reciclaje de plata

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Química Inorgánica
RECICLAJE DE PLATA (P 1)
Objetivos
-
Estudio descriptivo de la plata y de su metalurgia
Ejemplificación de un proceso industrial de reciclaje
Adquisición de conocimientos básicos sobre operaciones de calentamiento en el
laboratorio
Realización de una síntesis a alta temperatura
Metales
Los metales poseen ciertas propiedades en común. Desde el punto de vista de sus
propiedades físicas clasificamos como metálicas a las sustancias que tienen alta
densidad, color y brillo característico, maleabilidad (capacidad de ser laminadas),
ductilidad (capacidad de ser transformadas en hilos), y buena conductividad eléctrica y
térmica. Muchos de los elementos de la Tabla Periódica tienen estas propiedades, e
integran el conjunto de las sustancias metálicas. Los elementos metálicos poseen
además dos características químicas definidas:
•
•
al combinarse, lo hacen perdiendo electrones (es decir, forman cationes).
en general, sus óxidos reaccionan con el agua para dar soluciones básicas.
En la Tabla Periódica, los elementos metálicos constituyen el 75% del total. Son
metales todos los elementos de los bloques s, d y f. Además, también son metálicos
algunos elementos del bloque p.
La plata (Z = 47) es un metal localizado en la interfase de los bloques d y p, en el grupo
11 de la Tabla Periódica. En el mismo grupo se encuentran el Cu (Z = 29) y el Au (Z =
79).
La configuración electrónica de la plata es: [Kr] 4d105s1, lo que la ubica en el quinto
período. Su estado de oxidación más estable es el +1.
Estado natural y obtención de la plata
Los elementos metálicos se encuentran en la corteza terrestre en abundancias variables.
Las abundancias se expresan habitualmente en partes por millón (en masa),
simbolizadas por ppm. Por ejemplo, las abundancias de los elementos del grupo 11 son:
Cu, 50 ppm; Ag, 0.07 ppm; Au, 0.001 ppm. Estas abundancias son promedios, y los
valores de cada elemento oscilan en forma importante al variar la posición geográfica.
En particular, en determinados minerales la concentración de un metal es
suficientemente alta como para permitir su explotación comercial. Son estos minerales,
denominados menas, los que se utilizan para extraer los metales de interés.
Desde el punto de vista químico, los metales se encuentran en la naturaleza ya sea libres
(muy pocos) o formando compuestos, principalmente sulfuros y óxidos.
El principal mineral de la plata es la argentita (Ag2S), que frecuentemente se encuentra
mezclada con sulfuros de otros elementos (antimonio, arsénico, cobre, plomo, cinc). La
argentita también se encuentra muy frecuentemente integrando las menas de oro
metálico. Menos importantes son la kerargirita (AgCl) y la plata elemental, encontrada
frecuentemente junto con la galena (PbS).
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Química Inorgánica
Las menas de argentita se explotan actualmente por el procedimiento de cianuración,
que consiste en tratar el mineral de plata (Ag2S) con solución acuosa de cianuro de
sodio, de acuerdo con la reacción:
-
Ag2S + 4 CN
→
2 [Ag(CN)2 ]- + S2-
La plata, como muchos otros metales, se usa principalmente en forma elemental (Ag).
Por lo tanto, debe ser reducida. Una posibilidad es agregar polvo de cinc a la solución
de [Ag(CN)2] . Este proceso se conoce como cementación:
-
2 [Ag(CN)2] + Zn
→
[ Zn(CN)4] 2- + 2 Ag
Una alternativa muy utilizada es la reducción electrolítica de la especie cianurada, la
cual se reduce depositándose en el cátodo Ag, según:
-
[Ag(CN)2] + 1e-
→
-
Ag + 2 CN
El procedimiento electrolítico es muy útil también para refinar (purificar) la plata. Se
electroliza una solución de la misma especie cianurada, utilizando como ánodo una
barra de plata a purificar. En el cátodo se verifica la misma semirreacción anterior,
depositándose plata pura (del orden de 99.99% de pureza). En el ánodo se produce la
disolución de la plata impura, por la semirreacción:
Ag → Ag+ + 1eEl catión plata liberado se combina con los aniones cianuro que se liberan en el cátodo.
El proceso de purificación transcurre en forma continuada, hasta la disolución completa
del ánodo.
Propiedades de la plata
La plata es un metal blanco, brillante, blando y maleable. Su punto de fusión es 961°C.
Posee muy altas conductividades térmica y eléctrica.
