Oro - Au

Oro: caratteristiche, composti, utilizzo e metodo di produzione dell'Oro

L'oro, il cui nome e il cui simbolo derivano dal latino aurum, è stato probabilmente il primo metallo scoperto dall'uomo già nella preistoria. È un elemento diffuso ma raro, costituendo all’incirca il 5∙10-7 % della crosta terrestre. Si trova soprattutto allo stato elementare (per lo più in lega con minori quantità di argento) in vene o filoni contenuti in rocce ignee acide, spesso associato a pirite e altri solfuri. E’ generalmente in forma di lamelle microscopiche, talvolta fuse in granuli più grandi (pepite). Di minore importanza sono i giacimenti di origine secondaria, formazioni alluvionali e sabbie aurifere che derivano dalle giaciture principali per erosione e successivo accumulo in zone depresse, per esempio in prossimità di corsi d'acqua dove è possibile trovare pagliuzze o piccole pepite di oro separatesi per gravita, eccezionalmente sono state trovate anche pepite di grandissime dimensioni. L'oro è presente in piccole quantità (0,005 ppm) anche nelle acque del mare, nonché in alcuni rari minerali quali i tellururi calaverite AuTe2, silvanite (Au,Ag)Te2, e alcuni seleniuri.

L'oro è un metallo a densità molto elevata, di colore giallo, tenero, estremamente duttile e malleabile, tanto da potere essere laminato in film di spessore di 10-5 mm. E’ (dopo l'argento e il rame) tra i migliori conduttori del calore e dell'elettricità. Forma molto facilmente amalgame con il mercurio: la sua solubilità in quest'ultimo elemento aumenta fortemente al crescere della temperatura. L'oro è un metallo nobile, chimicamente inerte e rimane inalterato anche a caldo all'aria, all'acqua e in presenza dei comuni agenti chimici quali acidi (anche ossidanti) e basi in soluzione acquosa, e non reagisce con lo zolfo e il selenio. Viene attaccato dagli alogeni in presenza di acqua, e facilmente disciolto da una miscela 3/1 di acido cloridrico e nitrico (acqua regia) con formazione dello ione tetracloroaurato (III):

Au + NO3- + 4 Cl- + 4 H3O+ → [AuCl4]- + NO + 6 H2O

Anche le soluzioni dei cianuri alcalini in presenza di ossigeno lo disciolgono formando lo ione dicianoaurato (I), [Au(CN)2]-. Tale reazione è sfruttata per l'estrazione dell'oro dai suoi minerali.

A temperature relativamente elevate reagisce con il perossido di sodio formando aurato (III) di sodio NaAuO2, e con cloruri di tionile e solforile formando cloruro aurico AuCl3.

Oro: composti

L'oro forma numerosi composti corrispondentemente ai suoi principali stati di ossidazione +1 (composti aurosi) e +3 (composti aurici). A causa però dell'inerzia chimica dell'elemento, tutti i composti dell'oro vengono facilmente ridotti a metallo e si comportano pertanto di norma da agenti ossidanti.

Nello stato +1 l'oro non è stabile in soluzione acquosa e tende a dismutare secondo la reazione:

3Au(aq)+ → Au(aq)3+ + 2Au(s)

Pertanto esistono in soluzione solo ioni complessi di Au (I), mentre allo stato solido risultano abbastanza stabili (in assenza di acqua) alcuni composti insolubili come gli alogenuri, il cianuro e il solfuro.

Il monocloruro di oro AuCl, o cloruro auroso, si discioglie nelle soluzioni acquose di cloruri alcalini formando lo ione complesso dicloroaurato (I), (AuCl2)-, abbastanza stabile, come lo sono i corrispondenti sali allo stato solido [per esempio dicloroaurato (I) di sodio NaAuCl2].

Il monoioduro di oro AuI, o ioduro auroso, è una polvere gialla ottenibile per reazione in soluzione acquosa tra ioduro di potassio e acido cloroaurico:

3I- + (AuCl4)- → 4 Cl- + AuI + I2

Anche allo stato di ossidazione +3 l'oro esiste solo sotto forma di ioni complessi in soluzione acquosa oppure di composti insolubi.Tra questi il triossido di dioro Au2O3 (o ossido aurico), solubile negli acidi cloridrico e nitrico. Come l'idrossido ha carattere anfotero e si discioglie nelle soluzioni degli idrossidi alcalini.

Il triidrossido di oro Au(OH)3, ha carattere anfotero, per cui viene disciolto dagli idrossidi alcalini con formazione dello ione diossoaurato (III) (AuO2)-, o tetraidrossoaurato (III) [Au(OH)4]-, e dagli acidi alogenidrici con formazione di ioni tetraalogenoaurato (III).

Il tricloruro di oro AuCl3 (o cloruro aurico), ha comportamento chimico analogo a quello del tribromuro di oro AuBr3, o bromuro aurico, solido rosso, anch'esso di struttura dimera.

