PENTAHYDRÁT SÍRANU MĚĎNATÉHO: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Pentahydrát síranu měďnatého je anorganická sloučenina skládající se z prvků měď (Cu), síra (S), kyslík (O) a vodu (H ₂ O). Obsahuje měď (II), (Cu ²⁺) a síran (SO ₄ ²) ionty. Jeho chemický vzorec je CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

V přírodě se vyskytuje jako minerální chalcantit nebo kalcantit, také nazývaný chalcáza nebo kalcáza. Je to modrá krystalická pevná látka.

Krystal síranu měďnatého pentahydrátu CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: Überraschungsbilder. Zdroj: Wikimedia Commons.

Používá se jako doplněk stravy u některých zvířat, jako jsou přežvýkavci, prasata a drůbež. V zemědělství slouží jako pesticid. Při těžební činnosti umožňuje získávání dalších kovů.

Díky svému modrému odstínu se používá pro barvení tkanin a kovů. Používá se k nanášení kovové mědi na celulózová vlákna k získání elektricky vodivých tkanin. Používá se také k přípravě nanočástic mědi a jejích oxidů s různými aplikacemi.

Ve vysokých koncentracích může být toxický pro faunu a flóru, proto se někdy používá k odstranění škůdců (zvířat nebo rostlin) z vodních prostředí, jako jsou laguny a přírodní rybníky.

Struktura

Tuto sloučeninu tvoří prvek mědi v oxidačním stavu +2 a síranový anion. Ten má atom síry s valencí +6 obklopený čtyřmi atomy kyslíku, každý s valencí -2. Tímto způsobem má síranový ion dva záporné náboje.

Ve své struktuře má také 5 molekul vody. Na následujícím obrázku můžete vidět, jak jsou různé atomy uspořádány v krystalu.

Struktura CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: Smokefoot. Zdroj: Wikimedia Commons.

Cu ²⁺ (oranžová koule) je koordinován současně se 4 molekulami H ₂ O (kyslík = červená atomu vodíku = bílá) a s 2 atomy kyslíku SO ₄ ^2- (síra = žlutá). V obrázku jedna ze skupin H ₂ O molekul je ve zdánlivé svobodě, ale je část krystalické struktury.

Nomenklatura

Chalcantite minerální CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: Archaeodontosaurus. Zdroj: Wikimedia Commons.

• Pentahydrát síranu měďnatého
• Měď (II) postrádá pentahydrát
• Bluejack
• Modrý kámen (z anglického modrého kamene)
• Chalcantite, calcantite, chalclase nebo calclase

Vlastnosti

Fyzický stav

Modrá krystalická pevná látka.

Molekulární váha

249,686 g / mol

Bod tání

Po dosažení teploty 110 ° C se rozkládá.

Hustota

2286 g / cm ³

Rozpustnost

Rozpustný ve vodě: 22,0 g / 100 g vody při 25 ° C Rozpustný v methanolu (CH ₃ OH). Mírně rozpustný v ethanolu (CH ₃ CH ₂ OH).

Chemické vlastnosti

Tato sloučenina, když přijde do styku s vodou, rozpustí, tvořící ionty Cu ²⁺ a SO ₄ ^2-. Její rozpustnost ve vodě se výrazně snižuje, pokud je ve vodě přítomna kyselina sírová.

H ₂ SO ₄ poskytuje tak ₄ ^2- ionty a jeho přítomnost generuje „společného iontu“ efekt, protože tento iont je přítomen v pentahydrátu síranu měďnatého. Rozpuštění lze vyjádřit takto:

CuSO _{4 •} 5H ₂ O (pevná látka) + voda ⇔ Cu ²⁺ + SO ₄ ²⁺ voda

Z tohoto důvodu, pokud je SO ₄ ² kyseliny sírové, se již v roztoku, jsou rovnovážné posune vlevo, to znamená směrem k tvorbě pevné látky a tak se rozpustnost snižuje.

Získání

Jedním ze způsobů, jak získat pentahydrát síranu měďnatého se rozpustí minerální malachit ve vodném roztoku kyseliny sírové (H ₂ SO ₄) při kontrolované teplotě. Malachit obsahuje Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ s dalšími nečistotami, jako je železo.

