Quest'anno la tavola periodica degli elementi chimici compie 150 anni. L'anniversario è un'occasione per far luce su elementi particolari, alcuni dei quali sembrano onnipresenti ma di cui la gente comune al di fuori del mondo della chimica probabilmente non sa molto.

Uno di questi è l'oro, che è stato l'oggetto delle mie lauree post-laurea in chimica, e che studio da quasi 30 anni. In chimica, l'oro può essere considerato un antipasto in ritardo rispetto alla maggior parte degli altri metalli. È sempre stato considerato chimicamente "inerte", ma negli ultimi decenni è fiorito e sono emerse una varietà di applicazioni interessanti.

Lungo, storia curiosa

L'oro prende il nome dalla parola latina aurum ("giallo"). È un elemento con una storia lunga ma piuttosto misteriosa. Ad esempio, è uno dei 12 elementi confermati sulla tavola periodica il cui scopritore è sconosciuto. Gli altri sono carbonio, zolfo, rame, d'argento, ferro da stiro, lattina, antimonio, mercurio, guida, zinco e bismuto.

Anche se non siamo sicuri di chi l'abbia scoperto, ci sono prove che suggeriscono che fosse noto agli antichi egizi fin dal 3000 aC. Storicamente, il suo uso principale era per i gioielli; è così ancora oggi, è anche usato nelle monete di zecca. L'oro si trova anche nell'arte antica e moderna:è usato per preparare pigmenti rubini o porpora, o come foglia d'oro.

Il Sudafrica un tempo era di gran lunga il primo paese produttore di oro:ha estratto oltre 1, 000 tonnellate solo nel 1970. La sua produzione annua è costantemente diminuita da allora:i primi tre paesi produttori di oro nel 2017 sono stati la Cina, Australia e Russia, con un combinato produzione di quasi 1000 tonnellate. Il Sudafrica è sceso in ottava posizione, addirittura superato dal Perù e dall'Indonesia.

Ma gli usi dell'oro e le sue proprietà chimiche si estendono in molte altre aree oltre ai gioielli e alle monete coniate. Dalla ricerca farmaceutica alle nanotecnologie, questo antico elemento viene utilizzato per guidare le nuove tecnologie che stanno spingendo il mondo nel futuro.

Perché e come è utile

Dei 118 elementi confermati nella tavola periodica, nove sono elementi naturali con isotopi radioattivi utilizzati nella cosiddetta medicina nucleare. L'oro non è radioattivo, ma è tuttavia molto utile in medicina sotto forma di farmaci contenenti oro.

Ci sono due classi di farmaci d'oro usati per trattare l'artrite reumatoide. Uno sono tiolati d'oro iniettabili - molecole con un atomo di zolfo a un'estremità, e una catena chimica di qualsiasi descrizione ad essi collegata - trovata in farmaci come Myocrisin, Solganolo e Allocrisina. L'altro è un complesso orale chiamato Auranofin.

L'oro è sempre più utilizzato anche nelle nanotecnologie. Un nanomateriale è generalmente considerato un materiale in cui una qualsiasi delle sue tre dimensioni è pari o inferiore a 100 nanometri (nm). La nanotecnologia è utile perché non è limitata a un particolare materiale – qualsiasi materiale potrebbe in linea di principio essere trasformato in un nanomateriale – ma piuttosto a una proprietà particolare:la proprietà delle dimensioni.

Per esempio, l'oro nella sua forma sfusa ha un colore giallo distinto. Ma come si rompe in pezzi molto piccoli inizia a cambiare colore, attraverso una gamma di rosso e viola, a seconda della dimensione relativa delle nanoparticelle d'oro. Tali nanoparticelle potrebbero essere utilizzate in una varietà di applicazioni, ad esempio in campo biomedico o ottico-elettronico.

Un altro entusiasmante progresso per l'oro nella nanotecnologia è stata la scoperta nel 1983 che una superficie d'oro pulita immersa in una soluzione contenente un tiolato potrebbe formare monostrati autoassemblati. Questi monostrati modificano la superficie dell'oro in modi molto innovativi. La ricerca sulla modifica della superficie è importante perché la superficie di qualsiasi cosa può mostrare proprietà molto diverse rispetto alla massa (cioè, l'interno) dello stesso materiale.

E c'è dell'altro

Anche le nanoparticelle d'oro hanno dimostrato di essere un catalizzatore efficace. Un catalizzatore è un materiale che aumenta la velocità di una reazione chimica e quindi riduce la quantità di energia richiesta senza subire alcun cambiamento chimico permanente. Questo è importante perché la catalisi è al centro di molti manufatti che usiamo oggi. Per esempio, un catalizzatore trasforma il propilene in ossido di propilene, che è il primo passo per fare l'antigelo.

Due scoperte negli anni '80 hanno fatto sì che gli scienziati considerassero la catalisi dell'oro in modo diverso. Masatake Haruta, ad Osaka, Giappone, produsse ossidi misti contenenti oro e scoprì che il materiale era straordinariamente attivo per catalizzare l'ossidazione del monossido di carbonio tossico in anidride carbonica. Oggi, questo catalizzatore si trova negli scarichi dei veicoli.

Allo stesso tempo Graham Hutchings, che lavorava nell'industria a Johannesburg, Sud Africa, scoprì un catalizzatore d'oro che avrebbe funzionato meglio per la clorurazione dell'acetilene. Questo processo è fondamentale per la plastica in PVC, che viene utilizzato praticamente in tutta la produzione di impianti idraulici. Fino ad allora, il catalizzatore industriale per questo processo utilizzava materiale a base di cloruro di mercurio non rispettoso dell'ambiente.

Molte applicazioni

Secondo me, l'oro ha molti altri usi che non sono ancora stati scoperti. C'è molto di più in arrivo nel mondo della ricerca sull'oro.

Ci sarà, nei prossimi anni, essere nuovi sviluppi nel modo in cui l'elemento viene utilizzato, fra gli altri, medicinale, nanotecnologie e catalisi. Troverà anche nuove applicazioni nella chimica quantistica relativistica (combinando la meccanica relativistica con la chimica quantistica), scienza delle superfici (la fisica e la chimica delle superfici e come interagiscono), luminescenza e fotofisica – e altro ancora.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.