El sulfato de cobre(II), también conocido como sulfato cúprico, es un sólido cristalino, un compuesto inorgánico con la fórmula química CuSO4(H2O)x, donde x puede variar de 0 a 5. El sulfato de cobre(II) pentahidrato (x = 5) es la forma más común, triclínico y de color azul brillante. La forma anhidra (x = 0) tiene una estructura rómbica y es de color blanco o gris-blanco pálido. Los nombres más antiguos para este compuesto incluyen vitriolo azul,Antoine-François de Fourcroy, tr. by Robert Heron (1796) "Elements of Chemistry, and Natural History: To which is Prefixed the Philosophy of Chemistry". J. Murray and others, Edinburgh. Page 348. arena azul, piedra azul, caparrosa azul, vitriolo romanoOxford University Press, "Roman vitriol ", Oxford Living Dictionaries. Accessed on 2016-11-13 o calcantita.
El sulfato de cobre pentahidratado pierde 4 H2O a 110 °C y la quinta molécula de agua a 150 °C. Es entonces cuando se forma el sulfato de cobre anhidro, que se descompone por encima de los 200 °C. En el pentahidrato, cada ion cobre (II) está rodeado por cuatro moléculas de agua en disposición plano cuadrada; las posiciones que faltan para completar un octaedro están ocupadas por átomos de oxígeno de los iones sulfato, y la quinta molécula de agua se une por enlace de hidrógeno.
El sulfato de cobre 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 unido a cuatro ligandos de agua. Los centros de Cu(II)(H2O)4 están interconectados por aniones sulfato para formar cadenas.
La forma pentahidratada se prepara por reacción de óxido o carbonato de cobre (III) con ácido sulfúrico diluido; la disolución se calienta hasta alcanzar la saturación y se deja enfriar, cristalizándose (generalmente se añaden unas gotas de ácido sulfúrico diluido para evitar la hidrólisis). A escala industrial se prepara pasando aire por una mezcla caliente de cobre y ácido sulfúrico diluido.
El sulfato de cobre tiene su principal uso en la agricultura (caldo bordelés) y la ganadería, sobre todo agricultura. Es precursor de otros compuestos de cobre y reactivos como el reactivo de Benedict. Se usa además en la realización de recubrimientos electrolíticos, en el tintado de tejidos y como protector de la madera. La forma anhidra se usa como detector de la humedad. Es un efectivo fungicida, plaguicida y bactericida. También tiene uso didáctico, sobre todo en experimentos de cristalización de este compuesto.
El sulfato de cobre es tóxico e irritante y muy peligroso para el medio ambiente.
Historia izquierda|miniaturadeimagen|203x203px|Calcantita Cabe recordar que los sulfatos se originaron en la Tierra primitiva por procesos de disolución de tizas en el agua subterránea por acción de ácidos como el sulfúrico. Es probable que el sulfato de cobre se originara de esta forma, creando minerales naturales como la calcantita.
Desde el punto de vista de la historia humana, el sulfato de cobre se viene usando desde mucho antes del siglo IV a.C. Los registros encontrados en las tumbas de los primeros egipcios sugieren que, al menos, esta antigua civilización empleó esta sal como mordiente en su proceso de teñido. Todavía se sigue usando en la actualidad como tal.
Otro uso igualmente temprano registrado de los compuestos de cobre fue para la fabricación de ungüentos y otras preparaciones médicas. Más tarde, la civilización griega de la era precristiana de Hipócrates (alrededor del 400 a.C.) emitió la prescripción de sulfato de cobre para las enfermedades pulmonares y, en el siglo XVIII d.C., había adquirido un amplio uso clínico en el mundo occidental, siendo empleado para el tratamiento de trastornos mentales y aflicciones de los pulmones.
