最終更新：2026年1月13日

金（Au, Z = 79）：永遠と富の金属

天体物理学と宇宙化学における金の役割

激変事象における合成

金は宇宙が生み出した最も権威ある元素の一つです。鉄やケイ素とは異なり、通常の恒星の核における核融合では合成されません。その生成には極限の条件が必要で、主にr過程（急速中性子捕獲）が関与します。この過程は宇宙で最も激しい事象の際に発生します：

中性子星の合体：現在、宇宙における金の主な供給源と考えられています。2つの中性子星が衝突すると、膨大な量の中性子に富む物質が放出され、金、白金、ウランなどの重元素が急速に合成されます。
II型超新星（核崩壊型）：大質量星の爆発時に生じる衝撃波が、一時的に強烈な中性子フラックスを生み出し、r過程を可能にします。
磁気回転超新星：極端な磁場と回転を持つ特殊な超新星で、r過程による元素生成が可能です。

したがって、金の装飾品には、数十億年前に起こった宇宙の激変事象で鍛えられた原子が含まれています。

宇宙存在度と地球上の希少性

金の宇宙存在度は水素の約1.0×10⁻¹²倍で、白金の約6倍希少であり、鉄の数千倍希少です。地球上での希少性は、金の親鉄性（鉄との親和性）によってさらに強調されます。地球が核、マントル、地殻に分化する際、原始地球に存在した金の大部分は鉄の核へ移動しました。現在採掘されている金は、核形成後に後期付加されたコンドライト物質（隕石）によって地表が「再塗装」されたものと考えられています。

地球化学的トレーサーとしての金

地球の岩石中での金の分布は、水熱、火成、堆積過程に関連する複雑な法則に従います。金の異常は鉱山探査の主要な指標となります。金の同位体比（特に\(^{197}\mathrm{Au}/^{195}\mathrm{Pt}\)）は、鉱床の起源や大陸形成過程の理解に役立ちます。

金の発見と利用の歴史

語源と象徴性

金の化学記号Auは、ラテン語の"aurum"（明るい夜明け、または夜明けの光）に由来します。この言葉は金属の特徴的な色と輝きを表しています。ほとんどすべての文化で、金は純粋さ、神聖さ、権力、不死を象徴してきました。これは金の不変性によるものです。各言語での金の呼び名（gold、oro、zoloto）は、富と権威を連想させます。

古代における金

金は人類が最初に知り、利用した金属で、カルコリシック時代（銅器時代、紀元前5000-4000年）から使用されてきました。金は河川で天然の状態で見つかり、複雑な冶金を必要とせずに回収できました。エジプト人は豪華な用途（ツタンカーメンのマスク、墓）に使用し、メソポタミア人は宝飾品や交易に、プレ・コロンブス文化（インカ、アステカ）は「太陽の汗」として崇めていました。

錬金術と金の探求

何世紀にもわたり、錬金術は「卑金属」（鉛など）を賢者の石で金に変えようと試みました。化学的には無駄な試みでしたが、この探求は近代実験化学の基礎を築きました。金が基本的な化学元素（化学的手段では作り出せず、破壊できない）であるという理解は、科学の発展において重要なステップでした。

大ゴールドラッシュ

新しい鉱床の発見は何度も世界経済を変革しました：カリフォルニア（1848年）、オーストラリア（1851年）、クロンダイク（1896年）、南アフリカ（ウィットウォーターズランド、1886年）。これらのゴールドラッシュは領土の植民地化を加速させ、採掘技術を発展させ、国際的な通貨の流れに影響を与えました。

鉱床と現代の生産

金はさまざまな形で存在します：

自然金：ナゲット、ペップ、石英脈（鉱脈）中の包有物。これは歴史的な形態です。
沖積鉱床（プラサー）：侵食によって河川の砂に濃縮された砕屑金。
「カーリン型」または「見えない金」鉱床：金が細かく堆積岩中に分散し、しばしばヒ素や硫黄と関連しています。
ポーフィリー鉱床：火成岩の貫入に関連しています。

主な生産国は中国（世界最大の生産国）、オーストラリア、ロシア、アメリカ合衆国、カナダです。年間の鉱山生産量は約3,000から3,500トンです。かつては南アフリカがリーダーでしたが、生産量は減少しています。リサイクル（古い宝飾品、電子廃棄物）は重要な追加供給源です。金の価格はロンドンとニューヨークの市場で決定され、地政学的、経済的、通貨的要因によって変動します。

金の構造と基本的な性質

分類と原子構造

金（記号Au、原子番号79）は第6周期の遷移金属で、周期表の11族に位置し、銅や銀と同じ「貨幣金属」グループに属します。金の原子は79個の陽子、通常118個の中性子（安定同位体\(^{197}\mathrm{Au}\)の場合）、79個の電子を持ち、電子配置は[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹です。この配置（完全なd¹⁰殻と単独のs電子）が、金の色と性質の起源です。

特徴的な物理的性質

金は明るい黄色の金属で、非常に密度が高く、極めて展性・延性に富み、優れた導体です。

独特の黄色：純金属の中で唯一で、相対論的電子遷移（アインシュタイン効果）によるものです。
高密度：20 °Cで19.32 g/cm³。
優れた展性と延性：1グラムの金は1 m²（厚さ0.1 µmの金箔）のシートに打ち延ばすことができ、2 km以上の長さのワイヤーに引き延ばすことができます。
優れた熱と電気の導体（銀と銅に次ぐ第3位）。
不変性：通常の条件下で酸化や腐食に耐えます。
貴金属としては中程度の融点：1064.18 °C。

