Sulfato de cobre (II)

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Sulfato de cobre(II)


General
Nombre sistemático	Sulfato de cobre(II)
nombres tradicionales	pentahidratado: "sulfato de cobre"
química fórmula	CuSO4 _ _ _
Rata. fórmula	CuSO4 _
Propiedades físicas
Estado	cristalino
Masa molar	159,609 (sulfato) 249,685 (pentahidrato) g/ mol
Densidad	3,64 g/cm³
Dureza	2.5 [1]
Propiedades termales
La temperatura
• descomposición	por encima de 650 °C
Propiedades químicas
Constante de disociación ácida $pK_{a}$	5⋅10 −3
Estructura
Geometría de coordinación	Octaédrico
Estructura cristalina	anz. — pentahidrato rómbico — trihidrato triclínico pinacoidal — monoclínico
Clasificación
registro número CAS	7758-98-7
PubChem	24462
registro Número EINECS	231-847-6
SONRISAS	[O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2]
InChI	InChI=1S/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L
RTECS	GL8800000
CHEBI	23414
ChemSpider	22870
La seguridad
Concentración límite	en el aire: mr 0,009, ss 0,004; en agua: 0.001
LD 50	ratas, oral [2] [3] : 300 mg/kg ratones, oral: 87 mg/kg
Toxicidad	Moderadamente tóxico, irritante , peligroso para el medio ambiente
Iconos del BCE
NFPA 704	0 2 una
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.
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El sulfato de cobre (II) ( sulfato de cobre (II), el nombre tradicional del hidrato cristalino es sulfato de cobre ) es un compuesto inorgánico , una sal de cobre del ácido sulfúrico con la fórmula Cu S O 4 .

Sustancia no volátil, inodoro. En forma anhidra, es un polvo blanco, muy higroscópico . En forma de hidratos cristalinos: cristales transparentes no higroscópicos de varios tonos de azul. En el aire desaparecen gradualmente (pierden agua de cristalización). Tiene un sabor astringente metálico amargo.

El sulfato de cobre (II) es altamente soluble en agua. Cristaliza a partir de soluciones acuosas en forma de pentahidrato azul CuSO 4 5H 2 O ( sulfato de cobre ). La toxicidad del sulfato de cobre para los animales de sangre caliente es relativamente baja, al mismo tiempo que es altamente tóxico para los peces.

Tiene propiedades desinfectantes , antisépticas , astringentes . Se utiliza en medicina, en la producción de cultivos como antiséptico, fungicida o fertilizante de cobre y azufre .

Estar en la naturaleza

Ocurre en la naturaleza en forma de minerales calcantita ( CuSO 4 5H 2 O), calcocianita ( CuSO 4 ), bonattita ( CuSO 4 3H 2 O), butita ( CuSO 4 7H 2 O) y como parte de algunos otros minerales [4 ] .

Conseguir

En la industria

En la industria, el sulfato de cobre (II) contaminado se obtiene disolviendo cobre y desechos de cobre en ácido sulfúrico diluido H 2 SO 4 mientras se sopla la solución con aire:

{\mathsf {2Cu+O_{2}+2H_{2}SO_{4}\rightarrow 2CuSO_{4}+2H_{2}O)),

disolviendo óxido de cobre (II) CuO en H 2 SO 4 :

{\mathsf {CuO+H_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4}+H_{2}O)),

tostación sulfatante de sulfuros de cobre y como subproducto del refinado electrolítico del cobre.

En condiciones de laboratorio

En el laboratorio, el CuSO 4 se puede obtener por la acción del ácido sulfúrico concentrado sobre el cobre cuando se calienta:

{\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O)),

la temperatura no debe exceder los 60 ° C, a una temperatura más alta se forma un subproducto en cantidades significativas : sulfuro de cobre (I) :

{\mathsf {5Cu+4H_{2}SO_{4}\rightarrow 3CuSO_{4}+Cu_{2}S\downarrow +4H_{2}O)).

