stringtranslate.com

Сульфат меди(II)

Сульфат меди(II) — неорганическое соединение с химической формулой CuSO4 . Он образует гидраты CuSO4 · nH2O , где n может принимать значения от 1 до 7. Пентагидрат ( n = 5 ), ярко-голубой кристалл, является наиболее часто встречающимся гидратом сульфата меди(II), [ 10 ] , тогда как его безводная форма имеет белый цвет. [11] Более старые названия пентагидрата включают голубой купорос , голубой камень , [12] медный купорос , [13] и римский купорос . [14] Он экзотермически растворяется в воде, образуя аквакомплекс [Cu(H2O ) 6 ] 2+ , имеющий октаэдрическую молекулярную геометрию . Структура твердого пентагидрата показывает полимерную структуру, в которой медь снова октаэдрическая, но связана с четырьмя водными лигандами. Центры Cu(II)(H 2 O) 4 соединены между собой сульфатными анионами, образуя цепи. [15]

Подготовка и возникновение

Получение сульфата меди(II) электролизом серной кислоты с использованием медных электродов

Медный купорос производится промышленным способом путем обработки металлической меди горячей концентрированной серной кислотой или оксидов меди разбавленной серной кислотой. Для лабораторного использования обычно покупают медный купорос. Медный купорос также может быть получен путем медленного выщелачивания низкосортной медной руды на воздухе; для ускорения процесса можно использовать бактерии. [16]

Коммерческий сульфат меди обычно содержит около 98% чистого сульфата меди и может содержать следы воды. Безводный сульфат меди содержит 39,81% меди и 60,19% сульфата по массе, а в синей, водной форме он содержит 25,47% меди, 38,47% сульфата (12,82% серы) и 36,06% воды по массе. В зависимости от его использования предоставляются четыре типа размеров кристаллов : крупные кристаллы (10–40 мм), мелкие кристаллы (2–10 мм), снежные кристаллы (менее 2 мм) и разнесенный ветром порошок (менее 0,15 мм). [16]

Химические свойства

Пентагидрат сульфата меди(II) разлагается до плавления. Он теряет две молекулы воды при нагревании до 63 °C (145 °F), затем еще две при 109 °C (228 °F) и последнюю молекулу воды при 200 °C (392 °F). [17] [18]

Химия водного сульфата меди - это просто химия медного аквакомплекса , поскольку сульфат не связан с медью в таких растворах. Таким образом, такие растворы реагируют с концентрированной соляной кислотой, давая тетрахлорокупрат(II):

Cu 2+ + 4 Cl − → [CuCl 4 ] 2−

Аналогично обработка таких растворов цинком дает металлическую медь, как описано в этом упрощенном уравнении: [19]

CuSO4 + Zn → Cu + ZnSO4

Еще одна иллюстрация таких реакций замещения одного металла происходит, когда кусок железа погружают в раствор медного купороса:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

В средней школе и на уроках общей химии медный купорос используется в качестве электролита для гальванических элементов , обычно в качестве катодного раствора. Например, в цинково-медном элементе ион меди в растворе медного купороса поглощает электрон из цинка и образует металлическую медь. [20]

Cu 2+ + 2e − → Cu (катод) , E ° ячейки = 0,34 В

Медный купорос обычно включается в подростковые наборы по химии и в студенческие эксперименты. [21] Он часто используется для выращивания кристаллов в школах и в экспериментах по гальванизации меди , несмотря на его токсичность. Медный купорос часто используется для демонстрации экзотермической реакции , в которой стальная вата или магниевая лента помещаются в водный раствор CuSO 4 . Он используется для демонстрации принципа гидратации минералов . Пентагидратная форма, которая имеет синий цвет, нагревается, превращая медный купорос в безводную форму, которая имеет белый цвет, в то время как вода, которая присутствовала в пентагидратной форме, испаряется. Когда затем к безводному соединению добавляют воду, оно снова превращается в пентагидратную форму, восстанавливая свой синий цвет. [22] Пентагидрат сульфата меди (II) можно легко получить путем кристаллизации из раствора в виде сульфата меди (II), который гигроскопичен .

Использует

Как фунгицид и гербицид

Медный купорос использовался для борьбы с водорослями в озерах и связанных с ними пресных водах, подверженных эвтрофикации . Он «остается наиболее эффективным альгицидным средством». [23] [24]

Бордоская жидкость , суспензия сульфата меди (II) ( CuSO4 ) и гидроксида кальция ( Ca(OH) 2 ), используется для борьбы с грибком на винограде , дынях и других ягодах . [25] Ее получают путем смешивания водного раствора сульфата меди и суспензии гашеной извести .

