Cobre em ouro: o sonho!

A transmutação da matéria [1], que só foi possível após o início do domínio da moderna física nuclear, sempre fascinou os químicos e alquimistas em toda a história.
Então, a pergunta que não quer se calar: é realmente possível realizar a transmutação da matéria a partir de técnicas químicas comuns? A resposta é: muito improvável! :-(
Mas pode-se dar uma "enganada" através da deposição oxi-redutiva de metais, também conhecida como galvanoplastia! Exemplos como douração (banhar de ouro um anel feito de alumínio), prateação, cromagem, zincagem e etc, são processos que ilustram a aplicação da galvanoplastia.

Nesse artigo, vou demonstrar como fazer isso em uma moeda de cobre (certifique-se que seja de cobre mesmo), ou qualquer pedaço ou peça de cobre.

O cobre é colocado em um frasco resistente ao calor, e aquecido em uma solução. Primeiramente, o metal é recoberto com uma camada prateada. A peça é retirada da mistura, seca e bem aquecida, quando de repente... a camada torna-se dourada e brilhante, semelhante ao ouro!

Produzimos ouro? Claro que não, mas é uma experiência muito interessante!

Detalhes experimentais

Segurança: faça a experiência em um local aberto e ventilado. Use luvas, óculos de proteção e roupas apropriadas. Não descarte a solução de zinco-NaOH diretamente no sistema de esgoto. Antes disso, neutralize a solução com ácido sulfúrico diluído (1 mol/L).

1. Colocar cerca de 5g de zinco em pó em um frasco de vidro resistente ao calor. Ao invés do zinco em pó, pode ser utilizado um pedaço maior de zinco, como o ânodo de zinco de uma pilha galvânica comum, mas a reação é mais lenta.

2. Recubrir o zinco com solução diluída de hidróxido de sódio (12g NaOH adicionados lentamente em 50ml de H2O).*

3. Esquentar o frasco cuidadosamente até que a solução quase entre em ebulição. (Cuidado especial nessa operação, essa solução é extremamente corrosiva.)




4. Limpar a peça de cobre com uma palha de aço. Lavar com água destilada.
5. Usando pinças, mergulhar a peça de cobre na solução cáustica aquecida.

6. Deixar a peça de cobre no frasco por 3-4 minutos. O cobre ficará recoberto com uma camada prateada bem definida e homogênea.

7. Retirar a peça de cobre zincada utilizando uma pinça, molhar com água, e secá-la cuidadosamente com papel toalha. Não esfreguar! Retirar cuidadosamente qualquer sobra ou partícula de zinco inapropriadamente aderida na peça.

8. Utilizando uma pinça novamente, colocar a peça zincada em uma superfície quente. A peça deve tornar-se dourada e brilhante imediatamente!
9. Quando a "cor de ouro" se formar, remover a peça de cobre da fonte de calor, lavar com água e secar novamente com um papel toalha.

A química envolvida

1. O zinco dissolve na solução de hidróxido de sódio, formando o zincato de sódio e hidrogênio:
Zn_(s) + 2NaOH_(aq) + 2H₂O_(l) → Na₂Zn(OH)_4(aq) + H_2(g)

O monóxido e o hidróxido de zinco (presentes na superfície do metal pela ação do ar e da humidade do ar) também reagem em meio alcalino, produzindo o dióxido. O dióxido consequentemente complexa em zincato, como descrito acima:

ZnO(s) + 2OH^–(aq) → ZnO₂^2-(aq) + H₂O(l)
Zn(OH)₂(s) + 2OH^–(aq) → ZnO₂^2-(aq) + 2H₂O(l)

Quando então o cobre é colocado na solução, o zinco adere em sua superfície, tornando-o prateado. (Você pode checar isso demonstrando como essa camada de zinco dissolve-se em uma solução ácida diluída).
Essa reação envolve o conceito de célula eletroquímica; Os elétrons fluem do cobre ao zinco, e que não ocorre a menos que eles estejam em contato: ou diretamente, ou por um fio condutor.
No eletrodo de zinco:
Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2e^–

seguindo pela complexação dos íons de zinco: Zn(OH)₄^2–_(aq)

No eletrodo de cobre:
Zn(OH)4^2-_(aq) + 2e^- → Zn_(s) + 4OH^-_(aq)
Um processo similar de zincagem é usado na indústria mas os íons cianeto, ao invés do íon hidróxido, que é usado como agente complexante.
2. Quando a peça zincada é aquecida, o zinco e o cobre sofrem uma difusão interna, para formar uma liga de latão superficial, possuindo uma colocação muito parecida com a do ouro.

Notas *
1. A reação entre o zinco e a base ocorrerá com a liberação de hidrogênio, um gás extremamente inflamável, principalmente se confinado. Pode tornar-se explosivo em concentrações de 4 a 95% no ar, então jamais realizar essa experiência em local fechado.2. O experimento é feito melhor com cobre, outros metais como aço não funcionam muito bem.3. Latão é o nome dado a liga entre cobre e zinco: zinco e cobre possuem um tamanho similar, e conseguem dissolver-se um no outro em qualquer proporção para produzir uma vasta gama de latões. A cor depende da composição: latão com concentração maior de cobre são mais douradas, e com concentração maior de zinco, são mais prateadas.

2. Um chama (e.g. bico de bunsen) pode ser utilizada na última etapa da experiência, mas deve-se tomar cuidado para não super-aquecer a peça. Se uma chapa de aquecimento não estiver disponível, uma alternativa pode ser aquecer um bloco de metal diretamente no fogo, para que daí sim este ser utilizado na experiência.

3. Se o aquecimento na etapa final for continuado, a cor dourada desaparece em troca da coloração natural do cobre, isso porque o zinco difunde-se gradativamente da superfície para o interior da peça de cobre.
4. Caso o último processo (aquecimento) seja negligenciado, a peça de cobre zincada formará uma liga com o cobre no passar de alguns meses. Isso mostra perfeitamente como os "sólidos" não são tão estáticos quanto imaginamos.


Referências

[1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Transmutação
[2] http://pt.wikipedia.org/wiki/Galvanoplastia
[3] Zinc-plating copper and the formation of brass – 'turning copper into ‘silver’ and ‘gold’: Link
[4] Zinc plating of copper coin: Link.