Как найти формулу сульфата меди

From Wikipedia, the free encyclopedia

Names
Other names Copper(I) sulphate; Cuprous sulfate; Dicopper sulfate
Identifiers
CAS Number	17599-81-4
3D model (JSmol)	Interactive image
ChemSpider	118749
ECHA InfoCard	100.159.746
PubChem CID	134737
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID30889663
InChI InChI=1S/2Cu.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h;;(H2,1,2,3,4)/q2*+1;/p-2 Key: WIVXEZIMDUGYRW-UHFFFAOYSA-L InChI=1/2Cu.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h;;(H2,1,2,3,4)/q2*+1;/p-2 Key: WIVXEZIMDUGYRW-NUQVWONBAI
SMILES [O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+].[Cu+]
Properties
Chemical formula	Cu2SO4
Molar mass	223.15 g mol−1
Appearance	White
Density	4.12 g cm−3[1]
Melting point	110 °C
Solubility in water	decomposes
Structure[1]
Crystal structure	orthorhombic
Space group	Fddd
Lattice constant	a = 4.748(3) Å, b = 13.96(1) Å, c = 10.86(1) Å
Formula units (Z)	8
Hazards
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)	TWA 1 mg/m3 (as Cu)[2]
REL (Recommended)	TWA 1 mg/m3 (as Cu)[2]
IDLH (Immediate danger)	TWA 100 mg/m3 (as Cu)[2]
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa). Infobox references

Copper(I) sulfate, also known as cuprous sulfate, is an inorganic compound with the chemical formula Cu₂SO₄. It is a white solid, in contrast to copper(II) sulfate, which is blue in hydrous form. Compared to the commonly available reagent, copper(II) sulfate, copper(I) sulfate is unstable and not readily available.^[1]

Structure[edit]

Cu₂SO₄ crystallizes in the orthorhombic space group Fddd. Each oxygen in a sulfate anion is bridged to another sulfate by a copper atom, and the Cu−O distances are 196 pm.^[1]

Synthesis[edit]

Cuprous sulfate is produced by the reaction of copper metal with sulfuric acid at 200 °C:^[3]

2 Cu + 2 H₂SO₄ → Cu₂SO₄ + SO₂ + 2 H₂O

Cu₂SO₄ can also be synthesized by the action^{[clarification needed]} of dimethyl sulfate on cuprous oxide:^[4]

Cu₂O + (CH₃O)₂SO₂ → Cu₂SO₄ + (CH₃)₂O

The material is stable in dry air at room temperature but decomposes rapidly in presence of moisture or upon heating. It decomposes into copper(II) sulfate pentahydrate upon contact with water.^[4]

Cu₂SO₄ + 5 H₂O → Cu + CuSO₄ · 5 H₂O

It can also be produced by the reaction of copper(II) sulfate and a reducing agent such as sodium thiosulfate.^{[citation needed]}

References[edit]

У этого термина существуют и другие значения, см. Сульфат меди.

Сульфат меди(II)
Общие
Систематическое наименование	Меди(II) сульфат
Традиционные названия	5-гидрат: медный купорос
Химическая формула	CuSO4
Эмпирическая формула	O4SCu
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	кристаллическое
Отн. молек. масса	159,61 а. е. м.
Плотность	3,64 г/см³
Твёрдость	2[уточнить]
Термические свойства
Температура разложения	выше 650 °C
Химические свойства
pKa	5·10−3
Структура
Координационная геометрия	Октаэдрическая
Кристаллическая структура	безв. — ромбическая пентагидрат — триклинная пинакоидальная тригидрат — моноклинная
Классификация
Рег. номер CAS	7758-98-7
RTECS	GL8800000
Безопасность
ПДК	в воздухе: мр 0,009, сс 0,004; в воде: 0,001
ЛД50	крысы[1]: 612,9 мг/кг
Токсичность	малотоксичен
NFPA 704	0 1 0

Сульфа́т ме́ди(II) (медь серноки́слая) — неорганическое бинарное соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO₄. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO₄·5H₂O — медный купоро́с. Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысокая, в то же время он высокотоксичен для рыб.

Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.

В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSO₄·5H₂O), халькокианита (CuSO₄), бонаттита (CuSO₄·3H₂O), бутита (CuSO₄·7H₂O) и в составе других минералов.^[2]

Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.

[править] Получение

[править] В промышленности

В промышленности загрязненный сульфат меди(II) получают растворением меди и медных отходов в разбавленной серной кислоте H₂SO₄ при продувании воздуха:

,

растворением оксида меди(II) CuO в H₂SO₄:

,

сульфатизирующим обжигом сульфидов меди и как побочный продукт электролитического рафинирования меди.

[править] В лабораторных условиях

В лаборатории CuSO₄ можно получить действием концентрированной серной кислоты на медь при нагревании:

;

температура не должна превышать 60 градусов Цельсия, в противном случае в значительных количествах образуется побочный продукт — сульфид меди(I):

.

Также в лабораторных условиях сульфат меди (II) может быть получен реакцией нейтрализации гидроксида меди(II) серной кислотой (для получения сульфата меди высокой чистоты используют соответственно реактивы высокой степени очистки):

.

Чистый сульфат меди может быть получен по следующему рецепту. В фарфоровую чашку наливают 120 мл дистиллированной воды, прибавляют 46 мл ХЧ серной кислоты (плотностью 1,8 г/см3) и помещают в смесь 40 г чистой меди (например, электролитической). Затем нагревают до 70-80 °С и при этой температуре в течении часа постепенно, порциями по 1 мл, прибавляют 11 мл конц. азотной кислоты. Если медь покроется кристаллами, прибавить 10-20 мл воды. Когда реакция закончится (прекратится выделение пузырьков газа), остатки меди вынимают, а раствор упаривают до появления на поверхности пленки кристаллов и дают остыть. Выпавшие кристаллы следует 2-3 перекристаллизовать из дистиллированной воды и высушить.^[3]

[править] Очистка

Очистить загрязненный или технический сульфат меди можно перекристаллизацией — вещество растворяется в кипящей дистиллированной воде до насыщения раствора, после чего охлаждается до приблизительно +5 °С. Полученный осадок кристаллов отфильтровывается. Однако даже многократная перекристаллизация не позволяет избавиться от ионов железа, которые являются наиболее распространенной примесью в сульфате меди.

