Electrólisis del Sulfato de Cobre
Curso: 4°A – 2012 Química Índice Antecedentes……………...…………………………...…pág. 3 Materiales…………………………………….......………pág. 4 Procedimiento……………………………………...……..pág. 5 Observaciones y/o resultados…………………..…………pág. 7 Análisis…………………………………………………..pág. 8 Marco teórico…………………….…………..…………..pág. 9 Conclusión…………………………………………...…pág. 14 Sitios de Internet…………………………………… ….pág. 15 Antecedentes En la naturaleza, el cobre suele encontrarse combinado con oxigeno o azufre. Algunos procesos utilizados en la producción de cobre son: lixiviación, extracción y refinación electrolítica. Este último proceso consiste en someter la disolución de sulfato de cobre a una electrólisis, obteniendo en el proceso un cátodo que contiene cobre de 99,99% de pureza. Materiales | Reactivos | -Vaso precipitado de 250 mL. | -Disolución concentrada de sulfato de cobre (CuSO4). | -Electrodos de carbón (cilindro central de las pilas de plástico). | -Agua. | -Lupa. | | -Alambre de cobre (cubierto de plástico). | | -Batería de 9 volts. | | -Lamina de cartón de 10x10 cm. | |
Procedimiento 1.- Viertan la disolución de CuSO4 en el vaso de precipitado hasta las tres cuartas partes de su capacidad. 2.- Corten el alambre de cobre en dos trozos de 15 cm cada uno. Luego, pelen las puntas de cada alambre y conéctenlas a los terminales de la batería. 3.- Fijen los electrodos al centro del cartón con una separación entre ellos de 5 cm y
luego, unan los extremos libres de los alambres a cada electrodo, tal como muestra la fotografía. 4.- Sumerjan los electrodos en la disolución de sulfato de cobre dejando que el cartón se apoye sobre el vaso. Mantengan el montaje de este modo por cinco minutos. 5.- Retiren los electrodos y, usando la lupa, observen si han ocurrido cambios. Regístrenlos. Observaciones y/o Resultados Para comenzar el experimento, primero procedimos a rellenar el vaso precipitado con agua, para posteriormente añadir la disolución de sulfato de cobre (CuSO4) y así estas se mezclaran. Luego comenzamos a cortar el alambre y unir las puntas de cada una de estas con los terminales positivo y negativo de la batería. Además fijamos los electrodos en el cartón para anexar estos con los terminales de la batería. Después pasamos a sumergir los electrodos en la disolución de sulfato de cobre (CuSO4) por unos pequeños minutos. Al estar dentro de esta infusión observamos, con la ayuda de la lupa, como en los electrodos ocurrían cambios, en el electrodo unido al cátodo salen pequeñas burbujas, y en el electrodo que está unido al ánodo se produce un cambio de color en la superficie de esta (de color gris a un tono rojizo). Análisis a.- ¿Qué sustancia se produjo en el experimento? Al finalizar el experimento, pudimos ver y analizar que la sustancia que se obtenía de este era el cobre metálico. b.- ¿Podrían considerar al sulfato de cobre un mineral?, ¿Por qué? El sulfato de cobre no se puede considerar como un mineral, ya que este no se encuentra en la naturaleza, porque es un compuesto químico derivado del cobre, y como pudimos demostrar en el experimento, tuvo que haber manipulación humana para que esta sustancia se produjera. c.- ¿Cómo explicarían el cambio ocurrido en el electrodo? El cambio de color que ocurrió en uno de los electrodos se produjo porque el cobre metálico se deposita sobre el ánodo, así se produce una reacción de reducción. d.- ¿Qué función cumple la batería en esta reacción química? La función que cumple la batería en esta reacción química es que proporciona la energía necesaria para que se lleve a cabo el objetivo final del experimento, la reducción del cobre. Marco Teórico * Sulfato de cobre El sulfato de cobre (II), también llamado sulfato cúprico (CuSO4), es un compuesto químico derivado del cobre que forma cristales azules, solubles en agua y metanol y ligeramente solubles en alcohol y glicerina. Tiene un aspecto solido azul en diversas formas, aparte de ser inodoro. Su densidad es
de 3,603 g/cm3, y la solubilidad en agua es de 20,3 g/100 ml (20 °C). Por último tiene un punto de fusión a 110°C (donde se descompone), y su masa molar es de 159,6 g/mol. Tiene numerosas aplicaciones: como alguicida en el tratamiento de aguas, fabricación de concentrados alimenticios para animales, abonos, pesticidas, mordientes textiles, industria del cuero, pigmentos, baterías eléctricas, recubrimiento galvanizados (recubrimientos de cobre ácido por electroposición), sales de cobre, medicina, preservantes de la madera, procesos de grabado y litografía, reactivo para la flotación de menas que contienen zinc, industria del petróleo, caucho sintético, industria del acero, tratamiento del asfalto natural, colorante cerámico, y preparados medicinales como el agua de alibour. * Batería de 9 V. Está compuesta por un número de