Cloruro de cobre (II)

Cloruro de cobre (II)

Anhidro
  Cobre , Cu
  Cloro , Cl

Anhidro

Dihidrato
Nombres
Nombre IUPAC
Cloruro de cobre (II)
Otros nombres
Cloruro cúprico
Identificadores
  • 7447-39-4 controlarY
  • 10125-13-0 (dihidrato) controlarY
Modelo 3D ( JSmol )
  • anhidro: Imagen interactiva
  • dihidrato: Imagen interactiva
8128168
EBICh
  • CHEBI:49553 controlarY
Química biológica
  • ChEMBL1200553 controlarY
Araña química
  • 148374 controlarY
Banco de medicamentos
  • DB09131
Tarjeta informativa de la ECHA100.028.373
Número CE
  • 231-210-2
9300
Identificador de centro de PubChem
  • 24014
Número RTECS
  • GL7000000
UNIVERSIDAD
  • P484053J2Y controlarY
  • S2QG84156O  (dihidrato) controlarY
Número de la ONU2802
  • DTXSID7040449
  • InChI=1S/2ClH.Cu/h2*1H;/q;;+2/p-2 controlarY
    Clave: ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L controlarY
  • InChI=1/2ClH.Cu/h2*1H;/q;;+2/p-2/rCl2Cu/c1-3-2
    Clave: ORTQZVOHEJQUHG-LRIOHBSEAE
  • InChI=1/2ClH.Cu/h2*1H;/q;;+2/p-2
    Clave: ORTQZVOHEJQUHG-NUQVWONBAE
  • anhidro: [Cu+2].[Cl-].[Cl-]
  • dihidrato: Cl[Cu-2](Cl)([OH2+])[OH2+]
Propiedades
CuCl2​
Masa molar134,45 g/mol (anhidro)
170,48 g/mol (dihidrato)
Aparienciasólido marrón oscuro (anhidro)
sólido azul claro (dihidrato)
Olorinodoro
Densidad3,386 g/cm 3 (anhidro)
2,51 g/cm 3 (dihidrato)
Punto de fusión630 °C (1166 °F; 903 K) (extrapolado)
100 °C (deshidratación de dihidrato)
Punto de ebullición993 °C (1819 °F; 1266 K) (anhidro, se descompone)
70,6 g/(100 ml) (0 °C)
75,7 g/(100 ml) (25 °C)
107,9 g/(100 ml) (100 °C)
Solubilidadmetanol:
68 g/(100 mL) (15 °C)


etanol:
53 g/(100 mL) (15 °C)
soluble en acetona

+1080·10 −6 cm3 / mol
Estructura [1] [2]
monoclínico (β = 121°) (anhidro)
ortorrómbico (dihidrato)
C2/m (anhidro)
Pbmn (dihidrato)
a  = 6,85 Å (anhidro)
7,41 Å (dihidrato), b  = 3,30 Å (anhidro)
8,09 Å (dihidrato), c  = 6,70 Å (anhidro)
3,75 Å (dihidrato)
Octaédrico
Peligros
Etiquetado SGA :
GHS05: CorrosivoGHS06: TóxicoGHS07: Signo de exclamaciónGHS09: Peligro ambiental
Peligro
H301 , H302 , H312 , H315 , H318 , H319 , H335 , H410 , H411
P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P280 , P301+P310 , P301+P312 , P302+P352 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P312 , P321 , P322 , P330 , P332+P313 , P337+P313 , P362 , P363 , P391 , P403+P233 , P405 , P501
NFPA 704 (rombo cortafuegos)
NFPA 704 diamante de cuatro coloresHealth 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no code
2
0
1
punto de inflamabilidadIninflamable
NIOSH (límites de exposición a la salud en EE. UU.):
PEL (Permisible)
TWA 1 mg/m3 ( como Cu) [3]
REL (recomendado)
TWA 1 mg/m3 ( como Cu) [3]
IDLH (Peligro inmediato)
TWA 100 mg/m3 ( como Cu) [3]
Ficha de datos de seguridad (FDS)Científico Fisher
Compuestos relacionados
Otros aniones
Fluoruro de cobre (II)
Bromuro de cobre (II)
Otros cationes
Cloruro de cobre (I) Cloruro
de plata Cloruro
de oro (III)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Compuesto químico

El cloruro de cobre (II) , también conocido como cloruro cúprico , es un compuesto inorgánico con la fórmula química CuCl2 . La forma anhidra monoclínica de color marrón amarillento absorbe lentamente la humedad para formar el dihidrato ortorrómbico de color azul verdoso CuCl2 ·2H2O , con dos moléculas de agua de hidratación . Se produce industrialmente para su uso como cocatalizador en el proceso Wacker .