Además, en condiciones de laboratorio, el sulfato de cobre (II) se puede obtener mediante la reacción de neutralización del hidróxido de cobre (II) con ácido sulfúrico, para obtener sulfato de cobre de alta pureza, respectivamente, se utilizan reactivos puros:

{\mathsf {Cu(OH)_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4}+2H_{2}O)).

El sulfato de cobre puro se puede obtener de la siguiente manera. Vierta 120 ml de agua destilada en una taza de porcelana, agregue 46 ml de ácido sulfúrico químicamente puro con una densidad de 1,8 g/cm 3 y coloque en una mezcla de 40 g de cobre puro (por ejemplo, electrolítico). Luego calentar a 70-80°C ya esta temperatura durante una hora gradualmente, en porciones de 1 ml, agregar 11 ml de ácido nítrico concentrado . Si el cobre se cubre con cristales, agregue 10-20 ml de agua. Cuando termina la reacción (se detiene el desprendimiento de burbujas de gas), se eliminan los residuos de cobre y se evapora la solución hasta que aparecen cristales en la superficie de la película y se deja enfriar. Los cristales precipitados deben recristalizarse 2 o 3 veces en agua destilada y secarse [5] .

Purificación

Es posible purificar el sulfato de cobre técnico o contaminado por recristalización : la sustancia se disuelve en agua destilada hirviendo hasta que la solución se satura, luego de lo cual se enfría a aproximadamente +5 ° C. El precipitado resultante de cristales se filtra. Sin embargo, incluso la recristalización múltiple no permite eliminar las impurezas de los compuestos de hierro, que son las impurezas más comunes en el sulfato de cobre.

Para una purificación completa, el sulfato de cobre se hierve con dióxido de plomo PbO 2 o peróxido de bario BaO 2 hasta que una muestra filtrada de la solución muestre la ausencia de hierro. Luego, la solución se filtra y se evapora hasta que aparece una película de cristales en la superficie, después de lo cual se enfría para la cristalización [5] .

Según N. Shoorl, el sulfato de cobre se puede purificar de la siguiente manera: agregue pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno H 2 O 2 e hidróxido de sodio NaOH a una solución caliente de CuSO 4 , hierva y filtre el precipitado. Los cristales que precipitaron del filtrado se recristalizaron dos veces. La sustancia resultante tiene una pureza no inferior a la calificación "químicamente pura" [5] .

Limpieza Profunda

Existe un método de purificación más complejo que le permite obtener sulfato de cobre de alta pureza , con un contenido de impurezas de aproximadamente 2 10 -4 %.

Para ello se prepara una solución acuosa de sulfato de cobre saturada a 20°C (solo se utiliza agua bidestilada ). Se le agrega peróxido de hidrógeno en una cantidad de 2 a 3 ml de una solución al 30% por 1 litro, se agrega carbonato de cobre básico recién precipitado mezclado en una cantidad de 3 a 5 gramos, se calienta y se hierve durante 10 minutos para descomponer H 2 O 2 .

Luego la solución se enfría a 30-35°C, se filtra y se agregan 15 ml de una solución al 3% de dietilditiocarbamato de sodio y se mantiene en agitación durante tres a cuatro horas sin bajar la temperatura. A continuación, la solución se filtra rápidamente de las escamas grandes de los complejos y se agrega carbón activado BAU-A durante media hora con agitación. A continuación, la solución debe filtrarse al vacío .

A continuación, se vierten unos 200 ml de una solución saturada de NaCl de calificación “Ch” en la solución de CuSO 4 por 1 litro y se agrega aluminio puro en alambre o recortes hasta completar la reacción, se libera cobre y la solución se vuelve transparente ( hidrógeno se libera ). El cobre aislado se separa del aluminio por agitación, el precipitado se lava por decantación , primero con agua, luego se vierte con una solución caliente al 5-10% de ácido clorhídrico de pureza química con agitación durante una hora y calentamiento constante a 70-80° C, luego se lava con agua y se vierte con ácido sulfúrico al 10-15% (OSCh 20-4) durante una hora con calentamiento en el mismo rango de temperatura. La pureza de otros productos depende del grado y minuciosidad del lavado con ácidos, así como de la calificación de los reactivos que se utilicen posteriormente.

