stringtranslate.com

Сульфат меди(II)

Сульфат меди(II) , также известный как сульфат меди , представляет собой неорганическое соединение с химической формулой Cu SO 4 . Он образует гидраты CuSO 4 · n H 2 O , где n может находиться в пределах от 1 до 7. Пентагидрат ( n = 5) — ярко-синий кристалл — наиболее часто встречающийся гидрат сульфата меди(II) [10] , тогда как его безводная форма имеет белый цвет. [11] Старые названия пентагидрата включают медный купорос , медный купорос , [12] медный купорос , [13] и римский купорос . [14] Он экзотермически растворяется в воде с образованием аквакомплекса [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ , который имеет октаэдрическую молекулярную геометрию . Структура твердого пентагидрата представляет собой полимерную структуру, в которой медь снова имеет октаэдрическую форму, но связана с четырьмя водными лигандами. Центры Cu (II)(H 2 O) 4 связаны между собой сульфат-анионами, образуя цепочки. [15]

Подготовка и возникновение

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

Медный купорос получают в промышленных масштабах путем обработки металлической меди горячей концентрированной серной кислотой или оксидов меди разбавленной серной кислотой. Для лабораторного использования обычно приобретают медный купорос. Медный купорос также можно производить путем медленного выщелачивания низкосортной медной руды на воздухе; Бактерии могут быть использованы для ускорения процесса. [16]

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

Химические свойства

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

Химический состав водного сульфата меди аналогичен химическому составу аквакомплекса меди , поскольку в таких растворах сульфат не связан с медью. Так, такие растворы реагируют с концентрированной соляной кислотой с образованием тетрахлоркупрата(II):

Cu 2+ + 4 Cl − → [CuCl 4 ] 2−

Аналогичным образом обработка таких растворов цинком дает металлическую медь, что описывается этим упрощенным уравнением: [19]

CuSO 4 + Zn → Cu + ZnSO 4

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

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

В средней школе и общем химическом образовании сульфат меди используется в качестве электролита для гальванических элементов , обычно в виде катодного раствора. Например, в элементе цинк/медь ион меди в растворе сульфата меди поглощает электрон цинка и образует металлическую медь. [20]

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

Медный купорос обычно включается в наборы для подростков по химии и эксперименты для студентов. [21] Его часто используют для выращивания кристаллов в школах и в экспериментах по меднению , несмотря на его токсичность. Медный купорос часто используют для демонстрации экзотермической реакции , при которой стальную вату или магниевую ленту помещают в водный раствор CuSO 4 . Он используется для демонстрации принципа минеральной гидратации . Пентагидратная форма синего цвета нагревается, превращая сульфат меди в безводную форму белого цвета, а вода, присутствовавшая в пентагидратной форме, испаряется . Когда к безводному соединению затем добавляется вода, оно снова превращается в пентагидрат, вновь приобретая синий цвет. [22] Пентагидрат сульфата меди(II) можно легко получить кристаллизацией из раствора в виде сульфата меди(II), который гигроскопичен .

Использование

В качестве фунгицида и гербицида

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]

Бордосская жидкость — суспензия сульфата меди(II) ( CuSO 4 ) и гидроксида кальция ( Ca(OH) 2 ) — применяется для борьбы с грибком на винограде , дынях и других ягодах . [25] Его получают путем смешивания водного раствора медного купороса и суспензии гашеной извести .

Разбавленный раствор медного купороса применяется для лечения аквариумных рыб от паразитарных инфекций [26] , а также для удаления улиток из аквариумов и дрейссены из водопроводных труб. [27] Ионы меди очень токсичны для рыб. С большинством видов водорослей можно бороться 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 восстанавливающих сахаров , которые восстанавливают растворимый синий сульфат меди (II) до нерастворимого красного оксида меди (I) . Сульфат меди (II) также используется в биуретовом реагенте для проверки белков.