Разбавленный раствор сульфата меди используется для лечения аквариумных рыб от паразитарных инфекций, [26] а также для удаления улиток из аквариумов и зебровых дрейссенов из водопроводных труб. [27] Ионы меди очень токсичны для рыб. Большинство видов водорослей можно контролировать с помощью очень низких концентраций сульфата меди.

Аналитический реагент

В нескольких химических тестах используется сульфат меди. Он используется в растворе Фелинга и растворе Бенедикта для проверки на наличие восстанавливающих сахаров , которые восстанавливают растворимый синий сульфат меди(II) до нерастворимого красного оксида меди(I) . Сульфат меди(II) также используется в реагенте Биурет для проверки на наличие белков.

Медный купорос используется для проверки крови на анемию . Кровь опускается в раствор медного купороса с известным удельным весом — кровь с достаточным количеством гемоглобина быстро тонет из-за своей плотности, тогда как кровь, которая тонет медленно или не тонет вообще, имеет недостаточное количество гемоглобина. [28] Однако, клинически важно, современные лаборатории используют автоматизированные анализаторы крови для точного количественного определения гемоглобина, в отличие от старых качественных методов. [ необходима цитата ]

При испытании пламенем ионы меди в сульфате меди излучают темно-зеленый свет, гораздо более глубокий, чем при испытании пламенем бария .

Органический синтез

Медный купорос используется в ограниченном количестве в органическом синтезе . [29] Безводная соль используется в качестве дегидратирующего агента для формирования и манипулирования ацетальными группами. [30] Гидратированная соль может быть тщательно смешана с перманганатом калия , чтобы получить окислитель для преобразования первичных спиртов. [31]

Производство вискозы

Реакция с гидроксидом аммония дает сульфат тетраамминмеди(II) или реагент Швейцера , который использовался для растворения целлюлозы в промышленном производстве вискозы .

Ниша использует

Сульфат меди (II) привлекал множество нишевых применений на протяжении столетий. В промышленности сульфат меди имеет множество применений. В печати он является добавкой к переплетным пастам и клеям для защиты бумаги от укусов насекомых; в строительстве он используется как добавка к бетону для улучшения водостойкости и предотвращения роста растений и грибов. Сульфат меди может использоваться в качестве красящего ингредиента в произведениях искусства, особенно в стекле и керамике. [32] Сульфат меди также используется в производстве фейерверков в качестве синего красителя, но смешивать сульфат меди с хлоратами при смешивании пиротехнических порошков небезопасно. [33]

Погружение пластины для травления меди в раствор медного купороса

Когда-то медный купорос использовался для уничтожения бромелиевых , которые служат местом размножения комаров. [34] Медный купорос используется в качестве моллюскоцида для лечения бильгарциоза в тропических странах. [32]

Искусство

В 2008 году художник Роджер Хайорнс заполнил заброшенную водонепроницаемую муниципальную квартиру в Лондоне 75 000 литров водного раствора сульфата меди (II). Раствор оставили кристаллизоваться на несколько недель, прежде чем квартиру слили, оставив стены, полы и потолки, покрытые кристаллами . Работа называется Seizure . [35] С 2011 года она выставляется в Йоркширском парке скульптур . [36]

Офорт

Сульфат меди (II) используется для травления цинковых, алюминиевых или медных пластин для глубокой печати . ​​[37] [38] Он также используется для травления рисунков на меди для ювелирных изделий, таких как выемчатая гравюра . [39]

Крашение

Сульфат меди (II) может использоваться в качестве протравы при окрашивании растений . Он часто подчеркивает зеленые оттенки определенных красителей. [ необходима цитата ]

Электроника

Водный раствор сульфата меди(II) часто используется в качестве резистивного элемента в жидкостных резисторах . [ необходима цитата ]

В электронной и микроэлектронной промышленности для электроосаждения меди часто используют ванну с CuSO4 · 5H2O и серной кислотой ( H2SO4 ) . [40]

Другие формы медного купороса

Безводный сульфат меди(II) может быть получен путем дегидратации общедоступного пентагидрата сульфата меди. В природе он встречается как очень редкий минерал, известный как халькоцианит. [41] Пентагидрат также встречается в природе как халькантит . Другие редкие минералы сульфата меди включают бонаттит (тригидрат), [42] бутит (гептагидрат), [43] и моногидратное соединение поитевинит. [44] [45] Известно множество других, более сложных минералов сульфата меди(II), с экологически важными основными сульфатами меди(II), такими как лангит и поснякит. [45] [46] [47]

Формы сульфата меди(II)
  • Безводный CuSO4
    Безводный CuSO4​
  • Моногидрат сульфата меди(II)
    Моногидрат сульфата меди(II)
  • Пентагидрат сульфата меди(II)
    Пентагидрат сульфата меди(II)
  • Редкий минерал бутит (CuSO4·7H2O)
    Редкий минерал бутит ( CuSO 4 ·7H 2 O ).