Después de lavar con ácidos, el cobre se lava nuevamente con agua y se disuelve en ácido sulfúrico al 15–20% (OSCh 20-4) sin un gran exceso con la adición de peróxido de hidrógeno (OSCh 15-3). Después de la reacción, la solución ácida de sulfato de cobre resultante se hierve para descomponer el exceso de peróxido y se neutraliza hasta que el precipitado que precipitó inicialmente se disuelve por completo con solución destilada de amoníaco al 25% (OSCH 25-5) o se agrega solución de carbonato de amonio , purificado por la método de adsorción complejo a extra puro.

Después de reposar durante un día, la solución se filtra lentamente. Se agrega ácido sulfúrico (OSCH) al filtrado hasta que se precipita completamente un precipitado de color verde azulado y se mantiene hasta que se vuelve áspero y se convierte en sulfato de cobre básico verde . El precipitado verde se deja reposar hasta que se compacta y se lava a fondo con agua hasta eliminar completamente las impurezas solubles. Luego, el precipitado se disuelve en ácido sulfúrico, se filtra, se ajusta a pH = 2,5-3,0 y se recristaliza dos veces con enfriamiento rápido, agitándose la solución cada vez durante el enfriamiento para obtener cristales más pequeños de sulfato de cobre. Los cristales precipitados se transfieren a un embudo Buchner y las aguas madres residuales se eliminan utilizando una bomba de chorro de agua . La tercera cristalización se lleva a cabo sin acidificar la solución para obtener cristales ligeramente más grandes y perfilados [6] .

Propiedades físicas

Solubilidad en agua a diferentes temperaturas [7]

{\ce {CuSO4}}

Temperatura, °C	Solubilidad
	${\ce {CuSO4}}$	${\ce {CuSO4.5H2O}}$
	%	%	en g por 100 g de agua
0	12.9	20.2	23.3
quince	16.2	25.3	30.2
25	18.7	29.2	34,9
treinta	20.3	31.6	39.9
40	22.8	35.5	46.2
cincuenta	25.1	39.2	52.6
60	28.1	43.8	61.1
70	31.4	49.0	71.6
80	34,9	54.4	83.8
90	38,9	60.0	98.2
100	42.4	66,0	115.0

Sulfato de cobre (II) pentahidratado (sulfato de cobre): cristales azules transparentes del sistema triclínico. Densidad 2,284 g/ cm3 . A una temperatura de 110 °C, se separan 4 moléculas de agua; a 150 °C, se produce una deshidratación completa [8] .

Solubilidad en agua

La solubilidad del sulfato de cobre (II) en agua a diferentes temperaturas se muestra en la tabla.

La estructura del hidrato cristalino

La estructura del sulfato de cobre se muestra en la figura. Como puede verse, dos aniones SO 4 2− a lo largo de los ejes y cuatro moléculas de agua (en el plano) están coordinadas alrededor del ion cobre, y la quinta molécula de agua juega el papel de puentes que, mediante enlaces de hidrógeno, unen las moléculas de agua de el plano y el grupo sulfato.

Acción térmica

Cuando se calienta, el pentahidrato se separa secuencialmente de dos moléculas de agua, pasando al trihidrato de CuSO 4 3H 2 O (este proceso, la meteorización , avanza lentamente a temperaturas más bajas [incluso a 20–25 °C]), luego al monohidrato (a 110 °C) CuSO 4 H 2 O, y por encima de 258 °C se forma una sal anhidra.

Por encima de 650 °C, la pirólisis del sulfato anhidro se vuelve intensa según la reacción:

{\mathsf {2CuSO_{4}{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}2CuO+2SO_{2}+O_{2}}}.

La reacción de hidratación del sulfato de cobre (II) anhidro es exotérmica y procede con una importante liberación de calor (79 kJ/mol).