金は面心立方（FCC）構造で結晶化します。

相転移点

金は1064.18 °C（1337.33 K）で融解し、2970 °C（3243 K）で沸騰します。比較的低い融点は、古代からの加工を容易にしました。

化学的反応性（非常に低い）

金は最も貴な金属で、白金などと並びます。常温常圧下ではほとんど不活性です：

空気と酸素：どの温度でも反応しません。
水：反応しません。
単純な酸：塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸（濃縮しても）に不溶。
王水：金を溶かすことができる唯一の一般的な試薬で、塩化金酸（HAuCl₄）を形成します。
アルカリシアン化物（酸素存在下）：可溶性錯体[Au(CN)₂]⁻を形成します。これは、低品位の鉱石から金を抽出する主な方法であるシアン化法の基礎です。
ハロゲン：塩素と反応してAuCl₃を形成し、漂白剤とも反応します。
水銀：アマルガム（液体合金）を形成し、歴史的に採掘に使用されてきました。

物理的特性のまとめ

密度：19.32 g/cm³。
融点：1337.33 K（1064.18 °C）。
沸点：3243 K（2970 °C）。
結晶構造：面心立方（FCC）。
電子配置：[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹。
主な酸化状態：+1と+3。

金の同位体表

金の同位体（基本的な物理的性質）
同位体/記号	陽子（Z）	中性子（N）	原子質量（u）	天然存在比	半減期/安定性	崩壊/備考
金-197 — \(^{197}\mathrm{Au}\)	79	118	196.966569 u	≈ 100 %	安定	金の唯一の天然安定同位体。単一同位体元素です。その核的性質（低い中性子捕獲断面積）は、原子炉での標的や医療用放射性同位体の生産に有用です。
金-195（人工）	79	116	194.9650 u	0 %	186.09日	電子捕獲による放射性。研究に使用されます。
金-198（人工）	79	119	197.9668 u	0 %	2.69517日	β⁻放射性。歴史的に前立腺がんの放射線治療（金-198粒子）に使用されました。
金-199（人工）	79	120	198.9683 u	0 %	3.139日	β⁻放射性。研究や水銀-199の生産に使用されます。

金の電子配置と電子殻

注：
電子殻：電子が原子核の周りにどのように配置されているか。

金は79個の電子を6つの電子殻に持ちます。その電子配置[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹は特徴的で、5dサブシェルが完全に満たされ（10個の電子）、6s殻に1個の電子が存在します。これはK(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(1)とも表記でき、完全には1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s¹となります。

電子殻の詳細構造

K殻（n=1）：2個の電子（1s²）。
L殻（n=2）：8個の電子（2s² 2p⁶）。
M殻（n=3）：18個の電子（3s² 3p⁶ 3d¹⁰）。
N殻（n=4）：32個の電子（4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴）。
O殻（n=5）：18個の電子（5s² 5p⁶ 5d¹⁰）。
P殻（n=6）：1個の電子（6s¹）。

価電子と酸化状態

金は5dと6s殻の電子（10+1）を数えると、11個の価電子を持ちます。化学的に、金は銅や銀よりも反応性が低いです。最も一般的な酸化状態は+1（金(I)またはアウロス化合物）と+3（金(III)またはアウリック化合物）です。

金(I)（Au⁺）：しばしば直線型錯体として存在し、金(I)シアン化物K[Au(CN)₂]はメッキに使用されます。金(I)化合物は不安定で、Au(0)とAu(III)に不均化しやすいです。
金(III)（Au³⁺）：最も安定で一般的な状態。四角平面錯体を形成し、塩化金酸（HAuCl₄）や塩化金(III)（AuCl₃）などがあります。
コロイド状態（Au⁰のナノ粒子）：金ナノ粒子（1-100 nm）は、表面プラズモン共鳴による独特の光学的性質（赤、紫色）を示し、これは塊状の金には見られません。

金は+5や-1（CsAuなどのアルカリアウライド）などの珍しい酸化状態も形成します。

金の化学的反応性

空気と酸素との反応

金は酸素、窒素、二酸化炭素、その他の大気ガスに対して完全に不活性です。酸化物を形成しないため、古代の金製品は完全に無傷で、変色や腐食の痕跡がありません。

水と酸との反応

金はすべての単純な酸に不溶です。「金のように不変」という言葉があるほどです。

金の唯一の主要な化学的弱点は王水（濃硝酸と濃塩酸の1:3混合物）です。この反応によりテトラクロロ金(III)酸（HAuCl₄）が生成されます：
Au + HNO₃ + 4 HCl → HAuCl₄ + NO + 2 H₂O

金はまた、酸素存在下のシアン化ナトリウムまたはシアン化カリウムの水溶液にも溶け、可溶性のジシアノ金(I)錯体[Au(CN)₂]⁻を形成します。これは、非常に低品位の鉱石から金を抽出するシアン化法の原理です。

注：
王水またはaqua regiaは、濃硝酸（HNO₃）と濃塩酸（HCl）の典型的な比率1:3の腐食性混合物です。金や白金を溶かす能力は、in situで塩素（Cl₂）とニトロシル塩化物（NOCl）が生成され、これらの金属を可溶性錯体イオン（[AuCl₄]⁻など）に酸化するためです。錬金術以来、貴金属の精製に使用され、現在でも冶金、マイクロエレクトロニクス、分析化学で重要な役割を果たしています。