Sulfato de cobre (II)

sulfato de cobre(II), también conocido como sulfato de cobre, es un compuesto inorgánico con la fórmula química CuSO4. Forma hidratos CuSO₄·nH₂O, donde n puede variar de 1 a 7. El pentahidrato (n = 5), un cristal azul brillante, es el hidrato de sulfato de cobre (II) más comúnmente encontrado. Los nombres más antiguos del pentahidrato incluyen vitriolo azul, piedra azul, vitriolo de cobre y vitriolo romano. Se disuelve exotérmicamente en agua para dar el complejo acuoso [Cu(H₂O)₆]²⁺, que tiene geometría molecular octaédrica. La estructura del pentahidrato sólido revela una estructura polimérica en la que el cobre es nuevamente octaédrico pero está unido a cuatro ligandos de agua. El Cu(II)(H₂O)₄ están interconectados por aniones sulfato para formar cadenas. El sulfato de cobre anhidro es un polvo gris claro.

Preparación y ocurrencia

El sulfato de cobre se produce industrialmente tratando el cobre metálico con ácido sulfúrico concentrado caliente u óxidos de cobre con ácido sulfúrico diluido. Para uso en laboratorio, generalmente se compra sulfato de cobre. El sulfato de cobre también se puede producir lixiviando lentamente en el aire mineral de cobre de baja ley; Se pueden utilizar bacterias para acelerar el proceso.

El sulfato de cobre comercial suele tener aproximadamente un 98 % de sulfato de cobre puro y puede contener trazas de agua. El sulfato de cobre anhidro tiene 39,81% de cobre y 60,19% de sulfato en masa, y en su forma azul hidratada, tiene 25,47% de cobre, 38,47% de sulfato (12,82% de azufre) y 36,06% de agua en masa. Se proporcionan cuatro tipos de tamaños de cristales según su uso: cristales grandes (de 10 a 40 mm), cristales pequeños (de 2 a 10 mm), cristales de nieve (menos de 2 mm) y polvo barrido por el viento (menos de 0,15 mm).

Propiedades químicas

El sulfato de cobre (II) pentahidratado se descompone antes de fundirse. Pierde dos moléculas de agua al calentarse a 63 °C (145 °F), seguidas de dos más a 109 °C (228 °F) y la molécula de agua final a 200 °C (392 °F).

La química del sulfato de cobre acuoso es simplemente la del complejo acuoso de cobre, ya que el sulfato no está unido al cobre en tales soluciones. Por tanto, tales soluciones reaccionan con ácido clorhídrico concentrado para dar tetraclorocuprato (II):

Cu²⁺ + 4 Cl⁻ [CuCl]₄]^{2 - 2}

De manera similar, el tratamiento de tales soluciones con zinc da cobre metálico, como se describe en esta ecuación simplificada:

CuSO₄ + Zn → Cu + ZnSO₄

Otro ejemplo de estas reacciones de reemplazo de un solo metal ocurre cuando un trozo de hierro se sumerge en una solución de sulfato de cobre:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

En la educación secundaria y en química general, el sulfato de cobre se utiliza como electrolito para celdas galvánicas, generalmente como una solución catódica. Por ejemplo, en una celda de zinc/cobre, el ion cobre en una solución de sulfato de cobre absorbe electrones del zinc y forma cobre metálico.

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (cathode), E^°_célula = 0,34 V

El sulfato de cobre se incluye comúnmente en experimentos de química y experimentos de estudiantes universitarios. A menudo se utiliza para cultivar cristales en escuelas y en experimentos de revestimiento de cobre, a pesar de su toxicidad. El sulfato de cobre se utiliza a menudo para demostrar una reacción exotérmica, en la que se coloca lana de acero o cinta de magnesio en una solución acuosa de CuSO₄. Se utiliza para demostrar el principio de hidratación mineral. La forma pentahidrato, que es azul, se calienta, convirtiendo el sulfato de cobre en la forma anhidra que es blanca, mientras que el agua que estaba presente en la forma pentahidrato se evapora. Cuando luego se agrega agua al compuesto anhidro, vuelve a su forma pentahidrato, recuperando su color azul. El sulfato de cobre (II) pentahidratado se puede producir fácilmente mediante cristalización en una solución como sulfato de cobre (II), que es higroscópico.

Usos

Como fungicida y herbicida

Copper sulfate has been used for control of algae in lakes and related fresh waters subject to eutrophication. It "remains the most effective algicide treatment ".

Mezcla de Burdeos, una suspensión de sulfato de cobre(II) (CuSO₄) e hidróxido de calcio (Ca(OH)₂), se utiliza para controlar hongos en uvas, melones y otras bayas.. Se produce mezclando una solución acuosa de sulfato de cobre y una suspensión de cal apagada.

Una solución diluida de sulfato de cobre se usa para tratar infecciones parasitarias en peces de acuario y también para eliminar caracoles de acuarios y mejillones cebra de las tuberías de agua. Los iones de cobre son muy tóxicos para los peces. La mayoría de las especies de algas se pueden controlar con concentraciones muy bajas de sulfato de cobre.

