CRISTALIZACIÓN DEL SULFATO DE COBRE (II) CUSO4·5H2O
INTRODUCCIÓN El sulfato de cobre (II) pentahidratado es el producto de la reacción química entre el sulfato de cobre (II) anhidro y agua. Esta sal se caracteriza por su color azul y sus rápidos cambios de temperatura al agregarle más agua. Su f órmula química es CuSO45H2O. Este compuesto se utiliza para el tratamiento de aguas, como alguicida, para combatir las algas en depósitos y piscinas, y en agricultura, como desinfectante y para la formulación de fungicidas e insecticidas. También se utiliza en la conservación de la madera, como pigmento, en el tratamiento de textiles y cueros, en la preparación de reactivo de Benedict y de Fehling para la detección de azúcares, etc. Puede adquirirse en droguerías o en tiendas para el mantenimiento de piscinas.
MARCO TEORICO CRISTALIZACIÓN DEL SULFATO DE COBRE (II) - CuSO4·5H2O CRISTALIZACIÓN: Es un proceso de separación de un sólido a partir de una disolución. Al incrementarse la concentración del sólido por encima del punto de saturación, el exceso de sólido se separa en forma de cristales. Este proceso se emplea en química con frecuencia para purificar una sustancia sólida siendo una operación necesaria para aquellos productos químicos salinos que se presentan comercialmente en forma de polvos o cristales pequeños y que se desean obtener en forma de cristales mayores. (BEEVERS, 1934)
DISOLUCIÓN: Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. La sustancia disuelta se denomina soluto y generalmente está presente en menor cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. El agua es casi exclusivamente el solvente utilizado en la cristalización de sustancias inorgánicas. Una disolución saturada es aquella que tiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente puro a una temperatura específica. La concentración de la disolución saturada se denomina solubilidad del soluto en el solvente dado. La solubilidad varía con la temperatura, y se denomina curva de solubilidad, a la representación gráfica de la solubilidad en función de la temperatura. En la mayoría de los casos la solubilidad de un soluto en un solvente se incrementa con la temperatura, pero hay algunas excepciones. (BEEVERS, 1934) Tabla 1. Solubilidad del SuSO4 (Mullin), gramo de compuesto anhidro por 100
gramos de agua .
Fig ura 1. Solubilidad del CuSO4
En la formación de algunas disoluciones, se cede calor a los alrededores y en muchos otros casos se absorbe calor; esto hace referencia a la entalpía de disolución ΔHsol.
EL SULFATO DE COBRE (II): También llamado vitriolo azul, sulfato cúprico, piedra azul o caparrosa azul, es un compuesto químico derivado del cobre que forma cristales azules, solubles en agua (su solubilidad a 20 ºC es de 20'7 g/100 ml de agua). Su forma anhidra (CuSO4), que se puede obtener calentando suavemente el hidrato, es blanca. Industrialmente se obtiene a partir de minerales de cobre o por la acción del ácido sulfúrico concentrado sobre el cobre puro. Por su acción bactericida y alguicida se emplea en el tratamiento de aguas. Así, en proporciones mínimas (1 a 2 partes por millón) se agrega al agua potable para destruir algas que se desarrollan en los depósitos. También se usa extensamente en la agricultura como fungicida y en formulaciones insecticidas. Su utilización como pigmento de la madera, o en tratamientos de textiles y cueros son otros usos de esta sustancia.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL SULFATO DE COBRE PENTAHIDRATADO ( Azañero Ortiz, y otros, 2005)
SISTEMA DE CRISTALIACIÓN DEL SULFATO DE COBRE (II) El sulfato de cobre (II) cristaliza en la red triclínica, la menos simétrica de las 14 redes de Bravais tridimensionales, con parámetros de red: a = 6,12 Å, b = 10,7 Å, c = 5,97 Å, α = 82,27°, β = 107,43° y γ = 102,67°.
