CICLO DEL COBRE
Jhon Cueltan (2121401050); Natalia Delgado (2121401055): Enrique Paredes* (2121401124) Laboratorio de Química Fundamental II, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Nariño. *
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Se realizó diversas reacciones consecutivas con cobre metálico, mediante reacciones químicas, métodos de filtración, transfer3ncia de soluciones y lavado de precipitados, se obtuvo nuevamente cobre metálico, donde se analizo la ley de la conservación de la materia y se estableció relaciones molares entre las reacciones, se encontró que la materia no se crea ni se destruye solo se transforma. Palabras claves: ciclo del cobre, solubilidad del cobre. INTRODUCCION: “El descubrimiento de la ley de la conservación de la masa tuvo lugar en Francia, por obra de Antoine Lavoisier, aproximadamente en la época en que las colonias norteamericanas participaban en la revolución. Luego de llevar a cabo múltiples reacciones en recipientes cerrados, de modo que ninguna sustancia pudiese entrar o salir, Lavoisier concluyó que no había cambio alguno en cuanto a la masa total. Esto es tan solo un ejemplo de la ley de la conservación de la masa, que se ha comprobado una y otra vez.” 1 La comprobación experimental de la ley de la conservación de la masa puede considerarse completa. Si existe alguna desviación, será menor de una milésima de miligramo. No es posible decir que se ha probado que una diferencia u otra medida es exactamente cero (o exactamente cualquier otro numero). Solo puede decirse que el experimento muestra que el resultado es cero dentro de un margen específico de error. (Naturalmente, (Naturalmente, es conveniente suponer a efectos teóricos que se ha establecido el valor exacto) Sin embargo, sabemos ahora que
existen otros tipos de experimentos en los cuales cambia la masa del sistema. Los casos más importantes son aquellos que incluyen reacciones de núcleos o partículas elementales, tales como la desintegración radioactiva, la fisión o la fusión. En algunas reacciones, como la aniquilación de electrones y positrones o protones y antiprotones, la masa de las partículas materiales (la masa en reposo) desaparece por completo, por otra parte la masa de un objeto puede incrementarse considerablemente cuando se acelera a velocidades próximas a las de la luz. En todos estos casos, el cambio aparente de más viene equilibrado por un cambio correspondiente de energía de acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein. La misma cantidad de materia existe antes y después de un experimento y no ocurren más que cambios y modificaciones en la combinación de estos elementos. elementos. El cobre es un metal de transición, de color rojizo y brillo metálico, el cual posee entre sus propiedades físicas alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, lo que hace de este
elemento el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre también es un protagonista biológico importante en el proceso de fotosíntesis de las plantas, además contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario, siendo un oligoelemento esencial para la vida humana. En esta práctica se desarrollara el “El ciclo del cobre” Este siclo consiste en someter al cobre metálico a una serie de reacciones para al final obtener nuevamente cobre metálico. Durante el proceso el cobre presenta cambios químicos. Como en ningún momento hay pérdida de cobre por lo tanto se esperaría que el rendimiento de la reacción fuera 100%. Pero se debe tener en cuenta que la eficiencia de las operaciones de laboratorio que se utilizaran en el proceso juega un papel importante en el rendimiento METODOLOGIA A partir de 0.200g de cobre, se somete a reaccionar con 1 mL de acido nítrico en exceso al 65% y en presencia de calor, seguidamente se agrego agua e hidróxido de sodio Na(OH) al 25% donde se comprueba que se encuentra en medio básico por medio de indicador de pH. El producto de la anterior reacción, se somete a calor hasta obtener oxido cúprico y agua, para lo cual se filtra para obtener oxido cúprico, el cual se hace reaccionar con acido sulfúrico ( 2M. obtenido el producto de esta reacción: sulfato cúprico ( se utiliza zinc metálico (Zn) para obtener finalmente cobre metálico. La reacción final debe realizarse por completo, lo que implica
