Proyecto Obtencion Del Sulfato De Cobre.docx

Asignatura: CIENCIA – TECNOLOGIA Y AMBIENTE

PROYECTO: OBTENCIÓN DE SULFATO DE COBRE A PARTIR DE CHATARRA DE COBRE

AUTORA: LUZ ANDINA SEGOVIA MAMANI GRADO DE ESTUDIOS: TERCERO DE SECUNDARIA TELEFONO: 987246055 ASESORES: MILNER SEGOVIA SEGOVIA. ALEJANDRINA MAMANI PUMA Cusco- Perú 2018

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PRESENTACION

El presente proyecto de investigación experimental es sobre cómo obtener el compuesto químico de sulfato de cobre en la región Cusco a partir de desechos de cobre mediante disolución con ácidos siendo la tecnología utilizada simple a excepción de los ácidos que significan un costo relativo respecto a la producción de la sal de cobre. Esta sustancia química sirve para diferentes usos tanto en la minería, la agricultura, y la industria en general los mismos que influirán en el desarrollo de nuestra región en beneficio de la población por que el sulfato de cobre que se obtendrá es de buena calidad por ser de alta pureza pues se utiliza cobre metálico que no contiene impurezas como se indica su uso de este compuesto químico es amplio por ejemplo como insecticida para la agricultura o en tratamiento de maderas o como reactivo químico en la flotación de minerales.

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INDICE - Carátula …………………………………………………………pag.1 - Presentación ………………………………………………….pag.2 - Índice ……………………………………………………………..pag.3 - Resumen…………………………………………………………pag.4 - Planteamiento del Problema……………………………pag.5 - Objetivos de la Investigación……………………………pag.5 - Hipótesis …………………………………………………………pag.5 - Variables …………………………………………………………pag.6 - Antecedentes…………………………………………………..pag.6 - Limitaciones …………………………………………………….pag.6 - Justificación ……………………………………………………..pag.6 - Marco Teórico…………………………………………………..pag.7 - Método, Materiales y Procedimiento………………pag.12 - Análisis de resultados y discusión……………………pag.14 - Conclusiones……………………………………………………pag.14 - Bibliografía……………………………………………………..pag.14

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RESUMEN Se obtuvo sulfato de cobre pentahidratado por medio de reacciones químicas entre el metal y los ácidos como ácido nítrico, ácido sulfúrico para obtener esta sal se partió de una porción de cobre metálico puro en forma de chatarra donde el cobre puro paso por diversas reacciones transformándose de un metal puro, a una solución insoluble, para terminar en un cristal azul con forma triclínica, todas las reacciones que se produjeron fueron llevados a diversos procesos de decantación, filtración, filtrado al vacío, secado y finalmente a la cristalización e incluso también se llevó a cabo la recristalización que ayudo a una mejor formación de cristales con forma triclínica, los cristales se observaron a detalle gracias a un estereoscopio que ayudo a que se tuviera una perspectiva a detalle de la forma color y tamaño de los cristales de sulfato de cobre pentahidratado.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La producción de sulfato de cobre pentahidratado en nuestro país, ha sufrido un cambio drástico tras la baja de precios de los minerales, los procesos mantienen sus costos y el precio del mercado no cubre tales costos, por lo cual se puede llegar a tomar la decisión de producir esta sustancia química para usos diversos en un futuro inmediato como aporte al desarrollo del Cusco. Ante esta situación se plantea desarrollar un proyecto que busque la manera de optimizar el proceso de producción con la ayuda de un reactor adecuado para el proceso y así disminuir los costos y sea rentable su producción a gran escala y de esta manera contribuir a la industria en nuestra región y en general a la industria peruana. Para este fin se plantea la siguiente pregunta: ¿Sera posible obtener a partir de chatarra de cobre el sulfato de cobre? OBJETIVOS Objetivo General Obtener el sulfato de cobre de alta pureza a partir de la chatarra de cobre metálico. Objetivos Específicos  Reducir costos de producción del sulfato de cobre pentahidratado a través del proceso adecuado para las condiciones de presión y temperatura de Cusco.  Diseñar el diagrama de proceso para la producción de sulfato de cobre pentahidratado.  Evaluar que el producto final sea de calidad. HIPOTESIS Mediante una secuencia lógica del proceso y con las reacciones químicas que ocurre se obtendrá el sulfato de cobre pentahidratado.

