KOBBERSULFAT-PENTAHYDRAT: STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den kobbersulfatpentahydrat er en uorganisk forbindelse, der består af grundstofferne kobber (Cu), svovl (S), oxygen (O) og vand (H ₂ O). Det indeholder kobber (II) (Cu ²⁺) og sulfat (SO ₄ ^2-) ioner. Dens kemiske formel er CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

I naturen findes det, der danner mineralet chalcantit eller calcantit, også kaldet chalclase eller calclasse. Det er et blå krystallinsk fast stof.

Krystall af kobbersulfatpentahydrat CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Forfatter: Überraschungsbilder. Kilde: Wikimedia Commons.

Det bruges som et kosttilskud til nogle dyr, såsom drøvtyggere, svin og fjerkræ. I landbruget fungerer det som et pesticid. I minedrift gør det muligt at genvinde andre metaller.

På grund af dets blå nuance bruges det til farvestoffer og metaller. Det er blevet brugt til at deponere metallisk kobber på cellulosefibre til opnåelse af elektrisk ledende stoffer. Det bruges også til at fremstille nanopartikler af kobber og dets oxider med en række forskellige anvendelser.

I høje koncentrationer kan det være giftigt for fauna og flora, og derfor bruges det undertiden til at fjerne skadedyr (dyr eller planter) fra akvatiske miljøer såsom laguner og naturlige damme.

Struktur

Denne forbindelse dannes af elementet kobber i dets oxidationstilstand +2 og sulfatanionen. Det sidstnævnte har et svovlatom med valens +6 omgivet af fire oxygenatomer, hver med valens -2. På denne måde har sulfationet to negative ladninger.

Det har også 5 vandmolekyler i sin struktur. I den følgende figur kan du se, hvordan de forskellige atomer er arrangeret i krystallen.

Struktur af CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Forfatter: Smokefoot. Kilde: Wikimedia Commons.

Cu ²⁺ (orange kugler) koordineres samtidigt med 4 molekyler H ₂ O (oxygen = rød, brint = hvid) og med 2 oxygenatomer SO ₄ ^2- (svovl = gul). I figuren en af H ₂ O molekyler er i tilsyneladende frihed, men er en del af den krystallinske struktur.

nomenklatur

Chalcantite-mineral CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Forfatter: Archaeodontosaurus. Kilde: Wikimedia Commons.

• Kobbersulfat-pentahydrat
• Kobber (II) lide pentahydrat
• Bluejack
• Blå sten (fra engelsk blå sten)
• Chalcantite, calcantite, chalclase eller calclase

Ejendomme

Fysisk tilstand

Blå krystallinsk fast stof.

Molekylær vægt

249,686 g / mol

Smeltepunkt

Når den når 110 ºC, nedbrydes den.

Massefylde

2.286 g / cm ³

Opløselighed

Opløselig i vand: 22,0 g / 100 g vand ved 25 ° C. Opløselig i methanol (CH ₃ OH). Tungt opløseligt i ethanol (CH ₃ CH ₂ OH).

Kemiske egenskaber

Denne forbindelse, når den kommer i kontakt med vand, opløses og danner ionerne Cu ²⁺ og SO ₄ ^2-. Dens opløselighed i vand falder markant, hvis svovlsyre er til stede i vandet.

H ₂ SO ₄ giver SO ₄ ^2- ioner, og dens tilstedeværelse genererer den "fælles ion" -effekt, da denne ion er til stede i kobbersulfat-pentahydrat. Opløsning kan udtrykkes sådan:

CuSO _{4 •} 5H ₂ O (fast stof) + vand ⇔ Cu ²⁺ + SO ₄ ²⁺ vand

Derfor, hvis SO ₄ ^2- svovlsyre er allerede til stede i opløsning, ligevægten skifter til venstre, det vil sige mod dannelsen af det faste stof og nedsætter derfor opløseligheden.

Indhentning

En af de måder at få kobbersulfatpentahydrat er ved at opløse mineral malakit i vandig svovlsyre (H ₂ SO ₄) ved en kontrolleret temperatur. Malachite indeholder Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ med andre urenheder, såsom jern.

Den urene kobber (II) opløsning behandles med hydrogenperoxid (H ₂ O ₂) for at sikre, at jern (II) (Fe ²⁺) urenheder omdannes til jern (III) (Fe ³⁺). Det sidstnævnte udfældes i form af jernhydroxid (Fe (OH) ₃) under anvendelse af natriumhydroxid (NaOH).

