1. TITULO:

DETERMINACIÓN DE COBRE EN UN MINERAL

2. CÓMO SE PRESENTA ESTE HECHO EN LA REALIDAD?

A través de los siglos el cobre, la plata y el oro han sido los metales favoritos para acuñar monedas, por ser tan duraderos y resistentes a la corrosión. Se emplea en joyería y artes decorativas.

Se emplea en la industria electrónica por su capacidad para conducir la electricidad.

El cobre en cantidades trazas es esencial para la vida, pero en cantidades grandes es tóxico, especialmente para las bacterias, algas y hongos.

Entre los muchos compuestos del cobre utilizados como pesticidas están el acetato básico, carbonato, cloruro, hidróxido y sulfato.

El compuesto de cobre más importante comercialmente es el CuSO4.5H2O. Además de sus aplicaciones en la agricultura, el CuSO4 se utiliza en baterías y depósitos electrolíticos, para preparar otras sales de cobre y en muchos procesos industriales.

El cobre es muy utilizado, especialmente en sus aleaciones tales como bronce ( Cu y Sn) y latón (Cu y Zn) por lo que se está haciendo muy escaso. El U.S. Bureau of Mines estima que las reservas mundiales conocidas de mena de cobre se habrán agotado en la primera mitad del próximo siglo. Las 2 clases principales de menas de cobres y hierro, tal como la calcopirita CuFeS2 y los carbonatos básicos, como la azurita Cu3(CO3)2(OH)2 y la malaquita Cu2CO3(OH)2.

Hoy en día es provechoso utilizar menas que contienen tan sólo 0.25 de cobre. El crecido uso de fibra óptica en lugar de cobre en los cables de comunicaciones puede ayudar a disminuír la demanda de este metal. El uso de materiales superconductores en líneas de transmisión de la electricidad podría eventualmente proporcionar enormes ahorros.

3. PROBLEMA:

¿Se podrá determinar el porcentaje de cobre contenido en un mineral por yodometría?

4. OBJETIVOS:

4.1 Objetivo general:- Determinar el porcentaje de cobre en una muestra de mineral.

4.2 Objetivos específicos:-Determinar la presencia de cobre en el mineral mediante un ensayo

cualitativo-Tratar la muestra adecuadamente para evitar errores producidos por la interferencia de otros metales; como el hierro, arsénico y antimonio.-Aplicar la titulación indirecta (yodometría), utilizando una solución patrón de tiosulfato de sodio

5. HIPÓTESIS:

“Se determinará que el porcentaje de cobre contenido en la muestra oscila entre 10- 30 %.”

6. PARTE EXPERIMENTAL:

La muestra de mineral que se tomará para el análisis presumiblemente contiene malaquita, CuCO3.Cu(OH)2, y azurita 2CuCO3.Cu(OH)2, por la coloración verde y azul que presentan, respectivamente.

Experiencia N°1: Análisis cualitativo de cobre.

Tomar una muestra de mineral (previamente pulverizado) en un tubo de ensayo. Añadir ácido clorhídrico concentrado y luego hidróxido de amonio .

Experiencia N°2: Análisis cuantitativo de cobre.

