Diversificado- Curso de Química

Cristalización de Sulfato de Cobre

Andrea Jiménez

Pamela Nitsch

Andrea Rivera

C

12//04/2013

22/04/2013

Evaluación de reporte de laboratorio

Cristalización de Sulfato de Cobre

Sección Puntos Nota obtenida Observaciones

Carátula 5Sumario 10Objetivos 10Materiales, Equipo y reactivos 5

Procedimiento (diagrama de flujo) 5

Marco teórico 10Observaciones 10Discusión de Resultados 15Conclusiones 15Referencias 5Apéndice y Anexos 5Lista de cotejo de trabajo cooperativo en el laboratorio y Lista de cotejo de evaluación de grupo y evaluación del reporte

5

Nota Final 100Evaluación del grupo final de trabajo. Asignar como máximo un punto en cada aspecto.

Nombre 1 2 3 4 5 Total Nota Final

Andrea Jiménez 1 1 1 1 1 5

Pamela Nitsch 1 1 1 1 1 5

Andrea Rivera 1 1 1 1 1 5Aspectos a evaluar:

1. Colabora en la elaboración del pre laboratorio.2. Desempeña el rol que le fue asignado dentro de su grupo.3. Aporta ideas para la realizar los cálculos solicitados 4. Colabora en la elaboración del reporte de laboratorio5. Demuestra que tiene dominio del tema por sus aportes de valor.

A. SumarioEn esta práctica de laboratorio se cristalizó una solución de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O). Adicionalmente, se utilizó el equipo de filtración y calentamiento adecuados para preparar soluciones sobresaturadas. Todo ello con el objetivo de comparar el efecto de la temperatura en la velocidad de cristalización de la

misma, por medio de dos métodos distintos de enfriamiento. Se concluye que cuando la solución sobresaturada de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O) se enfría a temperatura ambiente de 22.2°C, los cristales obtenidos serán de mayor tamaño; y cuando la solución sobresaturada de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O) se enfría por medio de un baño de hielo, los cristales estarán más unidos, serán de menor tamaño, y tendrán menos impurezas. Se trabajó a una temperatura ambiente y bajo una presión de 0.82 atmósferas.

B. Objetivos- General:

1. Cristalizar una solución de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O).

- Específicos: 1. Reconocer y preparar una solución sobresaturada.2. Armar un equipo de filtración y calentamiento.3. Establecer propiedades del Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O).4. Determinar y comparar el efecto de la temperatura en la velocidad de cristalización

de las soluciones.5. Determinar los efectos del Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O)

pulverizado.

C. Materiales, equipo y reactivos

Materiales Equipo ReactivosLentes, mascarilla y guantesVidrio de relojMortero y pistiloBeaker de 250 mlErlenmeyer de 100 mlProbetaEmbudoVarilla de agitaciónPapel filtro2 cajas de petri

Soporte universalAro y rejilla de porcelanaMechero Bunsen

Sulfato Cúprico Pentahidratado (CuSO4.5H2O)Agua desmineralizadaHielo

Pulverizar 8g de CuSO4.5H2O y agregar un poco de agua

Preparar una solución supersaturada de CuSO4.5H2O con 25 ml de agua,

en un erlenmeyer

Calentar la solución en un beaker, evaporar y filtrar

Identificar las dos cajas de petri con grupo y sección

Colocar la mitad del filtrado en una caja de petri con un baño de hielo y

dejar reposar

Dejar reposar la otra mitad del filtrado en el beaker sin baño de hielo

Anotar observaciones luego de 24 horas y comparar los cristales

formados con los métodos utilizados

Tomar fotos de los cristales formados

D. ProcedimientoParte 1:

Tomar una pequeña muestra de CuSO4.5H2O y calentar en un crisol

Retirar del fuego hasta observar cambios

Anotar las observaciones

Parte 2:

E. Marco teórico

En 2010 se realizó una práctica de laboratorio por Camila Soto, en el Colegio Unidad Pedagoga de Bogotá en el mes de Julio, en la cual se obtuvo una formación de cristales de CuSO4.5H2O. Los cristales oscilaban entre los 3mm hasta los 2 a 3 cm, mostrando formas geométricamente similares con caras muy bien definidas que muestran la formación cristalina del sulfato del cobre (II) de acuerdo con su planteamiento de hipótesis. Para esto se llevó un proceso de varios días.

En esta práctica de laboratorio se trabajó con CuSO4.5H2O con el objetivo de observar la cristalización del compuesto mencionado, expuesto a distintas temperaturas. También se deseaba observar todo el proceso que conlleva la cristalización de sulfato de cobre (II), tomando en cuenta las medidas de seguridad para manipularlo; y así mismo sus propiedades físico químicas. Por lo tanto se presenta el siguiente marco teórico para fundamentar esta práctica de laboratorio.

