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Amalgama (química)

Arquerita , una amalgama natural de plata y mercurio. Una amalgama es una aleación de mercurio con otro metal . [ 1 ] Puede ser líquida, una pasta blanda o sólida, dependiendo d...

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Arquerita , una amalgama natural de plata y mercurio.

Una amalgama es una aleación de mercurio con otro metal . [ 1 ] Puede ser líquida, una pasta blanda o sólida, dependiendo de la proporción de mercurio. Estas aleaciones se forman mediante enlaces metálicos , [ 2 ] donde la fuerza de atracción electrostática de los electrones de conducción trabaja para unir todos los iones metálicos con carga positiva en una estructura de red cristalina . [ 3 ] Muchos metales pueden formar amalgamas con mercurio, con algunas excepciones notables que incluyen hierro , platino , tungsteno y tantalio . [ 4 ] La amalgama de oro -mercurio se utiliza en la extracción de oro del mineral , y las amalgamas dentales se fabrican con metales como plata, cobre, indio, estaño y zinc.

Formación

El mercurio es un elemento relativamente abundante que se encuentra de forma natural en la Tierra. Forma un fuerte enlace químico con el azufre y se encuentra con mayor frecuencia en forma de cinabrio o sulfuro de mercurio . [ 5 ] Se estima que existen 600 000 toneladas de depósitos de cinabrio en todo el mundo, y la producción mundial anual ronda las 6000 toneladas, según datos de 2024.[ 6 ] Las amalgamas de plata se encuentran en minerales naturales, como la schachnerita, la paraschachnerita, la moschellandsbergita , la arquerita y la eugenita . [ 7 ] Las amalgamas de oro incluyen la aurihidrargirumita y la weishanita. [ 8 ] En ocasiones, se encuentran pequeñas concreciones de calomelanos , o cloruro de mercurio, en las minas. [ 9 ] La amalgama de telururo de mercurio , o coloradoíta , puede encontrarse en pequeñas cantidades. [ 10 ]

Muchos metales se disuelven fácilmente al entrar en contacto con mercurio a temperatura ambiente, [ 11 ] y la solubilidad aumenta con la temperatura. Los elementos más solubles son el indio, el talio, el cadmio y el cesio. [ 4 ] El mercurio tiene una alta electronegatividad , lo que provoca la formación de diversas amalgamas metálicas. [ 11 ] Estas reacciones suelen ser exotérmicas . [ 12 ] La amalgama resultante puede ser líquida o sólida a temperatura ambiente, dependiendo de la proporción de mercurio. [ 13 ] Los metales de menor masa tienen menos probabilidades de formar amalgamas en comparación con los metales más pesados. [ 11 ] Elementos como el platino, el aluminio y el cobre no son fácilmente solubles en mercurio. Entre los menos solubles se encuentra el hierro; [ 4 ] históricamente, se utilizaban frascos de hierro para el transporte de mercurio. [ 13 ] Debido a que el mercurio es una toxina nociva, requiere un manejo especial durante la producción de amalgamas. [ 4 ]

Antes de la invención de la galvanoplastia , el dorado por amalgama era una técnica común para dorar superficies metálicas. Este método se utilizaba para dorar plata ya en China entre los siglos III y I a. C. Sin embargo, los resultados del dorado por amalgama de la plata solían ser menos satisfactorios que con el proceso similar con oro, conocido como dorado al fuego. [ 14 ] La técnica del dorado por amalgama todavía se practica en el taller Morimoto de Kioto, Japón. [ 15 ]

Amalgamas importantes

Metales alcalinos

Para los metales alcalinos , la amalgamación es exotérmica y se pueden identificar distintas formas químicas, como KHg y KHg₂ . [ 16 ] KHg es un compuesto de color dorado con un punto de fusión de 178  °C, y KHg₂ un compuesto de color plateado con un punto de fusión de 278  °C. Estas amalgamas son muy sensibles al aire y al agua, pero se pueden trabajar con ellas bajo nitrógeno seco. La distancia Hg-Hg es de aproximadamente 300 picómetros , Hg-K de aproximadamente 358 pm. [ 16 ]  

También se conocen las fases K 5 Hg 7 y KHg 11 ; se conocen los undecamercururos de rubidio , estroncio y bario , que son isoestructurales. La amalgama de sodio (NaHg 2 ) tiene una estructura diferente, con los átomos de mercurio formando capas hexagonales y los átomos de sodio una cadena lineal que encaja en los huecos de las capas hexagonales, [ 17 ] pero el átomo de potasio es demasiado grande para que esta estructura funcione en KHg 2 .

