¿Cuál es el producto de una reacción de cobre y vinagre?

Question

Puse un alambre de cobre a través de un agujero en la tapa de una botella de agua, llené la botella de agua aproximadamente hasta la mitad con vinagre, y lo dejé durante la noche. La parte del cable dentro de la botella que no estaba en vinagre se volvió negra. Realmente negro. ¿Por qué es esto?

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ACTUALIZACIÓN: He limpiado lo negro en un papel y ahora se ve verde en el papel blanco. Parece que se ha oxidado durante la noche. ¿Por qué tan rápido?

Answer 1

Si se ve verde/azul en el papel, es probable que tenga acetato de cobre (II). Es probable que tenga la versión anhidra $\ce{Cu(OAc)2}$ que es más oscura que la hidroeléctrica $\ce{Cu(OAc)4(H2O)2}$

Imágenes de Wikipedia incluyen:

La velocidad de formación es una propiedad inherente a los reactivos y a los productos, pero también depende de la temperatura.

Answer 2

Creo que esta pregunta está relacionada con el principio de Le Chatelier: \begin {align} \ce {2Cu + O2 &\\=> 2CuO} \\ \ce {CuO + 2HOAc &-> Cu(OAc)2 + H2O} \end {align} Has mencionado que la mitad del hilo de cobre estaba bajo el ácido acético, por lo que no estaba en contacto con el oxígeno. Por lo tanto, la parte inferior no se oxidó. La parte superior del alambre estuvo en contacto con el oxígeno y reaccionó para formar $\ce{Cu(II)}$ óxido. Como había vapor de ácido acético en la atmósfera de la botella cerrada, el ácido reaccionó aún más con el $\ce{Cu(II)}$ óxido, creando $\ce{Cu(II)}$ acetato y agua. La eliminación de $\ce{CuO}$ por lo tanto, presionó la reacción de oxidación para avanzar, haciendo más $\ce{CuO}$ y luego $\ce{Cu(II)}$ acetato. Como resultado, la parte superior del cable de cobre se volvió azul oscuro/verde durante la noche debido al color de $\ce{Cu(OAc)2}$ .

Answer 3

En realidad, la reacción del vinagre sobre el metal de cobre es escasa o nula (de ahí que el hilo de cobre en la solución sea claro). Existe $\ce{Cu2O}$ será atacado lentamente, formando un acetato cuproso que en aire/oxígeno crea acetato cúprico soluble. Este último sirve como electrolito débil para un nuevo ataque electroquímico del metal de cobre con $\ce{O2}$ con un retraso en el periodo de inicio.

Pasando aire a la solución, o mucho más efectivo, añadiendo $\ce{H2O2}$ favorece la reacción electroquímica al igual que añadir una pequeña cantidad de un buen electrolito (como $\ce{NaCl}$ que también forma complejos con el cuproso insoluble formando un compuesto de cobre soluble). Existe una aplicación comercial de la electroquímica citada en Wikipedia $\ce{^{[1]}}$ que se produce de forma más general con muchos metales de transición distintos del cobre:

$$\ce{4Cu^+/Fe^{2+}/Co^{2+} (aq) + O2 + 2 H+ -> 4Cu^+/Fe^{3+}/Co^{3+} + 2OH-}$$

También:

$$\ce{Cu + Cu^{2+} <=> 2 Cu^+}$$ (donde se supone que el cuproso es soluble/complejo)

que recicla el cuproso para mantener activa la primera reacción. Es interesante, para los que tienen prisa, $\ce{Cu}$ /vinagre/3% $\ce{H2O2}$ y $\ce{NaCl}$ ¡como electrolito, puede ser una reacción vigorosa con un rápido arranque en el microondas! En relación con esto, $\ce{Cu/NH3(aq)/O2}$ (o 3%) $\ce{H2O2}$ )/ $\ce{NaCl}$ es lo suficientemente energético como para ser la base de la lixiviación comercial del mineral de cobre (emplea la $\ce{NH3}$ con aire y carbonato de amonio, donde $\ce{NH3}$ actúa como agente complejizador, véase $\ce{^{[2]}}$ $\ce{^{[3]}}$ (ambas fuentes señalan los aspectos electroquímicos de la reacción).