Tra i tetraalogenoaurati (III) si ricorda l'acido tetracloroaurico  H(AuCl4), cristallizzabile come sale di idrossonio(H3O)+∙(AuCl4)-∙3H2O,che è tra i composti principali dell'oro, e può essere ottenuto per attacco del metallo con acqua regia e successiva evaporazione. È un solido giallo-arancio, igroscopico, avente le caratteristiche di energico ossidante.

Oro: leghe metalliche

Le principali leghe sono quelle con rame, nichel, zinco e argento. La presenza di elementi in soluzione solida indurisce l'oro, per cui l'alligazione ne aumenta la durezza e la resistenza all'abrasione. Un effetto collaterale può essere il cambiamento di colore, e questo fatto è ampiamente sfruttato in gioielleria: l'aggiunta di argento schiarisce il colore giallo originale che passa al giallo verde per diventare poi bianco, quando l'argento raggiunge il 50%. L'aggiunta di rame sposta il colore verso il rossiccio, mentre la lega con l'alluminio, corrispondente all'intermetallico AuAl2, ha un colore viola intenso. A queste leghe può anche essere aggiunto lo zinco, utile come disossidante nella fase di elaborazione del materiale e come elemento che schiarisce le leghe con eccesso di rame rispetto all'argento. Lo zinco è anche usato per produrre le leghe di oro per brasatura, in quanto ne abbassa l'intervallo di fusione. L'oro bianco è ottenuto attraverso l'alligazione con nichel e zinco, cui comunque deve essere aggiunto del rame, per migliorare la lavorabilità.

Oltre che nella gioielleria, le leghe d'oro trovano impiego nelle protesi dentarie: al fine di ottenere migliori caratteristiche meccaniche, in particolare la durezza, oltre all'argento e al rame si aggiungono piccole percentuali di altri metalli nobili (iridio, rodio, rutenio), mentre il cobalto serve per affinare il grano. Le leghe di oro trovano anche impieghi industriali malgrado il costo, per esempio nell'impiantistica chimica.

Oro: utilizzo

Nella maggior parte degli impieghi industriali l'oro non viene utilizzato puro, a causa della bassa durezza e delle scadenti proprietà meccaniche, ma in lega con altri metalli, tra i quali argento, rame, nichel, zinco, palladio e platino. Il tenore in oro di una lega si esprime comunemente in carati (cioè in ventiquattresimi): l'oro puro è a 24 carati, quello al 75% è a 18 carati, mentre quello al 50% è a 12 carati. Utilizzato largamente un tempo per coniare monete correnti, l'oro in lega ha tuttora un fondamentale impiego in gioielleria: a questo scopo si utilizzano solitamente leghe ternarie oro-argento-rame. In gioielleria, ma anche in applicazioni elettroniche industriali, è utilizzato il procedimento di placcatura di un substrato metallico con un sottilissimo foglio di oro (puro o in lega), allo scopo di ottenere le proprietà superficiali nonché l'aspetto, inalterabile nel tempo, dell'oro stesso. Ciò può essere ottenuto anche con la galvanostegia, cioè con l'elettroapplicazione (da soluzioni a base di cianoaurati alcalini) di un sottilissimo strato di oro o di sue leghe su un altro materiale conduttore. Questa tecnica, insieme a quella di deposizione dal vapore e di spruzzamento catodico (sputtering), è largamente impiegata nella fabbricazione di componenti di dispositivi elettronici quali contatti, raccordi, circuiti stampati, schermi termici e riflettenti. In queste applicazioni, che stanno tra l'altro divenendo sempre più importanti nel settore spaziale, si utilizzano soprattutto le ottime proprietà elettriche e ottiche dell'oro, immutabili anche in condizioni ambientali particolarmente severe.

Oro: metodo di produzione

L'estrazione dell'oro si effettuava un tempo quasi esclusivamente dalle sabbie aurifere mediante la levigazione con acqua. Successivamente, alla levigazione venne associato il metodo di amalgamazione con mercurio facendo scorrere la sabbia aurifera trascinata dall'acqua sopra lastre di rame amalgamato. Tramite distillazione veniva recuperato il mercurio, mentre il residuo di oro veniva fuso in lingotti. Attualmente il processo di gran lunga più impiegato è quello di cianurazione, che permette di estrarre circa il 90% dell'oro contenuto nel minerale. L'oro frantumato viene trattato in una serie di reattori continui agitati con una soluzione acquosa di cianuro di sodio, dove si discioglie formando lo ione dicianoaurato (I). La soluzione viene trattata con zinco metallico per precipitare l'oro in forma finemente suddivisa:

2 Au + ½ O2 + H2O + 4 CN- → 2 [Au(CN)2]- + 2 OH-

2 [Au(CN)2]- + Zn → 2 Au + [Zn(CN)4]2-

L'oro grezzo può essere purificato mediante la clorurazione del metallo fuso con cloro gassoso (l'argento e le altre impurezze formano cloruri facilmente separabili), l'attacco con acido nitrico o solforico (che lascia indisciolto il solo oro) e la raffinazione elettrolitica.