Un grano de oro puede dorar una gran superficie, pero no tanto como un grano de buen juicio.

Esta frase es de Henry David Thoreau, en Una vida sin principios, ensayo integrado en Desobediencia civil y otros escritos. Thoreau es un autor muy poco conocido en estas tierras, tal vez para que a la gente no le pasen malas ideas por la cabeza y sean buenos y obedientes consumidores y votantes.

El caso es que esta frase viene a cuento, porque en el sentido mas literal, en efecto, un grano de oro puede dorar una gran superficie. Mucha mas de la que la mayoría de la gente imagina. Voy a contaros un experimento que ilustra este poder del oro, cómo la Ciencia nos desvela de los engaños que nos provocan nuestros propios ojos y que nos permite ver una aplicación de algunas radiaciones ionizantes: la medida de espesores junto con el análisis elemental:

El caso del tenedor dorado

En mi experiencia como mercenario científico me han planteado casos muy curiosos. Uno de ellos era el de una persona que estaba interesada en saber cuanto oro contenía una cubertería dorada. Quería saber si, recuperando el oro de cuberterías doradas, podría obtener algún beneficio. Es fácil, usando el sentido común, darse cuenta de que no. Pero la cuestión era lo suficientemente interesante como para un experimento didáctico.

gold plated

Tomamos un tenedor de esta bonita cubertería y, sobre él, podemos calcular el espesor máximo de la capa de oro. Una forma que podemos usar es hacer incidir partículas alfa sobre el material. Las partículas alfa son núcleos de helio emitidos a gran velocidad durante la desintegración de núcleos de elementos inestables. Un ejemplo de importante emisor alfa (y el que usaremos aqui) es el americio-241

GW582H298

Las partículas alfa son pesadas y tienen un poder de penetración bajo. Se pueden visualizar en una cámara de niebla:

Imagen alfa

En la imagen se ve las trayectorias rectilíneas de partículas alfa emitidas por una fuente. Las partículas alfa pierden energía en su viaje, que depositan en el material en el que penetran. Parte de ésta energía se invierte en la emisión de rayos X por el material alcanzado, una propiedad muy útil, pues nos permite fabricar un importante tipo de espectrómetro . Finalmente, las partículas alfa, que están cargadas positivamente, capturan dos electrones del material en el que penetran, convirtiéndose en átomos de helio e ionizando el material. De ahí que a éste tipo de radiación se la denomine radiación ionizante

Este comportamiento fué estudiado por William Henry Bragg (a la sazón padre de William Lawrence Bragg, con quien formó equipo en el desarrollo de la cristalografía de rayos X). Bragg descubrió que la pérdida de energía de una partícula alfa en la materia sigue una curva muy definida, llamada curva de Bragg:

1280px-Bragg_Curve_for_Alphas_in_AirEsta es la deposición de energía de una partícula alfa emitida por un átomo de americio-241 en el aire según la distancia recorrida. Llega a un máximo y cae abruptamente tras unos cuatro centímetros de viaje. Esta caída abrupta se corresponde con la formación de un átomo de helio por ionización.

La distancia recorrida por una partícula alfa en el aire se conoce muy bien y se corresponde aproximadamente con:

D (cm) = 1.24 E – 2.62

para energías mayores a 4 MeV. En el caso del americio, cuyas alfas se emiten a una energía de 5.49 MeV, la distancia recorrida en aire es 4.19 cm. Conociendo ésto, podemos calcular la distancia recorrida por una partícula alfa en cualquier material, conociendo su densidad, usando la regla de Bragg-Kleeman aplicada al aire:

D (cm) = 0.00032 * (√M)/d * D(aire)

donde M es la masa atómica y d la densidad. Así, para el oro, con densidad 19.3 g/cm3 y masa atómica 196.9665:

D = 0.000975 cm, es decir, 9.75 micras.

Esto significa que nuestras partículas alfa no pueden penetrar un grosor mayor de 9.75 milésimas de milímetro. Para que os hagáis una idea, el pelo de la cabeza de un humano tiene un grosor promedio de 70 micras.

Volviendo al tenedor

Ahora que sabemos todo ésto, si analizamos el tenedor dorado mediante espectroscopía APXS, basada en la energía cedida por partículas alfa, tenemos éste resultado:

dorado

¿Que vemos? pues la composición del acero: picos de hierro, cromo y níquel. Apenas unos picos muy débiles de oro. ¿y que significa? que las partículas alfa han atravesado la capa de dorado y han depositado su energía principalmente en el acero que hay debajo. Esto implica que el dorado del tenedor es inferior a 9 micras. Una capa muy fina, que ya nos dice que el valor en oro de un “chapado en oro” es ínfimo. Pero…¿podemos separar el oro de un tenedor dorado?. Pues, a pesar de la pequeña cantidad, Si, es posible:

electroparting

Este montaje es una celda de electroparting casera: no es mas que una pecera, llena de una solución diluída de ácido sulfúrico. Un cátodo (electrodo negativo) de cobre y como ánodo usamos el tenedor, envuelto en un sobre de papel de filtro. Si lo conectamos a la fuente de alimentación y le hacemos pasar una intensidad elevada (peligro…aquí usamos una corriente de 4 amperios y un voltaje de 12 voltios. Esta corriente es peligrosa), el metal del acero comienza a disolverse, en tanto que el oro se mantiene inalterado, quedando en el sobre de papel. Al cabo de tan solo un minuto, podemos recoger todo el oro del tenedor:

WP_20140805_006

El electroparting es, por tanto, el proceso inverso a la electrodeposición y se utiliza en el refinado del oro (cuando se encuentra, lógicamente, en mayor cantidad que en el dorado de un tenedor).

El oro ha quedado atrapado en las fibras de papel. Aun puede parecer una cantidad significativa, pero siendo tan poco, para separarlo del papel hay que someterlo a un proceso llamado copelación: Se quema el papel y la ceniza, conteniendo el oro, se somete a alta temperatura en una mufla, con una mezcla de litargirio (oxido de plomo, PbO) y fundente. El recipiente que se usa se denomina copela, es un pequeño crisol hecho de material absorbente. El litargirio fundido es absorbido por la copela, arrastrando con él todas las impurezas. Finalmente obtenemos una pequeña bolita de oro puro:

oro electroparting2

Puede parecer mucho, pero esta bolita de oro puro que hemos obtenido mide  ¡ tres décimas de milímetro! Siendo una esfera y teniendo en cuenta su densidad,  pesa 0.00027 gramos. Es decir, necesitaríamos la friolera de aproximadamente 3665 tenedores dorados para recuperar 1 gramo de oro. Para que se entienda mejor, al precio del oro de 24k en éste momento, el precio del oro de un tenedor dorado es de 0.0076 euros. Menos de un céntimo por tenedor… 

Como veis, tal como decía Thoreau, un grano de oro puede dorar una gran superficie. 1 gramo de oro puede d0rar casi cuarenta ycinco mil tenedores. Y es que la Ciencia nos muestra que a veces nuestras intuiciones nos pueden engañar…

IMG_0735

Esta entrada participa en el XLI Carnaval de Química alojado en el blog cienciaxxi.es.

Y como es la edición Molibdeno, aquí pongo una imagen de su principal fuente natural: el mineral wulfenita (molibdato de plomo)

wulfenita los lastonares12

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  1. Pingback: Contribuciones al XLII Carnaval de Química |

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