ПЕНТАГИДРАТ СУЛЬФАТА МЕДИ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ - 2026

Пентагидрат сульфата меди представляет собой неорганическое соединение , состоящее из элементов меди (Cu), сера (S), кислород (О) и воды (H ₂ O). Он содержит ионы меди (II) (Cu ²⁺ ) и сульфата (SO ₄ ^2- ). Его химическая формула - CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

В природе он образует минерал халькантит или калькантит, также называемый хальклазом или кальклассом. Это голубое кристаллическое вещество.

Кристалл пентагидрата сульфата меди CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Überraschungsbilder. Источник: Wikimedia Commons.

Он используется в качестве пищевой добавки для некоторых животных, таких как жвачные, свиньи и домашняя птица. В сельском хозяйстве он служит пестицидом. При добыче полезных ископаемых это позволяет извлекать другие металлы.

Благодаря синему оттенку используется для окрашивания тканей и металлов. Его использовали для осаждения металлической меди на целлюлозных волокнах с целью получения электропроводящих тканей. Он также используется для приготовления наночастиц меди и ее оксидов с множеством применений.

В высоких концентрациях он может быть токсичным для фауны и флоры, по этой причине его иногда используют для уничтожения вредителей (животных или растений) в водной среде, такой как лагуны и естественные пруды.

Структура

Это соединение образовано элементом медью в степени окисления +2 и сульфат-анионом. Последний имеет атом серы с валентностью +6, окруженный четырьмя атомами кислорода, каждый с валентностью -2. Таким образом, сульфат-ион имеет два отрицательных заряда.

Также он имеет в своей структуре 5 молекул воды. На следующем рисунке вы можете увидеть, как различные атомы расположены в кристалле.

Структура CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Smokefoot. Источник: Wikimedia Commons.

Cu ²⁺ (оранжевые сферы) координируется одновременно с 4 молекулами H ₂ O (кислород = красный; водород = белый) и с 2 атомами кислорода SO ₄ ^2- (сера = желтый). На рисунке одна из молекул H ₂ O явно свободна, но является частью кристаллической структуры.

Номенклатура

Минерал халькантит CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Archaeodontosaurus. Источник: Wikimedia Commons.

• Пентагидрат сульфата меди
• Пентагидрат суффата меди (II)
• Дуб мерилендский
• Голубой камень (от англ. Blue stone)
• Халькантит, калькантит, хальклаз или кальклаз

Свойства

Физическое состояние

Синее кристаллическое твердое вещество.

Молекулярный вес

249,686 г / моль

Температура плавления

При достижении 110 ºC разлагается.

плотность

2286 г / см ³

Растворимость

Растворим в воде: 22,0 г / 100 г воды при 25 ° C. Растворим в метаноле (CH ₃ OH). Слабо растворим в этаноле (CH ₃ CH ₂ OH).

Химические свойства

Это соединение при контакте с водой растворяется, образуя ионы Cu ²⁺ и SO ₄ ^2- . Его растворимость в воде значительно снижается, если в воде присутствует серная кислота.

H ₂ SO ₄ обеспечивает ионы SO ₄ ^2- , и его присутствие создает эффект «общего иона», поскольку этот ион присутствует в пентагидрате сульфата меди. Растворение можно выразить так:

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

Следовательно, если SO ₄ ^2- серной кислоты уже присутствует в растворе , равновесие смещается влево, то есть в сторону образования твердого вещества, и, таким образом, растворимость уменьшается.

получение

Один из способов получения пентагидрата сульфата меди - растворение минерала малахит в водной серной кислоте (H ₂ SO ₄ ) при контролируемой температуре. Малахит содержит Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ с другими примесями, такими как железо.

Раствор с примесью меди (II) обрабатывают перекисью водорода (H ₂ O ₂ ), чтобы обеспечить преобразование примесей железа (II) (Fe ²⁺ ) в железо (III) (Fe ³⁺ ). Последний осаждают в виде гидроксида железа (Fe (OH) ₃ ) с помощью гидроксида натрия (NaOH).