Медный купорос используется для проверки крови на анемию . Кровь опускают в раствор медного купороса известного удельного веса — кровь с достаточным количеством гемоглобина быстро опускается из-за своей плотности, тогда как кровь, которая опускается медленно или совсем не опускается, содержит недостаточное количество гемоглобина. [28] Однако с клинической точки зрения современные лаборатории используют автоматизированные анализаторы крови для точного количественного определения гемоглобина, в отличие от старых качественных методов. [ нужна цитата ]

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

Органический синтез

Медный купорос применяется в органическом синтезе в ограниченных количествах . [29] Безводная соль используется в качестве дегидратирующего агента для образования ацетальных групп и управления ими. [30] Гидратированную соль можно тщательно смешать с перманганатом калия , чтобы получить окислитель для конверсии первичных спиртов. [31]

Производство вискозы

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

Нишевое использование

Сульфат меди(II) на протяжении веков привлекал множество нишевых применений. В промышленности сульфат меди имеет множество применений. В полиграфии является добавкой к переплетным пастам и клеям для защиты бумаги от укусов насекомых; в строительстве его используют в качестве добавки к бетону, чтобы улучшить водостойкость и предотвратить рост на нем чего-либо. Медный купорос можно использовать в качестве красителя в произведениях искусства, особенно в стекле и керамике. [32] Сульфат меди также используется при производстве фейерверков в качестве синего красителя, но смешивать сульфат меди с хлоратами при смешивании порошков для фейерверков небезопасно. [33]

Опускание пластины для травления меди в раствор медного купороса.

Медный купорос когда-то 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 гидроизолированную муниципальную квартиру в Лондоне 75 000 литров водного раствора сульфата меди (II). Раствору оставили кристаллизоваться на несколько недель, прежде чем квартиру осушили, оставив стены, полы и потолки покрытыми кристаллами . Работа называется «Захват» . [35] С 2011 года он находится на выставке в Йоркширском парке скульптур . [36]

Офорт

Сульфат меди(II) используется для травления цинковых, алюминиевых или медных пластин при глубокой печати . [37] [38] Он также используется для гравировки рисунков на меди для ювелирных изделий, например, для Champlevé . [39]

Крашение

Сульфат меди(II) можно использовать в качестве протравы при крашении овощей . Он часто подчеркивает зеленые оттенки определенных красителей. [ нужна цитата ]

Электроника

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

В электронной и микроэлектронной промышленности для электроосаждения меди часто применяют ванну CuSO 4 ·5H 2 O и серной кислоты ( H 2 SO 4 ). [40]

Другие формы сульфата меди

Безводный сульфат меди(II) можно получить путем дегидратации общедоступного пентагидрата сульфата меди. В природе встречается 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), включая экологически важные основные сульфаты меди (II), такие как лангит и поснякит. [45] [46] [47]

Формы сульфата меди(II)
  • Безводный CuSO4
    Безводный CuSO 4
  • 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] Он достаточно безвреден, чтобы быть обычным компонентом школьных экспериментов и широко использоваться в плавательных озерах для борьбы с водорослями.

