I. TITULO:

“COBREADO A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN DESULFATO DE COBRE”

II. OBJETIVOS

Extraer el cobre de soluciones sulfatadas utilizando la deposición electrolítica.

Identificar las reacciones que intervienen en el proceso.

Determinar la densidad de corriente y el consumo práctico de energía eléctrica.

Visualizar las reacciones electrolíticas y relacionar los productos obtenidos con las leyes de la electroquímica.

III. FUNDAMENTO TEORICO:

ELECTRODEPOSICION DE Cu:

La electrodeposición de cobre, se refiere a la obtención de cátodos de cobre de alta pureza, los cuales se producen sumergiendo dos electrodos en una solución electrolítica de sulfato de cobre. En la electrodeposición el ánodo es insoluble de manera que el electrolito no llegará a ser contaminado durante la operación y de ese mismo modo el ánodo no requerirá ser reemplazado frecuentemente. Al pasar la corriente eléctrica provoca ¡a deposición de cobre en el cátodo, mientras en el ánodo se descompone el agua dando lugar a burbujas de oxígeno 02e iones H + que a su vez originan el H2S04.

Se trata de fabricar una celda electrolítica con una fuente externa de alimentación eléctrica y de observar en ella la electrodeposición de una capa de cobre sobre un objeto de acero inoxidable, que actúa como cátodo de la celda. Las reacciones de corrosión son de naturaleza electroquímica, ya que implican transferencia de electrones entre el metal que sufre el ataque (que actúa como dador electrónico o ánodo) y una segunda sustancia que recibe tales electrones, y que por tanto se reduce, actuando como oxidante en la reacción redox. Muchas partes metálicas se protegen de la corrosión por electrodeposición, para producir una fina capa protectora de metal. En este proceso, la parte que va a ser recubierta constituye el cátodo de una celda electrolítica. El electrolito es una sal que contiene cationes del metal de recubrimiento. Se aplica una corriente continua por

medio de una fuente de alimentación, tanto a la parte que va a ser recubierta como al otro electrodo. Un ejemplo de deposición en varias capas es la del cromado de los automóviles. En el cromado la electrodeposición consta de una capa inferior de cobre, una intermedia de níquel y una capa superior de cromo. En una celda electrolítica se produce una reacción redox no espontánea suministrando energía eléctrica al sistema por medio de una batería o una fuente de alimentación. La batería actúa como una bomba de electrones, arrancándolos del ánodo y empujándolo sal interior del cátodo. Dentro de la celda, para que se mantenga la electroneutralidad, debe ocurrir un proceso que consuma electrones en el cátodo y que los genere en el ánodo. Este proceso es una reacción redox. En el cátodo tendrá lugar la reducción de un ion al aceptar éste los electrones remitidos desde el ánodo. Los iones positivos (cationes) se dirigirán al polo negativo, llamado cátodo. En el ánodo se generan electrones debido a la oxidación de un metal u otra sustancia. Los electrones son enviados al otro electrodo por la batería. El ánodo pierde por tanto, su carga negativa y por esa razón es el polo positivo. La batería (una pila) al arrancar electrones del cobre anódico, ocasiona oxidación de este metal: Cu (s)→Cu2+(aq)+ 2e-

Los electrones llegarán al cátodo impulsados por la batería. Una vez allí, reducirán a los iones cúpricos presentes en el electrolito: Cu2+(aq)+ 2e-→Cu(s)De esta manera, en el cátodo se va formando un precipitado de cobre que se deposita como una fina capa de color rojizo en la superficie de la cucharilla. Existe además una relación simple entre la cantidad de electricidad que pasa a través de una celda electrolítica y la cantidad de sustancia depositada en él cátodo. Ambas cantidades son directamente proporcionales (ley de electrólisis de Faraday).En general, durante la electrodeposición se observa lo siguiente:

El oxígeno gaseoso se desprende en las cercanías del ánodo como:

RA: H2O = ½ O2 + 2H++ 2e-

El ión hidrógeno enriquece al electrolito en ácido.