Roztok nečisté měď (II) se nechá reagovat s peroxidem vodíku (H ₂ O ₂), aby zajistily, že železo (II), (Fe ²⁺) nečistoty jsou převedeny na železo (III), (Fe ³⁺). Ten se vysráží ve formě hydroxidu železitého (Fe (OH) ₃) za použití hydroxidu sodného (NaOH).

Srážení znamená, že se v roztoku vytvoří částice nerozpustné pevné látky, která padá na dno nádoby, která ji obsahuje.

Vzhled koncentrovaného roztoku CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: PublicDomainPictures. Zdroj: Pixabay.

Výsledná směs se filtruje, aby se odstranily pevné Fe (OH) ₃ a zbývající kapalina se smísí s ethanolem (C ₂ H ₅ OH), methanolu (CH ₃ OH), nebo kyseliny sírové, aby se vysrážel všechny Cu ²⁺ iontů jako z CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Je-li například přidán ethanol je k dispozici méně vody, takže ionty Cu ²⁺ a SO ₄ ^2-, jsou v roztoku a mají sklon se vázat k sobě. Působí jako dehydratátor. Čím více etanolu přidáte, tím pevnější bude.

Vysrážená pevná látka může být rekrystalizována pro čištění. Za tímto účelem se rozpustí ve vodě při teplotě 80 až 90 ° C a poté se roztok ochladí na 25 až 30 ° C. Pentahydrátová sloučenina se znovu vysráží a nečistoty zůstávají v roztoku.

Aplikace

Má širokou škálu komerčních aplikací.

V zemědělství slouží jako pesticid, insekticid, herbicid, fungicid, germicid a půdní přísada. Při veterinárních terapiích se používá jako anthelmintikum, fungicid a emetikum (způsobuje zvracení).

Používá se jako modrý nebo zelený pigment v barvách a barvivech, jako mořidlo při barvení tkanin a kovů. Také jako toner pro fotografický tisk a jako činidlo pro zesílení negativů.

Používá se při těžebních činnostech jako flotační činidlo pro regeneraci zinku a olova. Používá se k výrobě dalších sloučenin mědi, používá se při činění kůže a při ochraně dřeva.

V krmivech pro zvířata

Tato sloučenina se používá ve stravě prasat ve velmi malém množství jako růstový stimulátor, zejména ve fázi po odstavení. Mechanismus, kterým má tento účinek, je stále neznámý.

Někteří vědci tvrdí, že snižuje populaci patogenních nebo škodlivých bakterií ve střevech zvířat a následně podporuje jejich růst.

S CuSO _{4 •} 5H ₂ O, lze podpořit rozvoj odstavených selat. Autor: MabelAmber. Zdroj: Pixabay.

Jiní učenci naznačují, že zlepšuje zdraví střev těchto zvířat, ale některé výzkumy naznačují, že intravenózní injekce mědi také zlepšuje jejich růst.

Rovněž se používá pro stejný účel u drůbeže a používá se při nedostatku mědi u přežvýkavců.

Při syntéze nanočástic

Pentahydrát síranu měďnatého byl použit pro získání směsných nanočástic mědi a měď (I) oxid (Cu / Cu ₂ O).

Nanočástice jsou velmi malé struktury, které lze vidět pouze elektronovým mikroskopem.

Prášek Cu / Cu ₂ O ve formě nanočástic se mimo jiné používá při katalýze nebo akceleraci chemických reakcí, v polovodičích a v antimikrobiálních materiálech.

Ve studiích na kontrolu škůdců

CuSO _{4 •} 5 H ₂ O se v experimentech použil k hodnocení jeho toxicity vůči hlemýžďům druhu Pomacea canaliculata.

Jedná se o měkkýše původem z tropických oblastí Jižní Ameriky, které obývají různé typy ekosystémů, od bažin a lagun po jezera a řeky.

Jsou studovány, protože někteří hostitelští lidské parazity, jako je Schistosoma mansoni (trematoda, která způsobuje bilharzii). Hlemýždi mohou také být škodlivé pro zemědělské plodiny v zaplavených oblastech.

Skořápky hlemýžďů Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Vejce uložená šneky na vodní rostlinu. Tyto hlemýždi jsou někdy škůdci, kteří mohou být kontrolováni pomocí CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, Národní institut parazitárních nemocí / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Zdroj: Wikimedia Commons.