Udfældning betyder, at der dannes partikler af et uopløseligt fast stof i opløsningen, der falder til bunden af ​​beholderen, der indeholder den.

Udseende af en koncentreret opløsning af CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Forfatter: PublicDomainPictures. Kilde: Pixabay.

Den resulterende blanding filtreres for at fjerne faststoffet Fe (OH) ₃, og den resterende væske behandles med ethanol (C ₂ H ₅ OH), methanol (CH ₃ OH) eller svovlsyre til udfældning alle Cu ^{2 +} -ioner som CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Når der tilsættes ethanol for eksempel er der mindre vand til rådighed, således at ionerne Cu ²⁺ og SO ₄ ^2- er i opløsning og har tendens til at binde sammen. Det fungerer som en dehydrator. Jo mere ethanol du tilføjer, jo mere solid danner den.

Det udfældede faste stof kan omkrystalliseres til oprensning. For at gøre dette opløses det i vand ved en temperatur på 80-90 ° C, og derefter afkøles opløsningen til 25-30 ° C. Pentahydratforbindelsen udfældes igen, og urenhederne forbliver i opløsning.

Applikationer

Det har en bred vifte af kommercielle applikationer.

I landbruget fungerer det som et pesticid, insekticid, herbicid, fungicid, bakteriedræbende middel og jordtilsætningsstof. I veterinærterapier bruges det som anthelmintikum, fungicid og emetikum (for at forårsage opkast).

Det bruges som et blåt eller grønt pigment i farvestoffer og farvestoffer som en mordant til farvning af stoffer og metaller. Også som en fototrykningstoner og som et reagens til at intensivere negativer.

Det bruges i mineaktiviteter som et flotationsreagens til genvinding af zink og bly. Det bruges til at fremstille andre kobberforbindelser, det bruges i læderbruning og til at bevare træ.

I dyrefoder

Denne forbindelse anvendes i diæten af ​​svin i meget små mængder som en vækstpromotor, især i eftervænningsfasen. Mekanismen, hvormed det har denne virkning, er stadig ukendt.

Nogle forskere hævder, at det reducerer bestanden af ​​patogene eller skadelige bakterier i tarmen hos dyr og følgelig favoriserer deres vækst.

Med CuSO _{4 •} 5H ₂ O, kan fremmet udviklingen af fravænnede smågrise. Forfatter: MabelAmber. Kilde: Pixabay.

Andre forskere viser, at det forbedrer sundheden i disse tarmers tarme, men nogle undersøgelser viser, at den intravenøse injektion af kobber også forbedrer deres vækst.

Det er også blevet brugt til samme formål hos fjerkræ og er blevet brugt til kobbermangel hos drøvtyggere.

I syntesen af ​​nanopartikler

Kobbersulfatpentahydrat er blevet anvendt til at opnå blandede nanopartikler af kobber og kobber (I) oxid (Cu / Cu ₂ O).

Nanopartikler er ekstremt små strukturer, der kun kan ses gennem et elektronmikroskop.

Cu / cu ₂ O pulver i form af nanopartikler anvendes i katalyse eller fremskyndelse af kemiske reaktioner, i halvledere og i antimikrobielle materialer, blandt andre anvendelser.

I undersøgelser til skadedyrsbekæmpelse

CuSO _{4 •} 5H ₂ O er blevet anvendt i eksperimenter til at evaluere dens toksicitet over for snegle af Pomacea canaliculata-arten.

Dette er bløddyr, der er hjemmehørende i de tropiske regioner i Sydamerika, som bor i forskellige typer af økosystemer, fra sumpe og laguner til søer og floder.

De studeres, fordi nogle er vært for menneskelige parasitter såsom Schistosoma mansoni (trematode, der forårsager bilharziasygdom). Snegle kan også være skadelige for landbrugsafgrøder i oversvømmede regioner.

Skaller af sneglene Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Æg deponeret af snegle på en akvatisk plante. Disse snegle er undertiden en skadedyr, der kan kontrolleres med CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, National Institute of Parasitic Diseases / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Kilde: Wikimedia Commons.

