PENTAHIDRAT DE SULFAT DE CUPRU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Pentahidrat de sulfat de cupru este un compus anorganic constând din elemente de cupru (Cu), sulf (S), oxigen (O) și apă (H ₂ O). Conține ioni de cupru (II) (Cu ²⁺ ) și sulfat (SO ₄ ^2- ). Formula sa chimică este CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

În natură, se găsește formând calcamină minerală sau calcantită, numită și calclază sau calclasă. Este un solid cristalin albastru.

Cristal de sulfat de cupru pentahidrat CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: Überraschungsbilder. Sursa: Wikimedia Commons.

Este folosit ca supliment alimentar pentru unele animale, cum ar fi rumegătoarele, porcii și păsările de curte. În agricultură servește ca pesticid. În activitățile miniere permite recuperarea altor metale.

Datorită nuanței albastre, este utilizat pentru colorarea țesăturilor și a metalelor. A fost utilizat pentru a depune cupru metalic pe fibre de celuloză pentru a obține țesături conductoare electric. De asemenea, este utilizat pentru prepararea nanoparticulelor de cupru și oxizii săi, cu o varietate de aplicații.

În concentrații mari poate fi toxic pentru fauna și flora, din acest motiv este uneori folosit pentru a elimina dăunătorii (animale sau plante) din mediile acvatice, cum ar fi lagune și iazuri naturale.

Structura

Acest compus este format din elementul de cupru în starea sa de oxidare +2 și anionul de sulfat. Acesta din urmă are un atom de sulf cu valență +6 înconjurat de patru atomi de oxigen, fiecare cu valență -2. În acest fel, ionul sulfat are două sarcini negative.

De asemenea, are 5 molecule de apă în structura sa. În figura următoare puteți vedea modul în care diverșii atomi sunt aranjați în cristal.

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

Cu ²⁺ (sfere portocalii) este coordonat simultan cu 4 molecule de H ₂ O (oxigen = roșu; hidrogen = alb) și cu 2 atomi de oxigen de SO ₄ ^2- (sulf = galben). În figura, una dintre moleculele H ₂ O este în libertate aparentă, dar face parte din structura cristalină.

Nomenclatură

Mineral de chacantită CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: Archaeodontosaurus. Sursa: Wikimedia Commons.

• Pentahidrat de sulfat de cupru
• Cuprul (II) suferă pentahidrat
• Bluejack
• Piatra albastră (din engleză blue stone)
• Calcantită, calcantită, calclază sau calclază

Proprietăți

Stare fizică

Solid cristalin albastru.

Greutate moleculară

249.686 g / mol

Punct de topire

La atingerea a 110 ºC, se descompune.

Densitate

2,286 g / cm ³

Solubilitate

Solubil în apă: 22,0 g / 100 g apă la 25 ° C. Solubilă în metanol (CH ₃ OH). Puțin solubil în etanol (CH ₃ CH ₂ OH).

Proprietăți chimice

Când acest compus intră în contact cu apa, se dizolvă formând ioni Cu ²⁺ și SO ₄ ^2- . Solubilitatea sa în apă scade semnificativ dacă acidul sulfuric este prezent în apă.

H ₂ SO ₄ furnizează SO ₄ ^2- ioni și prezența ei generează „comun ion“ efect, deoarece acest ion este prezent în pentahidrat de sulfat de cupru. Dizolvarea poate fi exprimată astfel:

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

Prin urmare, în cazul în care SO ₄ ^2- acid sulfuric este deja prezentă în soluție , echilibrul se schimbă la stânga, adică spre formarea solidului și astfel solubilitatea scade.

Obținerea

Una dintre modalitățile de obținere a pentahidratului de sulfat de cupru este prin dizolvarea malacitului mineral în acid sulfuric apos (H ₂ SO ₄ ) la o temperatură controlată. Malachitul conține Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ cu alte impurități, cum ar fi fierul.

Soluția impură de cupru (II) este tratată cu peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ ) pentru a asigura transformarea impurităților fierului (II) (Fe ²⁺ ) în fier (III) (Fe ³⁺ ). Acesta din urmă este precipitat sub formă de hidroxid feric (Fe (OH) ₃ ) folosind hidroxid de sodiu (NaOH).

