Sintesi degli ossidi di rame Cu2O e CuO
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Questi 2 ossidi del rame sono entrambi dei semiconduttori,  l’ ossido rameoso  presenta una bassa conduttività elettrica , mentre quella dell’ ossido rameico è molto più elevata.
In particolare la resistività Del Cu2O va da 10K a 100M ohm.cm , quella del CuO varia da 0,01 a 1 ohm .cm.
Studi sul Cu2O e sue implicazioni nella costruzioni di economiche  celle fotovoltaiche, anche se con un rendimento piuttosto basso,  sono iniziati nel 1920 e proseguiti fino al 1950,  poi le attenzioni si sono rivolte al più efficiente silicio. Qui:   un interessante studio sull’uso dell’ossido rameoso  per applicazioni fotovoltaiche
Il CuO viene usato  come colorante per ceramiche, viene usato anche per fare la termite, miscela di CuO – Al (polvere) usata per la saldatura di elementi in rame.
Per la realizzazione di queste 2 sintesi ci sono vari procedimenti tutti recuperabili  in rete  e su You Tube.   Ho scelto 2 procedure che usano reagenti  di basso costo e facile reperibilità.

Sintesi dell’ossido rameoso

Reagenti ed attrezzatura:
NaOH,  CuSO4.5H2O, NaCl, Na2S2O5,  H20 deionizzata.
Agitatore magnetico con piastra riscaldante, beuta da 1l. imbuto buchner  con carta da filtro, pompa da vuoto o ad acqua.

Ho preparato  in un becher  una soluzione di 16 g di NaOH in 60 ml di H2O
In una  beuta da 1 l contenente 200 ml di H20 ho introdotto sotto agitazione 31,2 g di CuSO4 . 5H2O e portato il tutto a circa 80 - 90 ºC (F1a),  quando  il sale si è completamente dissolto ho introdotto sempre sotto agitazione 40 g di NaCl , il colore della soluzione vira da blu a verde (F1b) segno della formazione del complesso CuCl4 2- ,  ho quindi aggiunto lentamente a piccole porzioni 20 g di sodio metabisolfito, la soluzione diventa prima nera (F1c) , reagisce quindi  con una vivace effervescenza di SO2 ,  diventando gialla ed infine rosso marron (F1d),  ho poi aggiunto al liquido la soluzione di NaOH precedentemente preparata,  si verifica l’istantanea precipitazione di Cu2O di colore giallo arancione (F1e)  
   

ho lasciato raffreddare e decantare il prodotto ed eliminato per aspirazione il supernatante che è fortemente basico,  contiene Na2SO4 ed altri residui solubili della reazione,  aggiunti poi altri 500 ml  di H20 rimescolato il tutto e di nuovo a decantare e poi sotto aspirazione (F2a,b)
   


ho ripetuto questo sino a che il pH del supernatante  è sceso intorno a 9 - 10  ho poi proceduto alla filtrazione sotto vuoto con buchner  e filtro di carta,  seguita da abbondante lavaggio con H20 sino a pH neutro
Da notare che la polvere di Cu2O prodotta  è molto fine con particelle intorno ad 1 µm o meno  come si può vedere in (F3a) la parte più sottile riesce a passare attraverso il filtro di carta inserito sul buchner , Il filtro di carta con la polvere di Cu2O è stata messa ad asciugare prima in  aria F3b  e poi sotto vuoto, In tutto ho ricavato 8,1g di C2O.
   


Se lasciata in aria l’ossido rameoso tende ad ossidarsi  2Cu2O + O2  -->   4CuO   e quindi andrebbe protetto sotto  gas inerte .
In (F10a)  una vista al microscopio USB dell’ossido rameoso come estratto dalla campana a vuoto,  si presenta come aggregato di particelle molto minute,   In (F10b)  come si presenta lo stesso campione dopo 1 mese circa dalla preparazione, parte dell’ossido rameoso a contatto con l’aria  è stato ossidato ad ossido rameico.
   


Sintesi dell’ossido rameico

Reagenti ed attrezzatura:
NaHCO3, CuSO4.5H2O, H2O deionizzata.
2 recipienti in vetro da 1l  ed uno da 3l, un piatto ed una ciotola pirex,  piastra riscaldante, imbuto buchner  con carta da filtro,  pompa da vuoto o ad H20, muffola.

