BAKROV SULFAT PENTAHIDRAT: ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2025

Bakrov sulfat pentahidrat je anorganska spojina, ki sestoji iz elementov baker (Cu), žveplo (S), kisik (O) in vodo (H ₂ O). Vsebuje bakrene (II) (Cu ²⁺ ) in sulfatne (SO ₄ ^2- ) ione . Njegova kemijska formula je CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

V naravi ga najdemo, ki tvori mineral halkantid ali kalcantit, imenovan tudi halklaza ali kalklaza. Je modra kristalna trdna snov.

Kristal bakrovega sulfata pentahidrata CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Avtor: Überraschungsbilder. Vir: Wikimedia Commons.

Uporablja se kot prehransko dopolnilo za nekatere živali, kot so prežvekovalci, prašiči in perutnina. V kmetijstvu služi kot pesticid. V rudarskih dejavnostih omogoča pridobivanje drugih kovin.

Zaradi modrega odtenka se uporablja za barvanje tkanin in kovin. Uporabljali so ga za nanašanje kovinskega bakra na celulozna vlakna za pridobivanje električno prevodnih tkanin. Uporablja se tudi za pripravo nanodelcev bakra in njegovih oksidov z najrazličnejšo uporabo.

V visokih koncentracijah je lahko strupen za favno in rastlinstvo, zato se včasih uporablja za odstranjevanje škodljivcev (živali ali rastlin) iz vodnega okolja, kot so lagune in naravni ribniki.

Struktura

To spojino tvorita element baker v oksidacijskem stanju +2 in sulfatni anion. Slednji ima atom žvepla z valenco +6, obdan s štirimi atomi kisika, vsak z valenco -2. Na ta način ima sulfatni ion dva negativna naboja.

V svoji strukturi ima tudi 5 molekul vode. Na naslednji sliki si lahko ogledate, kako so v kristalu razporejeni različni atomi.

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

Cu ²⁺ (oranžne krogle) so usklajene sočasno s 4 molekulami H ₂ O (kisik = rdeč; vodik = bel) in z 2 kisikovima atomoma SO ₄ ^2- (žveplo = rumena). V eni sliki H ₂ O molekul v navidezni svobodi vendar je del kristalne strukture.

Nomenklatura

Halkantitski mineral CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Avtor: Archaeodontosaurus. Vir: Wikimedia Commons.

• Bakrov sulfat pentahidrat
• Baker (II) duši pentahidrat
• Bluejack
• Modri ​​kamen (iz angleščine blue stone)
• Halkantit, kalcantit, halklaza ali kalklaza

Lastnosti

Fizično stanje

Modra kristalna trdna snov.

Molekularna teža

249.686 g / mol

Tališče

Ko doseže 110 ° C, se razgradi.

Gostota

2.286 g / cm ³

Topnost

Topen v vodi: 22,0 g / 100 g vode pri 25 ° C. Topen v metanolu (CH ₃ OH). Slabo topen v etanolu (CH ₃ CH ₂ OH).

Kemijske lastnosti

Ko ta spojina pride v stik z vodo, se raztopi in tvori ione Cu ²⁺ in SO ₄ ^2- . Njegova topnost v vodi se znatno zmanjša, če je v vodi prisotna žveplova kislina.

H ₂ SO ₄ zagotavlja SO ₄ ^2- ione in njegova prisotnost ustvarja učinek "skupnega iona", saj je ta ion prisoten v bakrov sulfat pentahidrat. Raztapljanje se lahko izrazi takole:

CuSO _{4 •} 5H ₂ O (trdna) + voda ⇔ Cu ²⁺ + SO ₄ ^2- + voda

Če je torej žveplova kislina SO ₄ ^2- že prisotna v raztopini , se ravnotežje premakne v levo, torej v smeri tvorbe trdne snovi in ​​tako se topnost zmanjša.

Pridobitev

Eden od načinov za pridobivanje bakrovega sulfata pentahidrata je raztapljanje mineralnega malahita v vodni žvepleni kislini (H ₂ SO ₄ ) pri nadzorovani temperaturi. Malahit vsebuje Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ z drugimi nečistočami, kot je železo.

Nečisto raztopino bakra (II) obdelamo z vodikovim peroksidom (H ₂ O ₂ ), da zagotovimo, da se nečistoče železa (II) (Fe ²⁺ ) pretvorijo v železo (III) (Fe ³⁺ ). Slednja se obori v obliki železovega hidroksida (Fe (OH) ₃ ) z uporabo natrijevega hidroksida (NaOH).