Precipitarea înseamnă că în soluție se formează particule dintr-un solid insolubil, care se încadrează în partea de jos a recipientului care îl conține.

Apariția unei soluții concentrate de CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Autor: PublicDomainPictures. Sursa: Pixabay.

Amestecul rezultat este filtrat pentru a îndepărta Fe solid (OH) ₃ și lichidul rămas este tratat cu etanol (C ₂ H ₅ OH), metanol (CH ₃ OH) sau acid sulfuric pentru a precipita toate de Cu ²⁺ ionii ca de CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Când se adaugă etanol , de exemplu , există mai puțină apă disponibilă , astfel încât ionii de Cu ²⁺ și SO ₄ ^2- sunt în soluție și au tendința de a se lega împreună. Acționează ca un deshidrator. Cu cât adăugați mai mult etanol, cu atât se formează mai solid.

Solidul precipitat poate fi recristalizat pentru purificare. Pentru a face acest lucru, se dizolvă în apă la temperatura de 80-90 ° C și apoi soluția este răcită la 25-30 ° C. Compusul pentahidrat re-precipită și impuritățile rămân în soluție.

Aplicații

Are o gamă largă de aplicații comerciale.

În agricultură servește ca pesticid, insecticid, erbicid, fungicid, germicid și aditiv al solului. În terapiile veterinare este utilizat ca antihelmintic, fungicid și emetic (pentru a provoca vărsături).

Este folosit ca un pigment albastru sau verde în coloranți și coloranți, ca un mordant în colorarea țesăturilor și a metalelor. De asemenea, ca toner de imprimare foto și ca reactiv pentru intensificarea negativelor.

Este utilizat în activități miniere ca reactiv de flotație pentru recuperarea zincului și a plumbului. Se folosește pentru producerea altor compuși de cupru, se folosește la bronzarea pielii și pentru păstrarea lemnului.

În hrana animalelor

Acest compus este utilizat în dieta porcilor în cantități foarte mici, ca promotor al creșterii, în special în faza post-înțărcare. Mecanismul prin care acesta are acest efect este încă necunoscut.

Unii cercetători susțin că reduce populația de bacterii patogene sau dăunătoare din intestinele animalelor și, în consecință, favorizează creșterea acestora.

Cu CuSO _{4 •} 5H ₂ O, se poate promova dezvoltarea purceilor înțărcați. Autor: MabelAmber. Sursa: Pixabay.

Alți cercetători indică faptul că îmbunătățește sănătatea intestinelor acestor animale, dar unele cercetări indică faptul că injecția intravenoasă de cupru îmbunătățește și creșterea acestora.

A fost, de asemenea, utilizat în același scop în păsările de curte și a fost utilizat în deficiența de cupru la rumegătoare.

În sinteza nanoparticulelor

Pentahidratul de sulfat de cupru a fost utilizat pentru a obține nanoparticule mixte de oxid de cupru și cupru (I) (Cu / Cu ₂ O).

Nanoparticulele sunt structuri extrem de mici care pot fi văzute doar printr-un microscop electronic.

Praf de Cu / Cu ₂ O sub formă de nanoparticule este utilizat în cataliza sau accelerarea reacțiilor chimice, în semiconductori și în materialele antimicrobiene, printre alte aplicații.

În studiile pentru combaterea dăunătorilor

CuSO _{4 •} 5H ₂ O a fost utilizat în experimente pentru a evalua toxicitatea acesteia către melcii speciilor Pomacea canaliculata.

Este vorba despre moluște native din regiunile tropicale din America de Sud, care populează diferite tipuri de ecosisteme, de la mlaștini și lagune până la lacuri și râuri.

Sunt studiați pentru că unii paraziți umani gazdă, cum ar fi Schistosoma mansoni (trematode care provoacă boala bilharzia). Melcii pot fi de asemenea dăunători culturilor agricole din regiunile inundate.

Scoici de melci Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sursa: Wikimedia Commons.

Ouă depuse de melci pe o plantă acvatică. Acești melci sunt uneori un dăunător care poate fi controlat cu CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, Institutul Național de Boli Parazitare / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Sursa: Wikimedia Commons.

Conform studiilor analizate, soluțiile apoase de sulfat de cupru pentahidrat sunt extrem de toxice pentru acei melci, astfel încât acest compus poate fi utilizat pentru a elimina moluța din zonele infestate.