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VARIABLES Variable Dependiente Porcentaje de pureza del sulfato de cobre pentahidratado Variable Independiente Concentración de los ácidos Tiempo de reacción Temperatura ANTECEDENTES En la región Cusco, no existen estudios sobre la obtención de sulfato de cobre a partir de chatarra de cobre, pero si hay estudios realizados en otros países más desarrollados que demuestran la forma de obtener este compuesto químico con calidad garantizada y fabricado a nivel industrial. LIMITACIONES El proceso puede estar limitado por la: - Producción de una cantidad limitada de sulfato cobre pentahidratado. - Producción solo para abastecer el mercado local y regional. JUSTIFICACIÓN El proyecto se justifica mediante los siguientes aspectos: SOCIO-ECONÓMICOS Desde el aspecto socio-económico, el proyecto se justifica mediante: La materia prima que se utiliza es chatarra de cobre, el cual tiene un menor costo. - Existen varios proveedores de chatarra de cobre en Perú que facilitan el proveer de materia prima al proceso de producción.

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MEDIO AMBIENTALES Desde el punto de vista medio ambiental, el proyecto se justifica mediante: - El Reciclado de la chatarra de cobre es importante para disminuir la contaminación del ambiente, es por ello que el presente proyecto se justifica al utilizar este material reutilizable como parte del proceso. MARCO TEÓRICO SULFATO DE COBRE PENTAHIDRATADO El sulfato de cobre pentahidratado o sulfato cúprico pentahidratado es el producto de la reacción química entre el sulfato de cobre anhidro y agua. Éste se caracteriza por su color calipso y sus rápidos cambios de temperatura al agregarle más agua. Su fórmula química: CuSO4·5H2O. En estado natural se presenta como un mineral llamado calcantita. CHATARRA DE COBRE Es el desecho de cobre o extraídos de los cables o conductores eléctricos que ya no sirven para el cableado, los cuales son metales de alta pureza y existen en abundancia en toda la región. La chatarra de cobre en la ciudad de Cusco se puede conseguir mediante la compra de un proveedor, el cual ofrece la tonelada de chatarra de cobre a 2900 USD, garantizando hasta 25000 toneladas al mes, el cual parece ser la mejor opción para la compra de la materia de prima. USOS DEL SULFATO DE COBRE PENTAHIDRATADO En el siguiente esquema podemos apreciar los usos del sulfato de cobre pentahidratado:

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ÁCIDO SULFÚRICO El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a 8

cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral. La molécula presenta una estructura piramidal, con el átomo de azufre en el centro y los cuatro átomos de oxígeno en los vértices. Los dos átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de oxígeno no unidos por enlace doble al azufre. Dependiendo de la disolución, estos hidrógenos se pueden disociar. En agua se comporta como un ácido fuerte en su primera disociación, dando el anión hidrogeno sulfato, y como un ácido débil en la segunda, dando el anión sulfato. Tiene un gran efecto deshidratante sobre las moléculas hidrocarbonadas como la sacarosa. Esto quiere decir que es capaz de captar sus moléculas en forma de agua, dejando libre los átomos de carbono con la consiguiente formación de carbono puro. El ácido sulfúrico en la ciudad de Oruro se puede encontrar en la Planta de ácido sulfúrico Eucaliptus, la cual sería nuestro proveedor. ACIDO NITRICO El ácido nítrico (HNO3), es un ácido mineral fuerte, altamente corrosivo y tóxico que normalmente es incoloro, pero tiende a adquirir un tono amarillo en la acumulación de óxidos de nitrógeno si se almacena por mucho tiempo. Es un líquido incoloro con un olor penetrante en forma pura, mientras que el ácido impuro se vuelve de color amarillo debido a la presencia de óxidos disueltos de nitrógeno como el NO2. La fórmula química del ácido nítrico es HNO3. Su fórmula molecular está escrita como NHO3 y su masa molar es de 63.01 g/mol. La estructura química del ácido nítrico se muestra a continuación: Usos del ácido nítrico en fertilizantes El ácido nítrico es un componente clave para la fabricación de fertilizantes, especialmente fertilizantes nitrogenados como el nitrato de amonio. La reacción del ácido nítrico con el amoníaco forma nitrato de amonio. El ácido nítrico también participa en la producción de otros fertilizantes nitrogenados como la urea. La mezcla de ácido nítrico con ácido sulfúrico forma una mezcla nitrificante que es uno de los mejores reactivos para las reacciones de nitración. Aquí el ácido sulfúrico actúa como agente deshidratante y eliminará el agua del ácido nítrico para continuar la reacción en dirección hacia adelante. 9

