Il sogno dell’alchimista
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Il sogno degli alchimisti era la scoperta della pietra filosofale, un materiale che avrebbe dovuto permettere di ottenere l’immortalità, l’onniscienza e, soprattutto, la trasformazione di un metallo "vile" (e poco costoso) nel nobilissimo (e prezioso) oro. A chi avesse avuto successo (o più probabilmente ai suoi committenti), la realizzazione di questo sogno avrebbe portato fortuna e ricchezza. Con la nascita della chimica moderna nella seconda metà del XVIII secolo l’alchimia è tramontata: che cosa rimane dunque del sogno dell’alchimista e in particolare della possibilità della trasmutazione dei metalli?
Da un lato, le conoscenze moderne della fisica atomica e nucleare hanno permesso di realizzarlo. L’oro è stato ottenuto bombardando mercurio in acceleratori di particelle. Molti elementi si formano da uranio o plutonio nelle reazioni di fissione nucleare all’interno dei reattori impiegati per la produzione di energia elettrica. In questo caso i nuclei degli atomi pesanti del combustibile nucleare vengono spezzati (fissione significa rottura) in nuclei di altri elementi più leggeri.
Dall’altro lato, la speranza di ottenere metalli preziosi "a buon mercato" è andata finora disattesa. È stata presa in considerazione la possibilità di recuperare metalli rari e tecnologicamente importanti, come il palladio o il rodio, dalle scorie nucleari (platinoidi di fissione). Tuttavia, poiché i platinoidi di fissione (a differenza dei loro "fratelli" naturali) sono radioattivi, sarebbero utilizzabili solo in pochi ambiti, il principale dei quali è rappresentato dalle stesse tecnologie nucleari, in cui la gestione della radioattività è un problema intrinsecamente presente.
Il fallimento degli alchimisti nella trasmutazione dei metalli deriva dal fatto che essi tentavano di realizzarla con procedimenti chimici (peraltro poco progrediti) o che comunque mettevano in gioco quantità di energia relativemente piccole. Le reazioni di trasmutazione implicano quantità di energia enormi, al di fuori della portata di qualunque reazione chimica o processo fisico che non sia una reazione nucleare.
Ciò che la chimica si può permettere è solo la "finta" trasformazione di un metallo in un altro. Ad esempio, è facile ricoprire una moneta di rame con zinco. I due metalli hanno colori diversi: basta un sottile strato di zinco sul rame per coprirne il colore e far sembrare che il metallo della moneta si sia trasformato in un altro.
 
La zincatura (ricoprimento di un metallo con uno strato di zinco più o meno sottile) è un procedimento galvanico molto comune nella manifattura industriale. Per esempio, le lamiere di acciaio che formano la carrozzeria delle automobili sono zincate per proteggerle dalla corrosione. La zincatura di una moneta di rame è semplice. Lo zinco metallico viene attaccato con una soluzione di idrossido di sodio (soda caustica, NaOH) e si scioglie parzialmente:

Zn_(s) + 2OH^-_(aq) + 2H₂O_(l) → [Zn(OH)₄]^2-_(aq) + H_2(g)

Questo attacco comporta l’ossidazione dello zinco metallico in ioni [Zn(OH)₄]^2- che si trasferiscono in acqua. Quando si è sciolto zinco a sufficienza (ma non tutto!) gli ioni [Zn(OH)₄]^2- entrando in contatto con la superficie del rame si ritrasformano in zinco metallico (riduzione), che rimane depositato sulla moneta:

[Zn(OH)₄]^2-_(aq) + 2 e^- → Zn_(s) + 4OH^-_(aq)

La riduzione degli ioni [Zn(OH)₄]^2- richiede elettroni, che sono forniti dallo zinco non ancora disciolto (ossidazione):

Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2e^-

Essi vengono trasmessi agli ioni [Zn(OH)₄]^2- dal rame della moneta, che è un buon conduttore elettrico, ed è importante quindi che lo zinco metallico non ancora sciolto e la superficie della moneta siano in contatto.

Se la moneta zincata viene poi scaldata, gli atomi di zinco e di rame cominciano a mescolarsi (possiamo immaginare che gli atomi di zinco in superficie "affondino" fra quelli di rame) e si forma uno strato superficiale di una ben nota lega, l’ottone. Quest’ultimo, che può contenere dal 60 all’82% di rame e dal 40 al 18% di zinco, è di colore diverso sia da quello del rame che da quello dello zinco per cui si ottiene quella che sembra una seconda trasmutazione.

Cosa vedremo oggi

Monete che cambiano colore!
 
Se vuoi approfondire…

• http://www.platinummetalsreview.com/dynamic/article/view/49-2-79-90
• http://www.practicalchemistry.org/experiments/advanced/redox-reactions/turning-copper-coins-into-silver-and-gold,275,EX.html
• http://chemistry.about.com/od/chemistryhowtoguide/a/goldsilverpenny.htm

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