La amalgama de sodio se produce como subproducto del proceso cloroalcalino de celda de mercurio . [ 18 ] Se utiliza como un importante agente reductor en química orgánica e inorgánica. [ 19 ] [ 12 ] Con agua, se descompone en una solución concentrada de hidróxido de sodio , hidrógeno y mercurio, que luego puede volver al proceso cloroalcalino. [ 20 ] Si se utiliza alcohol completamente anhidro en lugar de agua, se produce un alcóxido de sodio en lugar de la solución alcalina.

Metales postransición

El aluminio puede formar una amalgama mediante una reacción con mercurio. La amalgama de aluminio se puede preparar moliendo gránulos o alambre de aluminio en mercurio, o bien haciendo reaccionar alambre o lámina de aluminio con una solución de cloruro mercúrico . Esta amalgama se utiliza como reactivo para reducir compuestos, como la reducción de iminas a aminas . El aluminio es el donador de electrones final, y el mercurio actúa como mediador de la transferencia de electrones. [ 21 ] La reacción en sí y sus residuos contienen mercurio, por lo que se requieren precauciones de seguridad y métodos de eliminación especiales. Como alternativa más respetuosa con el medio ambiente, a menudo se pueden utilizar hidruros u otros agentes reductores para lograr el mismo resultado sintético. Otra alternativa respetuosa con el medio ambiente es una aleación de aluminio y galio que, de forma similar, hace que el aluminio sea más reactivo al evitar que forme una capa de óxido.

Dado que la amalgama destruye la capa de óxido de aluminio que protege al aluminio metálico de la oxidación profunda (como en la oxidación del hierro ), incluso pequeñas cantidades de mercurio pueden corroer gravemente el aluminio. Por esta razón, el mercurio no está permitido a bordo de una aeronave en la mayoría de los casos debido al riesgo de que forme una amalgama con las partes de aluminio expuestas en la aeronave. [ 22 ]

La amalgama de estaño fue desarrollada como recubrimiento reflectante para espejos en la isla veneciana de Murano durante el siglo XVI por los vidrieros Del Gallo. Se convirtió en la forma dominante de recubrimiento reflectante durante el siglo XIX. [ 23 ] [ 24 ] Se fabricaban deslizando el vidrio sobre una lámina de estaño impregnada de mercurio, de modo que la capa reflectante resultante consistía en un 75 % de estaño y un 25 % de mercurio. Los vapores de mercurio de este proceso hacían que el lugar de trabajo fuera insalubre. [ 25 ] El mercurio de estos espejos se evaporaba gradualmente con el tiempo, formando un vapor en la habitación donde estaban instalados, aunque muy por debajo de los niveles tóxicos. La producción de este tipo de espejo cesó alrededor de 1900. [ 26 ]

El plomo forma una amalgama cuando las limaduras se mezclan con mercurio. En la clasificación de Níquel-Strunz , se clasifica como una aleación natural llamada amalgama de plomo . [ 27 ] [ 28 ]

Otros metales

La amalgama de zinc se utiliza en síntesis orgánica (por ejemplo, para la reducción de Clemmensen ). [ 29 ] Es el agente reductor en el reductor de Jones , utilizado en química analítica. [ 30 ] Antiguamente, las placas de zinc de las pilas secas se amalgamaban con una pequeña cantidad de mercurio para evitar su deterioro durante el almacenamiento. [ 31 ] Es una solución binaria (líquido-sólido) de mercurio y zinc.