Tomar una muestra de 0.20 gr de mineral de cobre seco en un matraz de 250 ml. Añadir de 2 - 5 ml de HNO3 concentrado, cubrir el vaso con un vidrio de reloj y calentar cerca del punto de ebullición hasta que se descomponga el mineral, cuidar de que la disolución no se evapore un volumen inferior a 1 ml. Si fuera necesario, renuévese el ácido que se pierde por evaporación. Cuando se ha descompuesto completamente el mineral es blanco o casi blanco (obs. 1), evaporar hasta un volumen de 1 ml. Agregar unos 6 ml de agua y calentar suavemente para disolver las sales solubles. Enfriar y añadir 2 ml de agua de bromo (obs. 2), hervir luego hasta que no se detecte el olor a bromo en los vapores. Si el residuo(sílice) es casi blanco o escaso, es innecesaria la filtración (obs. 3); en caso contrario, separar por filtración el residuo, recogiendo el filtrado en un matraz Erlenmeyer. Lavar el filtro varias veces con pequeñas porciones de ácido nítrico muy diluido (1:100) y recoger los líquidos de lavado junto al filtrado principal. Concentrar la disolución a unos 5 ml; enfríar, y añadir después lentamente NH4OH diluido (1:1), con buena agitación justamente hasta que aparezca un precipitado blanco azulado de hidróxido cúprico o aparezca de forma permanente el complejo cúprico amoniacal, azul intenso (obs. 4,5 y 6). Después de retirados los vapores que cubren la disolución. Después de retirados los vapores que cubren la disolución, ésta debe oler debidamente a amoniaco. Si inadvertidamente se añadió un exceso de amoniaco, hervir la mezcla para expulsar el exceso. Hasta este momento ha sido posible manipular simultáneamente las tres muestras, pero desde éste instante se debe operar con las muestras una por una.Pesar con aprox. 0.1 g, 0.4g de bifluoruro amónico, NH4HF2, 0.4g de ftalato ácido de potasio y 0.6g de KI. Deben añadirse estos reactivos en el orden establecido, esperando a que se disuelva cada uno antes de agregar el siguiente. Valorar sin demora con disolución patrón de Na2S2O3 hasta que casi desaparezca el color amarillo; añadir 0.4g de KSCN y 2 ml de disolución de almidón y completar la valoración gota a gota hasta la desaparicióndel color azul, que no debe reaparecer en varios minutos (obs. 7). Completar de la misma forma la valoración de las otras dos muestras.

7. OBSERVACIONES Y RESULTADOS:

OBSERVACIONES ANÁLISIS CUALITATIVO:

- Al agregarle HCl a la muestra de mineral se observa efervescencia, lo cual nos demostró la presencia del CO3

-2.- Al añadir NH4OH, la solución se torna azul intenso, por formación del

complejo sulfato tetramincúprico, 2[Cu(NH3)4]SO4, lo que nos indica la presencia del Cu.

OBSERVACIONES ANÁLISIS CUANTITATIVO:

1. Si el mineral no se descompone fácilmente por la acción del ácido nítrico, añadir también 5 ml de ácido clorhídrico concentrado y calentar hasta cerca del punto de ebullición, hasta que el residuo sea blanco o sólo un poco gris. Enfriar, añadir 10 ml de ácio sulfúrico concentrado y evaporar hasta desprendimiento intenso de humos densos blancos de trióxido de azufre.

2. El agua de bromo completa la oxidación del arsénico y/o antimonio.3. Si no es necesaria la filtración, proceder directamente a la adición de

hidróxido de amonio.4. El hidróxido de amonio neutraliza el exceso de ácido en la disolución,

con lo que luego puede ajustarse bien el pH.5. Debido a la presencia de la sal amónica formada en la neutralización, el

precipitado blanco azulado puede no aparecer. La formación del primer color azul intenso en la disolución indica que el ácido libre ha sido neutralizado.

6. Si hay presente mucho hierro, el hidróxido amónico debe añadirse hasta la precipitación completa de óxido férrico hidratado.

7. Un retorno rápido del color azul puede ser debido a insuficiente tampón y a un elevado pH, en el cual la oxidación del ión yoduro por el ión cúprico es algo lenta; también puede ser debido a insuficiente fluoruro para complejar a todo ión férrico.

8. Al final de la titulación se aprecia un precipitado color blanco lechoso.

RESULTADOS:

La titulación se llevó a cabo con Na2S2O3 0.0199M, previamente estandarizado.