que debe dejarse un largo tiempo por tratarse de una reacción lenta. RESULTADOS Y ANALISIS
Al reaccionar 0.148g de Cu correspondieses a 0.003 moles de Cu, con 1mL de , equivalentes a 0.014 moles de . La siguiente ecuación describe la reacción:
(1)
La ecuación 1 representa una reacción tipo redox, ya que el ácido nítrico concentrado es altamente oxidante, reacciona violentamente en presencia de cualquier metal, en este caso cobre, desprendiendo óxido de nitrógeno (un vapor de color marrón-amarillento, altamente toxico). El acido nítrico es el reactivo en exceso y actúa como agente oxidante, causando la oxidación del cobre, ya que pasa de carga 0 a 2+, así este pierde dos electrones por cada mol de cobre solido, por otra parte el cobre es el reactivo limite y actúa como agente reductor, generando la reducción en el nitrógeno al pasar de carga 5+ a 2+. El nitrato de cobre presenta la misma cantidad molar que el cobre inicial de 0.03M debido a que tiene un factor estequiométrico equimolar. Al reaccionar el cobre con el acido nítrico, se obtuvo una solución azul ya que, tanto el catión en solución, como la sal presente tiene una configuración electrónica de [Ar] , es decir posee el orbital d incompleto, esto posibilita la hibridación de sus orbitales la cual favorece la absorción fotones de longitud de onda correspondiente al color anaranjado del espectro visible, sin embargo el color reflejado es el color azul, ya que el
color complementario del azul es el anaranjado. El producto de la anterior reacción; nitrato de cobre, reacciona con hidróxido de sodio, como se indica en la siguiente reacción.
La ecuación 3 indica una reacción de descomposición, en donde el sufre deshidratación debido a la presencia de calor, tornándose de color negro que indica donde se analizo la cantidad de oxido de cobre para cuantificar la cantidad aproximada de cobre que se ha perdido en todo el proceso. El porcentaje de rendimiento es del 96%
La ecuación 2 es propia de una reacción de doble desplazamiento o metátesis, donde reaccionan dos compuestos en disolución acuosa, por lo que se encuentran disociados en sus
La siguiente ecuación indica la reacción generada entre el oxido de cobre con acido sulfúrico:
iones – por parte del nitrato de cobre, y por parte del hidróxido de sodio, así los cationes de cada reactivo intercambian posiciones, ya que el ion hidroxilo es mas electronegativo y atraerá la parte electropositiva en este caso al formando hidróxido de cobre insoluble y nitrato de sodio soluble. Por lo general en las reacciones de metátesis se genera un precipitado, en este caso es el hidróxido de cobre, ya que por reglas de solubilidad los hidróxidos son insolubles, con algunas excepciones. Se comprueba que los reactivos, reaccionan completamente cuando el indicador de pH muestre que la solución está en un medio básico.
Al reaccionar, se genera una reacción de doble desplazamiento, donde el intercambia de lugar con el Cu, por ende no existe cambio en cargas de ningún reactivo.
Según cálculos estequiométricos reaccionan 0.003 moles de nitrato de cobre con 0.006 moles de hidróxido de sodio en exceso, produciendo 0.003 moles de hidróxido de cobre. Después de someter la solución a calor se obtuvo oxido de cobre II y agua. Como se indica en la siguiente ecuación:
(3 )
(4)
Una vez obtenido el sulfato de cobre en la solución agregamos Zn en polvo, dando origen a la siguiente reacción.
Con lo que se observó que la tonalidad de la solución empezó a disminuir. Se empezó precipitar un sólido e color rojizo (cobre metálico). Además se observó un burbujeo (desprendimiento de gas) debido a que ocurre una reacción de sustitución en donde el Zinc reemplaza el lugar del cobre, con lo que se produce sulfato de zinc, el cual es un compuesto bastante contaminante por lo que se recomienda realizarlo en campana de gases.
Conclusiones
De acuerdo a lo observado en el ciclo del cobre, se pude decir que es un ciclo que puede llegar a obtener el 100% del cobre utilizado al principio, esto depende del manejo de materiales y así mismo de las condiciones en las que se haga el mismo.
Como se puede observar la mayoría de las reacciones son reacciones de desplazamiento en donde un acido o una base interviene en el proceso, permitiendo la observación de cambios de pH evidenciados en el cambio de color de los reactivos.
