Sulfato De Cobre

Trabajo Practico Nº 1.2

Purificación del Sulfato de Cobre Industrial

Objetivos:

Reconocer las impurezas presentes en esta sal.

Aprender a separar sólidos por filtración, purificar un sólido por cristalización y realizar ensayos de identificación.

Purificar el sulfato de cobre.

Introducción:

En general las especies iónicas, al formar sales, en estado sólido se disponen en el espacio de una forma particular, se ordenan para formar una red cristalina. El sulfato de cobre industrial, una sal pentahidratada, es decir que contiene 5 moléculas de agua, presenta impurezas de dos tipos: solubles e insolubles en agua. El método para eliminar las insolubles, como arena y polvo, que son de mayor tamaño, recurrimos a la filtración como método de purificación.

El catión divalente del hierro (Fe(II)) es la impureza soluble que presenta el sulfato de cobre. Su radio iónico es muy similar al del catión divalente del cobre (Cu(II)) (0,75Å de radio iónico) y sus cargas son iguales (2+). Por este motivo, durante la formación de cristales, los cationes de hierro (Fe(II)) se pueden incorporar a la red cristalina, reemplazando a los iones de Cu(II). El método para eliminar esta impureza soluble se basa en modificar las características que permiten al catión hierro Fe(II) incorporarse a la red cristalina. El objetivo entonces es oxidar el Fe(II) a Fe(III) mediante la siguiente ecuación utilizando agua oxigenada como oxidante:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻

El electrón liberado durante el proceso de oxidación del Fe(II) debe ser captado por otra especie, capaz de aceptar el electrón, que pasara a su forma reducida, en este caso agua oxigenada en medio acido:

H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O

El tamaño y carga del Fe(II) dejan de ser iguales a los del Cu(II), el Fe(II) pasa a tener 0,64 Å de radio iónico y carga +3, por lo cual pueden ser extraídos de ella. El ion obtenido es de un tamaño menor al original, y por lo tanto no puede ocupar el lugar del Cu(II) en la red cristalina y queda en forma acuosa en las aguas madres. En contraste con lo que le sucede al Fe(II), los iones de Cu(II) no se ven afectados por el oxidante.

Procedimiento.

Buscamos compuestos insolubles en el agua, luego hicimos el reconocimiento de impurezas y utilizamos el Tiosanato de Potasio para detectar la presencia de Hierro.

Purificamos el sulfato de cobre, oxidando el Fe(II) a Fe(III). Luego hicimos el blanco de reactivo haciendo el reconocimiento de impurezas con el agua destilada sin el sulfato de cobre y realizamos la comprobación de la eficacia de la purificación haciéndole el reconocimiento de impurezas al sulfato de cobre purificado. Se procedió en detalle como dice la guía.

Para saber la solubilidad a T=22ºC (temperatura del agua destilada tomada al principio del procedimiento) tomamos los valores de la tabla dada en la guía y graficamos la solubilidad en función de la temperatura y la ajustamos con una line de tendencia polinómica de grado 2 ya que su ajuste es bueno (R²=0,999). Esto nos da una ecuación de la Solubilidad en función de la Temperatura, en la cual si reemplazamos la temperatura tomada en el X de la ecuación obtenemos la solubilidad a esa temperatura.

Masa de muestra impura (m₁) 50,70g ± 0,01g

Masa de sulfato de cobre cristalizado(m₂) 30,000g ± 0,001g

Masa de solución (aguas madres) 46,970g ± 0,001g

Temperatura de las aguas madres 22°C ± 2ºC

Solubilidad a 22ºC 24,77g/100gSN acuosa ± 0,59g/100gSN

Masa de sulfato de cobre disuelto en aguas madres(m₃) 11,64g ± 0,28g

Rendimiento de Cristalización 59,170% ± 0,003%

Rendimiento Total 82,6% ± 1,11%

Resultados:

Reconocimiento de compuestos insolubles: Notamos que en el papel de filtro quedaron pequeñas manchas negras.

Reconocimiento de impurezas: Observamos que al agregar agua oxigenada para la oxidación del hierro se hizo burbujeo.

La oxidación se da mediante la siguiente fórmula:

H₂O₂ (l) + 2H⁺ + 2Fe²⁺ → 2H₂O + 2Fe³⁺

Agregamos amoniaco para bacificar. El NH₃ reacciona con el agua y nos da hidróxidos (OH⁻) mediante la siguiente fórmula:

NH₃ (l) + H₂O (l) → NH₄ (l) + OH⁻ (l)

El hidróxido reacciona con el Cu(II) y el Fe(III) dándonos Hidróxido Cúprico (Cu(OH)₂) y Hidróxido Férrico (Fe(OH)₃).

Cu²⁺ (l) + 2OH⁻ (l)→ Cu(OH)₂ (s)↓

Fe³⁺ (l) + 3OH⁻ (l) → Fe(OH)₃ (l)↓

Aparece un precipitado verde, que es el Hidróxido Cúprico que se disuelve si seguimos agregando más NH₃, formando complejo cobre-amoniaco. Al seguir agregando amoniaco, esté va a reaccionar con el Hidróxido Cúprico y el precipitado se disuelve, formándose una solución color azul intenso.

Cu(OH)₂ (s) ↓ +4NH₃ (l) →[Cu(NH₃)]² (l) + 2OH⁻ (l)

Al filtrar esta solución, el papel de filtro nos quedo con un color azul por el cobre y también quedo el Hidróxido Férrico, como si fuera un gel. Agregamos Acido Clorhídrico para que este disocie el Hidróxido Férrico y desaparezca el color azul de cobre.

Fe(OH)₃ (s) + 3HCl (l) → Fe³⁺ (l) + H₂O (l) + 3Cl⁻ (l)

Luego para detectar la presencia de Fe(III) agregamos tiosanato de potasio, KSCN 0,1M.

La solución nos quedo de un color rojo intenso debido a la siguiente reacción.

Fe(H2O)₆³⁺ (l) + nSCN⁻ (l) → Fe(SCN)n(H2O)6-n³⁻ⁿ (l)

Su coloración roja significó la presencia de hierro.

Purificación: Obtuvimos

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