Una amalgama de talio al 8,5 % forma un sistema eutéctico con un punto de congelación de −60  °C, [ 32 ] que es inferior al del mercurio puro (−38,8  °C), por lo que se ha utilizado en termómetros de baja temperatura. [ 12 ]

El oro refinado , cuando se muele finamente y se pone en contacto con mercurio donde las superficies de ambos metales están limpias, se amalgama fácil y rápidamente formando aleaciones que van desde AuHg 2 hasta Au 8 Hg. [ 33 ]

Otras amalgamas

Aunque el amonio técnicamente no es un metal, el término "amalgama de amonio" se usa para describir una masa gris, blanda y esponjosa NH₄Hgₙ , derivada de la reducción de soluciones acuosas de amoníaco o sales de amonio con un cátodo de mercurio. Fue descubierta en 1808 por Thomas Johann Seebeck , casi simultáneamente con Jöns Jakob Berzelius y Magnus Martin af Pontin , seguido poco después por Humphry Davy . [ 34 ] [ 35 ] Su verdadera estructura es desconocida; se ha teorizado de diversas maneras que es una amalgama de radical amonio (NH₄ • ₄ )Hgₙ o un análogo de fase de Zintl (NH₄⁺ ) Hgₙ₋ₙ . [ 36 ] Se especula que la "amalgama de hidruro de amonio" ( NH₄⁺ ) ( HHgₙ₋ₙ ) es un intermedio durante la formación de la amalgama. [ 34 ] [ 36 ] La amalgama de amonio es indefinidamente estable cerca de −40 °C, pero se descompone fácilmente a temperatura ambiente, [ 35 ] así como en contacto con agua [ 34 ] o alcohol: 

2 (NH • 4 )Hg n → 2 NH 3 + H 2 + 2 n Hg

Las amalgamas de tetraalquilamonio análogas NR 4 Hg n son más estables. [ 36 ]

amalgama dental

Un empaste dental de amalgama

La odontología ha utilizado aleaciones de mercurio con metales como plata, cobre , indio , estaño y zinc . La amalgama es un "excelente y versátil material restaurador" [ 37 ] y se utiliza en odontología porque es económica y relativamente fácil de usar y manipular durante su colocación. Permanece blanda durante un corto tiempo, por lo que puede compactarse para rellenar cualquier volumen irregular, y luego forma un compuesto duro.

Existe una larga historia de amalgamas dentales. Durante la dinastía Tang , aparecieron en la materia médica china de Su Kung en el año 659 d. C. El médico municipal alemán Johannes Stockerus recomendó el uso de amalgama como material de obturación en 1528. La amalgama dental fue inventada formalmente en 1818 por el médico parisino Louis Nicolas Regnart. La primera sociedad dental estadounidense, la Sociedad Estadounidense de Cirujanos Dentales , se disolvió en 1856 debido a la controversia sobre el uso de amalgamas de oro o plata. [ 38 ]

La amalgama posee mayor longevidad en comparación con otros materiales de restauración directa, como el composite . Sin embargo, esta diferencia ha disminuido con el continuo desarrollo de las resinas compuestas. La amalgama se suele comparar con los composites a base de resina porque muchas aplicaciones son similares y muchas propiedades físicas y costos son comparables. [ 39 ]

La amalgama dental ha sido estudiada y generalmente se considera segura para los humanos, [ 40 ] [ 41 ] aunque la validez de algunos estudios y sus conclusiones han sido cuestionadas. [ 42 ] En julio de 2018, la UE, en consideración de la contaminación persistente y la toxicidad ambiental del mercurio de la amalgama, prohibió la amalgama para el tratamiento dental de niños menores de 15 años y de mujeres embarazadas o en período de lactancia. [ 43 ] Durante 2020 en los EE. UU., la FDA ha recomendado no utilizar amalgamas dentales en ciertos grupos de alto riesgo, incluidos niños, mujeres embarazadas y mujeres que planean quedar embarazadas. [ 44 ]

Uso en minería

El mercurio se ha utilizado en la minería de oro y plata debido a la conveniencia y facilidad con que el mercurio y los metales preciosos se amalgaman. [ 45 ] En la minería de oro aluvial , en la que se lavan diminutas partículas de oro de depósitos de arena o grava, el mercurio se usaba a menudo para separar el oro de otros minerales pesados. [ 46 ] La amalgama de mercurio se utilizó por primera vez en minerales de plata con el desarrollo del proceso de patio en México en 1554. [ 47 ] Se han creado procesos de amalgama adicionales para procesar minerales de plata, incluyendo la amalgama de pan y el proceso Washoe .

