Preparación de sulfato de aluminio y potasio (alumbre) a partir de latas de aluminio.

PRÁCTICA 10. Preparación de sulfato de aluminio y potasio (alumbre) a partir de latas de aluminio.

Objetivos:  

1. Ser consciente de la necesidad de reciclar los desechos sólidos, particularmente metales como el aluminio.  
2. Aprender la química de aluminio.  
3. Realizar correctamente las técnicas de pesar, filtración al vacío y por gravedad y cristalización.  
4. Ser capaz de aplicar los conocimientos de estequiometria a una sucesión de reacciones químicas, así como el cálculo del porcentaje de rendimiento de una reacción.

Aspectos químicos del experimento

Las latas de aluminio están recubiertas por una capa de plástico y una de pintura. Por lo tanto, para que el metal reaccione con cualquier agente químico, primero deberán eliminarse estas capas protectoras. El recubrimiento de pintura se puede eliminar raspando la lámina con una lija abrasiva. El metal limpio se puede disolver ahora en una solución de hidróxido de potasio de acuerdo con la siguiente reacción:

La disolución de aluminio en una disolución acuosa de KOH es un buen ejemplo de una reacción de oxido-reducción (¿Por qué?). El ión Al(OH)4- es un complejo denominado aluminato.

Después de filtrar, se obtiene una solución clara e incolora de aluminato de potasio. Las especies químicas en solución son los iones potasio y aluminato, además de KOH sin reaccionar.

Cuando se adiciona un mol de ácido sulfúrico a la solución de aluminato de potasio, ocurre la siguiente reacción:

Cuando se agrega la cantidad adecuada de ácido sulfúrico, la reacción es:

En este punto, la solución contiene iones Al 3+, K+ y SO42-. Al enfriar la solución, se forman lentamente los cristales de sulfato de aluminio y potasio dodecahidratado (o alumbre). En el experimento, se acelerará el proceso de cristalización agregando a la solución un pequeño cristal (semilla).

Finalmente, los cristales de alumbre se separan de la solución por medio de filtración a vacío y se lavan con una mezcla de alcohol etílico/agua.

Trabajo experimental

Procedimiento

1. Con unas tijeras, corta en trozos pequeños una lámina proveniente de una lata de aluminio.
2. Elimina la capa de pintura de la lámina con ayuda de una lija fina para metal. Lava con agua la lámina y sécala con una toalla de papel.
3. Pesa alrededor de 1.0 g de la lámina de aluminio y registra el peso exacto.
4. Corta la lámina en trozos más pequeños y agrégalos en un vaso de precipitados de 250 mL.
5. Por medio de una probeta agrega, poco a poco, 17.5 mL de KOH 4 M. Realiza esta operación en la campana.
6. Una vez que se ha adicionado la solución básica, calienta suavemente el vaso en una parrilla eléctrica para completar la disolución del aluminio.
7. Filtra la solución por gravedad y recibe la solución en un matraz Erlenmeyer. La solución deberá clara e incolora. Lava el filtro con 5-10 mL de agua destilada.
8. Deja enfriar el matraz. Cuando se haya enfriado lo suficiente, por medio de una probeta agrega 20 mL de H2SO4 9 M. La adición deberá realizarse lentamente y con sumo cuidado y el matraz deberá agitarse rápidamente durante esta operación. Si al terminar la adición del ácido se observan partículas blancas en la solución, deberá calentarse el vaso hasta que se disuelvan. Evapora la solución hasta obtener 30-40 mL de líquido.
9. Prepara un baño de hielo en un vaso de 600 mL.
10. Deja enfriar la solución a temperatura ambiente. Si no se forman los cristales, raspa las paredes del matraz con una varilla de vidrio, para inducir la cristalización.
11. Una vez que se han formado los cristales, agita la solución y déjala enfriar el baño de hielo durante 10 minutos.
12. Prepara 50 mL de una solución de alcohol/agua al 50%, colócala en un matraz Erlenmeyer y enfríala en un baño de hielo.
13. Separa los cristales de alumbre por filtración a vacío. Procura vaciar, en un solo paso, todos los cristales en el embudo de porcelana, agitando en matraz vigorosamente antes de agregarlos al filtro.
14. Una vez que se haya filtrado todo el líquido, cierra la llave del vacío. Luego, agrega una porción de solución alcohol/agua, previamente enfriada, al matraz que contenía los cristales, agítalo vigorosamente y transfiere rápidamente el resto de los cristales de alumbre al embudo de filtración. Agita suavemente los cristales en el filtro con una varilla de vidrio. Luego, abre la llave del vacío para filtrar el líquido de lavado.
15. Vuelve a cerrar la llave del vacío y lava los cristales en el filtro con 10 mL de etanol, como se indicó en el punto anterior. Al final del proceso, deja funcionando el vacío durante 5 minutos, para que los cristales se sequen.
16. Coloca los cristales en un vidrio de reloj o en un papel y déjalos secar.
17. Pesa los cristales de alumbre secos y calcula el rendimiento teórico y práctico del proceso de obtención.  

Cálculos

La estequiometría involucrada en la serie de reacciones que conduce a la preparación de alumbre de potasio, indica las relaciones molares entre en aluminio y el alumbre que se requieren para calcular el porcentaje de rendimiento. Las ecuaciones químicas de las reacciones que ocurren en el proceso de síntesis se muestran a continuación:

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