金（Au）
金（Au）は原子番号79の貴金属であり、常温大気中で極めて安定、展延性・延性に優れ、電気化学的に卑腐食を受けにくい材料である。面心立方（fcc）結晶で密度は約19.3 g/cm^3、融点は1064 ℃、沸点は約2856 ℃である。可視光の青～紫を吸収する相対論効果起源のバンド構造により特有の黄色を呈する。電気抵抗率はおおむね2.4×10^-8 Ω・m、熱伝導率は約300 W/m・Kと高く、信頼性重視の電気接点や半導体実装、理化学用途で広く用いられる。化学的には王水に可溶でシアン錯体を形成するため、製錬・精製・メッキといった工程で溶解・析出操作が体系化されている。
原子・結晶特性
金（Au）は電子配置が[Xe] 4f14 5d10 6s1で、6sの相対論的収縮と5dの膨張が光学応答に影響する。結晶構造はfccで、すべり系が多く塑性変形が容易である。ヤング率は約79 GPa、ポアソン比は約0.44、モース硬度は2.5～3で、純金はビッカース硬さでおおむね25 HV程度と軟らかい。高純度ほど延性が増し、薄箔・細線加工に適する。
代表的物性値の目安
- 原子番号: 79、原子量: 約196.97
- 結晶構造: fcc、格子定数: 約0.408 nm
- 密度: 約19.3 g/cm^3（20 ℃）
- 融点: 約1064 ℃、沸点: 約2856 ℃
- 電気抵抗率: 約2.4×10^-8 Ω・m（20 ℃）
- 熱伝導率: 約300 W/m・K、線膨張係数: 約14×10^-6 /K
化学的性質と耐食性
金（Au）は標準電極電位が高く（Au^3+/Auで約+1.5 V vs SHE）、常温大気では酸化皮膜を形成せず、酸・アルカリに対して極めて不活性である。一方、塩素・臭素などのハロゲンや王水（HNO3とHClの混酸）には溶解し、シアン化物存在下では可溶性のジシアノ金錯体を形成する。ガルバニック系列では最も貴な側に位置し、電位差腐食のアノード材として他金属を犠牲腐食させる可能性があるため、異種金属接触の設計では電位差・電解質環境・面積比に注意する。
王水・シアン錯体形成
王水ではCl^-とNO3^-の連携でAuがAuCl4^-などの錯体として溶解する。金製錬で広い実績をもつシアン化浸出は、酸素共存下で以下の総括反応で表される：4 Au + 8 CN^- + O2 + 2 H2O → 4 [Au(CN)2]^- + 4 OH^-。いずれも強腐食性・毒性を伴うため、密閉・排気・中和・漏えい対策を含む厳格な管理が不可欠である。
製錬・精製プロセス
金（Au）の一次資源では、鉱石の粉砕後にシアン化浸出（ヒープ/タンク）、活性炭吸着（CIP/CIL）、電解採取を経るフローが代表的である。二次資源では電子部品・端子・メッキ層からの回収が増え、前処理・溶解・選択的抽出・電解精製を組み合わせる。高純度化にはMiller法（塩素ガス吹込みで約99.5 %）とWohlwill法（塩化金溶液での電解、99.99 %以上）が知られる。
工程例（概略）
- 粉砕・分級 → 浸出（CN^-・O2） → 吸着（活性炭） → 脱着 → 電解採取 → 精製
- スクラップ回収 → 選別・脱錫/脱ニッケル → 化学溶解 → 溶媒抽出/樹脂分離 → 電解精製
合金設計と機械的性質
純金は非常に軟らかいため、Cu・Ag・Ni・Pdなどを添加して硬さ・強度・耐摩耗性を付与する。装飾用途のK表示（K24=純金、K18=Au 75 %など）は合金比率の目安である。白色調はPdやNi、赤色調はCu、緑色調はAg主体で得られる。電子接点用ハードゴールドでは微量CoやNiを共析させることで摩耗・移行皮膜形成を抑え、接触抵抗の安定化を図る。
加工・信頼性上の留意点
拡散が速く、Niなどの拡散バリアを介さないと下地金属が表面に出て接触抵抗が増加しうる。はんだ付けではAuがSnと脆いAuSn4等の金属間化合物を形成するため、Au溶け込み量とメッキ厚の管理が重要である。Au-Alの組み合わせでは高温長時間で脆性相が生成しやすく、ワイヤ材質や温度プロファイルの最適化が求められる。
電子部品・実装での利用
金（Au）はワイヤボンディング材（直径約10～30 μm）、コネクタ接点、半導体パッド、プリント配線板のENIG（無電解Ni/置換Au）やENEPIG（無電解Ni/Pd/置換Au）表面処理に広く採用される。利点は、低かつ安定した接触抵抗、酸化被膜非形成、フレッティング腐食への高い耐性である。用途に応じてソフトゴールド（高純度・ワイヤ適性）とハードゴールド（耐摩耗）を使い分ける。
代表的な表面処理の特徴
- ソフトAuめっき: 高純度、ボンディング性重視
- ハードAuめっき: Co/Ni微量添加、耐摩耗・低摩擦
- ENIG/ENEPIG: はんだ付け性・実装信頼性の両立
触媒・ナノ材料
ナノ粒子化した金（Au）は低温CO酸化などで高活性を示し、TiO2やCeO2などの担体上で界面活性点が形成される。局在表面プラズモン共鳴（LSPR）に基づく光学応答はセンシング、SERS、光熱治療などに応用される。コロイド金はバイオ標識・免疫測定で実績がある。
粒径・担体効果
5 nm以下の微粒子で活性が顕著化し、粒子サイズ・形状・担体との相互作用が反応選択性や耐久性を支配する。焼結抑制のために界面設計、合金化（Au-Pd等）、保護層付与などの工夫が行われる。
分析・識別
定量にはXRF、ICP-MS、発火試金（Fire Assay）が用いられ、表面・薄膜にはXPSやAES、組成にはEDS/EPMAが有効である。比重測定や打刻（ホールマーク）も実務上重要である。磁性は反磁性であり、磁気分離の対象とはならない。表面のみAuで内層が異材の事例があるため、切削断面や深さ分析での確認が望ましい。
安全・環境・規制
バルクの金（Au）自体は化学的に不活性で生体適合性も高いが、王水・塩素・シアン化物を用いる工程は高リスクであり、換気・密閉・漏えい対策、廃液中和、作業者教育を徹底する。サプライチェーンでは責任ある調達（RMI、LBMAなど）や尾鉱・排水の管理が社会的要請である。電子部品分野ではRoHSに抵触しないが、貴金属使用量の最適化やリサイクル可能設計がコスト・環境の両面で有効である。
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