La reactividad química de los elementos del grupo 11 disminuye en el orden
Cu>Ag>Au. Por ejemplo, los tres metales son resistentes al ataque del oxígeno, a
temperatura ambiente. Pero el cobre forma Cu2O al ser calentado. Esta resistencia a la
oxidación que presentan la plata y el oro es una de las características que llevan a
considerarlos metales nobles. El sulfuro de hidrógeno, presente en pequeñas cantidades
en el aire, reacciona lentamente con la plata para dar sulfuro de plata de color negro:
2 Ag + H2S → Ag2S + H2
Esta reacción es la responsable del progresivo ennegrecimiento de los objetos de plata
cuando están expuestos al aire. El oro no es atacado por el H2S y permanece inalterado
en esas condiciones. Es una de las manifestaciones de su mayor carácter noble respecto
a la plata.
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Química Inorgánica
Todos los metales del grupo, en solución ácida, tienen valores positivos de E0 para la
semirreacción:
M+ + 1e- → M (Cu, +0.52V; Ag, +0.80V; Au, +1.69V)
Esto significa que estos metales no reaccionan con el agua, ni liberan H2 al reaccionar
con soluciones de ácidos. La secuencia creciente de valores de E0 muestra nuevamente
la menor reactividad (mayor nobleza) del oro respecto a la plata y de ésta respecto al
cobre.
La plata no se disuelve en ácido clorhídrico concentrado ni en sulfúrico (salvo que este
último sea concentrado y en caliente). El ácido nítrico, sin embargo, la disuelve:
3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O
Uso
El principal uso actual de la plata elemental (sola o en aleaciones) es como conductor
eléctrico, también forma parte de baterías eléctricas (Ag/Zn y Ag/Cd). Se usa en joyería,
fabricación de espejos, procesos de electroplateado y en la confección de monedas. Un
uso menor lo constituyen las amalgamas dentales (aleaciones con mercurio).
De sus compuestos los más utilizados son AgBr y AgI, que por ser fotosensibles se
utilizan en películas fotográficas
La otra sal importante es el AgNO3, que se utiliza como punto de partida para obtener
otros compuestos de plata.
Reciclaje de la plata
La producción mundial de plata (por explotación directa de sus menas o como
subproducto de las menas de cobre, cinc y oro) no es suficiente como para satisfacer la
demanda que sus usos requieren. Aproximadamente la mitad de la demanda se abastece
en base al reciclaje del metal. Es decir recuperando plata a partir de desechos que la
contengan, por ejemplo, películas fotográficas ya utilizadas, placas radiográficas,
placas de circuitos integrados, etc.
En general la plata contenida en los desechos sólidos es llevada a solución por
tratamiento con ácido nítrico. Los desechos también contienen otros metales, que se
disuelven por acción del ácido.
De la solución resultante la plata puede ser selectivamente recuperada por reducción
electrolítica.
Un procedimiento alternativo es separarla de la solución por adición de ácido
clorhídrico, obteniéndose un precipitado blanco de AgCl. Éste puede luego, por
reducción química, dar lugar a la plata. Este último procedimiento es el que se llevará a
cabo en nuestro trabajo práctico.
Se realizará la reducción de plata, a alta temperatura, con una mezcla de carbonato y
nitrato de sodio. En una primera etapa el cloruro de plata se transforma en óxido de
plata. Este se descompone luego para dar Ag, desprendiéndose oxígeno. El proceso es
complejo porque involucra varias reacciones simultaneas. Esquemáticamente, lo
podemos representar por la siguiente secuencia:
AgCl → Ag2O → Ag + O2
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Química Inorgánica
Reacciones entre sólidos
Los compuestos inorgánicos son generalmente sólidos a temperatura y presión
normales. Hacer reaccionar sólidos entre sí presenta dificultades prácticas:
•
•
•
es difícil lograr la homogeneidad de la mezcla reaccionante.
el contacto entre las sustancias reaccionantes es poco efectivo, y por lo tanto las
reacciones son lentas.
la temperatura no se mantiene constante dentro de la masa reaccionante, dificultando
mantener las condiciones deseadas.
Es por ello que la mayoría de las reacciones se llevan a cabo disolviendo primero los
reactivos en un solvente adecuado (en lo posible agua). El solvente provee de un medio
de reacción homogéneo y las condiciones de reacción se fijan con facilidad
(concentración de los reactivos, temperatura).
Pero ciertas reacciones sólo son termodinámicamente factibles en ausencia de solventes,
por lo que deben ponerse en contacto directo los sólidos reaccionantes. En estos casos,
es frecuente el uso de altas temperaturas para llevar a cabo la síntesis. Las altas
temperaturas permiten, además de acelerar la reacción, conseguir que los reactivos se
fundan logrando un mejor contacto entre ellos.
Para trabajar a altas temperaturas debemos utilizar un medio adecuado de
calentamiento. Dentro de los equipos de calentamiento usuales en el laboratorio
diferenciamos entre:
•
•
aquellos que producen temperaturas relativamente bajas como estufas1, planchas
calefactoras, mantas térmicas, etc. Se utilizan hasta temperaturas del orden de 200300ºC.
equipos que producen altas temperaturas como mecheros y muflas. Se utilizan para
temperaturas de hasta 1600-1800ºC.