Obarjanje pomeni, da se v raztopini tvorijo delci netopne trdne snovi, ki padejo na dno posode, ki jo vsebuje.

Videz koncentrirane raztopine CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Avtor: PublicDomainPictures. Vir: Pixabay.

Nastalo zmes filtriramo, da odstranimo trdne Fe (OH) ₃ in preostalo tekočino obdelamo z etanolom (Ci ₂ H ₅ OH), metanola (CH ₃ OH) ali žveplovo kislino, da se precipitira vse CU ²⁺ ione kot od CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Če dodamo na primer etanol, je na voljo manj vode, tako da sta iona Cu ²⁺ in SO ₄ ^2- v raztopini in se vežeta drug na drugega. Deluje kot dehidrator. Več etanola, ki ga dodate, je trdnejši.

Oborjena trdna snov lahko prekristaliziramo za čiščenje. Da bi to naredili, ga raztopimo v vodi pri temperaturi 80-90 ° C in nato raztopino ohladimo na 25-30 ° C. Pentahidratna spojina se obori, nečistoče pa ostanejo v raztopini.

Prijave

Ima široko paleto komercialnih aplikacij.

V kmetijstvu služi kot pesticid, insekticid, herbicid, fungicid, dodatek klicam in prsti. V veterinarskih terapijah se uporablja kot anthelmintik, fungicid in emetik (povzroča bruhanje).

Uporablja se kot modri ali zeleni pigment v barvilih in barvilih, kot mordant pri barvanju tkanin in kovin. Tudi kot toner za tiskanje fotografij in kot reagent za povečanje negativnosti.

Uporablja se v rudarskih dejavnostih kot flotacijski reagent za pridobivanje cinka in svinca. Uporablja se za proizvodnjo drugih bakrovih spojin, uporablja se pri strojenju usnja in za ohranjanje lesa.

V krmi za živali

Ta spojina se v prehrani prašičev uporablja v zelo majhnih količinah kot pospeševalec rasti, zlasti v fazi po odstavljanju. Mehanizem, s katerim ima ta učinek, še vedno ni znan.

Nekateri raziskovalci trdijo, da zmanjšuje populacijo patogenih ali škodljivih bakterij v črevesju živali in posledično daje prednost njihovi rasti.

S CuSO _{4 •} 5H ₂ O lahko spodbudimo razvoj odstavljenih pujskov. Avtor: MabelAmber. Vir: Pixabay.

Drugi učenjaki navajajo, da izboljšuje zdravje črevesja teh živali, vendar nekatere raziskave kažejo, da intravensko injiciranje bakra izboljša tudi njihovo rast.

Z istim namenom se uporablja tudi pri perutnini in se uporablja pri pomanjkanju bakra pri prežvekovalcih.

Pri sintezi nanodelcev

Bakrov sulfat pentahidrat se uporablja za pridobivanje mešanih nanodelcev bakrovega in bakrovega (I) oksida (Cu / Cu ₂ O).

Nanodelci so izredno majhne strukture, ki jih je mogoče videti le z elektronskim mikroskopom.

Cu / Cu ₂ O prašek v obliki nanodelcev se uporablja v katalizi ali pospešitev kemijskih reakcij, v polprevodnikih in protimikrobne snovi, med drugimi aplikacijami.

V študijah za zatiranje škodljivcev

CuSO _{4 •} 5H ₂ O je bil uporabljen pri poskusih za oceno strupenosti do polžev iz canaliculata vrst pomacea.

To so mehkužci, ki izvirajo iz tropskih regij Južne Amerike, ki naseljujejo različne vrste ekosistemov, od močvirjev in lagun do jezer in rek.

Preučujejo jih zato, ker nekateri gostitelji človeških parazitov, kot je Schistosoma mansoni (trematoda, ki povzroča bolezen bilharzije). Polži lahko škodujejo tudi kmetijskim pridelkom v poplavljenih območjih.

Školjke polžev Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Vir: Wikimedia Commons.

Jajca, ki jih polži odlagajo na vodni rastlini. Ti polži so včasih škodljivci, ki jih je mogoče zatirati s CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, Nacionalni inštitut za parazitske bolezni / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Vir: Wikimedia Commons.

Glede na pregledane študije so vodne raztopine bakrovega sulfata pentahidrata izjemno strupene za te polže, zato lahko to spojino uporabimo za odstranitev mehkužca z okuženih območij.