celdas electromagnéticas, cada una de estas celdas están compuestas de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. El principio de funcionamiento de una batería está basado esencialmente en un proceso reversible llamado reducción-oxidación (también conocida como redox), un proceso en el cual uno de los componentes se oxida (pierde electrones) y el otro se reduce (gana electrones); es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, también no sino que meramente cambian su estado de oxidación y, que a su vez pueden retornar a su estado original en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga. Las baterías son ampliamente utilizadas, ya que proveen una cantidad de energía que almacenan dentro de ellas, además de su bajo costo, por lo que la hace estar al alcance de todos, sus usos van de lo domestico (autos, aparatos electrodomésticos, electrónica), hasta usos industriales (funcionamiento de maquinas, etc.). * Alambre de cobre El cobre es un metal con un tinte distintivo de color rojizo o naranja y un brillo metálico. La estructura cúbica cristalina es centrada en las caras, y refleja solamente las luces rojas y naranjas del espectro visible, dándole su conocido tono rojizo. Este metal es maleable, dúctil, y por último es un conducir la electricidad extremadamente bien. El número atómico del cobre usado en cables es 29, lo que significa que tiene 29 protones. El símbolo del cobre es "Cu" y su peso atómico es 63.54. El cobre se localiza en la columna 1B de la tabla periódica junto con el oro y la plata, cuyos símbolos son "Au" y "Ag" respectivamente. Los cables de cobre tienen baja reactividad química y tienen una muy alta gravedad específica de 8.2. El primer paso para hacer alambre de cobre es lo que se conoce como el proceso de trefilado. Se colocan varillas de cobre en una máquina, la cual empuja cada varilla a través de un dado de trefilado. El extremo donde entra la varilla al dado es del mismo tamaño que ésta, pero el dado se estrecha, lo que fuerza a disminuir el diámetro de la varilla de cobre; y ésta aumenta su longitud conforme es estirada. El proceso se ejecuta así hasta que la varilla de cobre original tenga el calibre adecuado para ser considerada como alambre. Terminado este primer paso, el alambre obtenido se lleva al proceso de
recocido.. Debido a toda la tensión y al estiramiento, el cobre queda bastante quebradizo después del proceso de trefilado, no flexible como se necesita que sea el alambre de cobre. El alambre se coloca entonces en un horno eléctrico para recocido a fin de devolverle esa flexibilidad. El proceso de recocido permite que el metal se recristalice a su estructura original, suavizándolo de esa forma, pero manteniendo el cobre en estado sólido. Técnicamente, una vez que concluyó el proceso de recocido el alambre de cobre está listo para usarse. El alambre puede estañarse, que es cuando se recubre con una capa delgada de estaño. El alambre de cobre puede también trenzarse en cables antes de ser vendido. El alambre de cobre se utiliza en la industria de la construcción, la automotriz y la de las telecomunicaciones. * Electrodos de grafito. Los electrodos de grafito son unos conductores eléctricos utilizados para establecer un circuito eléctrico. Posee una celda electroquímica donde se pueden identificar dos electrodos, el cátodo y el ánodo. El grafito es un variedad de carbón, que forma tres enlaces covalentes a 120 grados, de color negro y brillo metálico utilizado en la formación de electrodos debido a que es un semiconductor el cual aumenta su conductividad conforme aumenta la temperatura. Los electrodos de grafito poseen las propiedades de tener alta resistencia, alta fuerza mecánica y poseer un bajo índice de consumo. Conclusión Al finalizar el experimento sobre la electrolisis del sulfato de cobre, pudimos observar y percibir como se llevaba a cabo el proceso de cambio de color en el electrodo debido a la energía que ejercía la batería y la disolución, que estaba constituida por agua mas una cantidad de sulfato de cobre (CuSO4) que al impregnarse en ellos, dio paso al cambio físico de color de unos de los electrodos, donde pasaba de ser grisáceo a un tono más rojizo. Además, en el trabajo dimos una descripción total de cada paso que dimos para construir el experimento, y como llegamos a obtener el resultado, que acertó a lo que se esperaba. Luego, con la ayuda del marco teórico, damos al lector una ayuda para que pueda entender las características principales de los materiales, y así entender cuál fue su función en el experimento. Finalmente, esperamos que el lector pueda comprender la información que entregamos y poder analizar lo que podemos obtener con experimentos como estos, con simples materiales que están al alcance de nosotros.
