Las nanopartículas de cobre tienen aplicaciones fascinantes en diversos campos, desde la electrónica hasta la medicina. En este artículo, te guiaremos a través del proceso de creación de nanopartículas de cobre utilizando una solución de ácido ascórbico y sulfato de cobre. Este método es accesible y se puede realizar con equipos básicos de laboratorio.
Algunas aplicaciones y beneficios
Revolución en la industria
Las nanopartículas de cobre (CuNPs) han revolucionado múltiples sectores industriales gracias a sus excepcionales propiedades y su favorable relación costo-beneficio. Su versatilidad y eficiencia las han convertido en una solución innovadora para diversos campos de aplicación.
Sector sanitario y agrícola
En el sector sanitario y agrícola, estas nanopartículas destacan por sus potentes propiedades fungicidas y bactericidas. Los laboratorios internacionales han desarrollado productos sanitizantes utilizando nanopartículas de cobre, que han demostrado ser altamente efectivos en la prevención de la proliferación bacteriana. Además, estas partículas contribuyen positivamente al desarrollo y crecimiento de cultivos vegetales.
Electrónica y tecnología
El alcance de la nanotecnología del cobre se extiende también al campo de la electrónica y la tecnología de consumo. Su aplicación resulta fundamental en la fabricación de pantallas de alta definición y dispositivos electrónicos flexibles. Asimismo, estas nanopartículas juegan un papel crucial en el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio, contribuyendo al avance de tecnologías más eficientes y sostenibles.
Materiales necesarios
- Ácido ascórbico (vitamina C) C6H8O6
- Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4 * 5H2O
- Agua destilada
- Vaso de precipitados de 600 ml
- Balanza analítica
- Placa calefactora
- pH-metro
- Papel filtro
- Embudo
Fundamentos Químicos
Ecuación química
La reacción que ocurre es la siguiente:
El cobre se reduce de Cu2+ a Cu0 , formando las nanopartículas.
C6H8O6 (ácido ascórbico) + CuSO4 (sulfato de cobre) → Cu (cobre elemental) + otros productos.
📊 Datos importantes
- El pH del CuSO4 es de 4.5
- El pH del C6H8O6 (ácido ascórbico) es de 2.2
- La solubilidad del CuSO4 es de 20.7 g/ 100 mL de H₂O
- La solubilidad del C6H8O6 (ácido ascórbico) es de 33 g/ 100 mL de H₂O
Vamos a hacer el intento de calentar hasta que el pH de estos compuestos cambie, indicando que ya se llevó a cabo la reacción, aunque podría no pasar debido a la estequiometría
Procedimiento
1. Preparación de soluciones
- Pesar 5 gramos de ácido ascórbico y disolverlos en 100 ml de agua destilada.
- Pesar 7 gramos de sulfato de cobre pentahidratado y disolverlos en 100 ml de agua destilada.
Ilustración 1. a) Solución de 7 g de CuSO4 (sulfato de cobre) en 100 g de H₂O. b) 5 g de C6H8O6 (ácido ascórbico) en 100 g de H₂O
Nota: El sulfato de cobre y el ácido ascórbico presentan una sedimentación en la base de la solución debido a que estos se encuentran contaminados, pero en este caso esto no afecta al experimento.
2. Mezcla de soluciones
- Verter la solución de ácido ascórbico en el vaso de precipitados de 600 ml.
- Añadir lentamente la solución de sulfato de cobre. Observarás un cambio de color inmediato.
Ilustración 2. Cambio de color de la reacción: Cu2+ a Cu0
Al medir el pH estará ligeramente ácido, entre 4 y 3.
3. Calentamiento
- Calentar la mezcla a aproximadamente 85°C en la placa calefactora.
- Mantener esta temperatura durante varias horas, monitoreando el pH.
4. Enfriamiento y sedimentación
- Dejar enfriar la solución a temperatura ambiente.
- Permitir que las nanopartículas se asienten durante al menos 48 horas.
5. Filtración y lavado
- Filtrar la solución para separar las nanopartículas de cobre.
- Lavar las nanopartículas con agua destilada varias veces para eliminar el exceso de ácido ascórbico.
Ilustración 3. Nanopartículas de cobre con los cristales de ácido ascórbico.
6. Secado
- Secar las nanopartículas a temperatura ambiente o en un horno a baja temperatura.
Observaciones y consejos
- El cambio de color a café-plateado es característico de las nanopartículas de cobre.
- Utiliza un exceso de ácido ascórbico para asegurar la reducción completa del cobre. Las nanopartículas pueden adherirse a las paredes del recipiente. Usa una luz para observar su brillo metálico característico.
- El rendimiento puede ser bajo, pero es posible repetir el proceso para obtener más nanopartículas.
Ilustración 4. Nanopartículas de cobre totalmente lavadas y secas.
Reactividad de las nanopartículas de cobre con diferentes ácidos:
Para cada prueba coloca una pequeña cantidad de las nanopartículas de cobre en una caja de Petri.
1. Prueba con ácido clorhídrico
- Agregar una gota de HCl 7.3 M sobre la muestra
- Observar la reacción inmediata
- Resultados: Se observan solo dos pequeñas burbujas, indicando baja reactividad
2. Prueba con ácido sulfúrico
- Añadir una pequeña cantidad de H₂SO₄ a la muestra
- Observar cambios
- Resultados: Reacción poco visible, posiblemente debido a contaminación previa del ácido
3. Prueba con ácido nítrico (HNO₃)
- Agregar una gota de HNO₃ sobre la muestra
- Observar la reacción inmediata
- Resultados:
- Reacción instantánea
- Aparición de coloración azul
- Posible formación de Cu(NO₃)₂ (nitrato de cobre)
- Reacción limitada debido al grosor de la muestra
Finalmente:
- El ácido nítrico debería mostrar una reacción inmediata con un color azul característico
- El cambio de coloración indica una reacción química
- La delgadez de la muestra puede haber limitado la extensión de las reacciones
Ilustración 5. Reacción del cobre con el HNO₃ (ácido nítrico).
Conclusión
La síntesis de nanopartículas de cobre mediante el método del ácido ascórbico representa una técnica innovadora y accesible para laboratorios de diversos niveles. A través de este procedimiento, hemos demostrado cómo crear CuNPs de manera efectiva y segura.
Recuerda siempre seguir las precauciones de seguridad adecuadas al trabajar con productos químicos y nanopartículas.
Referencias:
Dumoxpro (2019) La influencia de las nanopartículas de cobre en la salud. https://www.dumoxpro.com/nanoparticulas-cobre-bactericidas/
Cárdenas, G., Díaz V., J., Meléndrez, M.F. et al. Colloidal Cu nanoparticles/chitosan composite film obtained by microwave heating for food package applications. Polym. Bull. 62, 511–524 (2009). https://doi.org/10.1007/s00289-008-0031-x
Quitoquimica (2014) Aplicaciones de nanoparticulas de cobre https://www.quitoquimica.cl/noticias/2014/02/11/aplicaciones-de-nanoparticulas-de-cobre/