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材料與生活
不只是裝飾品 黃金引領科技發展

文/陳信文(清華大學化學工程學系講座教授) 圖/達志影像 (2024/12/19)

新北瑞芳金瓜石的金礦。攝影/陳信文

 提到金子,通常腦海裡浮現的是財富的表徵──黃澄澄的金元寶。純金的外觀是紅黃色,並具有明亮光澤。

 金是貴金屬,在地球上的蘊藏量非常稀少,稀有度前八名的金屬,依序為銥、鋨、銠、錸、鈀、釕、金、鉑,最少的銥在地球上幾乎難以發現。

 金子自古就是廣受歡迎的金屬。在西元前四千年,人類已使用黃金作為裝飾;西元前六百年,西亞的呂底亞王國已用金子鑄造貨幣。除了收藏的價值以外,金具有許多良好的性質與重要應用。

餐飲業者利用可食金箔增加商品美感。

 人類使用黃金超過六千年,到目前為止,已開採約二十萬八千公噸的金。這些黃金的百分之四十成為各種鑲金珠寶、貨幣,另百分之四十儲存在各國金庫,剩下的百分之二十為損失和工業消耗。

 新北市瑞芳區的金瓜石在十九世紀末發現金礦,一九三八年曾達到年產兩千六百公斤的高峰。澳洲曾發現一塊三百公斤重的自然金。

黃色的部分是鍍金,是印刷電路板中常見的「金手指」。攝影/陳信文

化學性質穩定不怕火煉

 金的原子序是七十九,熔點是攝氏一千零六十四度。金的化學性質很不活潑,在一般條件下,金的金屬態比金的氧化物更穩定。所謂真金不怕火煉,是指金受火燒烤,會維持金屬態,不會轉變成氧化物。在自然狀態中,金通常以金屬態存在。

 金是延展性最好的金屬。一公克的金可以捶打成一平方公尺的薄片──金箔,金箔常用在工藝品上。金是優良的電導體,導電性僅次於銀與銅。

 純金因為柔軟,不容易維持加工的形狀,所以製作飾物用的黃金通常會加入其他材料製成合金,以提升機械強度。合金中的金含量,一般以K金來敘述。純金是二十四K金,十八K金就是指合金中,二十四分之十八是純金,另外的二十四分之六是加入作為合金的其他元素。

 純金在攝氏二十度時,密度為每立方公分十九點三公克。約在西元前兩百五十年,阿基米德為了檢驗皇冠是否為純金,推導出「物體在流體中所受的浮力,等於物體排開的流體的重量」。相同重量的金屬,因為密度不同,排開水的體積也不同。對金的密度的理解,可說是阿基米德浮力原理的起點。

合金中的金含量,一般以K金來敘述。圖為18K的鋼筆頭。

煉金術為化學知識起源

 人類對金的渴望與喜愛,驅動許多科技發展。歷史久遠的煉金術,是希望藉各種方法,將不同材料變成黃金。雖然沒成功,但彷彿披上魔法外衣的煉金術,是當今許多化學知識的起源。古代為佛像鍍金常用到的「鎏金」技術,是利用金和汞的化學反應。目前電子產品中,金普遍被使用:插卡的「金手指」,是鍍金的產品;普遍用於連接矽晶片與承載晶片金屬的黃金細線,可以細到八微米。據估計,一公斤的廢棄智慧型手機電路板,最少能回收零點四公克的黃金。

 近年來,金的價格節節升高,二○二四年的漲幅超過百分之二十五。然而工業使用,尤其是電子產品中的需求,仍一再提升。「從廢棄產品中提煉金等有用金屬,循環再利用」的城市冶金,將是未來的重要技術與金的來源。

鎏金佛像。