DETERMINACIN DEL AGUA DE HIDRATACIN DEL SULFATO DE COBRE.1

Muchos compuestos qumicos slidos retienen agua si se ponen en contacto con la atmsfera

durante algn tiempo. En algunos casos se trata de pequeas cantidades y el agua se encuentra

adsorbida sobre la superficie de los slidos. Este tipo de agua se elimina fcilmente por calefaccin

suave.

Por otro lado, muchas sustancias, especialmente sales, al cristalizar a partir de su disolucin acuosa

lo hacen incorporando a su estructura una cantidad relativamente grande de agua, unida

fuertemente a la estructura. Este agua se denomina genricamente agua de hidratacin y los

compuestos que la presentan se denominan hidratos. Los hidratos son compuestos definidos y no

sustancias ms o menos humedecidas, su composicin es constante independientemente del

mtodo de preparacin, del tamao de los cristales, y de otros factores. Algunos ejemplos son el

carbonato sdico (Na2CO3.10H2O), el alumbre (AlK(SO4)2.12H2O), o el sulfato sdico

(Na2SO4.10H2O). Algunas de estas sales cristalizan en forma de varios hidratos diferentes, es

decir, presentan formas cristalinas que difieren entre s nicamente por su contenido en agua.

Como ejemplo podemos citar el carbonato sdico, que ya hemos visto que se presenta en forma de

decahidrato (Na2CO3.10H2O), pero que tambin presenta estables el heptahidrato Na2CO3.7H2O,

y el monohidrato Na2CO3.H2O.

Si se expone al aire hmedo una sal anhidra o un hidrato que contenga un nmero bajo de

molculas de agua, pueden hidratarse para dar lugar a un hidrato superior, lo que ocurre cuando la

presin parcial del vapor de agua en el aire es mayor que la presin de vapor del hidrato a la

temperatura considerada. De estos compuestos se dice que son higroscpicos, ejemplos de este

comportamiento son el sulfato sdico o el carbonato sdico. Puede incluso llegar a ocurrir que los

cristales se disuelvan en el agua captada, llamndose entonces sustancias delicuescentes. Por el

contrario, si la presin de vapor de un hidrato es mayor que la presin de vapor del agua en el aire,

lo que ocurre en ambiente seco, se produce la deshidratacin espontnea del hidrato de partida a

otro con grado de hidratacin inferior, lo que se denomina eflorescencia.

1 Guin adaptado de: Qumica: Operaciones Bsicas de Laboratorio. Claudio Gonzlez Prez. Imprenta Calatrava. Salamanca, 1994.

Entre los sulfatos solubles, muchos son hidratos: Na2SO4.10H2O (sal de Glauber), MgSO4.7H2O

(sal de Epsom), FeSO4.7H2O (vitriolo verde), ZnSO4.7H2O (vitriolo blanco), CuSO4.5H2O

(vitriolo azul) y CoSO4.7H2O. Como se ve, algunos de ellos reciben el nombre genrico de

vitriolos, derivado de aceite de vitriolo, denominacin con la que se conoca al cido sulfrico.

Los vitriolos heptahidratados forman una serie isomorfa, en la que seis molculas de agua estn

coordinadas al catin de transicin mediante enlaces de coordinacin (agua coordinada), y la

sptima se encuentra unida al anin sulfato por enlaces de hidrgeno. El vitriolo de cobre presenta

solamente cinco molculas de agua en su estructura, en este caso el nmero de coordinacin del

catin es cuatro, es decir, cuatro molculas de agua estn unidas al catin Cu2+ y la quinta unida a

los aniones sulfato.

Figura 1: Estructura del CuSO4.5H2O.

La mayor parte de los compuestos hidratados puede deshidratarse por calentamiento. En la Figura

2 se presenta la curva termogravimtrica del sulfato de cobre. En esta curva se representa la

prdida de peso experimentada por este compuesto en funcin de la temperatura, habiendo sido

obtenida en una balanza termogravimtrica, partiendo de 20 mg de muestra, sometida a una

velocidad de calentamiento de 10C/min en atmsfera dinmica de aire seco. En esta curva se

ponen de manifiesto las zonas de existencia de las distintas especies en funcin de la temperatura.

A medida que se va perdiendo agua de hidratacin, se pueden observar, en ocasiones, cambios de

color, por ejemplo, el CuSO4.5H2O es azul y el CuSO4 anhidro es blanco.

Procedimiento experimental.

Colocar un bao de arena sobre un trpode e introducir en l una pequea cpsula de porcelana

vaca (Figura 3), previamente pesada con precisin. A continuacin, poner en ella una pequea

cantidad (de 1 a 2 gramos) de sulfato de cobre pentahidratado, finamente pulverizado y volver a

pesar con precisin. Introducir la cpsula en el bao y calentar a una temperatura comprendida

ente 250 y 300C hasta obtener peso constante. Para ello, despus de un perodo de calentamiento

se retira la cpsula, se deja enfriar y se pesa, repitiendo el proceso hasta que la diferencia entre dos

pesadas consecutivas sea inferior a la precisin con que se ha realizado la pesada. Tabular los

datos obtenidos y calcular la prdida de peso y el nmero de molculas de agua perdidas.

40

60

80

100

100 200 300 400 500 600 700 800 900

% e

n pe

so

Temperatura (C)

CuSO4.5H2O

CuSO4.H2O

CuSO4

CuO

Figura 2: Curva termogravimtrica del

CuSO4.5H2O en atmsfera de aire.

Figura 3: Montaje experimental

para el calentamiento de la muestra.

A continuacin, y una vez determinado el nmero de molculas de agua de cristalizacin, puede

procederse al estudio del proceso completo de descomposicin trmica de este compuesto. Para

ello, se calienta una muestra del mismo en un horno hasta 900C, pesando la muestra al inicio y al

final del proceso. El slido resultante al final de la calcinacin, de color negro, es CuO. Este

proceso ser realizado por el profesor con una nica muestra para todos los alumnos. Con el dato

del peso de la muestra al inicio y al final del proceso, proponer una secuencia trmica de

descomposicin, o analizar la secuencia ya propuesta.

Resultados:

Determinacin del nmero de molculas de agua de cristalizacin del hidrato:

Peso de la cpsula seca:

Peso de la cpsula con sulfato de cobre hidratado:

Peso del de sulfato de cobre hidratado:

Peso de la cpsula + residuo:

Primer calentamiento:

Segundo calentamiento:

Peso del residuo:

Peso del agua eliminada:

Peso molecular de la sal anhidra:

Nmero de moles de agua por mol de sulfato de cobre hidratado:

Estudio de la calcinacin total.

Peso del crisol:

Peso del crisol con sulfato de cobre hidratado:

Peso del CuO obtenido:

Secuencia trmica de descomposicin: