cobre | Fernando Carrillo Química Inorgánica

La Piedra Filosofal era el objetivo principal de la Alquimia, la pseudociencia anterior al desarrollo de la Química como Ciencia. Esta sustancia sería capaz de rejuvenecer e incluso conceder la inmortalidad al que la poseyera, pero su aplicación principal sería transformar cualquier metal de poco valor, como el plomo, en plata u oro. Durante años, los alquimistas engañaron a ricos y poderosos para que financiaran sus estudios con el pretexto de encontrar la Piedra Filosofal que, evidentemente, no se encontró nunca. En la actualidad, y gracias a aceleradores de partículas es posible transmutar átomos de plomo en átomos de oro, pero a un precio desorbitado.

Hay una experiencia de laboratorio en la que se realiza otro engaño para pequeños muggles incautos y que está basada en reacciones químicas sencillas, en la que se transforma una moneda de cinco céntimos de euro, que están hechas de acero recubierto de una fina capa de cobre, en monedas que parecen de plata u oro.

En primer lugar, se disponen las monedas en una cápsula de porcelana y se añaden unos mililitros de disolución de ácido clorhídrico 1 M para eliminar la capa de óxido de cobre que recubre a las monedas usadas. Una vez limpias, se lavan con agua y se reservan. Por otro lado, se pesan 8 g de NaOH en lentejas y se disuelven en unos 100 ml de agua. Cuando se haya disuelto el hidróxido de sodio, se añaden unos 5 g de cinc metálico, en forma de granalla, pequeños trocitos, unos 5 g de sulfato de cinc y se calienta. Se están producido las siguientes reacciones:

Zn(s) + 2 NaOH(ac) –>Na₂ZnO₂(ac) + H₂(g)

ZnSO₄(ac) + 4 NaOH(ac) –> Na₂ZnO₂(ac) + Na₂SO₄(ac) +2H₂O

En la primera reacción, parte del Zn metálico, en estado de oxidación 0, se ha oxidado a cincato, en estado de oxidación 2, mientras que el hidrógeno del hidróxido, en estado de oxidación 1, se ha reducido a hidrógeno elemental, en estado de oxidación 0. En la segunda reacción, el Zn²⁺ proveniente del sulfato también es transformado en cincato mediante una reacción ácido-base.

Se sumergen las monedas en esta disolución y se calientan durante unos minutos. Se observa como las monedas adquieren un color plateado. Esto se debe a la reducción del cincato sobre el cobre, que actúa de cátodo, transfiriendo los electrones que provienen de la oxidación del cinc restante, que actúa como ánodo:

Reducción (cátodo de Cu (moneda)):

ZnO₂^2- + 2 H₂O + 2e^– –> Zn + 4 OH^–

Oxidación (ánodo de Zn (granalla)):

Zn + 4 OH^– – 2e^– –> ZnO₂^2- + 2H₂O

El resultado es el depósito de átomos de cinc sobre la superficie de la moneda, dando el aspecto plateado.

Se lavan las monedas con agua y se calientan hasta ver la aparición de una tonalidad dorada. En este caso, se produce un movimiento de átomos de cinc hacia la capa de átomos de cobre para formar una aleación dorada: el latón. Y así tendremos nuestras falsas monedas de oro.

«Sabes, solo alguien que quisiera encontrar la Piedra, encontrarla, pero no utilizarla, sería capaz de conseguirla. De otra forma, se verían haciendo oro o bebiendo el Elixir de la Vida»—Albus Dumbledore

Cuando se definen las propiedades generales de un metal, se dice que tienen brillo y color “metálico”. Esta redundancia se basa en que cualquiera puede reconocer un material metálico por un brillo característico y un color propio. Ese color a veces se define como “plateado”, entendiendo que todo el mundo conoce cómo es la plata. Y, siendo más precisos, podemos decir que los metales tienen “brillo metálico al corte”, para indicar que muchos pueden estar oxidados en su superficie, lo que cambiaría su color, pero si los cortamos, veremos el color real. Este brillo y color especiales, plateados, se deben a la gran facilidad para absorber y luego reemitir la luz que les llega, es decir, a su gran capacidad para reflejar la luz incidente. Esto se puede explicar en base a la forma en la que sus átomos se unen, utilizando el enlace “metálico”. En este enlace, los electrones más exteriores, los de valencia, son compartidos en una especie de nube deslocalizada, por todos los núcleos (más el resto de electrones internos), que forman la red del metal. En los metales de transición, la capa de valencia es (n-1)dns. En el caso del Cobre, la luz que llega permite el salto electrónico entre el subnivel 3d y el 4s, absorbiendo las frecuencias complementarias a la luz roja, y por ello se ve rojo (en este enlace hay una descripción más detallada).

¿Y el Oro? Si uno ve el grupo 11, empieza en el Cobre, que es rojo; le sigue la Plata, donde la mayor separación entre subniveles no permite esa absorción anterior en el visible y, por último, el Oro. En este caso, la separación debería ser aún mayor. Pero el Oro es un átomo enorme, con muchos protones en su núcleo. Los suficientes como para que cuando un electrón orbite cerca de ese núcleo, se acelere mucho, llegando a velocidades cercanas a la de luz. En el caso del oro, el electrón 6s, que se encuentra en un orbital muy penetrante, es decir, con uno de sus máximos de probabilidad muy cercano al núcleo, es acelerado a velocidades altísimas. Siguendo la teoría de la Relatividad especial, esto hace que el electrón aumente su masa, lo que se traduce en un orbital más pequeño de lo que debería ser. Este orbital, al ser bastante apantallante, hace que los electrones 5d se puedan alejar más del núcleo. El resultado es una aproximación entre el nivel de energía del subnivel 5d y el del 6s (que tiene un máximo de probabilidad por encima del último del 5d). Lo justo para que la absorción de energía de la luz blanca sea la de la frecuencia del azul. Como resultado, vemos la no absorbida, la de su complementario, el amarillo. Esta explicación también sirve para entender por qué el oro es más difícil de oxidar que la plata, ya que su electrón 6s está menos disponible. También es la explicación a la tendencia de los elementos más pesados de los grupos principales siguientes a tener estados de oxidación más bajos que sus compañeros de grupo más ligero (Tl (I), Pb (II)). También explica por qué la red metálica del mercurio es tan débil, que es líquido a temperatura ambiente.