Tanto la forma anhidra como la dihidrato se presentan de forma natural como los minerales raros tolbachita y eriocalcita , respectivamente.

Estructura

Estructura del cloruro de cobre (II) dihidrato
  Cobre , Cu
  Oxígeno , O
  Cloro , Cl
  Hidrógeno , H

El cloruro de cobre(II) anhidro adopta una estructura de yoduro de cadmio distorsionada . En esta estructura, los centros de cobre son octaédricos . La mayoría de los compuestos de cobre(II) presentan distorsiones con respecto a la geometría octaédrica idealizada debido al efecto Jahn-Teller , que en este caso describe la localización de un electrón d en un orbital molecular que es fuertemente antienlazante con respecto a un par de ligandos de cloruro. En CuCl 2 ·2H 2 O , el cobre nuevamente adopta una geometría octaédrica altamente distorsionada, en la que los centros de Cu(II) están rodeados por dos ligandos de agua y cuatro ligandos de cloruro, que forman puentes asimétricos con otros centros de Cu. [4] [5]

El cloruro de cobre (II) es paramagnético . De interés histórico, el CuCl 2 ·2H 2 O fue utilizado en las primeras mediciones de resonancia paramagnética electrónica por Yevgeny Zavoisky en 1944. [6] [7]

Propiedades y reacciones

Soluciones acuosas de cloruro de cobre (II). Verdosas cuando tienen un alto contenido de Cl − , más azules cuando tienen un bajo contenido de Cl − .

Las soluciones acuosas preparadas a partir de cloruro de cobre (II) contienen una variedad de complejos de cobre (II) que dependen de la concentración , la temperatura y la presencia de iones de cloruro adicionales . Estas especies incluyen el color azul de [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ y el color amarillo o rojo de los complejos de haluro de fórmula [CuCl 2+ x ] x − . [5]

Hidrólisis

Cuando las soluciones de cloruro de cobre (II) se tratan con una base , se produce una precipitación de hidróxido de cobre (II) : [8]

CuCl 2 + 2 NaOH → Cu(OH) 2 + 2 NaCl

La hidrólisis parcial produce trihidróxido de cloruro de dicobre , Cu 2 (OH) 3 Cl , un fungicida popular. [8] Cuando una solución acuosa de cloruro de cobre (II) se deja en el aire y no se estabiliza con una pequeña cantidad de ácido, es propensa a sufrir una ligera hidrólisis. [5]

Redox y descomposición

El cloruro de cobre (II) es un oxidante suave . Comienza a descomponerse en cloruro de cobre (I) y gas cloro alrededor de los 400 °C (752 °F) y se descompone por completo cerca de los 1000 °C (1830 °F): [8] [9] [10] [11]

2CuCl2 → 2CuCl + Cl2

El punto de fusión informado del cloruro de cobre (II) de 498 °C (928 °F) es una fusión de una mezcla de cloruro de cobre (I) y cloruro de cobre (II). El verdadero punto de fusión de 630 °C (1166 °F) se puede extrapolar utilizando los puntos de fusión de las mezclas de CuCl y CuCl 2 . [12] [13] El cloruro de cobre (II) reacciona con varios metales para producir cobre metálico o cloruro de cobre (I) (CuCl) con oxidación del otro metal. Para convertir el cloruro de cobre (II) en cloruro de cobre (I), puede ser conveniente reducir una solución acuosa con dióxido de azufre como reductor : [8]

2CuCl2 + SO2 + 2 H2O → 2 CuCl + 2 HCl + H2SO4

Complejos de coordinación

El CuCl 2 reacciona con HCl u otras fuentes de cloruro para formar iones complejos: el rojo [CuCl 3 ] − (que se encuentra en el triclorurocuprato de potasio (II) K[CuCl 3 ] ) ( en realidad es un dímero , [Cu 2 Cl 6 ] 2− , un par de tetraedros que comparten un borde), y el verde o amarillo [CuCl 4 ] 2− (que se encuentra en el tetraclorurocuprato de potasio (II) K 2 [CuCl 4 ] ). [5] [14] [15]

CuCl2 + Cl − ⇌[ CuCl3 ] −
CuCl2 +2Cl − ⇌ [ CuCl4 ] 2−

Algunos de estos complejos pueden cristalizarse a partir de soluciones acuosas y adoptan una amplia variedad de estructuras. [14]

El cloruro de cobre (II) también forma una variedad de complejos de coordinación con ligandos como amoníaco , piridina y óxido de trifenilfosfina : [8] [5] [16]

CuCl2 + 2C5H5N → [ CuCl2 ( C5H5N ) 2 ] ( tetragonal )​​
CuCl2 +2( C6H5 ) 3P = O → [CuCl2 ( ( C6H5 ) 3P = O ) 2 ] ( tetraédrico )