Cálculo del porcentaje de Cu:

%Cu = L Na2S2O3 x 0.0199 mol S2O3-2 x 2at-g Cu x 63.54 g Cu x 100

1L 2 mol S2O3-2 1 at-g Cu

0.2g min

Después de analizadas las muestras, los porcentajes de Cu resultantes fueron:

Muestra mineral (g)

V (ml) tiosulfato %Cu

% promedio Ea Er

% Cu estandar

0.2 27.2 17.1965 16.7381 -0.4584 -2.7384 16.7381

0.2 27.2 17.1965 16.7381 -0.4584 -2.7384 16.7381

0.2 25.5 16.1217 16.7381 0.6164 3.6827 16.7381

0.2 26 16.4378 16.7381 0.3003 1.7941 16.7381

8. ASPECTO TEÓRICO:

La determinación iodomètrica del cobre se utiliza mucho para minerales y

aleaciones. Este método da excelentes resultados y es mas rápido que la determinación electrolítica de cobre. Los minerales del Cu comunmente contienen Fe, As y Sb. Estos elementos en sus E. O. más altos (como se encuentran por lo general después del proceso de disolución) oxidan al I -

causando interferencia.La interferencia de Fe se puede evitar con la adición de bifluoruro de

amonio, NH4HF2,, que convierte al ión hierro (III) en el complejo estable Fe F6

-3 . El Sb y As no oxida al I- excepto en soluciones muy ácidas. Al ajustar con amortiguador el pH alrededor de 3.5 se elimina la interferencia de estos dos elementos. Pack sugirió utilizar un amortiguador de ftalato con este propósito. Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que una solución de ión bifluoruro, HF2

- adicionado al complejo de hierro forma un amortiguador común con un pH aproximado al deseado por lo que es innecesario un amortiguador adicional.

Reacción producida:

2Cu+2 + 4H- 2CuI(s) + I2Cuando se adicionan iones I- a una solución de Cu (II), se forma un

precipitadode CuI.

La reacción se desplaza hacia la derecha con la formación del precipitado y también por la adición de exceso de ión yoduro.

El pH de solución se debe mantener de preferencia entre 3 y 4 por medio de un sistema amortiguador. En valores de pH mas altos ocurre una hidrólisis parcial del ión Cu (II) y la reacción con el I - es lenta. En solución muy ácida sucede la oxidación del ión yoduro catalizada por el Cu a una velocidad apreciable.

Si el almidón que se emplea en el amortiguador (como el acetato) forma un complejo bastante estable con el ión Cu (II), esto, puede evitar que la reacción entre los iones Cu (II) y I- se complete. Conforme el I2 se elimina por la titulación con S2O3

-2 , el complejo de Cu (II) se disocia para formar más ión Cu (II), el cual a su vez reacciona con el I – para liberar mas I2 , ión que origina que el punto final se repita.

Se ha encontrado que el I2 se adsorbe en la superficie del precipitado del yoduro de cobre (I), haciéndolo aparecer grisáceo en vez de blanco. A menos que el yodo se desplace el punto final se alcanzara demasiado rápidamente y puede volver a aparecer si el yodo se desadsorbe lentamente de la superficie del precipitado.

Foote y Vance encontraron que la adición de KSCN justo antes de alcanzar el punto final da un cambio de color más definido. Hay dos razones que explican esto:

1º El CuSCN de Cu (I) es menos soluble que el CuI y la reacción se completa

aún en presencia de aniones que pueden formar complejos.

2Cu+2 + 2I- + 2 SCN- 2CuSCN(s) + I22º El SCN- de Cu (I) se puede formar sobre la superficie de las partículas

de I- de Cu (I) que ya están precipitados.

CuI(s) + SCN- CuSCN(s) + I2

El ión SCN- se adsorbe con mayor fuerza que el ión I3- en la superficie del

CuSCN. Con esto el yodo es desplazado de la superficie y puede reaccionar con rapidez con el tiosulfato. El tiocianato no se debe agregar hasta que la mayor parte del I2 se haya titulado, ya que el yodo pierde oxidar al S2O3

-2

REACCIÓN Y MECANISMO

Se tienen las siguientes semirreacciones:

Cu++ + 1 e- Cu+ E° = + 0.153 VI3 + 2 e- 3I- E° = + 0.5336 V

Y e hace una comparación entre el potencial de la semirreacción del par cúprico cuproso con el par yodo – yoduro, muestra que el yodo debe oxidar el Cu (+I) a Cu (+II). Sin embargo en una disolución que contiene ión yoduro, el Cu+1 precipita en forma de CuI; en disolución saturada de CuI; la concentración de Cu+1 es tan pequeña que el potencial del sistema cúprico – cuproso es mucho más positivo que el potencial normal + 0.153 V y el Cu+2 oxida cuantitativamente del yoduro a yodo.