Reactivo analítico

Varias pruebas químicas utilizan sulfato de cobre. Se utiliza en la solución de Fehling y en la solución de Benedict para analizar los azúcares reductores, que reducen el sulfato de cobre (II) azul soluble a óxido de cobre (I) rojo insoluble. El sulfato de cobre (II) también se utiliza en el reactivo de Biuret para detectar proteínas.

El sulfato de cobre se utiliza para analizar la sangre en busca de anemia. La sangre se deja caer en una solución de sulfato de cobre de gravedad específica conocida: la sangre con suficiente hemoglobina se hunde rápidamente debido a su densidad, mientras que la sangre que desciende lentamente o no desciende en absoluto tiene una cantidad insuficiente de hemoglobina. Sin embargo, los laboratorios modernos, clínicamente relevantes, utilizan analizadores de sangre automatizados para determinaciones cuantitativas precisas de hemoglobina, a diferencia de los métodos cualitativos más antiguos.

En una prueba de llama, los iones de cobre del sulfato de cobre emiten una luz verde intensa, un verde mucho más intenso que la prueba de llama de bario.

Síntesis orgánica

El sulfato de cobre se emplea en un nivel limitado en síntesis orgánica. La sal anhidra se utiliza como agente deshidratante para formar y manipular grupos acetal. La sal hidratada se puede mezclar íntimamente con permanganato de potasio para obtener un oxidante para la conversión de alcoholes primarios.

Producción de rayón

Reaction with ammonium hydroxide yields tetraamminecopper(II) sulfate or Schweizer 's reagent which was used to dissolve cellulose in the industrial production of Rayon.

Usos especializados

El sulfato de cobre (II) ha atraído muchas aplicaciones específicas a lo largo de los siglos. En la industria el sulfato de cobre tiene múltiples aplicaciones. En imprenta es un aditivo para pastas y pegamentos de encuadernación para proteger el papel de las picaduras de insectos; en la construcción se utiliza como aditivo para el hormigón para mejorar la resistencia al agua y evitar que crezca algo en él. El sulfato de cobre se puede utilizar como ingrediente colorante en obras de arte, especialmente en vasos y cerámica. El sulfato de cobre también se utiliza en la fabricación de fuegos artificiales como agente colorante azul, pero no es seguro mezclar sulfato de cobre con cloratos al mezclar polvos para fuegos artificiales.

Alguna vez se utilizó sulfato de cobre para matar las bromelias, que sirven como criaderos de mosquitos. El sulfato de cobre se utiliza como molusquicida para tratar la bilharzia en los países tropicales.

Arte

En 2008, el artista Roger Hiorns llenó un apartamento municipal impermeabilizado abandonado en Londres con 75.000 litros de una solución acuosa de sulfato de cobre (II). La solución se dejó cristalizar durante varias semanas antes de drenar el apartamento, dejando paredes, suelos y techos cubiertos de cristal. La obra se titula Seizure. Desde 2011 se exhibe en el Yorkshire Sculpture Park.

Grabado

El sulfato de cobre (II) se utiliza para grabar placas de zinc, aluminio o cobre para la impresión calcográfica. También se utiliza para grabar diseños en cobre para joyería, como Champlevé.

Teñido

El sulfato de cobre (II) se puede utilizar como mordiente en teñidos vegetales. A menudo resalta los tintes verdes de los tintes específicos.

Electrónica

A menudo se utiliza una solución acuosa de sulfato de cobre (II) como elemento resistivo en resistencias líquidas.

En la industria electrónica y microelectrónica se utiliza un baño de CuSO₄·5H₂O y ácido sulfúrico (H₂SO₄) se utiliza a menudo para la electrodeposición de cobre.

Otras formas de sulfato de cobre

El sulfato de cobre (II) anhidro se puede producir mediante la deshidratación del sulfato de cobre pentahidratado comúnmente disponible. En la naturaleza, se encuentra como un mineral muy raro conocido como calcocianita. El pentahidrato también se encuentra en la naturaleza como calcantita. Otros minerales raros de sulfato de cobre incluyen la bonattita (trihidrato), la Bootita (heptahidrato) y el compuesto monohidrato poitevinita. Se conocen muchos otros minerales de sulfato de cobre (II) más complejos, con sulfatos de cobre (II) básicos ambientalmente importantes como la langita y la posnjakita.

Efectos toxicológicos

Las sales de cobre (II) tienen una LD50 de 100 mg/kg. Es lo suficientemente inofensivo como para ser un componente rutinario de experimentos en escuelas secundarias y para usarse ampliamente en lagos donde se puede nadar para controlar las algas.

El sulfato de cobre (II) se utilizaba en el pasado como emético. Actualmente se considera demasiado tóxico para este uso. Todavía figura como antídoto en el Sistema de Clasificación Química Terapéutica Anatómica de la Organización Mundial de la Salud.