Esta sal no ha demostrado tener efectos beneficiosos en la salud, e incluso es tóxico. Sin embargo, sigue siendo muy apreciado por algunos habitantes de África y Asia para curar llagas y enfermedades de la piel. En Occidente se lo utiliza ampliamente en alimentos para bebés y en tónicos y píldoras minerales y vitamínicas.
Este compuesto se ha utilizado desde 1838 para preservar la madera y hoy en día es la base de muchos conservantes de madera patentados. Ya a inicios del siglo XX se descubrió que afectaba de cierto modo al crecimiento de las algas, y se empezó a aplicarlo desde entonces para controlar las poblaciones de las mismas, o bien eliminarlas.
Historia agrícola El sulfato de cobre (y otros compuestos de cobre relacionados) ha tenido y tiene su empleo más extenso en la agricultura. El primer uso registrado fue en 1761, cuando se descubrió que los granos de semillas empapados en una solución débil de sulfato de cobre inhibían los hongos transmitidos por las semillas. En 1807 se descubrió que remojar las semillas de cereales en una solución de sulfato de cobre durante un tiempo limitado y luego secarlas con cal hidratada controlaba la “enfermedad del carbón volador” del trigo, en ese entonces endémico de donde se cultivaba precisamente este cereal. Así se convirtió en la práctica agrícola estándar para controlar dicho mal.
La harina molida de trigo afectado servía de alimento a los animales o bien se vendía a bajo precio a los fabricantes de pan de jengibre que habían encontrado una manera de enmascarar su mal sabor y color con jengibre y melaza. En unas pocas décadas, la práctica de tratar los granos de semillas con sulfato de cobre se había vuelto tan generalizada y eficaz que la aparición de más de unas pocas espigas en un campo de trigo se consideraba un signo de negligencia por parte del agricultor. Los compuestos de cobre han controlado tan bien el tizón que hoy en día esta enfermedad transmitida por semillas ya no tiene importancia económica. izquierda|miniaturadeimagen|227x227px|Enfermedad por tizón El mayor avance de las sales de cobre sin duda se produjo en la década de 1880 cuando el científico francés Millardet, mientras buscaba una cura para la enfermedad del mildiú velloso de las vides en el distrito de Burdeos de Francia, se dio cuenta de que las vides que bordeaban las carreteras y que habían sido embadurnadas con una pasta de sulfato de cobre y cal en agua para que las uvas no fueran atractivas para los transeúntes, parecían más libres de mildiú velloso. Esta observación casual llevó a experimentos con mezclas de sulfato de cobre, cal y agua, y en 1885 Millardet anunció al mundo que había encontrado una cura para el temido mildiú. Esta mezcla se conoció como caldo bordelés y vio el comienzo de la fumigación de cultivos protectores.
Un año o dos después del descubrimiento del caldo bordelés, apareció en escena la mezcla borgoñesa, que también toma su nombre del distrito de Francia en el que se utilizó por primera vez. La mezcla borgoñesa se prepara a partir de sulfato de cobre y carbonato de sodio (cristales de sosa) y es análoga al caldo bordelés.
Los ensayos con estas soluciones contra diversas enfermedades fúngicas de las plantas pronto demostraron que muchas enfermedades de las plantas podrían prevenirse con pequeñas cantidades de sulfato de cobre aplicadas en el momento adecuado y de la manera correcta. Desde entonces, los fungicidas de sulfato de cobre han sido indispensables y muchos miles de toneladas se utilizan anualmente en todo el mundo para prevenir enfermedades de las plantas.
Preparación miniatura|izquierda|Muestra pulverizada de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4 · 5H2O)|213x213pxPuesto que está disponible comercialmente, el sulfato de cobre se compra, no se prepara generalmente en el laboratorio para agregar aldehídos y cetonas como carburantes. Esto se logra de forma industrial por la acción del ácido sulfúrico en una variedad de compuestos de cobre(II), tales como Óxido de cobre(II) y de carbonato del cobre.