Propiedades químicas

Disociación electrolítica

Como todas las sales formadas por iones de una base débil y un ácido fuerte, el sulfato de cobre (II) se hidroliza ( el grado de hidrólisis en una solución 0,01 M a 15°C es del 0,05%) y da un ambiente ácido ( pH del indicado la solución es 4.2). La constante de disociación es 5⋅10 −3 .

CuSO 4 es una sal altamente soluble en agua y un electrolito fuerte; en soluciones, el sulfato de cobre (II) se disocia en una etapa:

{\mathsf {CuSO_{4}\rightarrow Cu^{2+}+SO_{4}^{2-}}}.

Reacción de sustitución

La reacción de sustitución es posible en soluciones acuosas de sulfato de cobre utilizando metales más activos que el cobre, a la izquierda del cobre en la serie de voltaje electroquímico de los metales:

{\mathsf {CuSO_{4}+Zn\rightarrow Cu\downarrow +ZnSO_{4}}}.

Reacción con bases solubles (álcalis)

El sulfato de cobre (II) reacciona con los álcalis para formar un precipitado azul de hidróxido de cobre (II) [9] :

{\mathsf {CuSO_{4}+2KOH\rightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +K_{2}SO_{4))},

{\mathsf {CuSO_{4}+2LiOH\rightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +Li_{2}SO_{4))},

{\mathsf {CuSO_{4}+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4))}.

Ecuación iónica reducida ( regla de Berthollet )

{\mathsf {Cu^{{2+}}+2OH^{-}\rightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow }}

Reacción de intercambio con otras sales

El sulfato de cobre también entra en reacciones de intercambio de iones Cu 2+ y SO 4 2- :

{\mathsf {CuSO_{4}+BaCl_{2}\rightarrow CuCl_{2}+BaSO_{4}\downarrow )),

{\mathsf {CuSO_{4}+K_{2}S\rightarrow CuS\downarrow +K_{2}SO_{4))}.

Propiedades comburentes

El sulfato de cobre oxida HI , yoduros y, cuando se calienta , HBr y bromuros a halógenos libres . Se reduce con yoduro de hidrógeno y yoduros a cobre metálico cuando se ilumina, ya que el yoduro de cobre (I) formado se descompone a la luz. Una mezcla de sulfato de cobre seco y bromuro de sodio debido a la formación de bromuro de cobre (II) , que en estado seco se descompone a temperaturas superiores a +500 °C, y en presencia de humedad su temperatura de descomposición disminuye a 115-140 °C :

${\mathsf {2CuSO_{4}+\ 2KI\longrightarrow \ Cu_{2}SO_{4}+K_{2}SO_{4}+I_{2}\downarrow ))$

${\mathsf {2CuSO_{4}+\ 2HI\longrightarrow \ Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}+I_{2}\downarrow ))$

${\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}+\ 2KI\ \xrightarrow {h\nu } \ Cu\downarrow +I_{2}\downarrow +K_{2}SO_{4))))$

${\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}+\ 2HI\ \xrightarrow {h\nu } \ Cu\downarrow +I_{2}\downarrow +H_{2}SO_{4))))$

${\mathsf {2CuSO_{4}+\ 2NaBr\ \xrightarrow {>500^{o}C} \ Cu_{2}SO_{4}+Na_{2}SO_{4}+Br_{2}\ flecha arriba}}$

${\mathsf {2CuSO_{4}+\ 2HBr\ \xrightarrow {>500^{o}C} \ Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}\uparrow +Br_{2 }\flecha arriba }}$ ${\mathsf {2CuSO_{4}*5H_{2}O+\ 2NaBr\ \xrightarrow {115-140^{o}C} \ Cu_{2}SO_{4}+Na_{2}SO_{4} +Br_{2}\flecha arriba +10H_{2}O\flecha arriba }}$

${\mathsf {2CuSO_{4}+\ 2HBr\ \xrightarrow {H_{2}O,115-140^{o}C} \ Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4 }+Br_{2}\flecha arriba }}$

Varios

Con sulfatos de metales alcalinos y amonio se forman sales complejas, por ejemplo: Na 2 [Cu(SO 4 ) 2 ] 6H 2 O.

