Obtención de cobre por cementación

OBTENCIÓN DE COBRE POR CEMENTACIÓN

Fundamento teórico
La obtención de cobre metálico por este método se basa en la reducción de los
iones Cu2+ presentes en una disolución de una sal cúprica por hierro metálico. El
proceso es una reacción espontánea de óxido-reducción, en la cual se reduce el catión
Cu2+ tomando dos electrones, cedidos por el Fe, que a su vez se oxida a Fe2+.
Una reacciónes espontánea si la energía libre de la misma es negativa, en las
semirreacciones redox esta magnitud vale

G° = -nFE°; donde n es el número de

electrones intercambiados, F el valor del Faraday (96500 C/mol), y Eo el potencial
redox de la semirreación. En la denominada serie electroquímica se recoge el potencial
de un elevado número de semireacciones, ordenadas mediante los procesos dereducción (ver tabla).
Para ver si una determinada
reacción

de

óxido-reducción

tiene lugar, se investiga el valor
de

las

semirreacciones

reducción.

Estos

presentan

tabulados,

de

valores

se

desde

elementos muy reductores, los
que se presentan en la naturaleza
como cationes y tienen valores
negativos de Eo (Li) hasta los
elementos que se presentan comometales, con valores positivos de
Eo (Au). Los valores de la tabla
adjunta son potenciales normales,
es decir, a 25°C y pH=0 ([H+] =
1M).

Semirreacciones de reducción
Li+ + 1e - ---> Li
Zn2+ + 2e - ---> Zn

Eo=-3,045V
Eo=-0,763V

Fe2+ + 2e - ---> Fe

Eo=-0,440V
Eo=-0,040V

Fe3+ + 3e - ---> Fe
H+ + 1e - ---> 1/2 H 2
Cu 2+ + 1e - ---> Cu +
Cu 2+ + 2e - ---> Cu
Cu + + 1e ----> Cu
Fe3+ + 1e - ---> Fe 2+
Ag+ + 1e - ---> Ag
Au3+ + 3e - ---> Au

Eo=0,000V
Eo=+0,153V
Eo=+0,337V
Eo=+0,521V
Eo=+0,770V
Eo=+0,800V
Eo=+1,500V

Las semirreaciones implicadas en la reacción considerada, junto con sus potenciales
estándar y las energías libres asociadas, son:
a) Cu2+ + 2e  Cu
2+

b) Fe + 2e  Fe

E° 1 = +0,337 V

G° 1 = -0,674 F

E° 2 = -0,440 V

G° 2 =+0,880 F

La reacción total acoplada, obtenida restando la segunda semirreacción de la
primera, es:
a-b) Cu2+ + Fe  Cu + Fe2+ E° = +0,777 V ( * )

G° T = -1,554 F;

Es decir, es una reacción espontánea, que transcurre en las condiciones de laboratorio,
ya que

G° < 0, o lo que es lo mismo, E° > 0. En cualquier caso, este criterio de

espontaneidad no nos dice nada sobre la velocidadcon la que va a transcurrir el
proceso, que será condicionada por factores cinéticos y que, en este caso concreto, es un
proceso bastante lento, aunque puede ser catalizado realizando la reacción en medio
ácido y calentando.
La reacción propuesta es más favorable que las que se producirían si el Fe se oxidase a
Fe3+ o si el Cu2+ se redujera sólo hasta Cu+, por lo que la reacción propuesta esla que
verdaderamente ocurre al reaccionar estas especies.

Procedimiento
En un vaso de precipitados se disuelven 5,0 g de sulfato de cobre(II)
pentahidratado (vitriolo azul), en 50 cm3 de agua acidulada con 2 cm3 de ácido sulfúrico
concentrado. Se calienta moderadamente la disolución (≈70°C, no es imprescindible
utilizar un termómetro) y se añaden de cuatro a siete puntas de hierro (enrealidad, de
acero, una aleación hierro-carbono). Si se añaden los clavos antes de calentar la
deposición del cobre metálico se ralentiza considerablemente o incluso se bloquea. Esto
es debido a que la reacción es más lenta y se deposita una fina capa de cobre que cubre
todo el clavo (proceso de cobreado, semejante al plateado o dorado de un objeto, no
dejando hierro accesible para el posteriorataque). El cobre se deposita sobre los clavos
*

El procedimiento correcto para calcular el potencial de la reacción global es sumar algebraicamente las
energías libres implicadas y relacionar el resultado con el potencial de la reacción global: G° = G° 1 G° 2 ; -nFE° = -n 1 FE° 1 - (-n 2 FE° 2 ). En este caso, como n = n 1 = n 2 = 2 e- intercambiados: E° = E° 1 +

E° 2 .

de...