Resumen

Dado 1g de Sulfato Cúprico Anhidro CuSO4 y aplicando los conocimientos sobre solubilidad, saturación y sobresaturación de los compuestos en diferentes disolventes, así como las técnicas diversas sobre cristalización, formar cristales de Sulfato Cúprico Pentahidratado CuSO4

.5H2O por método de simple evaporación de disolvente. Recordando que el cristalizador debe estar apartado corrientes de viento y/o movimientos bruscos para la perfecta formación de los cristales se procede a dejar reposar la solución durante tres días después de lo cual se tomarán datos sobre la formación de los cristales así como de su forma, color y textura para posteriores cálculos de efectividad del método

Introducción y Objetivo

Dado 1g de Sulfato Cúprico Anhidro CuSO4 y aplicando los conocimientos sobre solubilidad, saturación y sobresaturación de los compuestos en diferentes disolventes, así como las técnicas diversas sobre cristalización, formar cristales de Sulfato Cúprico Pentahidratado CuSO4

.5H2O para la posterior utilización de los mismos en experimentos que necesiten una concentración y pureza rígidas

Conjugando los diferentes aportes tanto de los alumnos como del profesor mejorar o proponer una técnica de cristalización del sulfato cúprico que sea menos demoroso o en su defecto que maximice la pureza de los cristales formados.

Marco Teórico

Se define una solución como una mezcla homogénea de dos o más sustancias, sean éstas líquidas, sólidas o gaseosas, depende del estado de sus componentes que la solución tendrá un estado de agregación, así:

Componente 1 Componente 2 Estado de la Solución EjemploGas Gas Gas AireGas Líquido Líquido Agua Gaseosa (CO2 + H2O)Gas Sólido Sólido H2(g) en PaladioLíquido Líquido Líquido C2H5 en AguaSólido Líquido Líquido NaCl en aguaSólido Sólido Sólido Aleaciones y Amalgamas

Sin embargo no solo por sus componentes, ni por su estado de agregación es como se diferencia una solución de otra, si no más bien por su capacidad para disolver un soluto, así se tiene:

Solución insaturada: contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver Solución Saturada: contiene la máxima cantidad de soluto de la que es capaz de disolver Solución Sobresaturada: contiene más soluto de la que puede haber en una solución saturada

Esta forma de clasificar a las soluciones es análoga a la de un estacionamiento, donde el número de vehículos es el soluto y los espacios de estacionamiento y el estacionamiento en sí representa al solvente, así en una solución insaturada existen muy pocos vehículos en el estacionamiento, hay mucho espacio en él para desenvolverse. En una solución saturada todos los espacios de estacionamiento están llenos y el estacionamiento está repleto. En una solución sobresaturada, los vehículos no solo se han estacionado en

los espacios marcados como estacionamiento sino que se han colocado en todo lugar donde puedan filtrarse.

Las soluciones sobresaturadas no son muy estables, con el tiempo el soluto se separa del disolvente formando los cristales del soluto, a este proceso se lo conoce como cristalización.

¿Por qué se forma un cristal?

Las moléculas en una sustancia se hallan unidas entre sí por fuerzas intermoleculares, las cuales varían de sustancia a sustancia, cuando una sustancia (el soluto) se disuelve en otra (el disolvente), las moléculas del soluto se dispersan en el disolvente ocupando posiciones que antes estaban ocupadas por las moléculas del disolvente. La facilidad con que las moléculas del soluto reemplazan a las del disolvente depende de la fuerza interactiva de:

Disolvente – disolvente Soluto – soluto Disolvente – soluto

[Esquema representando una solución]

Así se explica que solutos como AgNO2, Ca(OH)2 o CaSO4 tengan una solubilidad muy baja en agua pero muy alta cuando se los disuelve en ácidos minerales

Las soluciones son posibles gracias a una propiedad termodinámica de la materia llamada entropía la cual está relacionada con el desorden y favorece a que las moléculas del soluto se mezclen con las del solvente.

La entropía es una función de la temperatura, a mayor temperatura mayor entropía, es decir a mayor temperatura mayor es el desorden. Aplicando esto a las soluciones dice que la cantidad máxima que un soluto puede disolverse en un solvente depende de la temperatura, así se tiene tabuladas tablas de solubilidad que en realidad son una tabulación de datos de curvas obtenidas en el laboratorio a través de experimentos de solubilidad, la que se presenta a continuación es una tabla de solubilidad máxima del sulfato cúprico CuSO4 expresada en gramos de sulfato por litro de agua; así por ejemplo a 40ºC solo se puede disolver un máximo de 290g de CuSO4.

solvente

soluto

Solución

Compuesto Temperatura20 ºC 30 ºC 40 ºC 50 ºC 60 ºC 70 ºC 80 ºC

Sulfato Cúpirco”CuSO4”

210 245 290 340 400 470 550

Sin embargo una solución saturada se puede convertir rápidamente en una solución sobresaturada, y los procesos para que esto ocurra no son muy complicados, es más se dan por sí solos; por ejemplo el enfriamiento, el medio que rodea a una solución saturada cambia constantemente si la solución consiguió la saturación a una temperatura mayor a la del medio, la solución se enfriará pasando rápidamente a una solución sobresaturada, la cual como se dijo antes era muy inestable, así el soluto que está en exceso en la solución precipitará en forma de cristales; otra forma de conseguir la sobresaturación es por medio de la evaporación del solvente, la cual se da a cualquier temperatura, al existir menos solvente en la solución queda un exceso de soluto, el cual precipitará en forma de cristales.

