UNIVERSIDAD DEL QUINDIO

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS Y TECNOLOGIAS

PROGRAMA DE QUMICA

QUMICA INORGNICA I

1

CICLO DEL COBRE

CYCLE OF COPPER

Jose Julin Lpez Osorio

RESUMEN

Se someti una pequea lmina de cobre a un ciclo en donde se obtuvieron las sales ms importantes

de este metal y se observaron las diferentes reacciones que sufri el cobre. Al ser tratado con cido

ntrico, la solucin se torn verde oscura, generando una reaccin exotrmica y desprendiendo gases

de color naranja desintegrndose as el metal; con el hidrxido de sodio, se form un precipitado azul

que al calentarlo cambi de color a negro; con el cido sulfrico, ocurri una reaccin exotrmica

tornndose la solucin azul clara debido a que hubo una disolucin completa del precipitado y,

finalmente con el zinc, se produjo calor (reaccin exotrmica) formando un precipitado rojizo, dicho

precipitado es el cobre que se recuper durante el ciclo.

Palabras Claves: cobre, cido ntrico, hidrxido de sodio, cido sulfrico, zinc, reaccin exotrmica

INTRODUCCIN

El cobre est ampliamente distribuido en la

naturaleza, como metal, en sulfuros,

arseniuros, cloruros, carbonatos, etc. El cobre

es un metal tenaz, suave y dctil de color rojizo,

siendo sus conductividades elctrica y calorfica

solamente inferiores a las de la plata. Se usa en

muchas aleaciones, como los bronces y latones;

es completamente miscible con el oro. Slo se

oxida superficialmente en el aire, adquiriendo a

veces una capa, hidroxocarbonato e

hidroxosulfato. Es atacado por los halgenos,

pero no es afectado por cidos no oxidantes o

no complejantes en ausencia de aire. El cobre

se disuelve fcilmente en los cidos ntrico y

sulfrico, en presencia del oxgeno. Tambin es

soluble en soluciones cidas que contengan

tiourea, que estabiliza al Cu (I) como un

complejo; tambin se utilizan las soluciones

cidas de tiourea para disolver los depsitos de

cobre en las calderas. [1]

El objetivo de la prctica es conocer

detalladamente el ciclo del cobre, en el cual,

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partiendo de una muestra de este metal y

sometindolo a una serie de reacciones de

oxidacin, sustitucin, descomposicin y

reduccin, se puede volver a obtener casi en su

totalidad.

MTODO

Una lmina de cobre de peso desconocido fue

tratada con unas gotas de cido ntrico

concentrado hasta la completa reaccin del

metal. La reaccin fue exotrmica. sta

reaccin da como resultado el gas dixido de

nitrgeno, de color pardo rojizo, mientras que

con el mismo cido diluido forma el xido

ntrico, incoloro.

A la solucin fra se adicionan unas gotas de

hidrxido de sodio hasta que cese la formacin

de un precipitado azul. A continuacin se

calienta dicho slido, ste se convierte en un

slido negro el cual se centrifuga y se lava por

repetidas ocasiones para eliminar otros iones

presentes en la solucin, ste slido negro

desaparece al adicionarle unas gotas de cido

sulfrico concentrado volvindose azul de

nuevo.

Luego se adicionan pequeas cantidades de

zinc metlico en polvo hasta que no reaccione

ms, es decir, hasta que cese la efervescencia.

Finalmente, se filtra, se lava y se seca el cobre

para hallar as el porcentaje de rendimiento.

DISCUSIN

Las reacciones de la prctica fueron:

A. Reaccin con cido ntrico concentrado

(HNO3)

La solucin se torn verde oscuro

inicialmente.

Efervescencia de la lmina de cobre.

Desprendimiento de gases color naranja.

Desintegracin del alambre (prdida de

color, consistencia, dureza)

Cu(s)+4HNO3(ac)----->Cu(NO3)2(ac)+2H2O+2NO2(g)

La reaccin que ocurre es una reaccin de

oxidacin del cobre, ya que pasa de un estado

de oxidacin neutro (el cobre se encuentra en

su estado fundamental), a un estado de

oxidacin +2 para que as pueda unirse a l el

anin nitrato (NO3-) y dar como uno de los

productos de la reaccin la sal nitrato cprico

Cu(NO3)2.[2]

B. Reaccin al agregar hidrxido de sodio

(NaOH)

Al adicionar el hidrxido de sodio se

form un precipitado azul oscuro.

