines;
${\displaystyle M_{m}}$  – kogu kulda sisaldava aine mass.

Ehete valmistamiseks kasutatakse tüüpiliselt kulla-vasesulameid, mis annavad kullale punaka värvuse. Hõbedaga saadakse valge tooniga sulam, rauaga sinakas ja alumiiniumiga lillakas.

18-karaadilist kulda, mis sisaldab 25% vaske, on leitud antiiksetest Vene ehetest. Sellel sulamil on selgesti eristatav vasevärvus. Sama värvusega sulamit saab valmistada ka 14-karaadilisena.

Meditsiin

Keskajal tarvitati kulda arstimisel, kuna usuti, et nii haruldane ja ilus aine peab olema ka tervislik. Ka mõned tänapäeva esoteerikud ja alternatiivmeditsiini pooldajad omistavad kullale raviomadusi. Sellegipoolest pole kullal kui lihtainel ravimina suurt väärtust, sest see on inertne kõikide ainete suhtes, mida inimese kehas leidub. See-eest kasutatakse tänapäeval kulla radioaktiivseid isotoope (näiteks vähi ravimiseks) ja kulla soolasid^[viide?]. Plastist ja klaasist tööriistade ilmutamiseks elektronmikroskoobi all kaetakse neid kulla sulamitega, tänu millele on võimalik kergemalt opereerida.

Plastilisuse ja inertsuse tõttu sobib kuld suurepäraselt kasutuseks hambaravis. Varaseimad teadaolevad juhtumid kulla kasutamisest hambaravis pärinevad juba aastast 700 eKr. Kulla hinna järsu tõusu tõttu 1970. aastatel hakati otsima kullale asendajat ning kulla kasutamine hambaravis vähenes. Ometi on hakatud hambaravis kulda taas rohkem kasutama, mis võib olla tingitud sellest, et kuld jätab plommi panemisel tavaliselt parema tulemuse kui portselanist plommid, või murest, et vähem inertsetest metallidest plommid võivad tervist kahjustada.

Tehnoloogia

Elektroonikas leidub kulda väga laialdaselt, peaaegu igas tänapäevases elektroonikaseadmes on mingi kogus kulda. Kuna enamasti on elektroonikaseadmetes väga väikesed elektrilised pinged ja voolud, siis on need kergesti häiritavad korrosiooni tekkest. Seepärast kasutatakse kulda seal, kus korrosioon on kerge tekkima, nagu näiteks ühenduskohtades, lülitites ja releedes. Kuigi kulda kasutatakse elektroonikas palju, ei ole kulla kogused suured, sest kulla kiht, millega soovitav element kaetakse, on imeõhuke. Keskmiselt on telefonis umbes 40 eurosendi väärtuses kulda ehk 8,71 mikrogrammi.

Muud kasutusalad

• Kullast saab teha metall-lõnga ja kasutada tikkimisel.
• Kuldjoodisega ühendatakse kuldehete eri osasid.
• Värvide komponendina annab kuld intensiivset punase värvuse.
• Astronautide kiivrites ja ülikondades, sõjalennukites ja satelliitides tarvitatakse kulda kaitseks infrapunakiirguse ja raadiolainete eest.
• Kuld on üks komponente kvaliteetsete CD-de peegelkihis.
• Et hoida lennukite piloodikabiinide aknad jääst puhtad, pannakse klaasi sisse väga õhuke kullakiht. Kui sellest elektrivool läbi lasta, kuld soojeneb ja sulatab aknalt jää.

Keemiliste elementide levimuselt looduses on kuld 72. kohal. Kulda sisaldub maakoores 0,0011 g/t, mida on umbes 100 korda rohkem kui merevees (0,00001 g/t^[viide?]). Ehedalt on kullaosakeste suurus 0,1–1000 mikromeetrit, suuremate kullatükkide mass võib ulatuda aga isegi kümnetesse kilodesse. Kullaliivades on kulda keskmiselt 5–15 g/t.

Lisaks kullale kui lihtainele leidub looduses ka umbes 20 looduslikku kullaühendit, millest mitmed on kullasulamid. Neist tähtsamad on kulla ja hõbeda sulam Au-Ag (Vana-Kreekas nimetati seda sulamit elektron, Roomas electrum), kulla ja pallaadiumi sulam Au-Pd (porpetsiit), kulla ja vismuti sulam Au-Bi ning kulla sulamid plaatina ja iriidiumiga, kulla ja vase sulam Cu–Au (kuproauriid) ning kulla sulam telluuriga Au–Te (kalaveriit).

Maailma suurimad kullavarud asuvad Lõuna-Aafrika Vabariigis.

Eestist leiti kulda esimest korda Jõhvi magnetilise anomaalia piirkonnast võetud puursüdamikust. Veel leidub seda Uljaste puuraugust võetud puursüdamikus.

Kaevandamine

 

Alates 1905. aastast on Lõuna-Aafrika Vabariik olnud suurim kullatootja, kellele kuulub pool kogu maailma kullatoodangust. Aastal 2007 läks Hiina kullatoodangus Lõuna-Aafrika Vabariigist ette, tootes 276 tonni kulda. Suurimad kullatootjad on Hiina, LAV, Austraalia, Ameerika Ühendriigid, Peruu, Venemaa ja Kanada. Ühed maailma sügavaimad kaevandused (Savunka ja TauTona) asuvad Lõuna-Aafrika Vabariigis ja ulatuvad 3777 m sügavusele.

Hinnanguliselt oli 2010. aastaks kokku kaevandatud umbes 166 600 tonni kulda, millest 65% kaevandati viimase 60 aasta jooksul. Viimase viie aasta jooksul toodeti keskmiselt 2500 tonni kulda aastas. Kullatootjate aruannete kohaselt on kaevandamata veel ligikaudu 26 000 tonni kulda, mille kaevandamiseks kuluks kümme aastat.

Kulla kaevandamine on majanduslikult kasulik, kui seda on pinnases rohkem kui 0,5 mg/kg. Tavalistes avatud kaevandustes on kulla sisaldus maagis 1–5 mg/kg (1–5 ppm), maa-alustes kaevandustes on tavaliselt vähemalt 3 mg/kg. Enamasti ei ole kullakaevandustes kuld palja silmaga nähtav. Silmale nähtavaks muutub kuld alles siis, kui seda on pinnases vähemalt 30 g/kg.

Ekstraktsioon

Üheks vanimaks kullatootmise kirjelduseks peetakse Vana-Kreeka geograafi ja ajaloolase Agatharchidese (u 200–120 eKr) tähelepanekuid Egiptuse kullakaevandustest. Agatharchidese järgi kuumutati suurte kivide ja kaljude lõhkumiseks neid lõkketules, jahutati siis kiiresti külma veega ning lõpuks purustati kirkade ja haamritega kuni pähklisuurusteks tükkideks, mida peenestati veskites kulla saamiseks.

Tänapäeval pole see protsess palju muutunud, kuid maaki purustavad ja peenestavad masinad. Kui maak on peenestatud tolmuks, segatakse see naatrium- või kaaliumtsüaniidiga (NaCN või KCN), mis moodustab kullaga lahustuva kompleksühendi. Kompleksist kulla kättesaamiseks lisatakse lahusele tsinki, mis asendab kulla kompleksis ja kuld sadeneb. Kulla puhastamiseks pestakse seda kontsentreeritud väävelhappega.

1919. aasta Versailles' rahulepingu kohaselt pidi Saksamaa tasuma võitnud maadele kontributsiooni. 1921. aastal määrati selleks 132 miljardit kuldmarka ehk 50 tonni kulda. Ammoniaagi sünteesi leiutaja, Nobeli auhinna laureaat Fritz Haber soovitas eraldada kulda mereveest, kus eeldatavalt pidi olema 8 miljardit tonni kulda. Suure saladuskatte all alustati uuringuid. Veeproovide võtmiseks maailma mere eri osadest sisustati spetsiaalne uurimislaev Meteor ja töötati välja analüüsimetoodika. Koguti üle 5000 veeproovi, mis saadeti kinnipitseeritud anumates Berliini. 1926. aastal esines Haber ettekandega "Kuld merevees", milles tutvustas uurimistöö tulemusi. Selgus, et kullasisaldus on merevees tunduvalt väiksem oodatust: kuupmeetris vees oli 0,005–0,01 mg kulda. Ainult Gröönimaa jääs oli kulda rohkem (0,05 mg/m³). Eksperiment lõppes fiaskoga, sest nii väikest kulla kogust ei ole majanduslikult tasuv eraldada. Haber ise võrdles eksperimenti nõela otsimisega heinakuhjast. Nüüdisaegseil hinnanguil on kuupmeetris merevees kulda keskmiselt 0,004 mg/m³. Kogu planeedi merevees on kulda ligikaudu 15 000 tonni.