Осаждение означает, что частицы нерастворимого твердого вещества образуются в растворе, который падает на дно контейнера, в котором он находится.

Внешний вид концентрированного раствора CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: PublicDomainPictures. Источник: Pixabay.

Полученную смесь фильтруют для удаления твердого Fe (OH) _3, а оставшуюся жидкость обрабатывают этанолом (C ₂ H ₅ OH), метанолом (CH ₃ OH) или серной кислотой для осаждения всех ионов Cu ^{2+ в} виде CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

При добавлении этанола, например, доступно меньше воды, поэтому ионы Cu ²⁺ и SO ₄ ^2- находятся в растворе и имеют тенденцию связываться вместе. Он действует как дегидратор. Чем больше вы добавите этанола, тем более твердым он станет.

Осажденное твердое вещество можно перекристаллизовать для очистки. Для этого его растворяют в воде при температуре 80-90 ° C, а затем раствор охлаждают до 25-30 ° C. Пентагидратное соединение осаждается повторно, а примеси остаются в растворе.

Приложения

Он имеет широкий спектр коммерческих приложений.

В сельском хозяйстве он служит пестицидом, инсектицидом, гербицидом, фунгицидом, гермицидом и почвенной добавкой. В ветеринарии он используется как глистогонное, фунгицидное и рвотное средство (чтобы вызвать рвоту).

Он используется как синий или зеленый пигмент в красителях и красителях, как протрава при окрашивании тканей и металлов. Также как тонер для фотопечати и как реагент для усиления негативов.

Он используется в горнодобывающей промышленности в качестве флотационного реагента для извлечения цинка и свинца. Он используется для производства других соединений меди, его используют при дублении кожи и для консервирования древесины.

В корме для животных

Это соединение используется в рационе свиней в очень небольших количествах в качестве стимулятора роста, особенно на этапе после отъема. Механизм этого эффекта пока неизвестен.

Некоторые исследователи утверждают, что он уменьшает популяцию патогенных или вредных бактерий в кишечнике животных и, следовательно, способствует их росту.

С помощью CuSO _{4 •} 5H ₂ O можно стимулировать развитие поросят-отъемышей. Автор: МейблАмбер. Источник: Pixabay.

Другие ученые указывают, что это улучшает здоровье кишечника этих животных, но некоторые исследования показывают, что внутривенная инъекция меди также улучшает их рост.

Он также использовался с той же целью у домашней птицы и использовался при дефиците меди у жвачных животных.

При синтезе наночастиц

Пентагидрат сульфата меди был использован для получения смешанных наночастиц меди и оксида меди (I) (Cu / Cu ₂ O).

Наночастицы - это чрезвычайно маленькие структуры, которые можно увидеть только в электронный микроскоп.

Порошок Cu / Cu ₂ O в форме наночастиц используется, помимо прочего, в катализе или ускорении химических реакций, в полупроводниках и антимикробных материалах.

В исследованиях по борьбе с вредителями

CuSO _{4 •} 5H ₂ O использовался в экспериментах по оценке его токсичности по отношению к улиткам вида Pomacea canaliculata.

Это моллюски, обитающие в тропических регионах Южной Америки, которые населяют различные типы экосистем, от болот и лагун до озер и рек.

Они изучаются, потому что некоторые паразиты человека являются хозяевами, такие как Schistosoma mansoni (трематода, вызывающая болезнь бильгарциоз). Улитки также могут быть вредными для сельскохозяйственных культур в затопленных регионах.

Раковины улиток Pomacea canaliculata. Х. Зелл / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Источник: Wikimedia Commons.

Яйца, откладываемые улитками на водное растение. Иногда эти улитки являются вредителями, с которыми можно бороться с помощью CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, Национальный институт паразитарных заболеваний / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Источник: Wikimedia Commons.

Согласно изученным исследованиям, водные растворы пентагидрата сульфата меди чрезвычайно токсичны для этих улиток, поэтому это соединение можно использовать для уничтожения моллюсков из зараженных территорий.

