Il metodo comunemente usato per depositare oro, ma anche altri metalli, quali platino, argento, rame, cromo, nichel etc., su un metallo, è un processo elettrochimico chiamato galvanostegia (galvano + stego dal greco ricoprire).
Questa tecnica sfrutta l’elettrolisi di una soluzione acquosa contenente un sale del metallo ricoprente. Il sale di oro che viene di norma usato nella galvanostegia è Na[Au(CN)2] . Questo si può ottenere sciogliendo oro metallico in una soluzione acquosa di NaCN (cianuro di sodio), in cui grazie all’ossigeno dell’aria si ha la seguente reazione globale:
2Au(s) + 4NaCN(aq) + O2(aq) + 2H2O 2Na[Au(CN)2](aq) + 4NaOH(aq)
Il sale Na[Au(CN)2] in acqua è presente dissociato negli ioni Na+ e Au(CN)2 – .
La soluzione così ottenuta è pronta per subire l’elettrolisi. Al polo negativo di una batteria con forza elettromotrice (f.e.m.) compresa tra 4 e 5Volt deve essere collegato l’oggetto da ricoprire che verrà poi immerso nella soluzione acquosa e fungerà da catodo. In elettrochimica catodo viene chiamato l’elettrodo su cui avviene la reazione di riduzione. In questo caso si ha:
Au(CN)2 – (aq) + e– Au(s) + 2CN–(aq)
Al polo positivo della batteria deve essere collegato l’anodo sul quale, una volta immerso nella soluzione, avverrà la reazione di ossidazione. Preferibilmente l’anodo deve essere costituito di oro così che si abbia la seguente ossidazione
Au(s) + 2CN–(aq) Au(CN)2 – (aq) + e–
Mantenendo dunque costante la concentrazione di Au(CN)2 – in soluzione.
SOLUZIONE
L’ anione cianuro è notoriamente tossico e ancora più pericoloso è l’acido cianidrico (HCN). È importante che nella soluzione sia mantenuta una bassa acidità per impedire che possa avvenire la seguente reazione
CN–(aq) + H3O+(aq) HCN(g) + H2O
Ciò può essere ottenuto aggiungendo alla soluzione Na2CO 3 (carbonato di sodio, soda Solvay). HCN è un gas (p.e. 25.6°) dal caratteristico odore di mandorle e la dose letale per l’uomo è dell’ordine dei 50mg. Per evitare di usare NaCN si potrebbe portare in soluzione l’oro come cloruro complesso sciogliendolo in acqua regia. L’acqua regia è una miscela di acido nitrico (HNO3) concentrato e acido cloridrico (HCl) concentrato in rapporti di volume 1:3.
Au(s) + NO3 –(aq) + HCl(aq) [AuCl4 –](aq) + NO(g) + 2H2O
Se si evita di respirare i vapori sprigionati dalla reazione se ne trarrà beneficio. Lasciando evaporare la soluzione dovrebbe precipitare l’acido cloroaurico, di formula
[H3O]+[AuCl4]–•3H2O.
Un bagno elettrolitico da usare in alternativa alla soluzione di Na[Au(CN)2] potrà essere ottenuto sciogliendo [H3O]+[AuCl4]–•3H2O in HCl diluito. Bisogna comunque notare che il primo metodo comporta una maggiore resa e una deposizione più omogenea. •
TRATTAMENTO DELL’OGGETTO DA RICOPRIRE
Prima del trattamento di galvanostegia la superficie degli oggetti da ricoprire deve venire accuratamente preparata, pulita e sgrassata se si vuole ottenere un deposito elettrolitico regolare e compatto. Gli oggetti vanno ripuliti con spazzole metalliche. La sgrassatura si effettua per trattamento con una soluzione calda di Na2CO3 (stesso metodo va benissimo per sgrassare le tubature idrauliche domestiche). La detersione, per eliminare dalla superficie metallica tracce di ossidi e scorie, si compiein bagni diversi secondo la naturadel metallo: con acido solforico e cloridrico per il ferro e l’acciaio, con miscela di acido nitrico, cloridrico e solforico per l’ottone e il rame. È inoltre necessario ricordare che l’aderenza dell’oro è buona su oggetti di argento e rame mentre è scarsa su altri metalli. Ciò significa che se si vuole ricoprire un oggetto di ferro o acciaio con oro, sarà prima necessaria una preventiva deposizione di rame, che ha una buona aderenza sul ferro, e solo in seguito procedere con la doratura. La ramatura si effettua sempre con galvanostegia, utilizzando questa volta una soluzione di solfato di rame CuSO4 e acido solforico (H2SO4) diluito, un anodo di rame e una batteria con f.e.m. compresa tra 1 e 2Volt.
RECUPERO DELL’ORO DEPOSITATO
Il recupero di oro depositato su una superficie metallica può essere effettuato con i metodi già descritti. Infatti la galvanostegia non è altro che un trasferimento di atomi di oro dall’anodo al catodo. In questo caso quindi si userà come anodo l’oggetto placcato in oro e come catodo oro puro. Se non si vuole recuperare l’oro accrescendo un oggetto dello stesso metallo si può sfruttare la tecnica nota con il nome di galvanoplastica. La galvanoplastica è analoga alla galvanostegia, differisce da questa perché come catodo non utilizza un oggetto da ricoprire ma uno stampo negativo sul quale viene depositata una quntità di oro tale da riprodurre la copia positiva dello stampo. Lo stampo dovrà quindi essere costituito da un materiale che si possa in seguito facilmente eliminare quale per esempio la cera, che potrà essere resa conduttrice ricoprendola con grafite. A processo ultimato la cera potrà essere eliminata per fusione. Un metodo alternativo, che comporta però una resa minore e un prodotto meno puro, sfrutta la reazione di cianurazione già riportata
2Au(s) + 4NaCN(aq) + O2(aq) + 2H2O 2Na[Au(CN)2](aq) + 4NaOH(aq)
Una volta che tutto l’oro è in soluzione come complesso Au(CN)2 – , questo potrà essere ridotto con polvere di zinco Zn o ferro Fe in eccesso, secondo la reazione
2Au(CN)2 –(aq) + Zn(s) Zn2+(aq) + Au(s) + 4CN–(aq) Il precipitato ottenuto dovrà essere filtrato e lavato abbondantemente con acqua onde eliminare tutto CN–(aq) (con l’accortezza di non gettare l’ acqua di lavaggio nella rete fognaria). Per eliminare lo Zn in eccesso si dovrà eseguire un ulteriore lavaggio con acido cloridrico diluito
Zn + 2HCl(aq) Zn2+(aq) + H2(g) + Cl–(aq)
È doveroso precisare che i metodi sopra descritti non possono essere condotti in condizioni domestiche, visto la pericolosità dei prodotti e che tali reazioni sono descritte in condizioni ideali, generalmente non attuabili in situazioni industriali, ove bisogna considerare anche i sottoprodotti di reazione che qui, volutamente evitiamo di trattare, data la complessità teorica e pratica dell’argomento. Per approfondimenti si possono consultare i seguenti trattati:
Kortum – TRATTATO DI ELETTROCHIMICA – ED.PICCIN – 1968
Hamann, Hamnett, Vielstich: ELECTROCHEMISTRY, Wiley-VCH 2nd Ed., 2007
GALVANOSTEGIA – Ulrico Hoepli editore
Tratto Di Galvanotecnica – Ulrico Hoepli editore