Токсикологические эффекты

Соли меди (II) имеют LD50 100 мг/кг. [48] [49]

В прошлом сульфат меди (II) использовался как рвотное средство . [50] В настоящее время он считается слишком токсичным для такого использования. [51] Он по-прежнему указан как антидот в системе анатомо-терапевтической химической классификации Всемирной организации здравоохранения . [52]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Varghese, JN; Maslen, EN (1985). «Электронная плотность в неидеальных металлических комплексах. I. Пентагидрат сульфата меди». Acta Crystallographica Section B. 41 ( 3): 184–190. doi :10.1107/S0108768185001914.
  2. ^ abcdefg Хейнс, стр. 4.62
  3. ^ Рамбл, Джон, ред. (2018). CRC Handbook of Chemistry and Physics (99-е изд.). CRC Press, Taylor & Francis Group. стр. 5–179. ISBN 9781138561632.
  4. ^ Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К., ред. (2003). "Халькоцианит" (PDF) . Справочник по минералогии . Том V. Бораты, карбонаты, сульфаты. Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки. ISBN 978-0962209741.
  5. ^ Хейнс, стр. 10.240
  6. ^ Kokkoros, PA; Rentzeperis, PJ (1958). «Кристаллическая структура безводных сульфатов меди и цинка». Acta Crystallographica . 11 (5): 361–364. doi :10.1107/S0365110X58000955.
  7. ^ Bacon, GE; Titterton, DH (1975). "Нейтронно-дифракционные исследования CuSO 4 · 5H 2 O и CuSO 4 · 5D 2 O". Z. Kristallogr . 141 (5–6): 330–341. Bibcode :1975ZK....141..330B. doi :10.1524/zkri.1975.141.5-6.330.
  8. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0150". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  9. ^ Сульфат меди. Национальные институты здравоохранения США
  10. ^ Коннор, Ник (2023-07-24). "Сульфат меди (II) | Формула, свойства и применение". Свойства материалов . Получено 2024-02-03 .
  11. ^ Фонд, совместно с Наффилдом. "Обратимая реакция гидратированного сульфата меди(II)". RSC Education . Получено 2024-02-03 .
  12. ^ "Сульфат меди (II) MSDS". Оксфордский университет . Архивировано из оригинала 2007-10-11 . Получено 2007-12-31 .
  13. ↑ Антуан-Франсуа де Фуркруа, перевод Роберта Герона (1796) «Элементы химии и естественной истории: которым предшествует философия химии». Дж. Мюррей и др., Эдинбург. Страница 348.
  14. ^ Oxford University Press, "Roman vitriol", Oxford Living Dictionaries. Доступ 13.11.2016
  15. ^ Ting, VP; Henry, PF; Schmidtmann, M.; Wilson, CC; Weller, MT (2009). «In situ нейтронная порошковая дифракция и определение структуры в контролируемых условиях влажности». Chem. Commun . 2009 (48): 7527–7529. doi :10.1039/B918702B. PMID  20024268.
  16. ^ ab "Использование соединений меди: сульфат меди". copper.org . Copper Development Association Inc . Получено 10 мая 2015 г. .
  17. ^ Эндрю Нокс Гэлвей; Майкл Э. Грин (1999). Термическое разложение ионных твердых тел. Elsevier. С. 228–229. ISBN 978-0-444-82437-0.
  18. ^ Виберг, Эгон; Нильс Виберг; Арнольд Фредерик Холлеман (2001). Неорганическая химия. Academic Press. стр. 1263. ISBN 978-0-12-352651-9.
  19. ^ Рэй К. Брюстер, Теодор Грёнинг (1934). "P-нитрофениловый эфир". Органические синтезы . 14 : 66. doi :10.15227/orgsyn.014.0066.
  20. ^ Zumdahl, Steven; DeCoste, Donald (2013). Химические принципы . Cengage Learning. стр. 506–507. ISBN 978-1-285-13370-6.
  21. ^ Родригес, Эмилио; Висенте, Мигель Анхель (2002). «Лаборатория неорганической химии на основе сульфата меди для студентов первого курса университета, которая обучает основным операциям и концепциям». Журнал химического образования . 79 (4): 486. Bibcode : 2002JChEd..79..486R. doi : 10.1021/ed079p486.
  22. ^ "Процесс получения стабильного моногидрата сульфата меди (II), применяемого в качестве добавки микроэлемента в корма для животных" . Получено 2009-07-07 .
