Universidad Nacional Autónoma De México Facultad De Estudios Superiores Zaragoza
Ingeniería Química
Síntesis química, obtención de sulfato de cobre penta-hidratado.
Cynthia Muñoz Segura 3154
Resumen
En este proyecto experimental se obtuvo sulfato de cobre pentahidratado por medio de una serie de reacciones. El problema consistió en sintetizar el sulfato de cobre a través de una serie de reacciones con la siguiente expresión: 1. 2. 3. 4. 5.
Cu* (s) + HNO3 (ac) → C(ac) + D(g) ↑+ E(ac) C (ac) + NaHCO3 (ac) → F(s) ↓+ G(g) ↑+ H(ac) E (ac) + H2SO4 (ac) → I(ac) + J(ac) + K(ac) I (ac) - agua → L (ac) L (ac) + disolvente → CuSO4-5H2O(s)
La hipótesis planteo que a partir de 0.5 g de cobre metálico se sintetizarán 1.92 g de CuSO4 · 5H2O, la cual fue demostrada experimentalmente, y se obtuvieron los resultados espeerados.
Abstract
In this experimental project, copper sulphate pentahydrate was obtained by means of a series of reactions. The problem was to synthesize copper sulfate through a series of reactions with the following expression: 6. 1. Cu * (s) + HNO3 (ac) → C (ac) + D (g) ↑ + E (ac) 7. 2. C (ac) + NaHCO3 (ac) → F (s) ↓ + G (g) ↑ + H (ac) 8. 3. E (ac) + H2SO4 (ac) → I (ac) + J (ac) + K (ac) 9. 4. I (ac) - water → L (ac) 10. 5. L (ac) + solvent → CuSO4 -5H2O (s) The hypothesis was that, from 0.5 g of metallic copper, 1.92 g of CuSO4 • 5H2O
will be synthesized, which was demonstrated experimentally, and the expected results were obtained.
Introducción
La síntesis química el proceso por el cual se obtienen compuestos químicos a partir de sustancias más simples. El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias
naturales
ya
conocidas,
como
por
ejemplo
el ácido
acetilsalicílico (presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina C, que ya se encuentra de forma natural en muchos vegetales. También la síntesis química permite obtener productos que no existen de forma natural, como el acero, los plásticos o los adhesivos. Las sales simples se forman por la unión de un catión diferente al hidrogeno y un anión diferente al ion oxidrilo. Las sales simples son compuestos eléctricamente neutros. Los hidratos contienen moléculas de agua que o bien están ligadas a un núcleo metálico o están cristalizadas con el complejo metálico. Tales hidratos se dice que poseen "agua de cristalización" o "agua de hidratación". Ésta es liberada cuando el hidrato es sometido a alta temperatura, la red se rompe y deja escapar una o más moléculas de agua. Cuando una sal forma más de un hidrato se cumple la ley de las proporciones múltiples. 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. Su forma anhídrida (CuSO4) es un polvo verde o gris-blanco pálido, mientras que la forma hidratada (CuSO4·5H2O) es azul brillante. En tratamiento de aguas es usado como alguicida, y tiene numerosas aplicaciones: fabricación de concentrados alimenticios para animales, abonos,
pesticidas, mordientes textiles, industria del cuero, pigmentos, baterías eléctricas, recubrimiento galvanizados (recubrimientos de cobre ácido por electro posición), sales de cobre, medicina, persevantes 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 y colorante
cerámico.
El sulfato de cobre se obtiene a nivel industrial por tratamiento de metal de cobre con ácido sulfúrico concentrado caliente o sus óxidos con ácido sulfúrico diluido. Para uso en laboratorio, sulfato de cobre se suele comprar. Cuando se le agrega agua al sulfato de cobre anhídrido se hidrata y se forma el sulfato de cobre pentahidratado. El problema consistió en sintetizar el sulfato de cobre a través de una serie de reacciones con la siguiente expresión: 11. Cu* (s) + HNO3 (ac) → C(ac) + D(g) ↑+ E(ac) 12. C (ac) + NaHCO 3 (ac) → F(s) ↓+ G(g) ↑+ H(ac) 13. E (ac) + H 2SO4 (ac) → I(ac) + J(ac) + K(ac) 14. I (ac) - agua → L (ac) 15. L (ac) + disolvente → CuSO4-5H2O(s) El objetivo fue inducir las leyes ponderales que se cumplen al transformar un metal en diferentes compuestos hasta obtener la sal hidratada del metal seleccionado. Aplicar los cálculos estequiométricos a las diversas ecuaciones químicas del proceso para obtener el sulfato de cobre II penta-hidratado. La hipótesis plantea que a partir de 0.5 g de cobre metálico se sintetizarán 1.92 g de CuSO4 · 5H2O.