2Cu+ + 4I- 2CuI + I2pero en presencia de iones que, como el citrato o tartrato forman complejos estables con Cu+2, el Cu(II) se oxida cuantitativamente con el yodo.

PROCESO Y TRATAMIENTO DE LA MUESTRA

Los minerales de cobre contienen normalmente cantidades mas o menos elevadas de antimonio y/o arsénico y de hierro y los métodos de análisis están elaborados con vistas a evitar las interferencias de estos elementos.

El mineral de cobre se disuelve en ácido nítrico :

Cu + 4H- + 2NO- Cu++ + 2NO2 + 2H2O

Cu2S + 8H- + 4NO3- 2Cu++ + S + 4NO2 +

2H2O

El hierro, el antimonio y el arsénico del mineral quedaran el la disolución e sus estados mas elevados, aunque puede no haberse logrado la oxidación completa del antimonio y del arsénico. Si aparece sílice, se

separa por filtración y el filtrado se evapora con ácido sulfúrico hasta humos, para desplazar el exceso de ácido nítrico. La eliminación de las interferencias de hierro, arsénico y/o antimonio se verifica por el método introducido por Park. La disolución sulfúrica se trata con agua de bromo para completar la oxidación de arsénico(III) y antimonio(III) :

HAsO2 + 2H2O + Br2 H3AsO4 + 2H- + 2Br-

Por adición de hidróxido de amonio se destruye el exceso de bromo y de H- :

3Br2 + 8NH4OH 6Br- + 2 N2 + 6NH4+ +

8H2O

Se añade bifluoruro amónico para acomplejar el hierro(III):

Fe+++ + 3HF2- 3H+ + FeF6 ---

Para evitar que el hierro(III) libere yodo del yoduro. Se añade ftalato ácido de potasio para taponar la disolución a pH 3.5 y conseguir asi que el arsénico(V) y el antimonio(V) no oxiden al yoduro. El mismo bifluoruro amónico actúa como tampón en esta zona de pH y no es preciso el ftalato ácido de potasio si se añade suficiente cantidad de bifluoruro amónico. Se trata la disolución con yoduro potásico en exceso y el yodo liberado

9. CONCLUSIONES:

- Una de las técnicas más eficaces para la determinación de Cu es la titulación por yodometría.

- Mediante el análisis cualitativo de cobre, se pudo demostrar que la muestra de mineral escogido contiene cobre.

- En el análisis cuantitativo de cobre, se determinó un contenido de 16. 7381 % de Cu.

- Se trató la muestra adecuadamente logrando evitar la interferencia de Fe, As y Sb durante el proceso.

- En el ámbito laboral, la determinación de cobre es muy importante para elegir el método más favorable para la extracción del metal.

- En el campo minero, la determinación de cobre nos permitirá establecer la ley del mineral, con lo cual sabremos si la explotación de una mena resulta rentable.

10. BIBLIOGRAFÍA:

Vogel, Arthur. Química Analítica Cualitativa Edit. Kapeluz México 1980

Pp 155,156,186,187

Ayres, Gilbert H. Análisis Químico Cualitativo Editorial Harla S.A. México 1970

Pp 430-440,660,661

Day, Underwood Química Analítica Cualitativa Edit. Prentice Hall - 5ta ed México 1995

11.- AUTOEVALUACIÓN:

Aguilar Berrù, Pedro ( - )

Linares Moreno, Sandra ( = )

Oliva Vásquez, Marcos ( + )