Patyna okiem chemika

Dziś gościnny wpis Adama, czyli...

PATYNA OKIEM CHEMIKA

Z dyskusji w komentarzach (nie żebyśmy nie zeszli całkiem z tematu) zobowiązałem się napisać o patynie na monetach okiem chemika. Żeby wyjaśnić co i jak najpierw trzeba bardzo dokładnie opisać parę pojęć niektóre będą niezbędne do wyjaśnienia tematu.  Z częścią myślę, że nie będzie problemu ale część to moje definicje i obawiam się, że niektóre osoby mając inne zdanie mogą nie do końca zrozumieć cały „wykład”. 

Patyna – jest to produkt reakcji metalu z czynnikami w otaczającym go środowisku. Zaletą patyny jest pasywacja metalu, która zabezpiecza dany metal przed dalszym oddziaływaniem tego środowiska. Patyna jest związana strukturalnie z metalem. 

Pasywacja metalu – tworzenie się na powierzchni metalu szczelnej, stabilnej warstwy związku metalu bądź mieszanina tych związków. Pasywacja może być wywoływana naturalnie lub sztucznie. 

Korozja  - produkt reakcji metalu z czynnikami środowiskowymi który nie tworzy szczelnej warstwy pasywującej. Najbardziej znanym przykładem jest rdza (korozja stali).  Czasem rdza jest uogólniana do korozji, ale jest to moim zdaniem błąd. 

Szereg elektrochemiczny metali  – tutaj posłużę się definicją z Wikipedii: to zestawienie pierwiastków chemicznych o właściwościach metalicznych, według ich potencjału standardowego E0. Punktem odniesienia dla tego zestawienia jest elektroda wodorowa, której potencjał standardowy przyjmuje się umownie za zero.

Praktyczne znaczenie szeregu napięciowego metali wynika z faktu, że metal bardziej aktywny wypiera (poza niektórymi wyjątkami) metal mniej aktywny z roztworu jego soli, zaś dobrą miarą aktywności chemicznej metali jest ich potencjał standardowy.

Im bardziej w prawo tym bardziej związek jest odporny na działanie środowiska (oczywiście chemia byłaby nudna bez wyjątków więc i takie są). 

Lustro – jest to powierzchnia metalu nie skorodowana, bez patyny oznaczająca się wysokim połyskiem. 

Mennicza – moneta wychodząca z mennicy bez śladów użycia.  

Lustro mennicze – charakterystyczny połysk monety wychodzącej z mennicy. W przypadku długiego leżakowania w mennicy monety mogą nabrać patyny. Lub czasem jest im nadawana celowo czego słynnym przykładem są monety oksydowane. 

Osad – substancje środowiskowe, które przyległy do metalu nie powiązane z nim strukturalnie. 

To na ten moment chyba na tyle definicji. 

Co z tego wynika ? Że pod względem chemicznym warstwa patyny jest dobra dla metalu. Czasem nawet bardzo mocno. Przykład: aluminium zwane również glinem i kwas azotowy. Kwas azotowy(V) jest jednym z najmocniejszych kwasów a także bardzo dobrym utleniaczem.  Samo aluminium jest w stanie zareagować z wieloma kwasami tworząc ich sole (połknięcie glinu spowoduje odbijanie się wodorem – reakcja z kwasem solnym). Ale akurat w przypadku kwasu azotowego jest niereaktywne. Przynajmniej na to wygląda. Prawda jest taka, że dzięki działaniu utleniającemu kwasu na powierzchni aluminium tworzy się  warstewka tlenku. Ta warstwa jest tak szczelnie przylegająca i odporna na działanie kwasu, że wygląda na to, że nie ma reakcji. Sam kwas azotowy dzięki tym samym właściwościom reaguje z zarówno z miedzią i srebrem – metalami bardzo odpornymi na wpływ środowiska. 

Kolekcjonerzy monet wybitych przed XIX wiekiem mają te szczęście, że do ich bicia wykorzystywano głównie 3 metale – złoto, srebro i miedź. Są to metale dość odporne na działanie większości czynników środowiskowych dzięki czemu tyle ich przetrwało do naszych czasów. Nie są one oczywiście magiczne i wytrzymują wszystko, ale zawsze to coś. Inaczej jest gdy do bicia monet używano właśnie wspomnianego wcześniej glinu, cynku czy żelaza. Te metale są znacznie bardziej reaktywne co czyni niebezpiecznym usuwanie ich patyny. Żelazo, które było wykorzystane do bicia monet w okolicach roku 1917 zostało (najprawdopodobniej jeszcze w mennicy) pokryte warstwą magnetytu – dosyć dobrze zabezpieczającego przed tlenem atmosferycznym. Jednak gdy środowisko zmieni się na kwaśne pojawia się korozja. Z tymi metalami trzeba być naprawdę ostrożnym i nie wiem czy warto bawić się w usuwanie patyny na nich. 