1. Cristalización: Es la separación de un soluto en una solución por medio de la síntesis de cristales en la solución. Cuando los cristales están formados, entonces se separan y es así como es obtenido el soluto con un grado alto de pureza. En el proceso de cristalización lo que debe formarse primero son los cristales para luego aumentar su tamaño” como indica (Othener, 2007).

Para realizar esta práctica fue necesario utilizar los métodos de cristalización para poder realizar los cristales exitosamente. Es necesario seguir los siguientes pasos que se describen a continuación.

1.1 Método de Cristalización: continuando con (Othener, 2007) Disolver en caliente la sustancia.

La mezcla caliente se filtra para eliminar todas las impurezas solubles. La solución se deja enfriar para que se pueda realizar la cristalización. Los cristales se separan por filtración y se dejan secar.

Como se menciona en los métodos de cristalización, es necesario dejar enfriar la solución para que se pueda realizar la cristalización. En la práctica se utilizó una solución sobre saturada para que se pudiera dar el proceso de cristalización; sin embargo, existen diversos tipos de soluciones, las cuales se describirán de la manera siguiente.

2. Soluciones: Como menciona (Gonzáles, 2006), una solución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. Para que sea homogénea, el tamaño de las partículas de las sustancias que la forman debe ser tan pequeño, tal como lo son átomos, moléculas, o iones, con diámetro de Angstroms.

2.1 Soluciones saturadas: Como resalta (Shultz, 2003), se dice que una solución está saturada cuando a una temperatura determinada en una cantidad dada de solvente se tiene disuelta la máxima cantidad de soluto que se pueda disolver. Por ejemplo una solución de bromuro de potasio que tenga disueltos 116 g de KBr en 100 g de agua a 50 ºC es una solución saturada: cualquier exceso de KBr se deposita en el fondo del recipiente.

2.2 Soluciones insaturadas: Con palabras de (Santizo, 2005) Cuando a una temperatura determinada en una cantidad dada de solvente se tiene disuelto menos soluto del que se puede disolver en ese solvente, se dice que la solución es insaturada. En el caso del bromuro de potasio, si en lugar de tener exactamente 116 g en 100 g de agua, tenemos 90 g de KBr, la solución está insaturada.

2.3 Soluciones sobresaturadas: Siguiendo con palabras de (Santizo, 2005) es cuando el soluto no se puede disolver en el solvente por tener exceso del mismo, y se da en casos inestables.

Para que se pueda comprender con mayor facilidad las soluciones, es indispensable definir soluto y solvente los cuales se utilizaron en la práctica. Como soluto: CuSO4.5H2O, y el solvente: agua desmineralizada.

3. Soluto: En palabras de (Gonzáles, 2006) la sustancia que se disuelve se llama soluto y se encentra en menor cantidad en la solución en algunos casos.

4. Solvente: Continuando con (Gonzáles, 2006) también llamado disolvente, es la sustancia que disuelve al soluto y que está presente siempre e mayor cantidad.

Después de realizar los métodos de cristalización se obtiene como producto los cristales de sulfato de cobre (II), los que son expuestos a temperatura ambiente, son de mayor tamaño que los que fueron puestos a temperatura baja (en el hielo).

5. Cristales: Una parte fundamental para esta práctica son los cristales ya que alrededor de ellos gira el laboratorio. Extraído de (Charles, 1983), es una disposición simétrica de átomos, iones o moléculas dispuestos en un modelo tridimensional repetitivo. Los cristales están formados por átomos, iones y moléculas. Podemos clasificar a los cristales en cuatro tipos de acuerdo a la clase de partículas que forman el cristal y a las fuerzas que las mantienen juntas.

En esta práctica de laboratorio se utilizo la temperatura como catalizador de la sustancia para agilizar el proceso de cristalización. Para esto fue necesario utilizar un beaker en dónde se colocó la solución supersaturada y se colocó sobre una rejilla, en un mechero bunsen que ayudó para que se pudiera calentar la solución hasta el punto de ebullición.

6. Temperatura: En palabras de (Martin, 2001), es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción de frío (menor temperatura) y (mayor temperatura). La temperatura está relacionada con la energía interior de los sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más temperatura.

Los cristales realizados en esta práctica de laboratorio y expuestos a distintas temperaturas como se mencionó anteriormente están compuestos de Sulfato de Cobre pentahidratado (CuSO4. 5H2O).