Kulla muundamine teistest elementidest

XIV sajandil oli Inglise kuninga Edward III teenistuses alkeemik Ramon Llull, kes lubas elavhõbedast, tinast ja pliist valmistada 60 000 naelsterlingi eest kulda. Senini pole selge, kuidas kulda saadi, kuid vermima hakati kuldkatteid. Neid münte on paljudes muuseumides ja need on suureprotsendilisest kullast. Kulla päritolu on aga selgusetu, kuigi arvatakse, et kuld võis pärineda kirikute ja kloostrite varakambreist või elanike maksudest.

Ühtegi elementi pole võimalik keemiliselt teiseks elemendiks muundada. Selleks tuleb tuumareaktsioonil muuta prootonite arvu tuumas. 20. sajandi keskel alkeemikute unistus tegelikult täitus: õnnestus sünteesida kulla aatomeid tuumareaktoris elavhõbedast. Selleks kiiritati elavhõbeda aatomi tuumi neutronitega. Kulla tootmiseks seda meetodit aga ei kasutata, kuna kulla tootmine maagist on tunduvalt odavam.

Aasta 2011 seisuga kasutatakse toodetud kullast 43% ehtetööstuses, 10% tehnoloogias (7% elektroonika, 2% muu), 37% investeeringuteks ja 10% ostab erasektor.

Suuremat osa ehete ja kunsti valmistamiseks kasutatud kullast saab taaskasutada. Elektroonikas kasutatavat kulda ei ole aga tänini majanduslikult kasulik taaskasutada, kuna elektroonikas kasutatavad kullakogused on väga väikesed. Tänu väikestele kadudele on enamus kaevandatud kullast siiani ringluses ja kulla tagavarad püsivad stabiilsena. Ühe hinnangu kohaselt on 85% kogu kaevandatud kullast siiani kättesaadaval, 15% on läinud kaduma või kasutatud mitte-taaskasutatavateks tööstuslikeks eesmärkideks (nt elektroonikas ja keemias).

India on maailma suurim kullatarbija. Indialased ostavad umbes 25% maailma kulla toodangust ehk umbes 800 tonni igal aastal, enamjaolt tehakse sellest ehteid. India kodudes oli 2011. aastal 18 000 tonni kulda, mis moodustab maailma varudest 11%, koguväärtusega 740 miljardit eurot.

Juba vanaajast on kulda seostatud päikesega. Sageli sümboliseerib kuld puhtust, kestvust, tarkust ja küpsust. Alkeemias sümboliseeris kulla valmistamine madalamatest ainetest vaimset puhastumist ja igavest elu.

Aristoteles kasutas võrdlust kullaga, kõneldes tasakaalukusest, mida tänapäeval nimetatakse "kuldseks keskteeks". Antiigist on tuntud ka iluideaali väljendav matemaatiline vahekord kuldlõige.

Kristluses on kulda seostatud nii ahnuse ja kurjuse kui ka ülima pühadusega. Esimese näide on 2. Moosese raamatus kirjeldatud kuldvasikas, mida kummardati kui ebajumalat. Samas käskis jumal Moosesel katta seaduselaegas puhta kullaga. Kristlikus ikonograafias valmistatakse sageli Kristuse, neitsi Maarja ja pühakute aupaiste kuldlehest.

Traditsiooniliselt on kuninglikku sära ja valitsejate tarkust sümboliseeriv kuld olnud kuningakroonide materjal.

Tänapäeval nimetatakse paljudel võistlustel esimest auhinda kuldmedaliks, ehkki see ei pruugi olla valmistatud kullast. Nii on olümpiamängudel 1904. aastast antavad kuldmedalid vaid kullatud hõbedast. Kuldne on ka mõni filmiauhind, näiteks Oscar ja Kuldgloobus.

Abielusõrmustes seostub see abielu kestvuse ja püsivusega, 50. pulma-aastapäeva nimetatakse kuldpulmaks.

1965. aastal nimetati kuld USA California osariigi tunnusmineraaliks, 1968. aastal kuulutas kulla tunnusmineraaliks ka Alaska.

• Lehtkuld
• Kuld (heraldika)

Vikisõnastiku artikkel: kuld