El Cu° se deposita en las paredes del cátodo como:

RC: Cu2++ 2e-= Cu(s)

Los reactantes en el proceso se empobrecen.

En la celda se da la siguiente reacción: Cu2++ H2O = ½ O2 + Cu + 2H+

Los procesos de electrodeposición incluyen cambios de especies iónicas a especies atómicas, de modo que una energía definida y un voltaje de descomposición son requeridos, los requerimientos de voltaje teórico pueden ser calculados a partir del potencial estándar de la reacción total de celda y las actividades de los iones en soluciones decir:

(T = temperatura, °K; F = Constante de Faraday, 96500 culombios por peso equivalente gramo; R = constante de los gases, 8.31 Joules/g mol °K) de los cuales:

Además de este potencial de descomposición teórico, la producción de oxigeno gaseoso en el ánodo requiere un sobre voltaje significativo. De igual modo, se requiere un potencial extra debido a la caída de voltaje en el electrolito, polarización y conexiones en el ánodo y cátodo. El voltaje total de celda para electrodeposición está en el rango de 2 - 2.5 voltios, según la densidad de corriente y la temperatura del electrolito.

Aplicaciones de la Electrólisis:

1. Obtención de Cobre Puro:

En el electro refinado del cobre el cobre impuro se hace funcionar como ánodo. El cátodo es una fina hoja delgada de cobre puro y el electrolito es una disolución de sulfato de cobre (II) acidificada con ácido sulfúrico.

2. Electrodeposición:

Una pieza metálica se recubre de una fina capa de in metal. El objeto a recubrir actúa como cátodo. En el ánodo se ubica una placa del metal con el que se quiere recubrir la pieza. En la electrodeposición de plata, el ánodo es de plata y el electrolito es de nitrato de plata.

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

EQUIPOS

Agitador magnético.-

Un agitador magnético consiste de una pequeña barra magnética (llamada barra de agitación) la cual esta normalmente cubierta por una capa de plástico (usualmenteTeflon)y una placa debajo de la cual se tiene un magneto rotatorio o una serie de electromagnetos dispuestos en forma circular a fin de crear un campo magnético rotatorio. Es muy frecuente que tal placa tenga un arreglo de resistencias eléctricas con la finalidad de dotarle de calor necesario para calentar algunas soluciones químicas. Durante la operación de un agitador magnético típico, la barra magnética de agitación (también llamada pulga, frijol o bala magnética) es deslizada dentro de un contenedor ya sea un matraz o vaso de precipitados de vidrio borosilicato preferentemente- conteniendo algún líquido para agitarle. El contenedor es colocado encima de la placa en donde los campos magnéticos o la magneto rotatoria ejercen su influencia sobre el magneto recubierto y propician su rotación mecánica.

La perilla de la izquierda controla la velocidad de rotación del agitador, la derecha controla la temperatura de calentamiento de la parrilla.

Fuente de corriente contínua.

Balanza electrónica.

MATERIALES

Cátodo de aluminio.

es el electrodo en el cual entra la corriente positiva proveniente del electrolito.

Ánodo insoluble (Pb).

El ánodo es el electrodo en el cual, o a través del cual, la corriente positiva pasa hacia el electrolito. La reacción anódica es una oxidación y la reacción catódica una reducción.

Sulfato de cobre (CuSO4.5H2O).

Ácido sulfúrico concentrado.

Vasos pirex de 400 y 1000 ml.

Un vaso de precipitados es un simple contenedor de líquidos, usado muy comúnmente en el laboratorio. Son cilíndricos con un fondo plano; se les encuentra de varias capacidades, desde un mL hasta de varios litros. Normalmente son de vidrio (Pirex en su mayoría) o de plástico. Aquéllos cuyo objetivo es contener ácidos o químicos corrosivos, tienen componentes de Teflon u otros materiales resistentes a la corrosión. Suelen estar graduados, pero esta graduación es inexacta por la misma naturaleza del artefacto.