7. Sulfato de Cobre pentahidratado (CuSO4. 5H2O): Como indica (Ambiental, 2011), es el producto de la reacción química entre el sulfato de cobre (II) anhidro y agua. Éste se caracteriza por su color azul y sus rápidos cambios de temperatura al agregarle más agua.

7.1 Solubilidad del Sulfato de Cobre pentahidratado: Tal como indica (Ambiental, 2011) su solubilidad es a 0oc 31,6g/100 ml de agua.

7.2 Punto de ebullición: Siguiendo con (Ambiental, 2011) su punto de ebullición es a 760 mmHg 150 se descompone.

7.3 Medidas de seguridad para trabajar con sulfato de cobre pentahidratado:

- Uso normal: Guantes protectores Impermeables, gafas de laboratorio, guatntes de caucho o plástico, botas de caucho.

- Control de Emergencia: Equipo de respiración autónomo y ropa de protección total.

- Controles de ingeniería: Ventilación local y general, para asegurar que la concentración no exceda los límites de exposición

ocupacional o se mantenga lo más baja posible. Considerar la posibilidad de encerrar el proceso. Garantizar el control de las condiciones del proceso. Suministrar aire de reemplazo continuamente para suplir el aire removido. Disponer de duchas y estaciones lavaojos.

- Inhalación: Causa irritación del tracto respiratorio.- Contacto con los ojos: Causa severa irritación en los ojos y

párpados. Si el producto no se remueve rápidamente irrigado con abundante agua, puede producirse daño visual permanente.

- Contacto con la piel: Lave inmediatamente con gran cantidad de agua y jabón durante por lo menos 15 minutos.

- Ingestión: Induzca el vómito dirigido por personal médico, de grandes cantidades de agua. Mantenga las vías respiratorias libres. Como lo indíca (PROQUIMSA, 2000).

En esta práctica de laboratorio, como se menciono antes, se utilizó sulfato de cobre pentahidrato, por lo que es necesario conocer la estructura y función de los hidratos.

8. Estructura de Hidratos: Pueden ser monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Son fuentes de carbono en reacciones de síntesis como en la cristalización. Sirven como componentes estructurales, y son portadores de información, como señala (Javeriana, 2004).

De esta manera se logró observar con los datos investigados el proceso de cristalización que se realizó en la práctica de laboratorio, y los cambios que sufren los cristales al ser expuestos a distintas temperaturas. También se pudo notar el porqué del color azul del sulfato de cobre (II) pentahidratado, que es por las 5 moléculas de agua que contiene.

F. Resultados

Parte 1: proceso de cristalización del sulfato de cobre II pentahidratado (CuSO4*5H2O)

Cristalización ( Medio de enfriamiento) Observaciones Temperatura Ambiente Son cristales grandes de un color azul más

intenso y se encuentran separados. Y contienen impurezas alrededor del cristal.

Enfriado por medio de hielo Son cristales de menor tamaño, con un color muy claro y cristalino, se encuentran muy unidos unos con los otros. Y las impurezas que se pueden observar son menos.

Parte 2: deshidratación de sulfato de cobre pentahidratado II (CuSO4*5H2O)

Antes de calentamiento El sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4*5H2O) es una sustancia sólida de color azul cielo

Después de calentamiento El sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4*5H2O) empieza a perder su color azul cielo al ser sometido a temperaturas altas, se convierte en un color blanco ceniza

G. Discusión de resultadosLa cristalización es un método que sirve para purificar sustancias (ver marco teórico “Cristalización”), la cual consiste en formar una solución sobresaturada, como la de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4*5H2O) con agua (H2O), que fue utilizada en esta práctica de laboratorio para la formación de cristales.

Se basó en la solubilidad de las sustancias que en este caso siendo el sulfato de cobre pentahidratado una sustancia polar se disolvió de manera homogénea en el agua. Al aumentar la temperatura la cual funciona como catalizador de la reacción incrementando la solubilidad de la mezcla, se obtuvo una sustancia sobresaturada perfectamente homogénea. Como la disolución que se trabajó era sobresaturada el exceso de soluto al ser enfriado se cristalizó.

La velocidad de enfriamiento influyó en el tamaño de los cristales y en otras características físicas que la sustancia resultante mostró, los cristales enfriados por medio de hielo son de menor tamaño, ya que el tiempo que estos cristales tienen para su formación es más reducido por lo tanto los cristales serán más pequeños. Como tienen un poco tiempo para formarse la cantidad de impurezas que entran en la sustancia son menos y los cristales son más puros. En cambio los cristales que se enfriaron a temperatura ambiente se encuentran separados y tienen un tamaño mayor porque tienen un crecimiento más lento y sus moléculas tienen más tiempo para expandirse, al enfriarse lentamente las impurezas que penetran en la sustancia son más por lo que se obtuvo cristales de un color intenso y con muchas impurezas alrededor (Ver tabla de resultados parte 1).

