人工合成黃金有多難?明明可以人工合成黃金,為什麼沒人願意幹?

黃金

在珠寶界中,黃金和鑽石都非常地名貴,但是鑽石已經實現了實驗室量產,甚至還能夠使用親人骨灰,情侶頭髮等定制鑽石。既然鑽石已經可以在實驗室中量產,那黃金是否也可以呢?

事實上,黃金和鑽石的形成原因並不同,鑽石的主要成分是碳,而碳在地球上非常常見,鑽石之所以罕見是因為鑽石的形成需要 高溫高壓的條件,在自然界中只有地球內部才能夠達到這樣的條件,所以地球表面的天然鑽石都是形成于地球內部,隨著火山噴發而來到地球表面。

在實驗室中,人工類比高溫高壓環境也能將碳變成鑽石,這就是人造鑽石。

但是黃金並不相同,黃金的主要成分就是金元素,而且金元素的形成非常困難。

宇宙中99%的物質成分是氫和氦,其中在恒星內部,因為核聚變的關係,會形成序數較大的原子核,由此一步步按照元素週期表的順序向下反應(有些元素比其他元素更容易產生,所以並不是元素週期表更靠近,含量就越豐富),質量較大的恒星甚至能夠一直反應到鐵原子核的形成。

鐵原子核是最為穩定的一種狀態,想要繼續推動它發生核聚變反應的能量非常大,恒星不具備這樣的條件。

而且,一旦恒星的中心被鐵佔據,恒星將會步入壽命終點,因為任何試圖改變鐵原子核的反應,都會被吸收能量,所以依靠著恒星核聚變,最多只能生產到「鐵原子核」。

而金元素在元素週期表中就位于鐵元素之後,既然恒星核聚變反應無法形成金元素,那黃金又是怎麼來的呢?

黃金的形成需要宇宙中更為罕見的一種天文現象: 超新星爆發或者中子星合併,唯有在此時釋放出的能量才會繼續推動鐵原子核繼續發生核聚變,這才可能會形成金元素,但是超新星爆炸和中子星合併所釋放的能量形成的金元素有限,不如其他元素那麼多,所以在地球上黃金的儲量也不如其他元素那麼豐富。

在地球形成早期時,由于小行星的頻繁撞擊產生的熱能,使得地球呈熔融狀態,其中密度較大的物質會逐漸下沉,沉入到地球內部,黃金就這樣逐漸下沉,只有極少數留在了地球表面。

在地球46億年的歷史中,地球板塊運動推動了地下巖漿向上上湧,其中一部分含有黃金的巖漿在上湧過程中,侵入到石頭的縫隙之中,等到冷卻後就會形成含金成礦帶,而這就是「巖金」。

巖金經過流水侵蝕、搬運之後,會堆積在流水下游地勢平坦,水流較慢的地區,形成「沙金富集區」,古往今來的淘金者主要淘的就是沙金。

沙金和其他礦物質逐漸凝結之後,會形成個頭較大的「自然金」,也叫作「狗頭金」,狗頭金非常名貴,價值也比純金更高,在古代時會作為貢品呈送給皇帝皇后。

人工能製作出黃金嗎?

從理論上來看,製作黃金的方法有很多,其中就包括:核聚變,核裂變,高能粒子對撞機。這些方式主要都是從原子核層面來進行的。

我們都知道,萬物都是由原子構成的,而原子中又有原子核和電子,原子核中又有質子和中子。不同的元素,所對應的原子序數不同,更為本質的其實是原子核內質子的數量不同。 只要讓原子核的質子數和金原子的質子數相等就行

金原子核內的質子數是79,那麼就可以用兩個質子數少于79的原子來融合成金原子,說白了就是核聚變的思路。同樣的,也可以用質子數大于79的大號原子,讓其發生核裂變反應來來實現。

那麼問題來了,高能粒子對撞機是咋實現的呢?

話說在上個世紀80年代,美國勞倫斯實驗的物理學家就找到了元素鉍,它原子核內有83個質子,要比金原子多4個質子。

研究人員用對撞機給阿爾法粒子加速(α粒子是氦原子核,原子核內有2個質子和2個中子),把α粒子加速到接近于光速,然後轟擊鉍原子,把鉍原子核內的4個質子撞出,從而獲得金原子。

這種方法看起來好像可以讓我們源源不斷地質子「金」,但實際上有很多問題無法解決,首先成本太高,我國準備建設的大型粒子對撞機成本高達300多億,遠遠超過了所造成的「金原子」的價值,其次隨機性太大,並不能夠次次都撞出同樣的結果。因此,用這種方法「煉金」得不償失。

黃金有啥用,為何如此昂貴?

我們常說「物以稀為貴」,黃金價格之所以如此昂貴,有一個很重要的原因是黃金屬于不可再生資源,它們的儲量有限,而且開採難度較高,尤其是巖金,即便是富礦,一噸礦石中也不過只有5克左右的黃金。

當然如果只是因為稀有,黃金還不算是最稀有的,但是其他稀有元素要麼具有放射性,要麼不美觀,或者是太容易磨損,不如黃金的流通性強。

其次是因為,黃金的色澤度非常高,永不褪色,延展性非常好,適合製作高檔首飾,所以從古至今人們對黃金的認可度都非常高,因此黃金的保值率非常高,有「盛世古董亂世黃金」的說法。

除了裝飾之外,黃金還十分穩定,在自然界中通常以單質的形式存在。而且導電性能良好,電子產品中的部分元件就會使用鍍金材料製作而成。

黃金還能夠耐高溫,反射太陽光線,這對于航太領域十分重要。

總結

黃金之所以如此昂貴,一方面是人們對黃金的認可度較高,無論任何時候,只要你想要出手黃金,都能夠很快地售賣出去。流通性和保值率較高,甚至還具有避險能力,越是社會動盪,黃金的升值幅度就越高。

其次是因為黃金優秀的實用價值,在電子領域和航太領域等,都少不了黃金的身影。

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