Sin embargo, los ligandos "blandos" como las fosfinas (por ejemplo, trifenilfosfina ), el yoduro y el cianuro , así como algunas aminas terciarias, inducen la reducción para dar complejos de cobre (I). [5]

Preparación

El cloruro de cobre (II) se prepara comercialmente mediante la cloración del cobre. El cobre al rojo vivo (300-400 °C) se combina directamente con el gas cloro, dando lugar al cloruro de cobre (II) (fundido). La reacción es muy exotérmica . [8] [15]

Cu(s) + Cl 2 (g) → CuCl 2 (l)

Se produce comercialmente una solución de cloruro de cobre (II) añadiendo gas cloro a una mezcla circulante de ácido clorhídrico y cobre. A partir de esta solución, se puede producir el dihidrato por evaporación. [8] [10]

Aunque el metal de cobre en sí no puede oxidarse con ácido clorhídrico, las bases que contienen cobre, como el hidróxido, el óxido o el carbonato de cobre (II) pueden reaccionar para formar CuCl 2 en una reacción ácido-base que posteriormente puede calentarse por encima de 100 °C (212 °F) para producir el derivado anhidro. [8] [10]

Una vez preparada, una solución de CuCl2 se puede purificar por cristalización . Un método estándar toma la solución mezclada en ácido clorhídrico diluido caliente y hace que los cristales se formen enfriándolos en un baño de hielo de cloruro de calcio ( CaCl2 ) . [17] [18]

Existen métodos indirectos y poco utilizados para utilizar iones de cobre en solución para formar cloruro de cobre (II). La electrólisis de cloruro de sodio acuoso con electrodos de cobre produce (entre otras cosas) una espuma verde azulada que se puede recolectar y convertir en hidrato. Si bien esto no se hace habitualmente debido a la emisión de gas de cloro tóxico y la prevalencia del proceso cloro-álcali más general , la electrólisis convertirá el metal de cobre en iones de cobre en solución formando el compuesto. De hecho, cualquier solución de iones de cobre se puede mezclar con ácido clorhídrico y convertir en cloruro de cobre eliminando cualquier otro ion. [19]

Usos

Co-catalizador en el proceso Wacker

Una de las principales aplicaciones industriales del cloruro de cobre (II) es como cocatalizador junto con el cloruro de paladio (II) en el proceso Wacker . En este proceso, el eteno (etileno) se convierte en etanal (acetaldehído) utilizando agua y aire. Durante la reacción, el PdCl 2 se reduce a Pd , y el CuCl 2 sirve para reoxidarlo a PdCl 2 . Luego, el aire puede oxidar el CuCl resultante a CuCl 2 , completando el ciclo. [20]

  1. C2H4 + PdCl2 + H2O → CH3CHO + Pd + 2HCl
  2. Pd + 2CuCl2 → 2 CuCl + PdCl2
  3. 4 CuCl + 4 HCl + O 2 → 4 CuCl 2 + 2 H 2 O

El proceso general es: [20]

2 C 2 H 4 + O 2 → 2 CH 3 CHO

En síntesis orgánica

El cloruro de cobre (II) tiene algunas aplicaciones altamente especializadas en la síntesis de compuestos orgánicos . [17] Afecta la cloración de hidrocarburos aromáticos , que a menudo se realiza en presencia de óxido de aluminio . Es capaz de clorar la posición alfa de los compuestos carbonílicos : [20] [21]

Cloración alfa de un aldehído utilizando CuCl2.

Esta reacción se realiza en un disolvente polar como la dimetilformamida , a menudo en presencia de cloruro de litio , que acelera la reacción. [20]

El CuCl 2 , en presencia de oxígeno , también puede oxidar fenoles . El producto principal puede dirigirse para dar una quinona o un producto acoplado a partir de la dimerización oxidativa. El último proceso proporciona una ruta de alto rendimiento para obtener 1,1-binaftol : [22]

Acoplamiento de beta-naftol utilizando CuCl2.

Estos compuestos son intermedios en la síntesis de BINAP y sus derivados. [20]

El cloruro de cobre (II) dihidrato promueve la hidrólisis de acetónidos , es decir, la desprotección para regenerar dioles [23] o aminoalcoholes , como en este ejemplo (donde TBDPS = terc -butildifenilsililo ): [24]

Desprotección de un acetónido utilizando CuCl2·2H2O.

