Магія з монетами та її викриття

Не так давно ми проводили майже алхімічне перетворення мідних монет (та мідної каблучки) на «срібні» та «золоті».  Дійсно, дослід вражає. А пояснити те, що відбувається, взявся Дмитро Якимець, учень 21-математичної групи.  Він провів своє дослідження та захистив роботу на ІІ (міському) етапі конкурсу МАН. За результатами конкурсу Діма посів І місце! Вітаємо нашого науковця і пропонуємо вам також розібратися, що ж відбувалось з монетами.

Чому монета зі «срібною» стає «золотою» пояснити просто:
при високій температурі атоми цинку
рухаються (дифундують) всередину поверхні міді, утворюючи сплав міді з цинком – латунь, який за кольором дуже нагадує золото. Варто лише врахувати, що цинк за високої температури леткий, і якщо монету перегріти, він починає випаровуватись з поверхні, а латунь буде швидко окислюватися, так що дослід не вийде (таке спіткало нас на початку експерименту, потім ми врахували цей фактор і швидко забирали пожовтілу монетку з поверхні нагрівального приладу).

А ось пояснити, чому цинк в розчині своєї солі осаджується на поверхні міді, виявилось не так просто. Очевидно, що реакція Cu+Zn(SO₄)≠ не повинна відбуватися за вище зазначених причин. Але тут реакція проходить трохи інакше. Пояснити це можна, якщо знати основи електрохімії, зрозумівши, як відбувається окисно-відновні реакції в гальванічному елементі.  Якщо метал (в нашому випадку Zn – цинк) контактує з розчином його солі (цинк сульфатом), то йони металу (Zn²⁺⁾ переходять з металевої фази в розчин і з розчину в метал. Оскільки енергетичний стан йонів в цих фазах неоднаковий, то в перший момент після встановлення контакту йони Zn²⁺  переходять з металу в розчин і в зворотньому напрямку з різною швидкістю. На початку переважає перехід йонів з металічної фази в розчин, тому розчин набуває позитивного заряду, а металічний електрод (яким у нас слугує цинк) заряджується негативно. Так як при цьому цинк стикається з міддю, що має більший електродний потенціал, електрони безпосередньо переходіть від цинку на мідь. На поверхні міді утворюється тимчасово негативний заряд, на який осідають йони Zn²⁺  , відновлюючись до металевого цинку Zn⁰. Таким чином поверхня мідної монети вкривається цинком, який, як  здається, перетворює монету на «срібну». Через деякий час швидкості процесів переходу електронів в розчин і з розчину вирівнюється і в розчині встановлюється рівновага.

Дослід дуже добре виходить з канадськими та американськими центами. Ще дуже добре вийшло «посрібнити» та «позолотити» мідне кільце. З українськими 10 та 25 копійками  (алюмінієва бронза) дослід також виходить, хоча й не так добре, шар цинку практично не тримається на поверхні монет і змивається при промиванні монет водою.