Согласно некоторым исследованиям, это связано с тем, что улитка не нуждается в ионе меди, поэтому простого контакта с этим ионом будет достаточно, чтобы животное погибло.

В электропроводящих тканях

Этот состав использовался для получения текстильных материалов со встроенными датчиками электричества. Этот тип ткани используется в устройствах хранения электроэнергии, датчиках давления, фотодетекторах и светоизлучающих экранах.

Чтобы получить электропроводящие ткани, полусинтетическое тканое целлюлозное волокно, называемое «лиоцелл», покрывается металлической медью. Покрытие осуществляется неэлектролитическим способом из раствора CuSO4 • 5H2O и других вспомогательных химических соединений.

Волокно лиоцелл. Этот тип ткани использовался при испытаниях меднения. Доброжинецкий / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Источник: Wikimedia Commons.

Полученная таким образом ткань может передавать электрический сигнал даже в условиях деформации или растяжения, сохраняя при этом высокую проводимость.

Воздействие на окружающую среду

Как объяснялось ранее, CuSO _{4 •} 5H ₂ O при растворении в воде генерирует ион меди (II).

Хотя медь в низких концентрациях необходима для клеточной активности живых организмов, в высоких концентрациях она может быть токсичной и даже вызывать смерть.

Следовательно, присутствие указанного иона в окружающей среде представляет опасность для животных и растений. В водных экосистемах он может биоаккумулироваться в живых существах и в пищевой цепи, нанося ущерб.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O может быть вредным для водной среды. Автор: Джеймс Демерс. Источник: Pixabay.

Фактически, в ходе определенного опыта было обнаружено, что загрязнение водной среды пентагидратом сульфата меди вызывает уменьшение биомассы некоторых водных растений.

Это означает, что растения меньше растут в присутствии этой соли в высоких концентрациях.

Ссылки

1. Лиде, Д.Р. (редактор) (2003). CRC Справочник по химии и физике. 85- ^е издание CRC Press.
2. Kokes, H. et al. (2014). Растворение меди и железа из малахитовой руды и осаждение пентагидрата сульфата меди химическим способом. Технические науки и технологии, международный журнал. 2014; 17 (1): 39-44. Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Алвес де Азеведо Б., JP и Пейшото, Миннесота (2015). Уменьшение биомассы Salvinia molsta под воздействием пентагидрата сульфата меди ( CuSO ₄ · 5H ₂ O). Rev. Ambient. Вода 2015; 10 (3): 520-529. Восстановлено с doaj.org.
4. Рут, W. et al. (2019). Гибкий текстильный датчик деформации на основе целлюлозной ткани типа лиоцелл с медным покрытием. Полимеры 2019, 11, 784. Восстановлено с mdpi.com.
5. Pitelli, RA et al. (2008). Острая токсичность сульфата меди и водного экстракта сушеных листьев нима на улиток (Pomacea canaliculata). Acta Sci., Biol. Sci.2008; 30 (2): 179-184. Восстановлено с doaj.org.
6. Бадави, С.М. и др. (2015). Синтез, характеристика и каталитическая активность наночастиц Cu / Cu2O, полученных в водной среде. Бюллетень инженерии химических реакций и катализа. 2015; 10 (2): 169-174. Восстановлено с doaj.org.
7. Justel, FJ et al (2014). Растворимость и физические свойства насыщенных растворов в системе сульфат меди + серная кислота + морская вода при различных температурах. Бразильский журнал химической инженерии. 2015; 32 (3): 629-635. Восстановлено с doaj.org.
8. Парк, К.С. и Ким, Б.Г. (2016). In vitro растворимость сульфата меди (II) и тригидроксида хлорида меди для свиней. Азиатский Австралий. J. Anim. Sci.2016; 29 (11): 1608-1615. Восстановлено с doaj.org.
9. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Пентагидрат сульфата меди. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Википедия (2020). Халькантит. Восстановлено с en.wikipedia.org.