Podle přehledů studií jsou vodné roztoky pentahydrátu síranu měďnatého pro tyto hlemýždi velmi toxické, takže tuto sloučeninu lze použít k odstranění měkkýšů z zamořených oblastí.

Podle určitého výzkumu je to proto, že hlemýžď ​​nepotřebuje měděný ion, takže stačí kontakt s tímto iontem, aby došlo ke smrti zvířete.

V elektricky vodivých látkách

Tato sloučenina se používá k získání textilních materiálů s integrovanými elektrickými senzory. Tento typ tkaniny se používá v zásobnících elektřiny, tlakových senzorech, fotodetektorech a obrazovkách emitujících světlo.

Pro získání elektricky vodivých tkanin je polosyntetická tkaná celulózová vlákna zvaná "Lyocell" potažena kovovou mědí. Povlak se provádí neelektrolytickým způsobem, vycházeje z roztoku CuSO4.5H2O a dalších pomocných chemických sloučenin.

Lyocell vlákno. Tento typ látky se použil při zkouškách pokovování mědí. Dobrozhinetsky / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Zdroj: Wikimedia Commons.

Tkanina získaná tímto způsobem může přenášet elektrický signál i za podmínek deformace nebo natahování při zachování vysoké vodivosti.

Účinky na životní prostředí

Jak již bylo vysvětleno, CuSO _{4 •} 5H ₂ O, když se rozpustí ve vodě, vytváří mědi (II) iontů.

Ačkoli měď je nezbytná v nízkých koncentracích pro buněčné aktivity živých organismů, ve vysokých koncentracích může být toxická a dokonce způsobit smrt.

Proto přítomnost uvedeného iontu v životním prostředí představuje riziko pro zvířata a rostliny. Ve vodních ekosystémech se může bioakumulovat v živých bytostech a potravním řetězci a způsobovat škody.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O může být škodlivý pro vodní prostředí. Autor: JamesDeMers. Zdroj: Pixabay.

Ve skutečnosti se při určitých zkušenostech zjistilo, že kontaminace vodního prostředí pentahydrátem síranu měďnatého způsobuje snížení biomasy některých vodních rostlin.

Což znamená, že rostliny rostou méně v přítomnosti této soli ve vysokých koncentracích.

Reference

1. Lide, DR (editor) (2003). CRC Příručka chemie a fyziky. 85 ^th CRC Press.
2. Kokes, H. a kol. (2014). Rozpouštění mědi a železa z malachitové rudy a srážení pentahydrátu síranu měďnatého chemickým procesem. Engineering Science and Technology, International Journal. 2014; 17 (1): 39-44. Obnoveno z sciposedirect.com.
3. Alves de Azevedo B., JP a Peixoto, MN (2015). Snížení biomasy Nepukalka obtížná vystavena síranu měďnatého pentahydrátu (CuSO ₄.5H ₂ O). Rev. Ambient. Voda 2015; 10 (3): 520-529. Obnoveno z doaj.org.
4. Root, W. et al. (2019). Flexibilní textilní kmenový senzor založený na celulózové tkanině typu Lyocell s povlakem mědi. Polymers 2019, 11, 784. Obnoveno z mdpi.com.
5. Pitelli, RA a kol. (2008). Akutní toxicita síranu měďnatého a vodného extraktu ze sušených neemových listů na šnecích (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci. 2008; 30 (2): 179-184. Obnoveno z doaj.org.
6. Badawy, SM a kol. (2015). Syntéza, charakterizace a katalytická aktivita nanočástic Cu / Cu2O připravených ve vodném médiu. Bulletin chemického reakčního inženýrství a katalýzy. 2015; 10 (2): 169-174. Obnoveno z doaj.org.
7. Justel, FJ et al (2014). Rozpustnosti a fyzikální vlastnosti nasycených roztoků v systému síranu mědi + kyseliny sírové + mořské vody při různých teplotách. Brazilský deník chemického inženýrství. 2015; 32 (3): 629-635. Obnoveno z doaj.org.
8. Park, CS a Kim, BG (2016). In vitro rozpustnost síranu měďnatého a hydroxidu dvojsodného pro prasata. Asijské Australas. J. Anim. Sci. 2016; 29 (11): 1608-1615. Obnoveno z doaj.org.
9. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Pentahydrát síranu měďnatého. Obnoveno z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Wikipedia (2020). Chalcanthite. Obnoveno z en.wikipedia.org.