El ion Cu 2+ colorea la llama de verde.

Producción y aplicación

El sulfato de cobre (II) es una de las sales de cobre más importantes. A menudo sirve como materia prima para la producción de otros compuestos de cobre.

El sulfato de cobre anhidro es un buen desecante y se puede utilizar para la deshidratación (absolutización) de etanol , deshidratación de gases (incluido el aire) y como indicador de humedad.

La facilidad de crecimiento de los cristales de sulfato de cobre pentahidratado y su marcada diferencia con respecto a la forma anhidra se utilizan en la educación escolar.

En ingeniería mecánica, se utiliza para pintar piezas metálicas antes de su marcado manual.

En la construcción, se utiliza una solución acuosa de sulfato de cobre para neutralizar los efectos de filtraciones, eliminar manchas de óxido, y también para remover secreciones salinas (“eflorescencias”) de superficies de ladrillo, concreto y yeso, así como agente antiséptico y fungicida para prevenir la descomposición de la madera .

En agricultura, el sulfato de cobre se usa como antiséptico, fungicida y fertilizante de cobre y azufre. Para desinfectar las heridas de los árboles, se usa una solución al 1% (100 g por 10 l), que se frota en las áreas dañadas previamente limpiadas. Contra el tizón tardío de tomates y papas, las plantaciones se rocían con una solución al 0,2% (20 g por 10 l) a los primeros signos de la enfermedad, así como para la prevención en caso de amenaza de aparición de la enfermedad (por ejemplo, en tiempo mojado y húmedo). El suelo se vierte con una solución de sulfato de cobre para desinfectar y compensar la falta de azufre y cobre (5 g por 10 l). Sin embargo, el sulfato de cobre se usa con mayor frecuencia como parte del líquido de Burdeos , el sulfato de cobre principal CuSO 4 3Cu (OH) 2 contra las enfermedades fúngicas y la filoxera de la uva . El sulfato de cobre (II) está comercialmente disponible para este propósito.

El tratamiento químico con sulfato de cobre también se utiliza para combatir la proliferación de algas en los embalses [10] .

También se utiliza para la fabricación de pinturas minerales , en medicina, como uno de los componentes de baños electrolíticos para cobreado, etc., y como parte de soluciones de hilado en la producción de fibra de acetato .

Registrado en la industria alimentaria como aditivo alimentario E519 . Se utiliza como fijador y conservante del color.

En la vida cotidiana, se utilizan para eliminar manchas de óxido en el techo después de una inundación.

En los puntos de compra de chatarra de metales no ferrosos, se utiliza una solución de sulfato de cobre para detectar zinc , manganeso y magnesio en aleaciones de aluminio y acero inoxidable . Cuando se detectan estos metales, aparecen manchas rojas.

Seguridad

La sustancia es de baja toxicidad. MPC 500 mg/l [11] [12] . La dosis letal de sulfato de cobre varía de 45 a 125 gramos para un adulto por vía oral (cuando se ingiere), según el peso, el estado de salud, la inmunidad al exceso de cobre y otros factores. Los signos de intoxicación se hacen evidentes con una sola ingesta de más de 0,5 g del compuesto que contiene (la llamada dosis tóxica ). LD 50 para ratas 300 mg/kg [2] . El cuadro de envenenamiento por inhalación de aerosoles de sulfato de cobre es más complejo.

Normas de manipulación de sustancias

El contacto con la piel de una sustancia seca se considera seguro, pero debe lavarse. Del mismo modo, al entrar en soluciones y sólidos humedecidos. En caso de contacto con los ojos, enjuagar abundantemente con agua corriente (chorro débil). Si una solución sólida o concentrada ingresa al tracto gastrointestinal , es necesario lavar el estómago de la víctima con una solución de permanganato de potasio al 0,1% , administrar a la víctima un laxante salino: sulfato de magnesio 1-2 cucharadas, inducir el vómito, administrar un diurético . Además, la ingestión de una sustancia anhidra en la boca y el estómago puede causar quemaduras térmicas .

