Ciclo Del Cobre

El ciclo del cobre

Introducción

El ciclo de elaboración del cobre comprende una serie de reacciones químicas tales como de óxido reducción, descomposición, neutralización y sustitución, en donde se puede observar la naturaleza y la apariencia de diferentes productos formados durante una sucesión de reacciones, dado que la materia ni se crea ni se destruye (ley de conservación de la materia). Este ciclo es de gran importancia a nivel industrial ya que permite el reciclaje de este metal, con un importe bajo de energía [1].

El cobre es uno de los metales más conocidos existentes en la naturaleza y el tercer elemento más utilizado en el mundo después del Hierro y el Aluminio [2]. El cobre pertenece a los metales de transición, presenta un color marrón rojizo, es maleable, dúctil y un excelente conductor de la electricidad y el calor. Algunos minerales de cobre son la cuprita (Cu2O), la azurita [2CuCO3.Cu(OH)2], la calcopirita(CuFeS2) y la malaquita (CuCO3.Cu(OH)2). El cobre metálico se empela en la fabricación de cables y alambres. Sus aleaciones, latón (cobre-cinc) y bronce (cobre-estaño) tienen múltiples aplicaciones. El metal no reacciona con ácido sulfúrico ni clorhídrico pero sin con ácido nítrico, formando óxidos de nitrógeno. El cobre forma compuestos en estados de oxidación +1 y +2. La mayor parte de los compuestos de cobre (I) son blancos (El óxido es rojo). Las sales de cobre (II) en disolución son azules [3].

Objetivos

Este trabajo tuvo como objetivo realizar el ciclo del cobre a través de procesos tales como digestión, decantación, lavado y secado de sólidos, pesada y preparación de soluciones, con la idea de recuperar el 100% de la cantidad (en gramos) de cobre suministrada.

Materiales y métodos

Se pesó 0,345 g ± 0,001 g de cobre metálico en una balanza electrónica Mertertek sp-770 y se trató con ácido nítrico concentrado (HNO3) hasta disolver completamente el cobre metálico en campana de extracción. Se adiciono hidróxido de sodio (NaOH) 2 M en exceso hasta diluir todo el precipitado azul claro formado y agua, calentando el sistema con agitación constante a llama regular hasta desaparición total del color del precipitado. Se filtró por decantación el contenido del vaso de precipitados y se llevó a una mufla para calcinación del producto.

Se pesó 0,2583 g del calcinado y se trató con ácido sulfúrico H2SO4 2 M hasta disolver todo la muestra, se calentó en plancha de resistencia la solución formada hasta evaporación completa (para permitir la apreciación de cristales) y se disolvió en agua, posteriormente se trató con zinc en granallas y se separó el sólido formado durante la reacción por filtración.

Se pesó también una segunda parte de calcinado de 0,2602 g y se trató con ácido sulfúrico H2SO4 2 M, se adicionó agua y 0,8056 g de tartrato de sodio y potasio (KNaC4H4O6); se adiciono hidróxido de sodio (NaOH) 2 M (hasta aparición de color azul intenso) y glucosa exponiéndose el sistema a calentamiento con agitación constante hasta formación de una suspensión de color roja. Finalmente, se dejó enfriar el sistema y se trató con más ácido sulfúrico H2SO4 2 M mediante adición lenta hasta disolver el sólido y formar una solución amarilla.

Reacciones

Las reacciones dadas durante el ciclo del cobre fueron de óxido reducción, neutralización, descomposición y sustitución, la primera fue entre el cobre y el ácido nítrico

Ecuación 1

La segunda reacción fue entre el nitrato de cobre y el NaOH.

Ecuación 2u.

La tercer reacción fue la calcinación del Cu(OH)2 a oxido de cobre

Ecuación 3

La cuarta reacción sucede entre el H2SO4 y el CuO del calcinado

Ecuación 4

CuO+ H2SO4→CuSO4+H2O

La quinta reacción finalmente es entre el sulfato de cobre y el Zn

Ecuación 5

La segunda parte del calcinado y su reacción se presentan en las ecuaciones

Ecuación 6

CuO+ H2SO4→CuSO4+H2O

C6H12O6＋6KNaC4H2O6Cu＋6H2O  C6H12O7 + 6KNaC4H2O6+ 3Cu2O(s) + H2CO3

Resultados

Aspecto físico usado de Cu(s) como materia prima

Figura 1. Apariencia Física del Cobre al inicio y final del ciclo a) Hilo de Cobre) Gránulos o polvo de Cobre. c)Ciclo de cobre incompleto (no se culminó satisfactoriamente la reacción ente el CuSO4 y el Zn) y se observa presencia de Cobre (Color verde).

Tabla 1. Apariencia Física del cobre al inicio y al final del ciclo.

CARACTERISTICAS

Aspecto Color

Inicio Hilo delgado, maleable Café oscuro

Final Polvo o gránulos Café claro

Figura 2. Productos que se obtuvieron durante el ciclo del cobre y su apariencia Física. a) reacción entre Cu (s) y HNO3 (aq); desprendimiento de gas. b) Cu(NO3)2(aq), agua y NaOH; solución gelatinosa. C) Formación de precipitado CuO. d) y e) Reacción de neutralización y se obtiene CuSO4(ac) f) CuSO4(ac), HCl, Zn(s).

Tabla 2. % de recuperación obtenido del cobre.

Experimento Masa inicial de Cu (s) (g) Masa Real de Cu obtenido (g) % Rendimiento

1) 0,345 g 0,2668 77,33

Discusión

De acuerdo a la metodología desarrollada el porcentaje de recuperación y el ciclo dado para el cobre se presenta en la figura 3.

Figura 3. Ciclo del cobre

El cobre metálico al contacto con el ácido nítrico se disuelve con efervescencia produciendo gas de color marrón altamente toxico. La solución final es azul aguamarina y al adicionar agua el color es menos intenso como se puede ver en la figura 2. a. ecuación 1.

Cada átomo de cobre pierde dos electrones para formar Cu2+, los electrones dados por el cobre son aceptados por el nitrógeno, descripción propia de una reacción oxido reducción, donde el cobre se oxida perdiendo 2e- y el nitrógeno se reduce aceptando 1e- por reacción, por esta razón se forma dos compuestos el dióxido de nitrógeno NO2 y el nitrato cúprico Cu(NO3)2 [4].

El NO2 es un

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