Fig ura 2. Red Cristalina Triclinica
Dado el tamaño de los cristales de sulfato de cobre (II), resulta sorprendente comprobar como el orden microscópico del cristal puede contemplarse fácilmente a simple vista, simplemente observando la forma de los cristales. Esto se debe a que, a nivel microscópico, la celdilla unidad de sulfato de cobre (II ) se repite del orden de un número de Avogadro de veces (~ 1023) para dar lugar a un cristal macroscópico. Con ángulos constantes y caras de diferente tamaño la forma de un cristal puede variar mucho. La modificación del hábitocristalino depende de numerosos factores ligados a las condiciones en las que tiene lugar el crecimiento del cristal: sobresaturación, enfriamiento brusco, siembra, agitación, presencia de impurezas, tipo de disolvente, etc. Las imperfecciones en el crecimiento cristalino son variadas y f recuentes, no dejando discernir en la mayoría de los casos cuál es el sistema cristalino en el cual ha sucedido la cristalización. Por una rápida cristalización a partir de disoluciones sobresaturadas se producen dendritas, además pueden formarse también cristales compuestos (agregados) DESHIDRATACIÓN E HIDRATACIÓN DEL SULFATO DE COBRE Tanto la ley de conservación de la masa como el ajuste de reacciones químicas son temas que tratan en Secundaria al presentar las reacciones químicas. Incluso en estos cursos ya se realiza algún cálculo estequiométrico. Una experiencia sencilla que permite poner en práctica lo aprendido es determinar el número de moléculas de agua que contiene el CuSO4·5H2O, según se describe más adelante. Conviene destacar que, si bien nos hemos referido al CuSO4·5H2O como sulfato de cobre, en realidad, el nombre correcto es sulfato de cobre pentahidratado. De hecho, el color azulado de la sal se debe a la presencia de moléculas de agua en su estructura cristalina. (Heredia Avalos, 2006) En la figura 3 se muestra la estructura cristalina del sulfato de cobre pentahidratado.
Figura 3 . Estructura cristalina del sulfato de cobre pentahidratado (Beevers y
Lipson, 1934) La sal anhidra CuSO4 es en realidad de color blanco. Es muy fácil obtener sulfato de cobre anhidro a partir de sulfato de cobre pentahidratado, basta con calentar la sal directamente sobre el fuego o mediante un crisol; las moléculas de agua emergerán del cristal en forma de vapor de agua. Así, conforme transcurre el tiempo se observa que se va perdiendo el color azulado y que la sal se torna cada vez más blanquecina, hasta que finalmente adquiere el color blanco característico de la sal anhidra al perder toda elagua. Incluso se puede observar como burbujea el agua en la superficie al salir del cristal. En la Figura 4 se muestra el aspecto de la sal anhidra comparado con el de la sal hidratada. Merece la pena destacar que la reacción de deshidratación del CuSO4·5H2O se brinda a realizar una experiencia cuantitativa, la determinación del número de moléculas de agua que hay en la sal hidratada. El procedimiento es muy sencillo, basta con determinar la masa de una cantidad de sal antes y después de la pérdida del agua. La diferencia de masa dará cuenta del número de moléculas
de agua n que tenía la sal hidratada, de forma que n se puede calcular a partir de la relación:
donde m [···] y P [···] son la masa medida y el peso molecular, respectivamente, de la sustancia indicada entre corchetes. Por ejemplo, si la masa inicial de la sal hidratada es m[CuSO4·5H2O] = 100 g y la masa final, después de la deshidratación, es m[CuSO4] = 64 g, el número de moléculas de agua según la relación anterior será n. (Heredia Avalos, 2006)
Fig ura 4. A la izquierda, sulfato de cobre pentahidratdo; a la derecha sulfato
de cobre anhidro. (Fuente: Revista Eureka sobre Enseñanza y
Azañero Ortiz, Á., Núñez Jara, P., Figueroa Loli, A., Fernández Salinas, S., Zegarra Navarro, J., León Delgado, E., . . . Guillén Pacocha, E. (2005). PRODUCTION OF PENTAHIDRATED COOPER SULFATE FROM COOPER CEMENT . Revista del Instituto de Investigación FIGMMG , 11. BEEVERS, C. A. (1934). Crystal structure of CuSO4·5H2O. Proceedings of the Royal Society , 570-82. Heredia Avalos, S. (2006). EXPERIMENTOS DE QUÍMICA RECREATIVA CON SULFATO DE COBRE PENTAHIDRATADO. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 15-16.
