Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Una de las formas más sencillas de obtener cobre metálico en el laboratorio es la reacción de reducción del óxido de cobre con carbón en polvo. Es un caso particular del método metalúrgico general de reducir metales, dado que el carbón es muy barato. Pero otro método perfectamente válido es reducir con hidrógeno, y en eso consiste este experimento.
El experimento
Primero se deseca una pequeña cantidad de óxido de cobre(II) colocada en un tubo de ensayo; para ello se calienta el óxido de cobre con un mechero de alcohol. Después se pesan 0,1 g del compuesto ya seco y se introducen en una pipeta Pasteur, aproximadamente en el centro de esta.
Se conecta un tubo a la pipeta Pasteur para introducir en ella hidrógeno. Se calienta con el mechero de alcohol la zona de la pipeta en la que se encuentra el óxido de cobre y seguidamente se hace pasar el hidrógeno durante unos tres minutos, manteniendo el mechero encendido. El óxido habrá adquirido una coloración cobriza que indica la formación de cobre elemental.
La fuente de hidrógeno puede ser una botella de esta gas o bien se puede generar H2 in situ haciendo reaccionar un metal como el hierro o el zinc con ácido clorhídrico en un matraz tapado con un tapón provisto de un tubo que se conectaría a la pipeta Pasteur.
Variantes
Este experimento también se puede llevar a cabo con otros óxidos metálicos. Por ejemplo, se puede obtener fácilmente plomo partiendo de óxido de plomo(II), y cobalto usando de óxido de cobalto(II).
Explicación
El método de reducir metales con carbón se ha empleado durante cientos de años para obtener cobre metálico y otros metales como el hierro. La ventaja de la obtención de cobre por este método respecto a la obtención del hierro es que en el primer caso se requiere una temperatura más baja. Esto explica por qué, siendo el hierro más abundante, el ser humano tardó más tiempo en conseguirlo que en aislar el cobre por metalurgia. Para el hierro se necesitó una mejor tecnología que permitiera alcanzar las temperaturas necesarias, mientras que el cobre es fácilmente reducible con un fuego bastante menos calorífico.
La reacción de obtención de cobre por este método es:
2 CuO + C ⟶ 2 Cu + CO2
Se trata de una reacción rédox en la que el Cu2+ gana electrones y el carbono los pierde oxidándose a CO2.
En un experimento de reducir el cobre con carbón es posible que no se aprecie bien el color cobrizo del metal debido a que puede estar ennegrecido por el carbón. No tendremos ese problema si utilizamos H2 como reductor. El inconveniente es que el uso de H2 es peligroso debido a que es un gas muy inflamable. Por ello este experimento se lleva a cabo a pequeña escala.
La reacción de reducción del óxido de cobre con una corriente de hidrógeno es esta:
CuO + H2 ⟶ Cu + H2O
Si no se dispone de una fuente de gas hidrógeno, este se puede generar haciendo reaccionar Zn o Fe con HCl. La reacción de este proceso es la típica “metal + ácido ⟶ sal del metal + H2”. Por ejemplo, para el caso del Zn es:
Zn + 2 HCl ⟶ ZnCl2 + H2
Seguridad
En este experimento se utiliza un quemador de alcohol; se debe tener precaución para evitar quemaduras o incendios. El gas hidrógeno es muy inflamable. Se deben usar gafas y guantes de protección.
El óxido de cobre(II) es tóxico e irritante. Es también pernicioso para el medio ambiente, especialmente para organismos acuáticos, por lo que se debe desechar siguiendo los protocolos establecidos.
Bibliografía
- D. Fleming. A visible reduction. Education in Chemistry (Royal Society of Chemistry), 2013. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/a-visible-reduction/2000038.article.
Imagen de cabecera: Royal Society of Chemistry en YouTube.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