La reaccin que ocurre es la siguiente:

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3

Cu(NO3)2(ac)+2NaOH(aq)---->Cu(OH)2(s)+2NaNO3(aq)

La formacin del precipitado de hidrxido

cprico se debe a una reaccin de doble

sustitucin en la que el hidroxilo del NaOH y el

Ion nitrato del Cu(NO3)2 se intercambian para

dar as los respectivos productos. [3]

C. Al calentar la mezcla se present la

formacin de un precipitado negro.

La reaccin es la siguiente:

Cu(OH)2(s) ---------> CuO(s) + H2O(l)

El precipitado negro formado corresponde al

oxido cprico (CuO), el cual se da como

resultado de la descomposicin del Cu(OH)2 al

calentarlo. [4]

D. Reaccin al agregar acido sulfrico

concentrado (H2SO4)

Reaccin exotrmica (produccin de calor).

La solucin adquiri una tonalidad azul

clara.

Disolucin completa del precipitado.

CuO(s) + H2SO4(ac) -----> CuSO4(ac) + H2O(l)

Esta reaccin corresponde a una reaccin de

doble sustitucin o de mettesis ya que hay un

intercambio entre los cationes de los dos

compuestos reactantes, es decir, el catin

cprico (Cu+2) se une al anin sulfato (SO4-2)

para dar como primer producto de la reaccin

el sulfato de cobre II o sulfato cprico (CuSO4)

y al mismo tiempo el catin hidrn (H+) se une

al anin O-2 para dar como segundo producto

el xido de hidrgeno o agua (H2O).[3]

Se formaron sales de sulfato de cobre con

colores de verde a azul verdoso. El resultado

se manifiesta primero con la desaparicin del

precipitado negro de CuO y segundo con la

coloracin azul que adquiere la solucin.

E. Reaccin al agregar zinc

Reaccin exotrmica (produccin de calor).

Formacin de un precipitado rojizo.

CuSO4(ac) + Zn0

(s) ------> Cu0

(s) + ZnSO4(s)

La reaccin ocurrida corresponde a una

reduccin del cobre, el cual pasa del estado de

oxidacin +2 a un estado neutro, volviendo de

esta manera a su condicin pura inicial.

Igualmente tambin se presenta una oxidacin

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del zinc, pasando de un estado neutro a un

estado de oxidacin +2.[2]

La muestra de cobre que se obtuvo al final de la

prctica fue de color rojizo, y su peso fue de

0,26 g.

Al agregarle el HCl y el H2SO4 a los dos beakers

con cobre respectivamente, no ocurri ningn

cambio en las lminas, es decir, no hubo

reaccin; por el contrario, al agregarle el HNO3

al zinc, hubo desprendimiento de gases de

color amarillo y al agregarle el H2SO4al otro

beaker hubo desprendimiento de gases de

color gris.

Rendimiento de la reaccin

Observacin: El porcentaje de error de la

reaccin dio bastante alto debido a un exceso

de humedad, por tal razn al momento de

pesar la muestra dio un peso mayor al peso

terico de cobre.

CONCLUSIONES

El cobre puede ser sometido a una

serie de reacciones especficas y aun

as poder ser recuperado casi en su

totalidad.

El hecho de que las reacciones del

cobre ocurrieran en circunstancias

extremas (reactivos concentrados y de

efecto fuerte) es evidencia de una baja

reactividad del cobre, por tal razn es

fcilmente encontrado en estado puro

en la naturaleza.

Los compuestos ms estables de cobre

son aquellos en los que este metal

tiene el estado de oxidacin +2.

La reduccin final del cobre, con lo cual

se llega al metal puro nuevamente,

debe hacerse con zinc puesto que este

metal presenta la reactividad adecuada

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para llevar a cabo este proceso sin

arriesgar el rendimiento del cobre, es

decir, reacciona con baja entalpa.

