Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Una moneda de cobre, como por ejemplo las de uno, dos y cinco céntimos de euro, puede adquirir una apariencia dorada o plateada mediante la deposición de una fina capa de otro metal sobre ella. Este experimento muestra los principios de la galvanoplastia o electrodeposición y de la aleación de metales por difusión.
El experimento
Para llevar a cabo este experimento se necesita hidróxido de sodio, zinc en polvo y un mechero Bunsen o un soplete pequeño. Se prepara una disolución concentrada de hidróxido de sodio que se calienta hasta ebullición. Se apaga el mechero y se añade el zinc en exceso. Empezará a burbujear hidrogeno (razón por la que antes se debería haber apagado el mechero) y comenzará a formarse el zincato de sodio.
Se introduce seguidamente la moneda de cobre, la cual debería haberse limpiado previamente para retirar capas de óxido. La moneda debe tocar el zinc que ha quedado en exceso en el fondo del recipiente. Pasados unos minutos la moneda habrá adquirido un color plateado.
Si después se quiere dorar, se pone la moneda a la llama del mechero Bunsen con la ayuda de unas tenazas. Al entrar en contacto con la llama, la capa plateada cambiará de color y parecerá cubierta de oro.
Fundamentos
Plateado
El color plateado puede conseguirse galvanizando la moneda de cobre con zinc. Para ello se necesita una disolución de zincato de sodio. Este compuesto se prepara fácilmente haciendo reaccionar zinc en polvo con hidróxido de sodio.
Zn(s) + 2 NaOH(aq) + 2 H2O(l) ⟶ Na2[Zn(OH)4](aq) + H2(g)
El zinc se ha de añadir en exceso para que parte de él quede en el medio de reacción en estado sólido.
Al sumergir la moneda en la disolución anterior, el Zn metálico tenderá a oxidarse (este metal se oxida con mucha facilidad debido a que su potencial de reducción es muy bajo):
Zn(s) ⟶ Zn2+(aq) + 2 e–
El Zn metálico será, pues, el ánodo del sistema electroquímico que se va a formar.
Los electrones generados pasarán a la moneda de cobre, la cual actuará como cátodo del sistema, ya que en su superficie el anión zincato se va a reducir:
[Zn(OH)4]2–(aq) + 2 e– ⟶ Zn(s) + 4 OH–(aq)
Como la transferencia de electrones se produce físicamente en la superficie de la moneda, sobre ella se irán adhiriendo nanopartículas del Zn metálico que se forma en la reacción catódica. Este metal es del color de la plata, por lo que la superficie de la moneda adquirirá un aspecto plateado.
Nótese que la reacción genera iones OH–. Estos reaccionarán con el zinc metálico que está en exceso en el fondo del recipiente y producirán más zincato, lo que significa una retroalimentación que favorecerá que el proceso electroquímico se mantenga hasta el eventual agotamiento del zinc metálico.
Dorado
Una vez que la moneda este recubierta de zinc es posible dorarla mediante calentamiento. La trasformación se debe a que el Zn y el Cu forman una aleación por difusión de átomos de zinc desde la superficie del Cu hasta su interior. Como es sabido, la aleación entre Cu y Zn se denomina latón.
Esta aleación es del tipo sustitutivo, lo que quiere decir que los átomos de ambos metales constituyentes pueden reemplazarse mutuamente en la estructura cristalina. Eso significa que las proporciones de Cu y Zn pueden variar, y según esas proporciones los latones obtenidos tienen diferentes colores y propiedades mecánicas, eléctricas y químicas.
En la imagen se muestra la celda unidad de un latón ideal de estructura cúbica centrada en el cuerpo. Los átomos centrales de Zn de celdas contiguas forman a su vez un cubo en cuyo centro existe un átomo de Cu. En los latones no ideales los átomos de Cu pueden ocupar posiciones de Zn y viceversa, ya que ambos tienen la misma carga y prácticamente el mismo tamaño.
Los latones que tienen una alta proporción de cobre se llaman alfa. Se pueden considerar, pues, una disolución sólida de zinc en cobre. Su estructura cristalina es cúbica centrada en las caras. Tienen un tono más dorado que otros latones y sus propiedades son similares a las del cobre.
Precauciones
Hay que tener la lógica precaución de no quemarse con una moneda que ha sido puesta al fuego. Lógicamente, hay que servirse de pinzas o tenazas.
En la reacción se produce hidrógeno, gas que, como es bien sabido, es inflamable. Aunque, dado que se emplean pequeñas cantidades de reactivos, no se genera mucho hidrógeno y este se difunde enseguida en el aire, deberían evitarse riesgos. Si el experimento se realiza ante estudiantes debería tenerse esto muy en cuenta, sobre todo porque tiene valores didácticos y pedagógicos: explicar la inflamabilidad del hidrógeno y educar en la importancia de es extremar la precaución en los laboratorios para evitar cualquier causa que pueda producir un accidente.
En algunos casos se ha informado de un efecto al que hay que prestar atención. Se trata de que, al sacar la moneda de la disolución y retirar partículas de Zn en polvo que han quedado adheridas, si estas partículas se depositan sobre papel de filtro este puede quemarse. Esto podría deberse, al menos en parte, a la naturaleza pirofórica del Zn en polvo (es decir, se inflama espontáneamente al contacto con el aire). También podría contribuir la producción de H2 por el Zn al reaccionar con el agua (como los metales alcalinotérreos).
Los productos de la reacción deberían desecharse como establece la normativa. (Se puede intentar reciclarse el zinc metálico).
Referencias
- Turning copper coins into ‘silver’ and ‘gold’. Education (Royal Society of Chemistry / Nuffield Foundation), 2016. https://edu.rsc.org/experiments/turning-copper-coins-into-silver-and-gold/839.article.
- Electrodeposición. Wikipedia.https://es.wikipedia.org/wiki/Electrodeposici%C3%B3n.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