La preparazione di questo ossido passa per la preliminare preparazione di carbonato di rame, precursore utile anche per altre preparazioni, 2 semplici reazioni  per arrivare al carbonato di rame sono:
2CuSO4 + 2Na2CO3 +H20   -->  Cu2(OH)2CO3 + 2Na2SO4 + CO2
2CuSO4 + 4NaHCO3  --> Cu2(OH)2CO3 + 2Na2SO4 + 3CO2 + H2O
Come si vede dalle equazioni non è carbonato di rame quello che si ottiene  ma carbonato basico di rame che può essere poi facilmente trasformato in carbonato.
L a reazione più pratica è la prima che usando Na2CO3 genera molto meno schiuma, non avendo sotto mano il carbonato di sodio me lo sono preparato tramite  decomposizione termica del bicarbonato di sodio.
 2NaHCO3  --> Na2CO3 + CO2 + H2O   a temp di 130 ºC                                              
Messe  2 moli  di NaHCO3 (168g. )  in una ciotola pirex sopra piastra riscaldante a 130ºC, ogni tanto basta rimescolare il sale con bacchetta di vetro per rendere uniforme  la temperatura al suo interno (F4)
   


Non occorre un controllo preciso della temperatura, il bicarbonato inizia a decomporsi sopra i 50 ºC con temperature più alte si accelera solo il processo e si è sicuri di eliminare tutta l’H2O, d’altra parte non c’è  alcun rischio di decomporre il carbonato di sodio che inizia a  decomporsi solo  a 400 ºC. Il modo per capire quando  la reazione si è completata è semplice basta controllare il peso,  dall’equazione  si vede che otterrò 1 mole di sodio carbonato cioè 105,99  g ,  il resto evapora.   Dopo circa un’ora di cottura il peso del sale è di 107 g. vicino al limite teorico, quindi ho spento tutto e lasciato raffreddare.                                                                                               
Ho preparato un soluzione di 53g di Na2CO3 in 0,5 l di H2O, una di CuSO4.5H2O 124,8 g. in 0,5 l di H20 , versato i 0,5 l di sol carbonato dentro ad un recipiente da 3l (F5a) e poi aggiunto lentamente mescolando la soluzione di CuSO4, si ottiene la subitanea precipitazione del carbonato basico di rame accompagnata da un abbondante schiumeggiamento, (F5b), se avessi usato il bicarbonato i 3 l del contenitore non sarebbero bastati a contenerlo.
   


Ho lasciato tutto a riposo sino a che non cessa l’emissione di anidride carbonica, aggiunti poi 0,5 l di H20 e rimescolato  per favorire la dissoluzione del solfato di sodio in soluzione, lasciato decantare ed aspirato il supernatante (F6a) questa operazione l’ho ripetuta 3 volte ho filtrato quindi la sospensione con il solito buchner e lavato ulteriormente con H2O  (F6b) il carbonato basico di rame si presenta di un bel color turchese (F6c)
   

Ho prelevato dal filtro di carta con spatola  la polvere  bagnata e posta su un piatto in vetro per l’asciugatura dove l’ho lasciata per 2 giorni. Un’altra piccola porzione la parte più aderente al filtro l’ho messa ad asciugare sotto vuoto.
Dopo 2 giorni  di esposizione all’aria il colore del carbonato e passato dal turchese al verde, superficialmente è avvenuta la reazione con l’anidride carbonica:
Cu2(OH)2CO3  + CO2   -->    2CuCO3 + H2O
Per completare la reazione ed asciugare il prodotto ho posto il piatto su piastra riscaldante portato la temperatura a 80 - 100 ºC rimescolando tutto con bacchetta di vetro, in accordo con la reazione sopracitata si sviluppa una certa quantità d’acqua (F7a), una volta finita la reazione a prodotto asciutto (F7b)  abbiamo il carbonato rameico di color  verde.
   


Ora non resta che la preparazione dell’ossido rameico tramite  decomposizione del carbonato che avviene  a 290ºC secondo la reazione
CuCO3  --> CuO +CO2
Un primo tentativo di decomposizione  usando la solita piastra riscaldante  è  fallito in quanto la massima temperatura raggiungibile è di 280 - 290 ºC, la reazione procedeva ma troppo lentamente.
Ho usato allora una muffola auto costruita per altri impieghi,  su questa non ci sono problemi  è in grado di raggiungere i 1200 ºC.  il controllo della temperatura viene fatto tramite termometro elettronico con termocoppia K.                                                                                                         
In  una coppetta in quarzo ho messo 15,1 g di CuCO3, (F8a),  accesa la muffola è portata a 370 ºC (F8b,c), a questa temperatura non c’è nessun rischio di decomporre anche  l’ossido rameico  in quanto la sua temperatura di decomposizione è superiore a 1000 ºC,  bastano 15 min. per completare la reazione, ho ottenuto 9,5 g. di ossido rameico.
   

La parte di Cu2(OH)2CO3 precedentemente portata a secco sotto vuoto non essendo venuta a contatto con la CO2 atmosferica ha mantenuto intatto il suo colore turchese.                  
In (F9) un confronto fra i 3 prodotti: Cu2(OH)2CO3, CuCO3 e CuO
   


Il carbonato basico di rame  se non protetto in atmosfera inerte (argon , azoto) si trasforma lentamente in carbonato di rame.