La más común de sus producciones, es la precipitación de sulfato pentahidratado por sobre saturación con ácido sulfúrico, a partir de soluciones concentradas de cobre provenientes de lixiviación de minerales oxidados de cobre, también en medio sulfato, obedeciendo las siguientes reacciones químicas.
Precipitación:
Cu2+(aq) + SO4^2- (aq) -> CuSO4(s)
Hidratación:
CuSO4(s) + H2O -> CuSO4.5H2O(s)
Estas reacciones ocurren durante el proceso en el orden que se señala.
Reacción de obtención de Okers Otra reacción química para obtener esta sustancia es la siguiente, desarrollada por Okers:
2Cu + 2H2SO4 + O2 -> 2CuSO4 + 2H2O
Los mejores resultados obtenidos con esta reacción se lograron a 25° y empleando un exceso de aire. El ácido sulfúrico debe estar a una concentración del 25%. Luego, el oxígeno se reemplazó con aire, dando una productividad de sulfato de cobre por encima del 28%. Por encima de los 30° ocurre la cristalización, con exceso de aire y por debajo de las condiciones óptimas.
Características thumb|170x170px|left|Grandes cristales de Sulfato de cobre(II) pentahidratado|alt=Cristales de sulfato de cobre
Preparación del sulfato de cobre comercial El sulfato de cobre comercial suele tener un 98% de sulfato de cobre puro y puede contener trazas de agua. El sulfato de cobre anhidro es 39,81% de cobre y 60,19% de sulfato en masa, y en su forma azul, hidratada, es 25,47% de cobre, 38,47% de sulfato (12,82% de azufre) y 36,06% de agua en masa. Según su uso, se proporcionan cuatro tipos de tamaño de cristal: cristales grandes (10–40 mm), cristales pequeños (2–10 mm), cristales de nieve (menos de 2 mm) y polvo azotado 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, seguidas de dos más a 109 °C y la última molécula de agua a 200 °C. La deshidratación procede por descomposición del resto tetraaguacobre (2+), se pierden dos grupos agua opuestos para dar un resto diaguacobre (2+). El segundo paso de deshidratación ocurre cuando se pierden los dos últimos grupos acuáticos. La deshidratación completa ocurre cuando se pierde la última molécula de agua no unida. A 650 °C, el sulfato de cobre(II) se descompone en óxido de cobre(II) (CuO) y trióxido de azufre (SO3).
El sulfato de cobre reacciona con ácido clorhídrico concentrado para dar tetraclorocuprato(II):
Cu2+ + 4Cl- -> CuCl4^2-
Cristalografía La mayoría de los compuestos de cobre (II) son bastante lábiles cinéticamente hablando, y son de color azul o verde. Son particularmente conocidos el complejo color azul marino que forma el cobre con el amoníaco y el clorocomplejo de color verde oscuro. Los ligandos o se encuentran coordinados con el ion Cu2+ en forma cuadrada plana o forman un octaedro deformado, en el que dos ligandos situados a uno y otro lado del ion central se encuentran más alejados que los otros cuatro, situados en un plano (efecto Jahn-Teller).
También en la estructura del sulfato de cobre pentahidratado cada ion Cu2+ se encuentra rodeado por un octaedro deformado de átomos de oxígeno. Cuatro de ellos se encuentran en un plano y pertenecen a las moléculas de agua, mientras que las dos posiciones axiales quedan ocupadas por átomos de oxígeno de los grupos sulfato. Además, una quinta molécula de agua forma un puente entre los iones SO42- y otras moléculas de agua. Al calentar el hidrato se produce la pérdida de agua en tres fases:
CuSO4.5H2O -> CuSO4.3H2O -> CuSO4.H2O -> CuSO4
Solubilidad La siguiente tabla de datos fue elaborada con los datos de esta cita: +Temperatura (°C)CuSO4 5H2O/100g H2O 014,31017,42020,73025,04028,55033,36040,08055,010075,4
Usos izquierda|miniaturadeimagen|167x167px|Botrytis cinerea