Сульфат меди(II) раньше использовался как рвотное средство . [50] В настоящее время он считается слишком токсичным для такого использования. [51] Он до сих пор числится в качестве противоядия в Анатомо-терапевтической и химической классификации Всемирной организации здравоохранения . [52]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Варгезе, Дж. Н.; Маслен, Э.Н. (1985). «Электронная плотность в неидеальных металлокомплексах. I. Пентагидрат сернокислой меди». Акта Кристаллогр. Б. _ 41 (3): 184–190. дои : 10.1107/S0108768185001914.
  2. ^ abcdefg Хейнс, с. 4,62
  3. ^ Рамбл, Джон, изд. (2018). Справочник CRC по химии и физике (99-е изд.). CRC Press, Taylor & Francisco 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, с. 10.240
  6. ^ Коккорос, Пенсильвания; Рентзеперис, П.Дж. (1958). «Кристаллическая структура безводных сульфатов меди и цинка». Акта Кристаллографика . 11 (5): 361–364. дои : 10.1107/S0365110X58000955.
  7. ^ Бэкон, GE; Титтертон, Д.Х. (1975). «Нейтронографические исследования CuSO 4 · 5H 2 O и CuSO 4 · 5D 2 O». З. Кристаллогр . 141 (5–6): 330–341. Бибкод : 1975ZK....141..330B. дои :10.1524/zkri.1975.141.5-6.330.
  8. ^ abc Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0150». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  9. ^ Сульфат меди. Национальные институты здравоохранения США
  10. ^ Коннор, Ник (24 июля 2023 г.). «Сульфат меди (II) | Формула, свойства и применение». Свойства материала . Проверено 3 февраля 2024 г.
  11. ^ Фонд, совместно с Наффилдом. «Обратимая реакция гидратированного сульфата меди (II)». РСК Образование . Проверено 3 февраля 2024 г.
  12. ^ «Паспорт безопасности меди (II) сульфат». Оксфордский университет . Архивировано из оригинала 11 октября 2007 г. Проверено 31 декабря 2007 г.
  13. ^ Антуан-Франсуа де Фуркруа, тр. Роберт Херон (1796) «Элементы химии и естествознания: к чему прилагается философия химии». Дж. Мюррей и др., Эдинбург. Страница 348.
  14. ^ Издательство Оксфордского университета, «Римский купорос», Оксфордские живые словари. Доступ: 13 ноября 2016 г.
  15. ^ Тинг, вице-президент; Генри, ПФ; Шмидтманн, М.; Уилсон, CC; Веллер, Монтана (2009). «Дифракция нейтронов на порошке in situ и определение структуры при контролируемой влажности». хим. Коммун . 2009 (48): 7527–7529. дои : 10.1039/B918702B. ПМИД  20024268.
  16. ^ ab «Использование соединений меди: сульфат меди». Copper.org . Ассоциация развития меди, Inc. Проверено 10 мая 2015 г.
  17. ^ Эндрю Нокс Голви; Майкл Э. Грин (1999). Термическое разложение ионных твердых веществ. Эльзевир. стр. 228–229. ISBN 978-0-444-82437-0.
  18. ^ Виберг, Эгон; Нильс Виберг; Арнольд Фредерик Холлеман (2001). Неорганическая химия. Академическая пресса. п. 1263. ИСБН 978-0-12-352651-9.
  19. ^ Рэй К. Брюстер, Теодор Гренинг (1934). «П-нитрофениловый эфир». Органические синтезы . 14:66 . дои :10.15227/orgsyn.014.0066.
  20. ^ Зумдал, Стивен; ДеКост, Дональд (2013). Химические принципы . Cengage Обучение. стр. 506–507. ISBN 978-1-285-13370-6.
  21. ^ Родригес, Эмилио; Висенте, Мигель Анхель (2002). «Лаборатория неорганической химии на основе медного купороса для студентов-первокурсников, обучающая основным операциям и понятиям». Журнал химического образования . 79 (4): 486. Бибкод : 2002JChEd..79..486R. дои : 10.1021/ed079p486.
  22. ^ «Процесс получения стабильного моногидрата сульфата меди (II), применимого в качестве добавки микроэлементов в корма для животных» . Проверено 7 июля 2009 г.