  23. ^ Ван Халлебуш, Э.; Шатене, П.; Делюша, В.; Чазал, премьер-министр; Фруассар, Д.; Линза, ПНЛ; Бауду, М. (2003). «Судьба и формы Cu в экосистеме резервуара после обработки сульфатом меди (Сен-Жермен-ле-Бель, Франция)». Journal de Physique IV (Труды) . 107 : 1333–1336. дои : 10.1051/jp4: 20030547.
  24. ^ Хоги, М. (2000). «Формы и судьба Cu в резервуаре питьевой воды после обработки CuSO4». Water Research . 34 (13): 3440–3452. doi :10.1016/S0043-1354(00)00054-3.
  25. ^ Мартин, Хьюберт (1933). «Использование соединений меди: роль сульфата меди в сельском хозяйстве». Annals of Applied Biology . 20 (2): 342–363. doi :10.1111/j.1744-7348.1933.tb07770.x . Получено 31 декабря 2007 г.
  26. ^ "Все о сульфате меди". National Fish Pharmaceuticals . Получено 2007-12-31 .
  27. ^ "Поскольку зебровые дрейссены здесь надолго, у Остина есть план, как избежать вонючей питьевой воды". KXAN Austin . 2020-10-26 . Получено 2020-10-28 .
  28. ^ Эстридж, Барбара Х.; Анна П. Рейнольдс; Норма Дж. Уолтерс (2000). Основные медицинские лабораторные методы . Thomson Delmar Learning. стр. 166. ISBN 978-0-7668-1206-2.
  29. ^ Хоффман, Р. В. (2001). "Сульфат меди (II)". Сульфат меди (II), в Энциклопедии реагентов для органического синтеза . John Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rc247. ISBN 978-0471936237.
  30. ^ Филип Дж. Коченски (2005). Защитные группы. Thieme. стр. 58. ISBN 978-1-58890-376-1.
  31. ^ Джеффорд, CW; Ли, Y.; Ван, Y. «Селективное гетерогенное окисление с использованием смеси перманганата калия и сульфата меди: (3aS,7aR)-гексагидро-(3S,6R)-диметил-2(3H)-бензофуранон». Органические синтезы; Собрание томов , т. 9, стр. 462.
  32. ^ ab Copper Development Association. "Использование соединений меди: Таблица A - Использование сульфата меди". медь . Copper Development Association Inc . Получено 12 мая 2015 г. .
  33. ^ Партин, Ли. "The Blues: Part 2". skylighter . Skylighter.Inc. Архивировано из оригинала 21 декабря 2010 года . Получено 12 мая 2015 года .
  34. ^ Despommier; Gwadz; Hotez; Knirsch (июнь 2005 г.). Паразитарные заболевания (5-е изд.). NY: Apple Tree Production LLC, стр. Раздел 4.2. ISBN 978-0970002778. Получено 12 мая 2015 г.
  35. ^ "Приступ". Artangel.org.uk . Получено 2021-10-05 .
  36. ^ "Roger Hiorns: Seizure". Yorkshire Sculpture Park. Архивировано из оригинала 22.02.2015 . Получено 22.02.2015 .
  37. ^ greenart.info, Бордоская гравюра, 2009-01-18, получено 2011-06-02.
  38. ^ ndiprintmaking.ca, Химия использования протравы на основе медного купороса, 2009-04-12, получено 2011-06-02.
  39. ^ http://mordent.com/etch-howto/, Как электролитически травить медь, латунь, сталь, нейзильбер или серебро, получено 2015-05-2015.
  40. ^ K. Kondo; Rohan N. Akolkar; Dale P. Barkey; Masayuki Yokoi (2014). Электроосаждение меди для нанопроизводства электронных устройств. Нью-Йорк. ISBN 978-1-4614-9176-7. OCLC  868688018.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  41. ^ "Халькоцианит". www.mindat.org .
  42. ^ "Бонаттит". www.mindat.org .
  43. ^ "Бутит". www.mindat.org .
  44. ^ "Пойтевините". www.mindat.org .
  45. ^ ab "Список минералов". www.ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.
  46. ^ "Лангите". www.mindat.org .
  47. ^ "Посняките". www.mindat.org .
  48. ^ Виндхольц, М., ред. 1983. Индекс Merck . Десятое издание. Рауэй, Нью-Джерси: Merck and Company.
  49. ^ Руководство по перерегистрации пестицидных продуктов, содержащих сульфат меди. Информационный листок № 100. , Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США, Управление программ по пестицидам, 1986
  50. ^ Хольцманн, NA; Хаслам, RH (июль 1968). «Повышение уровня сывороточной меди после применения сульфата меди в качестве рвотного средства». Педиатрия . 42 (1): 189–93. doi :10.1542/peds.42.1.189. PMID  4385403. S2CID  32740524.
  51. ^ Олсон, Кент С. (2004). Отравление и передозировка наркотиков. Нью-Йорк: Lange Medical Mooks/McGraw-Hill. стр. 175. ISBN 978-0-8385-8172-8.
  52. ^ V03AB20 ( ВОЗ )

Библиография

Внешние ссылки