Ifølge de undersøgte undersøgelser er vandige opløsninger af kobbersulfatpentahydrat ekstremt giftige for disse snegle, så denne forbindelse kan bruges til at eliminere bløddyr fra inficerede områder.

Ifølge nogle undersøgelser skyldes dette, at sneglen ikke har behov for kobberion, så bare kontakt med denne ion ville være nok til, at dyrets død kan forekomme.

I elektrisk ledende stoffer

Denne forbindelse er blevet brugt til at opnå tekstilmaterialer med integrerede elsensorer. Denne type stof bruges i elopbevaringsenheder, tryksensorer, fotodetektorer og lysemitterende skærme.

For at få elektrisk ledende stoffer overtrækkes en semisyntetisk vævet cellulosefiber kaldet "Lyocell" med metallisk kobber. Belægningen udføres på en ikke-elektrolytisk måde med udgangspunkt i en opløsning af CuSO4 • 5H2O og andre hjælpekemiske forbindelser.

Lyocell fiber. Denne type klud blev anvendt i test af kobberbelægning. Dobrozhinetsky / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Kilde: Wikimedia Commons.

Stoffet opnået på denne måde kan overføre et elektrisk signal, selv under deformation eller strækningsbetingelser, mens der opretholdes høj ledningsevne.

Effekter på miljøet

Som tidligere forklaret CuSO _{4 •} 5H ₂ O, når de opløses i vand, genererer kobber (II) ion.

Selvom kobber er vigtigt i lave koncentrationer for de cellulære aktiviteter hos levende organismer, kan det i høje koncentrationer være giftigt og endda forårsage død.

Derfor udgør nærværelsen af ​​nævnte ion i miljøet en risiko for dyr og planter. I akvatiske økosystemer kan det bioakkumuleres i levende væsener og i fødekæden og forårsage skade.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O kan være skadeligt for vandmiljøer. Forfatter: JamesDeMers. Kilde: Pixabay.

I visse erfaringer har det faktisk vist sig, at forureningen af ​​vandmiljøer med kobbersulfatpentahydrat får biomassen til visse akvatiske planter til at falde.

Hvilket betyder, at planter vokser mindre i nærværelse af dette salt i høje koncentrationer.

Referencer

1. Lide, DR (redaktør) (2003). CRC-håndbog om kemi og fysik. 85 ^th CRC Press.
2. Kokes, H. et al. (2014). Opløsning af kobber og jern fra malachitmalm og udfældning af kobbersulfatpentahydrat ved kemisk proces. Ingeniørvidenskab og teknologi, et internationalt tidsskrift. 2014, 17 (1): 39-44. Gendannes fra sciencedirect.com.
3. Alves de Azevedo B., JP og Peixoto, MN (2015). Biomasse reduktion af Salvinia molesta udsat for kobbersulfatpentahydrat (CuSO ₄.5H ₂ O). Pastor Ambient. Vand 2015; 10 (3): 520-529. Gendannet fra doaj.org.
4. Root, W. et al. (2019). Fleksibel tekstil belastningsføler baseret på kobbercoated cellulosestof af Lyocell-type. Polymerer 2019, 11, 784. Gendannes fra mdpi.com.
5. Pitelli, RA et al. (2008). Akut toksicitet af kobbersulfat og vandigt ekstrakt af tørrede neemblade på snegle (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci. 2008; 30 (2): 179-184. Gendannet fra doaj.org.
6. Badawy, SM et al. (2015). Syntese, karakterisering og katalytisk aktivitet af Cu / Cu20-nanopartikler fremstillet i vandigt medium. Bulletin for kemisk reaktionsteknologi og katalyse. 2015; 10 (2): 169-174. Gendannet fra doaj.org.
7. Justel, FJ et al (2014). Opløseligheder og fysiske egenskaber ved mættede opløsninger i kobbersulfat + svovlsyre + havvandssystem ved forskellige temperaturer. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2015; 32 (3): 629-635. Gendannet fra doaj.org.
8. Park, CS og Kim, BG (2016). In vitro opløselighed af kobber (II) sulfat og dicopperchlorid trihydroxid til svin. Asiatiske australier. J. Anim. Sci. 2016; 29 (11): 1608-1615. Gendannet fra doaj.org.
9. US National Library of Medicine. (2019). Kobbersulfat-pentahydrat. Gendannes fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Wikipedia (2020). Chalcanthite. Gendannet fra en.wikipedia.org.