Conform unor cercetări, acest lucru se datorează faptului că melcul nu are nevoie de ionul de cupru, așa că doar contactul cu acest ion ar fi suficient pentru moartea animalului.

În țesăturile conductoare electric

Acest compus a fost utilizat pentru a obține materiale textile cu senzori de electricitate integrați. Acest tip de țesătură este utilizat în dispozitive de stocare a energiei electrice, senzori de presiune, fotodetectoare și ecrane cu lumină.

Pentru a obține țesături electrice conductoare, o fibră de celuloză țesută semisintetică numită "Lyocell" este acoperită cu cupru metalic. Acoperirea este realizată în mod neelectrolitic pornind de la o soluție de CuSO4 • 5H2O și alți compuși chimici auxiliari.

Fibra Lyocell. Acest tip de pânză a fost utilizat în testele de placare din cupru. Dobrozhinetsky / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sursa: Wikimedia Commons.

Țesătura obținută în acest fel poate transfera un semnal electric chiar și în condiții de deformare sau întindere, menținând în același timp o conductivitate ridicată.

Efecte asupra mediului

Așa cum sa explicat anterior, CuSO _{4 •} 5H ₂ O, atunci când este dizolvat în apă, generează cupru (II) ion.

Deși cupru este esențial în concentrații scăzute pentru activitățile celulare ale organismelor vii, în concentrații mari poate fi toxic și chiar poate provoca moartea.

Prin urmare, prezența respectivului ion în mediu constituie un risc pentru animale și plante. În ecosistemele acvatice, se poate bioacumula în ființele vii și în lanțul alimentar, provocând pagube.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O poate fi dăunătoare mediilor acvatice. Autor: JamesDeMers. Sursa: Pixabay.

De fapt, în anumite experiențe s-a constatat că contaminarea mediilor acvatice cu sulfat de cupru pentahidrat determină scăderea biomasei anumitor plante acvatice.

Ceea ce înseamnă că plantele cresc mai puțin în prezența acestei sări în concentrații mari.

Referințe

1. Lide, DR (editor) (2003). Manual CRC de Chimie și Fizică. 85 - ^lea CRC Press.
2. Kokes, H. și colab. (2014). Dizolvarea cuprului și a fierului din minereul de malacit și precipitarea sulfatului de cupru pentahidrat prin procedeu chimic. Engineering Science and Technology, un jurnal internațional. 2014; 17 (1): 39-44. Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Alves de Azevedo B., JP și Peixoto, MN (2015). Reducerea biomasei Salvinia molesta expuse la sulfat de cupru pentahidrat ( CuSO ₄ 5H ₂ O). Rev. Ambient Apa 2015; 10 (3): 520-529. Recuperat de la doaj.org.
4. Root, W. și colab. (2019). Senzor flexibil de tulpină din material textil pe bază de țesătură de celuloză acoperită cu cupru. Polimeri 2019, 11, 784. Recuperat de la mdpi.com.
5. Pitelli, RA și colab. (2008). Toxicitatea acută a sulfatului de cupru și a extractului apos de frunze de neem uscate pe melci (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci. 2008; 30 (2): 179-184. Recuperat de la doaj.org.
6. Badawy, SM și colab. (2015). Sinteză, caracterizare și activitate catalitică a nanoparticulelor Cu / Cu2O preparate în mediu apos. Buletinul ingineriei reacției chimice și catalizei. 2015; 10 (2): 169-174. Recuperat de la doaj.org.
7. Justel, FJ și colab. (2014). Solubilități și proprietăți fizice ale soluțiilor saturate în sulfat de cupru + acid sulfuric + sistem de apă de mare la diferite temperaturi. Jurnalul brazilian de inginerie chimică. 2015; 32 (3): 629-635. Recuperat de la doaj.org.
8. Park, CS și Kim, BG (2016). Solubilitatea in vitro de sulfat de cupru (II) și trihidroxid de clorură de dicopper pentru porci. Asiatice australiene. J. Anim. Sci. 2016; 29 (11): 1608-1615. Recuperat de la doaj.org.
9. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Pentahidrat de sulfat de cupru. Recuperat din pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Wikipedia (2020). Chalcanthite. Recuperat de pe en.wikipedia.org.