                                                                                                                          
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ohilà, RhOBErThO, luigi_67, Roberto, fosgene, TrevizeGolanCz, quimico, ClaudioG., myttex, Igor, NaClO
Mi è sempre piaciuto il tuo modo di esporre i lavori, complimenti!
Vorrei chiederti 2 cose che però purtroppo non riguardo strettamente la chimica …
1) Che cosa sono i 2 cilindri laterali agganciati alla pompa da vuoto? Sono per sopprimere eventuali tracce d’olio? E la “croce” d’ottone?
2) Potresti scrivere brevemente come hai costruito la muffola? O caso mai fai un post a parte. Quali sono i suoi consumi?
8-)  Tanto vetro zero reagenti 8-)
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Claudio, NaClO
Complimenti anche da parte mia, ottimo lavoro, presentato bene, bravo.

Un consiglio: ho notato che quando filtri con il buchner sotto vuoto, metti la carta da filtro in modo che i bordi di questa si trovino sulle pareti del buchner. Questa metodologia è errata in quanto in questo modo con le pieghe che si formano la carta non aderisce bene al piatto del buchner e ciò comporta la possibilità che parte di soluzione trafili bypassando la carta con il risultato che ti ritrovi del prodotto anche nella beuta di raccolta.
In genere in questi casi si utilizza un disco di carta con un diametro di poco inferiore a quello del piatto dell'imbuto e si bagna la carta stessa con del solvente prima di iniziare a filtrare in modo da assicurarne l'aderenza e la tenuta per una filtrazione ottimale.
Un saluto
Luigi
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Claudio
(2016-11-03, 10:02)TrevizeGolanCz Ha scritto: Mi è sempre piaciuto il tuo modo di esporre i lavori, complimenti!
Vorrei chiederti 2 cose che però purtroppo non riguardo strettamente la chimica …
1) Che cosa sono i 2 cilindri laterali agganciati alla pompa da vuoto? Sono per sopprimere eventuali tracce d’olio? E la “croce” d’ottone?
2) Potresti scrivere brevemente come hai costruito la muffola? O caso mai fai un post a parte. Quali sono i suoi consumi?

I 2 cilindri in plastica in ingresso ed in uscita dalla pompa hanno 2 funzioni: impedire che parti solide e porzioni di liquido vengano aspirate dalla pompa e silenziare la pompa stessa.
La pompa faceva parte di una ultracentrifuga smantellata, è una pompa a membrana e va benissimo per i lavori di filtrazione, non ha olio e non soffre anche se aspira vapori varii.
La croce di ottone è una valvola che introduce una piccola dispersione: in caso di ostruzione del tubo di collegamento tra il vano della centrifuga e la pompa impediva che la membrana della pompa, da ferma, restasse sotto vuoto.

Per quanto riguarda la muffola ,   penso che ti posso fare un post  o su Elettronica od attrezzature, per la settimana prossima, il tempo di fare alcune foto.
Posso anticipare che è stata costruita usando mattonelle refrattarie e  come resistenza filo Kanthal A-1 da 0,6 mm,  la potenza assorbita nel caso della preparazione del CuO a 370 ºC e di 200W; per arrivare a 1200 ºC  richiede circa 600W

(2016-11-03, 12:35)luigi_67 Ha scritto: Un consiglio: ho notato che quando filtri con il buchner sotto vuoto, metti la carta da filtro in modo che i bordi di questa si trovino sulle pareti del buchner...

Giusta osservazione, non avevo il disco della dimensione esatta quindi ho dovuto ritagliarlo da un foglio grande di carta da filtro e poi la parte in eccesso l'ho ripiegata verso l'alto.
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TrevizeGolanCz, ClaudioG., NaClO
Sui due cilindri avevo già una mezza idea e si è rivelata giusta, mentre per la croce d'ottone ero proprio fuori strada :/ !!!!

Riguardo la muffola ti ringrazio, vorrei veramente costruirmene una!
Sul web si trova molto, però per come si presenta la tua mi sembra la migliore e a naso mi sembra anche abbastanza fattibile.
Sia ringraziato il cielo, 200 W, 600 W...non sono niente!! Ok, ok non potrò MAI utilizzarlo per fare una copia del Perseo di Benvenuto Cellini, però per un home lab sarebbe un sogno :-) e potrei anche lasciarla in laboratorio senza doverla stipare in garage date le non eccessive dimensioni <.<

Anche la mia carta da filtro è eccessivamente grande per il buchner che possiedo quindi dischetto in cartone, matita e forbici (dalla punta arrotondata come consigliava Muciaccia e Tonio Cartonio) e risolvi i tuoi problemi!
8-)  Tanto vetro zero reagenti 8-)
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Ottimo lavoro ed ottima esposizione della sintesi come sempre!Non complichiamoci la vita,il CuO lo puoi fare anche tramite digestione del rame in H2O2 15%...
Complimenti per la muffola,convinco i miei e la costruisco...
Saluti,
Riccardo
"L'importante è non smettere mai di farsi domande.La curiosità ha buoni motivi di esistere."
                                                                      -Albert Einstein-
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Claudio
Perché si è complicato la vita ?
Ho sempre usato il suo metodo per produrre CuO, ok al posto della muffola ho usato il bunsen, ma il procedimento è simile.

Come ottieni CuO dalla digestione del rame in H2O2?
8-)  Tanto vetro zero reagenti 8-)
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