Po določenih raziskavah je to zato, ker polž nima potrebe po bakrovem ionu, zato bi že samo stik s tem ionom zadostoval za smrt živali.

V električno prevodnih tkaninah

Ta spojina je bila uporabljena za pridobivanje tekstilnih materialov z integriranimi senzorji električne energije. Ta vrsta tkanine se uporablja v napravah za shranjevanje električne energije, tlačnih senzorjih, fotodetektorjih in zaslonih.

Za pridobivanje električno prevodnih tkanin je polsintetično tkano celulozno vlakno z imenom "Lyocell" prevlečeno s kovinskim bakrom. Prevleka se izvaja na neelektrolitski način, izhajajoč iz raztopine CuSO4 • 5H2O in drugih pomožnih kemičnih spojin.

Lyocellno vlakno. Ta vrsta krpe je bila uporabljena pri preskusih s prekrivanjem bakra. Dobrozhinetsky / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Vir: Wikimedia Commons.

Tako pridobljena tkanina lahko prenaša električni signal tudi pod deformacijskimi ali razteznimi pogoji ob ohranjanju visoke prevodnosti.

Vplivi na okolje

Kot je bilo že pojasnjeno, CuSO _{4 •} 5H ₂ O, kadar je raztopljen v vodi, tvori bakrov (II) ion.

Čeprav je baker v nizkih koncentracijah ključnega pomena za celične aktivnosti živih organizmov, je v visokih koncentracijah lahko strupen in celo povzroči smrt.

Zato prisotnost navedenega iona v okolju pomeni tveganje za živali in rastline. V vodnih ekosistemih se lahko kopiči v živih bitjih in v prehranski verigi, kar povzroči škodo.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O je lahko škodljiv za vodna okolja. Avtor: JamesDeMers. Vir: Pixabay.

Dejansko je bilo v nekaterih izkušnjah ugotovljeno, da onesnaženost vodnega okolja z bakrovim sulfatom pentahidratom povzroči zmanjšanje biomase nekaterih vodnih rastlin.

Kar pomeni, da rastline ob visoki koncentraciji te soli rastejo manj.

Reference

1. Lide, DR (urednik) (2003). CRC Priročnik za kemijo in fiziko. 85 ^th CRC Press.
2. Kokes, H. et al. (2014). Raztapljanje bakra in železa iz malahitne rude in obarjanje bakrovega sulfata pentahidrata s kemičnim postopkom. International Science and Technology, mednarodna revija. 2014; 17 (1): 39–44. Pridobljeno od sciencedirect.com.
3. Alves de Azevedo B., JP in Peixoto, MN (2015). Zmanjšanje biomasa Salvinia zavijača izpostavljena bakrovega sulfata pentahidrata ( CuSO ₄ .5H ₂ O). Veleposestni. Voda 2015; 10 (3): 520-529. Pridobljeno z doaj.org.
4. Root, W. et al. (2019). Fleksibilen senzor za tesnjenje tekstila na osnovi bakreno obložene celulozne tkanine Lyocell. Polimeri 2019, 11, 784. Obnovljeno z mdpi.com.
5. Pitelli, RA et al. (2008). Akutna strupenost bakrovega sulfata in vodnega izvlečka posušenih listov neema na polže (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci. 2008; 30 (2): 179–184. Pridobljeno z doaj.org.
6. Badawy, SM et al. (2015). Sinteza, karakterizacija in katalitična aktivnost nanodelcev Cu / Cu2O, pripravljenih v vodnem mediju. Bilten za kemijsko reakcijsko inženirstvo in katalizo. 2015; 10 (2): 169–174. Pridobljeno z doaj.org.
7. Justel, FJ in sod. (2014). Topnost in fizikalne lastnosti nasičenih raztopin v bakrovem sulfatu + žveplova kislina + sistem morske vode pri različnih temperaturah. Brazilski časopis za kemijski inženiring. 2015; 32 (3): 629-635. Pridobljeno z doaj.org.
8. Park, CS in Kim, BG (2016). In vitro topnost bakrovega (II) sulfata in diktoperjevega klorida trihidroksida za prašiče. Azijski Avstralci. J. Anim. Sci. 2016; 29 (11): 1608-1615. Pridobljeno z doaj.org.
9. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Bakrov sulfat pentahidrat. Obnovljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Wikipedija (2020). Halkantit. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.