El sulfato de cobre (CuSO4) es un compuesto que proviene del ion poli-atómico sulfato, el cual tiene su formación en el acido sulfúrico, unido al cobre por medio de un enlace iónico. (Ver marco teórico, “sulfato de cobre”) en esta práctica de laboratorio se utilizó el sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4*5H2O) lo que indica que el sulfato de cobre se une a cinco moléculas de agua y se forma una nueva sustancia con características físicas y químicas diferentes como su color y su facilidad de cristalización. Cuando se somete el compuesto sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4*5H2O) a temperaturas altas, tal como se realizó en la práctica de laboratorio, se pudo observar un cambio de color, de azul cristalino a

blanco ceniza esto ocurrió debido a la evaporación de las moléculas de agua, las cuales le brindan el color azul al sulfato de cobre pentahidratado. El agua tiene un punto de ebullición menor que el sulfato de cobre lo cual hace que esta se evapore primero dejando al sulfato de cobre deshidrato, lo cual le brinda un color blanco ceniza (Ver Observación de Resultados Parte 2).

H. Conclusiones1. Cuando la solución sobresaturada de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O)

se enfría a temperatura ambiente de 22.2°C, los cristales obtenidos serán de mayor tamaño, se encontrarán más separados, y tendrán un color más intenso. Esto dado que tienen un crecimiento más lento y pueden crecer más.

2. Cuando la solución sobresaturada de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O) se enfría por medio de un baño de hielo, los cristales estarán más unidos, serán de menor tamaño, y su color será más puro. Esto dado que con tienen capacidad de desarrollarse y por ello, crecen más rápido.

3. Si se quiere como resultado cristales grandes pero con impurezas el método de enfriamiento a temperatura ambiente es el más efectivo.

4. Si se quiere cristales puros pero de menor tamaño el método de enfriamiento por medio de un baño de hielo es el más efectivo.

5. Se determinó que el color azul de la solución de Sulfato de Cobre II Pentahidratado (CuSO4.5H2O) proviene de las 5 moléculas de agua (H2O)

6. El Sulfato de Cobre II deshidratado es de color blanco ceniza.

I. Apéndice y Anexos

PARTE 1 cristalización de sulfato de cobre pentahidratado CuSO4*5H2O

PARTE 2 deshidratación sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O

La sustancia tiene un color azul cielo El sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O es de color azul cielo Al evaporarse la sustancia su color se

intensifica

Se puede observar en el enfriamiento del baño de hielo unas pequeñas puntas cristalinas

Al calentar el sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O se convierte en un color blanco ceniza

Los cristales enfriados a temperatura ambiente son más grandes y se encuentran separados unos de los otros

Apéndice A: cualidades de sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O y su proceso de cristalización

Apéndice B: gráfica diferencias de punto de ebullición entre el agua H2O y el sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O

Anexo- Parte 1: procesos

de

evaporación y filtración. Observación de cristales días después de la práctica

0200400600

Puntos de ebullición del Agua H2O y Sulfato de cobre pentahidratado (II) CuSO4*5H2O

Sustancia

Tem

pera

tura

°C

Se puede observar las diferencias entre los puntos de ebullición del agua H2O y el sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O. El agua se evapora a una temperatura más baja que el sulfato de cobre (II) pentahidratado CuSO4*5H2O lo que hace que al este ser expuesto a temperaturas altas pierda sus 5 moléculas de agua y el color azul que estas le brindan a la sustancia.

Anexo- Parte 2: evaporación de las moléculas de hidrato en la solución de Sustrato cúprico Pentahidratado.

J. Referencias bibliográficas

- Ambiental, S. d. (2011). Sulfato de Cobre (II) pentrahidratado . Murcia .

- Carlos, O. (2007). Cristalización . Iztapalapa: Universidad Autónoma Metropolitana.

- Charles, M. (1983). Cristales . México: Grupo Editorial Iberoamérica.

- Gonzáles, G. (2006). Soluciones . Medellín : Editorial Labor S.A. .

- Javeriana, U. (2004). Estructura y función de hidratos. Caracas.

- Martin, S. (2001). Química teórica y descriptiva . España: Editorial Aguilar .

- Othener, L. (2007). Criztalización. Denver: Editorial Labor S.A. .

- Santizo, M. (2005). Tipos de soluciones . Venezuela: PROQUIMSA, S.A.

- Shultz. (2003). Soluciones. Científico , Argentina.