El CuCl2 también cataliza la adición de radicales libres de cloruros de sulfonilo a alquenos ; la alfa-clorosulfona puede entonces sufrir eliminación con una base para dar un producto de vinilsulfona . [20]

Catalizador en la producción de cloro

El cloruro de cobre (II) se utiliza como catalizador en diversos procesos que producen cloro mediante oxicloración . El proceso Deacon se lleva a cabo a unos 400 a 450 °C en presencia de cloruro de cobre: ​​[8]

4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O

El cloruro de cobre (II) cataliza la cloración en la producción de cloruro de vinilo y diclorometano . [8]

El cloruro de cobre (II) se utiliza en el ciclo cobre-cloro , donde reacciona con vapor para formar dicloruro de óxido de cobre (II) y cloruro de hidrógeno, y luego se recupera en el ciclo a partir de la electrólisis del cloruro de cobre (I). [11]

Usos de nicho

El cloruro de cobre (II) se utiliza en pirotecnia como colorante azul/verde. En una prueba de llama , los cloruros de cobre, como todos los compuestos de cobre, emiten una luz verde-azulada. [25]

En las tarjetas indicadoras de humedad (HIC), se pueden encontrar en el mercado HIC de color marrón a azul (base de cloruro de cobre (II)) sin cobalto. [26] En 1998, la Comunidad Europea clasificó los artículos que contenían cloruro de cobalto (II) de 0,01 a 1% p/p como T (tóxicos), con la frase R correspondiente de R49 (puede causar cáncer si se inhala). En consecuencia, se han desarrollado nuevas tarjetas indicadoras de humedad sin cobalto que contienen cobre. [27]

El cloruro de cobre (II) se utiliza como mordiente en la industria textil, edulcorante de petróleo , conservante de madera y limpiador de agua . [8] [28]

Ocurrencia natural

Eriocalcita

El cloruro de cobre (II) se presenta de forma natural como el mineral anhidro muy raro tolbachita y el dihidrato eriochalcita. [29] Ambos se encuentran cerca de fumarolas y en algunas minas de cobre. [30] [31] [32] Los cloruros de oxihidróxido mixtos como la atacamita ( Cu 2 (OH) 3 Cl ) son más comunes y surgen entre las zonas de oxidación de los yacimientos de mineral de Cu en climas áridos. [33]

Seguridad e impacto biológico

El cloruro de cobre (II) puede ser tóxico. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos solo permite concentraciones inferiores a 1,3 ppm de iones de cobre acuosos en el agua potable . [34] Si se absorbe cloruro de cobre, produce dolor de cabeza, diarrea, caída de la presión arterial y fiebre. La ingestión de grandes cantidades puede provocar intoxicación por cobre , trastornos del sistema nervioso central y hemólisis . [35] [36]

Se ha demostrado que el cloruro de cobre (II) causa aberraciones cromosómicas y alteraciones del ciclo mitótico en las células de A. cepa (cebolla). [37] Estas alteraciones celulares provocan genotoxicidad . El cloruro de cobre (II) también se ha estudiado como un contaminante ambiental nocivo. A menudo presente en el agua de riego, puede afectar negativamente a los microbios del agua y del suelo. [38] En concreto, se descubrió que las bacterias desnitrificantes eran muy sensibles a la presencia de cloruro de cobre (II). A una concentración de 0,95 mg/L, se descubrió que el cloruro de cobre (II) causaba una inhibición del 50% (CI50) de la actividad metabólica de los microbios desnitrificantes. [39]

Véase también

Referencias

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  39. ^ Ochoa-Herrera, Valeria (2011). "Toxicidad de los iones de cobre (II) para microorganismos en sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales". Science of the Total Environment . 412 (1): 380–385. Bibcode :2011ScTEn.412..380O. doi :10.1016/j.scitotenv.2011.09.072. PMID  22030247.

Lectura adicional

  • Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  • Lide, David R. (1990). Manual de química y física del CRC: un libro de referencia rápida de datos químicos y físicos . Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-0471-7.
  • The Merck Index , 7ª edición, Merck & Co, Rahway, Nueva Jersey, EE. UU., 1960.
  • D. Nicholls, Complejos y elementos de transición de primera fila , Macmillan Press, Londres, 1973.
  • AF Wells, ' Química inorgánica estructural ' , 5.ª ed., Oxford University Press, Oxford, Reino Unido, 1984.
  • J. March, Química orgánica avanzada , 4ª ed., pág. 723, Wiley, Nueva York, 1992.
  • Reactivos Fieser & Fieser para síntesis orgánica Volumen 5, p158, Wiley, Nueva York, 1975.
  • DW Smith (1976). "Clorocupratos(II)". Coordination Chemistry Reviews . 21 (2–3): 93–158. doi :10.1016/S0010-8545(00)80445-2.
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Cloruro de cobre (II) .
  • Cloruro de cobre en la tabla periódica de vídeos (Universidad de Nottingham)
  • Cloruro de cobre (II) – Descripción e imágenes
  • Inventario Nacional de Contaminantes – Hoja informativa sobre cobre y compuestos
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