La presencia de ácido sulfúrico concentrado elimina el azeotrópico, que es una mezcla en ebullición constante al 68,5% de HNO3 y produce un vapor con 99% de HNO3 junto con algo de dióxido de nitrógeno y oxígeno. Usos del ácido nítrico en la industria El ácido nítrico es un componente clave para la fabricación de muchos otros productos químicos y fertilizantes. Muchos polímeros como las poliamidas y el poliuretano se fabrican a partir del ácido nítrico. El ácido nítrico también se utiliza en la ingeniería aeroespacial como propulsor de cohetes. Hay diferentes tipos de propulsores que se utilizan en los cohetes. Por ejemplo, un oxidante líquido se combina con combustible en cohetes de combustible líquido. Dado que el ácido nítrico es un agente oxidante fuerte, se ha utilizado como oxidante en cohetes de combustible líquido. El ácido nítrico blanco fumante se utiliza principalmente como propulsor de cohetes. Es un oxidante almacenable que consiste en ácido nítrico altamente concentrado (95%) con ácido nítrico fumante rojo que es nuevamente un oxidante almacenable con ácido nítrico (84% concentrado). También se utiliza como precursor para la fabricación de compuestos orgánicos que contienen nitrógeno como el nylon. Concentraciones del ácido nítrico El ácido nítrico común tiene una concentración del 68%. Cuando la solución contiene más del 86% de HNO3, se denomina ácido nítrico fumante. Dependiendo de la cantidad de dióxido de nitrógeno presente, el ácido nítrico fumante se caracteriza además como ácido nítrico fumante blanco o ácido nítrico fumante rojo, las concentraciones por encima del 95%. El ácido nítrico se utiliza comúnmente como un agente oxidante fuerte. El ácido nítrico anhidro puro (100%) es un líquido móvil incoloro con una densidad de 1.512 g/cm2 que se solidifica a -42° C y forma cristales blancos. Hierve a 83° C. Por consiguiente, el ácido nítrico anhidro debe almacenarse a menos de 0°C para evitar su descomposición.

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Producción El ácido nítrico se produce por la reacción del dióxido de nitrógeno (NO2) con el agua. Normalmente, el óxido nítrico producido por la reacción es re oxidado por el oxígeno del aire para producir dióxido de nitrógeno adicional. Cristales El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, aquel en donde las correlaciones internas son mayores y a mayor rango de distancias. Y esto se refleja en sus propiedades que son aniso trópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y conformas geométricas definidas. Precipitado Operación fundamental del análisis gravimétrico. Es la formación de un sólido en el seno de un líquido. Rendimiento teórico de una reacción Cantidad de producto que, según los cálculos, se forma cuando reacciona todo el reactivo limitante. Rendimiento real Cantidad de producto que se obtiene experimentalmente. Digestión La digestión es un proceso que acelera el añejamiento, poniendo a calentar la disolución la solubilidad aumenta. Añejamiento Cuando se deja el precipitado en sus aguas madre a temperatura ambiente por mucho tiempo. Se realiza para aumentar el tamaño de partícula, mejorar las características de filtración del precipitado, y disminuir la contaminación por oclusión. Lavado El lavado sirve para purificar el precipitado y quitar impurezas. Es el proceso mediante el cual se adiciona poco volumen de líquido de lavado repetidas veces La efectividad del lavado depende de la naturaleza del precipitado y de 11

