perche in una reazione tra solfato rameico idrato e limatura di ferro, lo ione SO4 si lega al ferro e si stacca dal rame?

Si consideri la forma pentaidrata (la più comune) del solfato rameico CuSO4·5H2O. E’ un sale che in soluzione si scioglie nei suoi ioni, perché l’acqua del solvente favorisce la rottura del legame ionico (alla base della struttura cristallina del sale) creando complessi idrati con i singoli ioni.  

Per cui in soluzione troverai più facilmente del sale lo ione solfato, che ha carica -2, e il catione del rame, che ha carica +2.

 

Mettendo della limatura di ferro in una soluzione di solfato di rame, si ha un’ossidoriduzione: lo ione rame(II) viene ridotto a rame metallico mentre il ferro si scioglie formando lo ione ferro(II):

Fe(s) + Cu2+  –> Fe2+ + Cu(s)

Gli elettroni si muovono dal ferro al rame, infatti il ferro diventa un catione (ha perso elettroni) e il rame ne acquista neutralizzandosi.

I potenziali normali di riduzione sono i seguenti :

Fe2+ + 2 e= Fe E° = – 0.44 V
Cu2+ + 2 e = Cu E° = + 0.34 V

Il potenziale complessivo vale 0.44 + 0.34 = 0.74 V : essendo un valore positivo la reazione può avvenire spontaneamente.

Con il procedere della reazione si scioglie la limatura del ferro e si deposita della polvere di rame.

 

A questo link puoi vedere cosa succede immergendo un chiodo di ferro in una soluzione di solfato rameico: http://www.youtube.com/watch?v=RBRR96oS16s

 

Lo concentrazione di Fe2+, che si ossida facilmente a Fe3+ di colore rosso, aumenta nel tempo, fino a quando non precipita legandosi allo ione solfato.

Vedremo apparire del solfato ferroso FeSO4 7H2O, di colore verde chiaro, solo al raggiungimento di un’adeguata concentrazione della soluzione, cioè quando il prodotto delle concentrazioni degli ioni Fe2+ e (SO4)2- non avrà raggiunto il valore del "prodotto di solubilità" del sale, che è il valore di saturazione della soluzione nei confronti dei due ioni. Nel caso in questione a 25 °C è 475 g/L.

 

Si può facilitare la precipitazione del sale anche lasciando evaporare la soluzione o raffreddandola.