PREGUNTAS

1. 3. Las reacciones con sus

correspondientes nombres se encuentran

en las pginas 2 y 3.

2. Los gases observados al adicionar el HNO3

al cobre son el NO2 los cuales son de color

naranja.

4. 5. Para la reduccin del cobre si se pueden

utilizar otros metales, pero no se utilizan

debido a que generaran un mayor gasto de

energa, esto se demuestra a continuacin

hallando los potenciales de reduccin y los

respectivos cambios en la energa libre de Gibbs

para los elementos hierro, magnesio, plomo

estao y zinc.

Reaccin hierro y cobre

Cu +2 + 2e Cu0 E= 0.340

Fe0 Fe+2 + 2e- E= - 0.440

Fe0 + Cu +2 Fe+2 + Cu0

E0celda = E0reduccion E0oxidacion

E0cel = 0.340V- (-0.440V)=0.78 V

G =-nFE

G=-(2mol e-)(96485 C/1mol e-)(0.78V)= -150 kJ

Reaccin magnesio y cobre

Cu +2 + 2e Cu0 E= 0.340

Mg0 Mg+2 + 2e E=-2.356

Mg0 + Cu +2 Mg+2 + Cu0

E0cel = 0.340V-( -2.356 V)= 2.7 V

G=-(2 mol e-)( 96485 C/1 mol e-)(2.7V)=-521 kJ

Reaccin de plomo y cobre

Cu +2 + 2e- Cu0 E= 0.340

Pb0 Pb+2 + 2e- E= - 0.125

Pb0 + Cu+2 Pb+2 + Cu0

E0cel = 0.340V-( -0.125V )=0.456V

G=-(2mole-)(96485C/1mol e-)(0.456V)=-89.7 kJ

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Reaccin de estao y cobre

Cu+2 + 2e- Cu0 E= 0.340

Sn0 Sn+2 + 2e- E= - 0.137

Sn0 + Cu+2 Sn+2 + Cu0

E0cel = 0.340V-(-0.137V)=0.477V

G=-(2mole-)(96485C/1mole-)(0.477V)=-92.04

kJ

Reaccin cinc y cobre

Cu +2 + 2e- Cu0 E= 0.340

Zn0 Zn+2 + 2e- E=- 0.763

Zn0 + Cu +2 Zn+2 + Cu0

E0cel = 0.340V-(-0.763V)=1.103V

G=-(2mol e-)(96485C/1mol e-)(1.103V)=-213 kJ

De acuerdo con estos resultados, los metales

ms apropiados para la reduccin del cobre son

el magnesio y el cinc, dado que son los que

menos energa consumen. Mientras ms

negativo sea el cambio de energa mejor

efectividad va a tener en la reaccin. Al

momento de hacer el experimento en el

laboratorio, se tiene preferencia por el cinc ya

que el magnesio es extremadamente

inflamable en especial si se encuentra en polvo;

al entrar en contacto con el aire y algo de calor

o con cidos, reacciona rpidamente

produciendo hidrogeno, por lo que hay que

tener precaucin al momento de su

manipulacin.

6. El cido clorhdrico disuelve los xidos

minerales, carbonatos, los metales ms activos

que el hidrgeno y que tengan menor potencial

que ste (0V), por tal razn ataca con mayor

facilidad al zinc, cuyo potencial es de -0,76V y

no al cobre que tiene un potencial de 0,340.[5]

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Cotton A., Wilkinson G., Qumica Inorgnica

Avanzada, 4a ed. LIMUSA, 1985.

[2] Petrucci R.H., Harwood W.S., Herring F.G.,

Qumica General, 8a ed. Prentice Hall, 2007.

[3] Seese W., Daub W., Qumica, 8a ed. Pearson

Educacin, 2005. Consultado on-line, 20 de

septiembre de 2012.

[4] De la Llata M.D., Qumica Inorgnica, 1a ed.

Editorial Progreso, Mxico 2001. Consultado

on-line, 22 de septiembre de 2012.

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[5] Riao N., Fundamentos de Qumica Analtica

Bsica Anlisis Cuantitativo, 2a ed. Editorial

Universidad de Caldas, 2007. Consultado on-

line, 22 de septiembre de 2012.