  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 источнике питьевой воды после обработки CuSO4». Исследования воды . 34 (13): 3440–3452. дои : 10.1016/S0043-1354(00)00054-3.
  25. ^ Мартин, Хьюберт (1933). «Использование соединений меди: роль сульфата меди в сельском хозяйстве». Анналы прикладной биологии . 20 (2): 342–363. дои :10.1111/j.1744-7348.1933.tb07770.x . Проверено 31 декабря 2007 г.
  26. ^ «Все о медном купоросе». Национальная рыбная фармацевтика . Проверено 31 декабря 2007 г.
  27. ^ «Поскольку мидии-зебры здесь останутся, у Остина есть план, как избежать вонючей питьевой воды» . КХАН Остин . 2020-10-26 . Проверено 28 октября 2020 г.
  28. ^ Эстридж, Барбара Х.; Анна П. Рейнольдс; Норма Дж. Уолтерс (2000). Основные медицинские лабораторные методы . Томсон Делмар Обучение. п. 166. ИСБН 978-0-7668-1206-2.
  29. ^ Хоффман, Р.В. (2001). «Сульфат меди (II)». Сульфат меди (II) в Энциклопедии реагентов для органического синтеза . Джон Уайли и сыновья. дои : 10.1002/047084289X.rc247. ISBN 978-0471936237.
  30. ^ Филип Дж. Коценски (2005). Защитные группы. Тиме. п. 58. ИСБН 978-1-58890-376-1.
  31. ^ Джеффорд, CW; Ли, Ю.; Ван, Ю. «Селективное гетерогенное окисление с использованием смеси перманганата калия и сульфата меди: (3aS,7aR)-гексагидро-(3S,6R)-диметил-2(3H)-бензофуранон». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 9, с. 462
  32. ^ ab Ассоциация развития меди. «Использование соединений меди: Таблица А. Использование сульфата меди». медь . Ассоциация развития меди, Inc. Проверено 12 мая 2015 г.
  33. ^ Партин, Ли. «Блюз: Часть 2». световой люк . Skylighter.Inc. Архивировано из оригинала 21 декабря 2010 года . Проверено 12 мая 2015 г.
  34. ^ Деспомье; Гвадз; Хотез; Книрш (июнь 2005 г.). Паразитарные болезни (5-е изд.). Нью-Йорк: Apple Tree Production LLC, стр. Раздел 4.2. ISBN 978-0970002778. Проверено 12 мая 2015 г.
  35. ^ «Захват». Artangel.org.uk . Проверено 05 октября 2021 г.
  36. ^ «Роджер Хайорнс: Приступ». Парк скульптур Йоркшира. Архивировано из оригинала 22 февраля 2015 г. Проверено 22 февраля 2015 г.
  37. ^ greenart.info, Bordeau etch, 18 января 2009 г., получено 2 июня 2011 г.
  38. ^ ndiprintmaking.ca, Химия использования протравы на основе сульфата меди, 12 апреля 2009 г., получено 2 июня 2011 г.
  39. ^ http://mordent.com/etch-howto/, Как электролитически травить медь, латунь, сталь, нейзильбер или серебро, получено 05.05.2015 г.
  40. ^ К. Кондо; Рохан Н. Аколкар; Дейл П. Барки; Масаюки Ёкои (2014). Электроосаждение меди для нанопроизводства электронных устройств. Нью-Йорк. ISBN 978-1-4614-9176-7. ОКЛК  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. ^ "Лангит". www.mindat.org .
  47. ^ "Посняките". www.mindat.org .
  48. ^ Виндхольц, М., изд. 1983. Индекс Мерка . Десятое издание. Рэуэй, Нью-Джерси: Merck and Company.
  49. ^ Руководство по перерегистрации пестицидных продуктов, содержащих сульфат меди. Информационный бюллетень №. 100. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США, Управление программ по пестицидам, 1986.
  50. ^ Хольцманн, Н.А.; Хаслам, Р.Х. (июль 1968 г.). «Повышение уровня меди в сыворотке после применения сульфата меди в качестве рвотного средства». Педиатрия . 42 (1): 189–93. дои :10.1542/педс.42.1.189. PMID  4385403. S2CID  32740524.
  51. ^ Олсон, Кент К. (2004). Отравление и передозировка наркотиками. Нью-Йорк: Lange Medical Mooks/McGraw-Hill. п. 175. ИСБН 978-0-8385-8172-8.
  52. ^ V03AB20 ( ВОЗ )

Библиография

Внешние ссылки