Diseño experimental Materiales
Sustancias o reactivos
Vaso de precipitado 100 mL Vaso de precipitado 150 mL Tubo de ensaye Pipeta volumétrica 1 mL Parrilla de calentamiento Cuerpos de ebullición Campana de absorción Soporte universal Arillo de metal
Cobre Ácido nítrico Bicarbonato de sodio Ácido sulfúrico concentrado Agua destilada
Embudo de talle largo Papel filtro #2 Vidrio de reloj Balanza analítica Varilla de vidrio con gendarme
Metodología
Para la oxidación del cobre. Cu0 (s) + HNO3 (dil. 1:1) → Cu(NO3)2 (ac) + NO (g) + H2O (l)
Hacer reaccionar 0.5 g. de limadura de cobre con 0.87 ml de ácido nítrico (diluido 1:1), en un vaso de precipitado de 100ml. Acelerar el proceso, por medio del calentamiento de la solución en “baño maría”.
Para la precipitación del carbonato Cu(NO3)2 (ac) + NaHCO3 (ac) → CuCO3(s) + NaNO3(ac) + CO2(g) + H2O (l)
En la solución anterior, agregar 1.31 g de carbonato ácido de sodio disuelto. Hacer reaccionar calentando indirectamente la solución y mezclando bien los componentes.
Para la separación del carbonato de cobre y el nitrato de sodio :
Filtrar por decantación, lavar el precipitado, trasvasar el precipitado y dejar secar el carbonato de cobre. Para la obtención del sulfato
CuCO3 (s) + H2SO4 (dil. 1:4) → CuSO4 (ac) + CO2 (g) + H2O (l) Hacer reaccionar en un vaso de precipitado de 100mL, el carbonato de cobre y 0.42 ml de ácido sulfúrico (dil. 1:4).
Resultados del proyecto experimental
+ → ++ Cu = 63.54 g/mol HNO3 = 63 g/mol Cu(NO3 )2 = 187.54 g/mol
1 reacción
63 3 ) = 1.32 0.5 (63.1 5 )(8 33 )( 1 3 ) = 0.87 1.32 (1.151 )3 187.54 = 1.47 0.5 (63.1 54 3 1 Segunda reacción
332+63→33+63+32+32 32 ( 6 3 )(83.98 3) 1.47 32 187.1 54 32 3 32 1 3 = 1.31 3 32 ( 3 3 )(123.55 3) 1.47 32 187.1 54 32 3 32 1 3 = 0.96 3 Tercera reacción
33+324→34+32+32 3 )(3 24)(98.07 24) = 0.96 3 0.96 3 (123.1 55 3 3 3 1 24 → 0.76 24 24 ) = 0.41 24 0.76 24(1.1 8 4 24 0.41 ∙ 100% 97% = 0.42 24 97%
24 )(3 4)(159.60 4 ) = 1.23 4 0.76 24(98.1 07 24 3 24 1 4 Reacción cuatro
34+152→34∙52 1 4 )(3 4∙52)(249.68 4∙52) 123 4(159. 6 4 3 4 1 4∙52 = 0.96 3 Se obtuvo como producto final unos cristales azul turquesa, de un color brillante, lo cual eran los resultados esperados. El procedimiento se llevo a cabo correctamente, y también se notó que a mayor ácido se agregaba, la reacción ocurría mas rápido. Por lo que la hipótesis planteada fue correcta, por falta de tiempo no se pudo agregar pesar el resultado final, pero los resultado fueron los deseados según la hipótesis.
Conclusión En síntesis química se puede decir que las reacciones químicas son de suma importancia ya que son fenómenos que vemos a diario en nuestra vida y son la
base de la realización de las funciones vitales y las demás actividades del hombre o cualquier otro ser vivo. Además todas las sustancias que usamos o usan los demás seres vivos fueron producto de reacciones químicas. También la síntesis química permite obtener productos que no se encuentran tan fácilmente en la naturaleza, por lo que es de vital importancia en la producción y en la ingeniería química.
Bibliografía
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