Extracción de oro

Interior del molino de estampación de oro Deadwood Terra . El mineral triturado se lava sobre láminas de cobre recubiertas de mercurio, y las finas partículas de oro forman una amalgama con el mercurio. La amalgama se raspa y el oro se separa calentando y evaporando el mercurio, que luego se recupera mediante un condensador para su posterior aplicación a las placas.

La amalgama de oro ha demostrado ser eficaz cuando el oro fino ("oro en polvo") no se puede extraer del mineral mediante métodos hidromecánicos. Se utilizaron grandes cantidades de mercurio en la minería de placer, [ 46 ] donde los depósitos compuestos principalmente de lodo de granito descompuesto se separaban en largas hileras de "cajas de riffle", con mercurio vertido al inicio de la hilera. El mineral estéril se transportaba luego por la canaleta, y el oro presente en el estéril se amalgamaba con el mercurio. La amalgama formada es una masa sólida, pesada y de color gris opaco.

Una vez extraído todo el metal útil del mineral, el mercurio se vertía en una larga canaleta de cobre, que formaba una fina capa en la superficie. Esta capa se raspaba y se refinaba mediante evaporación para eliminar el mercurio, dejando como resultado oro de bastante pureza.

El uso de mercurio en la minería aluvial del siglo XIX en California, ahora prohibida , ha causado extensos problemas de contaminación en entornos fluviales y estuarinos, que continúan hasta el día de hoy. [ 48 ] [ 49 ] A veces, mineros aficionados con trajes de neopreno encuentran grandes cantidades de amalgama en los fondos de ríos y arroyos aguas abajo, buscando pepitas de oro con la ayuda de una draga/aspiradora de agua accionada por motor montada en un flotador.

Cuando se utilizaban molinos de estampas para triturar el mineral aurífero hasta obtener finos, parte del proceso de extracción implicaba el uso de placas de cobre humedecidas con mercurio, sobre las cuales se lavaban los finos triturados. Un raspado y remercurización periódicos de la placa producían amalgama para su posterior procesamiento. La amalgama obtenida por cualquiera de los dos procesos se calentaba en una retorta de destilación, recuperando el mercurio para su reutilización y dejando atrás el oro. Dado que este proceso liberaba vapores de mercurio a la atmósfera, podía provocar efectos adversos para la salud y contaminación a largo plazo.

En la actualidad, la amalgamación con mercurio ha sido reemplazada por otros métodos para recuperar oro y plata del mineral en los países desarrollados. Los riesgos de los residuos tóxicos de mercurio han sido un factor determinante en la eliminación gradual de los procesos de amalgamación con mercurio. Sin embargo, la amalgamación con mercurio todavía se utiliza con regularidad por pequeños mineros de oro aluvial (a menudo de forma ilegal), especialmente en países en desarrollo.

Sonda de amalgama

La sonda de amalgama

Las sales de mercurio, en comparación con el mercurio metálico y las amalgamas, son altamente tóxicas debido a su solubilidad en agua. [ 50 ] La presencia de estas sales en el agua se puede detectar con una sonda que utiliza la facilidad con la que los iones de mercurio forman una amalgama con el cobre. Se aplica una solución de ácido nítrico de las sales en estudio a una lámina de cobre, y los iones de mercurio presentes dejarán manchas de amalgama de color plateado. Los iones de plata dejan manchas similares, pero se eliminan fácilmente con el lavado, lo que permite distinguir la plata del mercurio.

La reacción redox involucrada en la que el mercurio oxida el cobre es:

Hg 2+ + Cu → Hg + Cu 2+ .

Referencias

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