Ale wróćmy do monet ze stopu srebra na których teraz bardziej się skupię. 

Choć wspomniano w definicji patyna nie jest niczym złym. Ale też nie zawsze prezentuje się ładnie. I to niezależnie czy ktoś pomógł w jej powstaniu czy powstała w sposób naturalny. I tu wchodzi drugi czynnik. Często trudny do określenia – ludzki gust. O ile złota czy tęczowa patyna (rozszczepiająca światło) podoba się znakomitej większości to patyna idąca w stronę zieleni czy czerni już nie ma tylu miłośników. Nie zamierzam wyrokować czy usuwać patynę czy nie (za to uważam, że raczej powinno się usuwać osady). Ale fajnie by było wiedzieć kilka rzeczy:

1) Patyna to część monety – w swoim składzie zawiera metal z monety.

2) Patyna może się błyszczeć – wszystko zależy od tego jaki związek (lub mieszanina związków) powstała na monecie. O ile pojęcie połysk jest w tym momencie prawidłowe to użycie „lustro mennicze” niekoniecznie.

3) Patyna w szczególności na monetach z metali szlachetnych nie musi pokrywać całej monety. Nasze oczy są niedokładne, ale każdy wie jak działa drukarka atramentowa. Małe kropeczki tworzą dla nas całość. Podobnie może być na monetach – punkciki spatynowane leżą obok niespatynowanych (z lustra) i nasze oczy łączą to w całość. 

4) Nierównomierna patyna – ciemniejsza w zagłębieniach najprawdopodobniej powstaje przez trudności w usunięciu cieczy (pamiętajcie, że mówimy tu o warstwach dla nas niezauważalnych) w małych z małych przestrzeni osłoniętych „ścianami” wystających elementów. Dlaczego piszę o cieczy? Bo reagent w postaci gazowej dotrze wszędzie w miarę równo. Nie przemawia natomiast do mnie teoria, że patyna powstaje w tym miejscu bo nie ma tam „ścierania” patyny. Zeszła komuś patyna od pocierania palcami ? Wątpię. Oczywiście jest możliwe, że została ona częściowo usunięta przez jakieś chemikalia które ktoś kiedyś miał na palcach gdy dotykał monety. 

5) Reakcja odwrotna do patynowania w warunkach domowych jest praktycznie niemożliwa od odwrócenia. Znam dwie możliwości usunięcia patyny:

6) Usuwanie mechaniczne – zło tego świata gdyż poza patyną najczęściej usuwa więcej metalu nie mówiąc już po pozostawieniu rysek różnych wielkości w zależności od zastosowanego środka ściernego. Chyba każdy stwierdzi, że choć moneta będzie się błyszczeć to nie można tutaj zastosować pojęcia lustra menniczego

7) Usuwanie chemiczne. Polega na zastosowania środka który przereaguję ze związkami tworzącymi patynę. Gorzej jeśli reaguje również z metalem. Szczególnie może to dotyczyć związków kwaśnych, które mogą po usunięciu patyny dalej reagować z metalem. Im metal jest bardziej w lewo w szeregu elektrochemicznym tym łatwiej taka reakcja zachodzi. Bardziej perspektywiczne dla mnie są związki kompleksujące jony metali a produkt tej reakcji jest rozpuszczalny w rozpuszczalniku, w którym prowadzimy reakcję (np. woda) Najczęściej nie łączą się one dalej z metalem. I w tym przypadku da się uzyskać coś co dla nas jest praktycznie identyczne z lustrem menniczym, ale nim nie jest. Dlaczego? To co było lustrem menniczym zostało właśnie rozpuszczone w roztworze. 

Żadnych porad praktycznych tutaj nie będzie – każdy kto czyści monety ma swoje sposoby jedni lepsze drudzy gorsze. Chodziło tylko o usystematyzowanie wiedzy czym jest patyna i jakie mogą być konsekwencje eksperymentów.