Sin embargo la formación de un cristal es un proceso mucho más complejo visto desde el lado microscópico, cuando una solución está saturada las moléculas de soluto y se hallan esparcidas uniformemente por todo el solvente y se quedan así por las fuerzas ion – dipolo presente en una solución, cuando una solución saturada pasa a ser una solución sobresaturada se restituye rápidamente la molécula de soluto sin embargo por el producto de éstas fuerzas de soluciones parte de las moléculas de solvente que acompañaban a las del soluto, también quedan atrapadas, este pequeño desbalance hace que se junten moléculas iguales y que se formen los cristales

[Formación de un Cristal]

Los diferentes tipos de cristales que se forman como cúbicos, tetragonales, ortorrómbicos o hexagonales responden a las fuerzas de Van der Waals y al medio en el que se forman los cristales, si este medio está lleno de interrupciones o movimientos que alteren la formación de los cristales éstos saldrán amorfos pero si por el contrario la formación de los cristales no tiene interrupciones de cualquier índole los cristales serán reflejo de las celdas unitarias.

Para conocer a fondo los cristales formados de una solución es necesario saber que soluto y que solvente se utilizó, pero es mucho más importante el solvente ya que no es lo mismo una solución de cloruro de sodio que una de ácido benzoico,

Sulfato Cúprico

Solución

Molécula de Soluto en una Solución

SI SE BAJA LA TEMPERATURA

Molécula de un Cristal

Solución con Cristales

[Tabla de Información del Sulfato Cúprico]

El Sulfato Cúprico (CuSO4), también llamado vitriolo azul, piedra azul o caparrosa azul, es un compuesto químico derivado del cobre que forma cristales azules, solubles en agua y metanol y ligeramente solubles en alcohol y glicerina. Su forma anhídrica (CuSO4) es un polvo verde o gris-blanco pálido, mientras que la forma hidratada (CuSO4·5H2O) es azul brillante.

Se usa mayoritariamente en el tratamiento de aguas, es usado como alguicida, y tiene numerosas aplicaciones: fabricación de concentrados alimenticios para animales, abonos, pesticidas, mordientes textiles, industria del cuero, pigmentos, baterías eléctricas, recubrimiento galvanizados (recubrimientos de cobre ácido por electroposición), sales de cobre, medicina, preservantes de la madera, procesos de grabado y litografía, reactivo para la flotación de menas que contienen Zinc, industria del petróleo, caucho sintético, industria del acero, tratamiento del asfalto natural, colorante cerámico.

Su toxicidad se da por ingestión, induce el vomito, también es irritante en contacto prolongado con la piel, en este caso es recomendable lavar la zona afectada con agua abundante, si se llega a tener contacto con los ojos lavar mínimo durante 15 minutos, y visitar el hospital para evaluar posibles daños al globo ocular.

[Sulfato Cúprico Pentahidratado]

Materiales, Reactivos y Equipo Utilizado

Material Marca Capacidad ApreciaciónTubo de Ensayo VIREX ---- -----

Reactivo Fórmula Pureza Cantidad Densidad ToxicidadSulfato de Cobre (II) CuSO4 95% 1 g 3.6 g/cm3 BajaAgua Destilada H2O 99% 6 ml 1 g/cm3 Nula

Procedimiento Experimental

Se procede a colocar 1g de CuSO4 en un tubo de ensayo y a diluirle poco a poco en agua hasta que haya desaparecido totalmente, cuidarse de no agregar demasiada agua destilada.

Una vez disuelta la solución (la cual se considera que está saturada) se procede a calentar a la misma para evaporar hasta la mitad del solvente, con lo cual de una solución saturada se obtiene una solución sobresaturada la cual se dejará reposar en un cristalizador que puede ser una vaso de precipitación, alejada de cualquier interrupción

Se debe tener en cuenta que la formación de los cristales de CuSO4 es lenta y mientras ésta se lleva a cabo se debe evitar los movimientos que alteren la cristalización de la sal ya que no se podrían apreciar las características propias de este cristal

Datos Obtenidos

[Esto lo pones tu con las mediciones que hiciste de los cristales el lunes bebe, Muah TE AMO]

WO MAI TE

Cálculos y Análisis de Resultados

Calculando la concentración de la solución saturada con los datos obtenidos en el laboratorio y contrastándolos con los tabulados, se obtendrán las conclusiones

Temperatura Ambiente = 20ºC (promedio)

Parte Experimental Parte TeóricaMasa del Soluto = 1 gMasa Solvente = 6 ml = 6 gConcentración Saturada Peso – Peso:

C=1g7g×100=14.28%

Masa del Soluto = 210 gMasa del Solvente = 1 l = 1000 gConcentración Saturada Peso – Peso:

C= 210g1210g

×100=17.35%

Porcentaje de Error:

100−14.28%17.35%

×100=17.69%

Observaciones

[Esto lo pones tu con las mediciones que hiciste de los cristales el lunes bebe, Muah TE AMO]

WO MAI TE

Conclusiones y Recomendaciones

El error del 14.69% que se obtuvo con respecto a las cantidades en el CuSO4 se debe principalmente a que no se realizó la solución del CuSO4 midiendo si no que se agregó agua hasta que se observó que disolvió todo el sulfato, esto fue ya que solo se pretendía cristalizar sulfato cúprico más no obtener datos precisos sobre el proceso de cristalización, para una próxima ocasión se debe tener mayor cuidado, con las cantidades de cada compuesto utilizado

Referencia Bibliográfica

Chang Raymond, 2005, “Química”, Editorial McGraw – Hill, México, pp. 468, 475

Sintes Franchisco, 1988, “Química General Aplicada”, Editorial Ramón Sopena S.A., Barcelona España, pp. 568, 569, 570

Perry, R. y Chilton, C, 1986, “Manual de Ingeniero Químico”, Editorial McGraw-Hill, Inc.,U.S.A, pp 13-45,13-41,3-32,3-38.