Las soluciones débiles de sulfato de cobre, cuando se toman por vía oral, actúan como un emético fuerte y, a veces, se usan para inducir el vómito.

Al trabajar con polvos y polvos de sulfato de cobre, se debe tener cuidado de no espolvorearlos, es necesario usar una máscara o respirador y lavarse la cara después del trabajo. La dosis tóxica aguda por inhalación de un aerosol es de 11 mg/kg [13] . Si el sulfato de cobre ingresa al tracto respiratorio en forma de aerosol, lleve a la víctima al aire libre, enjuague la boca con agua y enjuague las alas de la nariz.

Conservar la sustancia en un lugar fresco y seco, en un recipiente rígido de plástico o vidrio bien cerrado, lejos de medicamentos, alimentos y piensos, fuera del alcance de niños y animales.

Normas higiénicas

MPC en el área de trabajo: 1 mg / l (1 g / m³) (para iones de cobre bivalentes).

Notas

↑ Vitriolo de cobre . crystallov.net. Consultado el 26 de abril de 2017. Archivado desde el original el 9 de mayo de 2017. (indefinido)
↑ 1 2 Yershov Yu. A. , Pletneva T. V. Mecanismos de la acción tóxica de compuestos inorgánicos. - M. : Medicina, 1989. - S. 142.
↑ Sulfato cúprico Archivado el 12 de agosto de 2014 en Wayback Machine . Institutos Nacionales de Salud de EE. UU.
↑ Sulfato de cobre // Enciclopedia química / Cap. edición I. L. Knunyants , N. S. Zefirov . - M .: Enciclopedia soviética , 1990. - T. 3. - ISBN 5-85270-008-8 .
↑ 1 2 3 Karyakin Yu. V. Reactivos químicos puros. Directrices para la preparación en laboratorio de preparaciones inorgánicas. - 2ª ed. - M. - L. : GHI, 1947. - S. 343. - 577 p.
↑ Polyansky N. A., Kozhevnik S. N. Purificación de compuestos de cobre a partir de impurezas. Elaboración de sulfato de cobre de alta pureza // Recopilación de trabajos de laboratorio. - Norilsk, 1998.
↑ Wasserman I.M. Producción de sales minerales . - Edición 2ª ed., revisada. y adicional .. - Leningrado: Goshimizdat. Leningrado. departamento, 1962. - 439 p.: il. Con. (Ruso) Archivado el 26 de julio de 2020 en Wayback Machine .
↑ Manual del químico . - 2ª ed., revisada. y adicional - L.-M.: Química, 1963. - V. 2. - S. 124-125, 265. - 1168 p. — 20.000 copias. Archivado el 16 de octubre de 2012 en Wayback Machine .
↑ Obtención de bases insolubles . Colección unificada de DER. Consultado el 26 de abril de 2017. Archivado desde el original el 26 de abril de 2017. (indefinido)
↑ Abastecimiento de agua agrícola y riego. — Colos. - M. , 1984.
↑ name= https://docs.cntd.ru_GOST (enlace inaccesible) 19347-2014 Vitriolo de cobre. Especificaciones (edición modificada)
↑ name= https://www.safework.ru Archivado el 8 de marzo de 2022 en Wayback Machine .
↑ Sulfato de cobre . Programa de Educación para el Manejo de Pesticidas (PMEP) . Universidad de Cornell (diciembre de 1993). Consultado el 26 de abril de 2017. Archivado desde el original el 5 de julio de 2019.

vitriolo
vanadio (VSO 4 7H 2 ) hierro (FeSO 4 7H 2 O) cobalto (CoSO 4 7H 2 O) cobre (CuSO 4 · 5H 2 O) níquel (NiSO 4 7H 2 O) plomo (PbSO 4 ) cromo (CrSO 4 7H 2 O) zinc (ZnSO 4 7H 2 O) manganeso (MnSO 4 · 5H 2 O)