Pipeta.

La pipeta es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir alícuotas de líquido con bastante precisión. Suelen ser de vidrio. Está formado por un tubo transparente que termina en una de sus puntas de forma cónica, y tiene una graduación (una serie de marcas grabadas) indicando distintos volúmenes.

Bombilla

Accesorios para la instalación de la celda

♦Cocodrilos

Termómetro

Cronómetro

V. PROCEDIMIENTO:

1. Pesar el cátodo y anotar su peso2.Preparar una solución electrolítica, conteniendo 40g/lit. De

Cu2+. A partir deCuSO45H2O, grado reactivo; y 20 g/lit. de acido sulfúrico concentrado. Colocar250 ml de esta solución en un vaso pirex de 400 ml.3.

Colocar los electrodos en el electrolito, el ánodo y el cátodo deben estar en forma paralela, manteniendo una distancia entre ellos aproximadamente 3cm.Los ganchos de sujeción deben permanecer fuera del electrolito para evitar su disolución

4. Conectar el ánodo al polo (+) de la fuente y el cátodo al polo (-) y seleccionar 0.6amperios y tres voltios. Tratar de mantener la intensidad y el voltaje constante durante la prueba.5.

Después de una hora, retira los electrodos y sumergirlos en agua. Secar y pesar el cátodo cargado.

VII. RESULTADOS:

7.1. Hacer un esquema de circuito experimental.

7.2. ¿Cuáles son las reacciones anódica, catódica y total del proceso?.

Calcular el potencial “E” en voltios, para que se realice la reacción total de celda.

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se logró observar que en el cátodo se va formando un precipitado de cobre que se deposita como una fina capa de color rojizo en la superficie de la plancha de metal. Existe además una relación simple entre la cantidad de electricidad que pasa a través de la celda electrolítica y la cantidad de sustancia depositada en el cátodo. Ambas cantidades son directamente proporcionales (ley de electrólisis de Faraday).

La celda electroquímica está basada en la oxidación - reducción donde se produce un cambio en los iones de oxidación de las sustancias. Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el electrodo negativo al positivo.

En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación y la reducción se verifica en el electrodo positivo. Al sumar las reacciones de oxid. y red. Resulta la celda.

Al medir el voltaje total de la celda (2.54 V) el resultado fue muy cercano alrango establecido en la teoría (2–2.5 V) pero se obtuvo un error muy pequeño esto talvez fue debido a una mala medición o uso del multimetro, o no poner fijamente los electrodos en su lugar, aun así el error fue demasiado pequeño

La diferencia de potencial varía con la concentración, es decir mientras más diluida es la solución, el potencial decrecerá.

Cuando se prepara las soluciones se debe tener cuidado de hacerlo en recipientes bien limpios, pues el potencial varía con la concentración.

Recomendaciones:

Se podría recomendar modificar las variables para poder observar su interacción con el medio así determinaremos cual de Ella puede hacer más efectivo el proceso.

Asegurarse que el ensamblado de la celda sea el correcto para así tener y poder mantener el % de recuperación de cobre.

VIII. BIBLIOGRAFIA:

BALLESTER, A; VERDEJA, F Y SANCHO, J(2000).“Metalurgia Extractiva, Fundamentos”.Vol. 1. Ed. Síntesis, S.A. Madrid, España.

BISWAS A (1993).“Metalurgia Extractiva

–“EuCobre”. 1º Edición. Ed. Limusa.S.A. México.

ROSENQVIST, T (1987).“Fundamentos de Metalurgia Extractiva”. Ed. Limusa,S.A. México.

McDonald and S.H. Langer. "Cupric Chloride Leaching of Model SulfurCompounds for Simple Copper Ore. Concentrate". Met.Trans. B, 14B (1983),559-570.