las condiciones en que se forma. No elimina impurezas de oclusión Elimina impurezas de adsorción. Características del líquido de lavado: No debe reaccionar con impurezas ni con el precipitado. No debe de formar otro precipitado Filtración Permite separar el precipitado de sus líquidos madre. Es la técnica para separar un sólido de un líquido. Se elige el medio de filtrado de acuerdo con el tratamiento subsiguiente que debe aplicarse al ´precipitado. Se debe elegir el papel filtro de porosidad adecuada que permita que el papel filtro no se vaya. Mercado del sulfato de cobre pentahidratado La demanda del sulfato de cobre pentahidratado a nivel mundial se abastece principalmente de: - 80% productos obtenidos del procesamiento de chatarra de cobre. - 20% directamente a través del beneficio de minerales y/o productos del cobre En nuestro país el sulfato de cobre pentahidratado es importado desde los países de Bolivia y Chile principalmente, también existen otras empresas en Perú que lo fabrican, es por eso que nuestra localización es de suma importancia, ya que el sulfato de cobre pentahidratado es usado en plantas de flotación y minería en general, al estar localizados en Cusco y ser esta una región minera y también estar cerca de ciudades mineras, nuestro mercado apuntaría principalmente a este sector. METODOS, MATERIALES Y PROCEDIMIENTO MÉTODO. - La metodología utilizada es el método experimental MATERIALES. – - Vaso de precipitados de 250 ml - Probeta Graduada de 200 ml - Pipeta de 25 ml 12

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Cocina eléctrica Chatarra de cobre Termómetro Papel pH

REACTIVOS -

Agua destilada Ácido nítrico concentrado Ácido sulfúrico concentrado Carbonato acido de sodio

PROCEDIMIENTO 1.- Pesar 10 g de Cu y trasvasar a un vaso de precipitado.

2.- Adicionar 15 ml de una disolución 1:1 de HNO3 y esperar a que reaccione esto se realiza en la campana de extracción. 3.- Adicionar 2.64ml en disolución y con agitación de NaHCO3. 4.- Cuando termine de producir efervescencia, volver a adicionar la solución. 5.- Dejarlo añejar en el vaso de precipitado durante 24 horas. 6.- Filtre con ayuda de papel filtro y el embudo estriado. 7.- Lave con poco liquido de lavado y en repetidas ocasiones. 8.- Adicionar 4.4 ml de una disolución de H2SO4 1:4 esto se realiza en la campana de extracción. 9.- Digerir y evaporar 10.- Finalmente queda cristales de sulfato de cobre pentahidratado.

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ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSION:

El cristal se forma de manera lenta y ordenada debido a su estructura en la red cristalina. Se obtuvieron cristales de buen tamaño de acuerdo a la secuencia de reacciones. El Agua adherida se hidrata a una molécula, en este caso fue a la molécula de sulfato de cobre, este no se puede secar por que se deshidrata, entonces solo se le quita el exceso de agua por tanto en el sulfato de cobre la hidratación se da por la intensidad de color azul. Mientras más reacciones haya en un experimento menor será el rendimiento. El rendimiento fue menor porque de acuerdo a las reacciones que se siguió probablemente en el papel filtro se pudo haber quedado un poco del precipitado. En la primera reacción como sabemos el cobre reacciono completamente, en este caso si reacciono todo el cobre por el exceso de ácido nítrico entonces el cobre fue el reactivo limitante por formación de nitrato de cobre se evaporo un poco. Por otra parte, en la formación del carbonato de cobre, pudo no haberse formado todo el carbonato de cobre pues al filtrar en las aguas madres quedo azul y eso indica que todavía hay sulfato de cobre en la solución. CONCLUSIONES

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Filtrar la disolución para evitar las impurezas. Controlar la temperatura y la concentración de la solución. Se debe hacer gráficas para facilitar la visión del crecimiento del cristal. El trabajo me permitió conocer el proceso y familiarizarme con el laboratorio.  Se obtuvo cristales de sulfato de cobre de alta pureza de 95 %.  Es imposible determinar con una sola prueba en qué punto el rendimiento de la reacción pueda disminuir. BIBLIOGRAFIA

1. Heredia Avalos, Santiago. Experimentos de química recreativa con sulfato de cobre pentahidratado. Revista Eureka sobre Enseñanza y divulgación de las ciencias, Vol. 3, núm. 3, 2006, pp. 467-484, asociación de Profesores Amigos de la Ciencia, Cádiz, España.

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2. Raymond, Chang, ET AL, Química, Mc-GrawHill, 2012, México, D.F. 3. Brown, Theodore, ET AL, Química la ciencia central, Pearson, 2014, México, D.F.

LUZ ANDINA SEGOVIA MAMANI Tercero de Secundaria

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