Salvo los mecheros, todos estos equipos utilizan energía eléctrica para generar calor.
La ventaja de una mufla sobre un mechero, al trabajar a altas temperaturas, radica en un
calentamiento más homogéneo de la mezcla de reacción, resultando un mejor control
de la temperatura. Una mufla puede mantener la temperatura en un rango del orden de
±25 ºC, respecto a la media prefijada.
Es muy importante la elección del material de construcción del recipiente de reacción,
teniéndose especialmente en cuenta la temperatura máxima que soporta. Las siguientes
son temperaturas máximas de trabajo para algunos materiales:
material del recipiente
vidrio de borosilicato
sílice 96%
platino
óxido de aluminio 99,8%
temperatura máxima (°C)
490
1110
1500
1750
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las estufas alcanzan una temperatura máxima de 250°C y se utilizan principalmente para el secado de
sólidos.
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Química Inorgánica
También es importante la naturaleza química del recipiente pues no debe ser atacado
por la mezcla de reacción.
Procedimiento Experimental
Se parte de una solución de concentración conocida de plata(I). Esta proviene del ataque
con ácido nítrico de desechos metálicos que contienen plata.
La precipitación del AgCl se realiza por adición de ácido clorhídrico. Para conseguir un
buen rendimiento en el proceso del reciclaje, se debe conseguir que precipite la mayor
cantidad de plata que sea posible. Por ello se agrega ácido gota a gota, hasta que no se
observe formación de nuevo precipitado en el lugar donde cae la gota sobre la solución
(precipitación total). El cloruro de plata obtenido se debe secar antes de la siguiente
operación.
El cloruro de plata se reduce posteriormente, a alta temperatura, con una mezcla de
carbonato y nitrato de sodio. A la temperatura de reacción (960º C) tanto reactivos como
productos se encuentran en estado líquido. Esto permite que:
• el contacto entre los reactivos sea mejor.
• la plata resultante de la reacción, muy densa, quede como una gota (régulo) en el
fondo del recipiente.
Como recipiente de reacción se utilizará un crisol de cerámica arcillosa, no vidriado. Su
superficie porosa le permite absorber una parte de la mezcla resultante de la reacción,
permitiendo una mejor separación del régulo de plata.
Técnica2
1) Se toman 30 mL de solución de Ag+, de concentración 5% m/v en AgNO3, y se
vierten en un vaso de Bohemia de 50 mL.
2) Se agrega HCl 6 M gota a gota hasta precipitación total del AgCl. Se filtra a vacío
con embudo Buchner.
3) El precipitado se lava en el Buchner con agua a 60-70ºC (dos lavados de 5mL c/u)
y un último lavado con 5 mL de acetona. Se mantiene el vacío hasta dejar el
precipitado lo más seco que sea posible.
4) El precipitado se transfiere a un vidrio-reloj y se deja en la estufa a 110º C por 20-30
minutos.
5) Se pesa el sólido obtenido.
6) Se mezclan en mortero 1 parte (en peso) de AgCl con 0,5 partes de Na2CO3 y 0,15
partes de NaNO3. La mezcla se pasa a un crisol.
7) El crisol se calienta en mufla durante 35 minutos a 1100 ° C. Transcurrido ese lapso
se apaga la mufla dejándola enfriar. Cuando se alcanza la temperatura ambiente se
saca el crisol.
8) Se retira el régulo de plata del crisol.
9) El régulo se sumerge por 2-3 minutos en ácido sulfúrico diluido (1:2)3 en ebullición.
Se retira y se lava con agua.
10) Se seca el régulo y se pesa.
2
Todo el material debe lavarse inmediatamente después de utilizarse para evitar la deposición de Ag.
La indicación 1:2 significa que debe utilizarse una dilución de 1 parte en volumen de ácido sulfúrico
concentrado en 2 partes en volumen de agua.
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Gestión de residuos
Residuos ácidos de HNO3 , HCl y H2SO4
Diluir con abundante agua y descartar por la pileta
Lavado con acetona
Descartar en recipiente rotulado ACETONA PARA RECUPERAR
Plata obtenida en clase
Descartar en recipiente rotulado PLATA OBTENIDA EN
CLASE
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ASIGNATURA: Química Inorgánica
FECHA
INFORME
1
GRUPO
RECICLAJE DE
PLATA
INTEGRANTES
DATOS Y CÁLCULOS
moles de Ag+ iniciales
__________________________
masa de Ag teórica a obtener
__________________________g
La ecuación de precipitación de ión plata con HCl es:
_____________________________________________________________
masa de AgCl obtenida
__________________________g
masa de Ag obtenida
________________________g
rendimiento del reciclaje de plata
____________%
Observaciones ______________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
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