Ahora, ¿por qué el negro $\ce{CuO}$ (y acetato de cobre básico) en la parte del cable de cobre expuesta al aire, a los vapores ácidos, al vapor de agua y a las partículas de polvo? Porque según la reacción anterior, supongo que $\ce{CuO}$ y acetato de cobre básico serían los productos esperados en condiciones de poca agua en presencia de oxígeno/aire y H+. El polvo, especularía además, podría ser una fuente de un electrolito u otros metales como el hierro. Esto podría dar lugar a un supuesto par redox que favorezca también el reciclaje de los iones de cobre, según la reacción:

$$\ce{Fe^{2+} + Cu^{2+} <=> Fe^{3+} + Cu^+}$$

Ahora bien, cualquiera que haya calentado cobre metálico en una llama es consciente del hecho de que, incluso a altas temperaturas, $\ce{Cu/Cu2O}$ NO reacciona fácilmente con el oxígeno del aire para crear el negro $\ce{CuO}$ (y el uso de una llama de metano es problemático ya que $\ce{CH4}$ puede reducir cualquier $\ce{CuO}$ volver a $\ce{Cu}$ (por lo tanto, un camino decididamente pobre hacia el óxido cúprico).

Es más probable que muchos conozcan la reacción electroquímica clave citada anteriormente en el caso del hierro metálico, un proceso descrito como la producción de RUST. Curiosamente, el Fe no es fácilmente atacado por los ácidos minerales fríos, pero sí con los ácidos oxidantes como $\ce{HNO3}$ e incluso débil $\ce{HOCl}$ (ácido hipocloroso). Añadir oxígeno e incluso débil $\ce{H2CO3}$ (ácido carbónico) en presencia de $\ce{NaCl}$ atacará electroquímicamente el metal de hierro (y, más lentamente, también el de cobre).

La derivación (original) de la reacción clave anterior, que aparentemente es una reacción neta, se basa en la citada química de los radicales (por H. Liang, Z. M. Chen, D. Huang, Y. Zhao y Z. Y. Li) $\ce{^{[4]}}$ .

Para los que confían menos en la teoría y desean resultados experimentales, véase mi camino demostrado de preparación de celdas electroquímicas para $\ce{CuO}$ (con fotos) en uno de mis hilos aquí $\ce{^{[5]}}$ .

Referencias

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide
2. https://www.researchgate.net/publication/259637387_Ammonia_Leaching_A_New_Approach_of_Copper_Industry_in_Hydrometallurgical_Processes
3. "Cinética y mecanismo de disolución del cobre en amoníaco acuoso", en https://www.academia.edu/292096/Kinetics_and_Mechanism_of_Copper_Dissolution_In_Aqueous_Ammonia
4. https://www.sciencemadness.org/whisper/viewthread.php?tid=154275#pid625574
5. https://www.sciencemadness.org/whisper/viewthread.php?tid=84047#pid521659

Answer 4

Acabo de leer de nuevo el artículo de la Wikipedia sobre el Verdigris, y está claro por el camino de preparación descrito por Nuygen más arriba, que el producto es clásico (excepto por el uso de un hilo de cobre en lugar de una placa de cobre, con una separación de altura variable del 5% de vinagre), y detallado con precisión por la Wikipedia en https://en.wikipedia.org/wiki/Verdigris . Para citar, en partes:

"Verdigris" es el nombre común de un pigmento verde obtenido mediante la aplicación de ácido acético a placas de cobre[2] o la pátina natural que se forma cuando el cobre, el latón o el bronce se desgastan y se exponen al aire o al agua de mar con el paso del tiempo. Suele ser un carbonato de cobre básico (Cu2CO3(OH)2), pero cerca del mar..... Si el ácido acético está presente en el momento de la meteorización, puede consistir en acetato de cobre(II). "

Y:

"El verdigrís es una mezcla química variable de compuestos, complejos y agua.... Todos los componentes se encuentran en un equilibrio de reacción electroquímica siempre cambiante y complejo que depende del entorno."

Todo ello confirma mi respuesta anterior y cuestiona la citada respuesta "correcta" de que el producto es simplemente acetato de cobre(ll) y no es muy probable, en mi opinión, como se afirmaba en la respuesta "correcta" de tres frases, que sea sólo acetato cúprico seco (anhidro).

En realidad, estoy de acuerdo con Nuygen en varias de las afirmaciones probablemente basadas directamente en sus observaciones (a saber, una mezcla compleja con una aparente presencia de CuO, un cambio de luz (acetato de cobre básico según Wiki) a una sal más coloreada, posiblemente acetato cúprico (como también menciona Wikipedia).

Aquí hay un vídeo con láminas de cobre colgadas verticalmente en https://www.youtube.com/watch?v=jq5MB1H_hVc . Observe el color del producto y compárelo con la descripción de Nuygen.

Como nota adicional, el vinagre no es ácido acético diluido puro. Dependiendo de los materiales de origen y la forma de procesamiento, puede haber impurezas.