Для полной очистки медный купорос кипятят с перекисью свинца PbO₂ или перекисью бария BaO₂, пока отфильтрованная проба раствора не покажет отсутствия железа. Затем раствор фильтруют и упаривают до появления на поверхности пленки кристаллов, после чего охлаждают для кристаллизации^[3].

По Н. Шоорлю очистить сульфат меди можно так: к горячему раствору CuSO₄ прибавить небольшие количества перекиси водорода H₂O₂ и гидроксида натрия NaOH, прокипятить и отфильтровать осадок. Выпавшие из фильтрата кристаллы дважды подвергаются перекристаллизации. Полученное вещество имеет чистоту не ниже квал. ХЧ.^[3]

[править] Глубокая очистка

Существует более сложный способ очистки, позволяющий получить сульфат меди особой чистоты, с содержанием примесей около 2·10^-4 %.

Для этого готовится водный, насыщенный при 20°С раствор сульфата меди (вода используются только бидистиллированная). В него добавляют перекись водорода в количестве 2-3 мл 30% раствора на 1 литр, перемешивают, вносят свежеосаждённый основной карбонат меди в количестве 3-5 грамм, нагревают и кипятят 10 минут для разложения H₂O₂.

Затем раствор охлаждают до 30-35 °С, фильтруют и приливают 15 мл 3%-ного раствора диэтилдитиокарбамата натрия и выдерживают на мешалке три-четыре часа не понижая температуры. Далее раствор быстро процеживают от крупных хлопьев комплексов и вносят активированный уголь БАУ-А на пол часа при перемешивании. Затем раствор следует отфильтровать вакуумным методом.

Дальше в раствор CuSO₄ приливают на 1 л около 200 мл насыщенного раствора NaCl квал. Ч и вносят чистый алюминий в проволоке или обрезках до полного прохождения реакции, выделения меди и просветления раствора (при этом выделяется водород). Выделенную медь отделяют от алюминия взбалтыванием, осадок промывают декантацией сперва водой затем заливают горячим 5-10% раствором соляной кислоты ХЧ при взбалтывании в течение часа и постоянным подогревом до 70-80°С, затем промывают водой и заливают 10-15%-ной серной кислотой (ОСЧ 20-4) на час с подогревом при том же интервале температур. От степени и тщательности промывания кислотами, а так же квалификации применяемых далее реактивов зависит чистота дальнейших продуктов.

После промывки кислотами медь снова моют водой и растворяют в 15-20%-ной серной кислоте (ОСЧ 20-4) без её большого избытка с добавлением перекиси водорода (ОСЧ 15-3). После прохождения реакции полученный кислый раствор сульфата меди кипятят для разложения избытка перекиси и нейтрализуют до полного растворения вначале выпавшего осадка перегнанным 25%-ным раствором аммиака (ОСЧ 25-5) или приливают раствор карбоната аммония, очищенного комплексно-адсорбционным методом до особо чистого.

После выстаивания в течение суток раствор медленно фильтруют. В фильтрат добавляют серную кислоту (ОСЧ) до полного выпадения голубовато-зелёного осадка и выдерживают до укрупнения и перехода в зелёный основной сульфат меди. Зелёный осадок выстаивают до компактности и тщательно промывают водой до полного удаления растворимых примесей. Затем осадок растворяют в серной кислоте, фильтруют, устанавливают рН=2,5-3,0 и перекристаллизовывают два раза при быстром охлаждении, причем при охлаждении раствор каждый раз перемешивают для получения более мелких кристаллов сульфата меди. Выпавшие кристаллы переносят на воронку Бюхнера и удаляют остатки маточного раствора с помощью водоструйного насоса. Третья кристаллизация проводится без подкисления раствора с получением чуть более крупных и оформленных кристаллов.^[4]

[править] Физические свойства

Пентагидрат (медный купорос) — синие прозрачные кристаллы триклинной сингонии. Плотность 2,284 г/см³. При температуре 110 °С отщепляется 4 молекулы воды, при 150 °С происходит полное обезвоживание.^[5]

[править] Строение кристаллогидрата

Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO₄²⁻ по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.

[править] Термическое воздействие

При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO₄·3H₂O (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в т.ч. при 20-25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSO₄·H₂O, и выше 258 °C образуется безводная соль.

Выше 650 °C становится интенсивным пиролиз безводного сульфата по реакции:

[править] Растворимость

Растворимость сульфата меди(II) по мере роста температуры проходит через плоский максимум, в течение которого растворимость соли почти не меняется (в интервале 80-200 °C). (см. рис.)

Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, (степень гидролиза в 0,01М растворе при 15 °C составляет 0,05 %) и даёт кислую среду (pH указанного раствора 4,2). Константа диссоциации составляет 5·10⁻³.

[править] Химические свойства

[править] Диссоциация

CuSO₄ — хорошо растворимая в воде соль и сильный электролит, в растворах cульфат меди (II) так же, как и все растворимые соли, диссоциирует в одну стадию:

[править] Реакция замещения

Реакция замещения возможна в водных растворах сульфата меди с использованием металлов активнее меди, стоящих левее меди в электрохимическом ряду напряжения металлов.

[править] Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)

Сульфат меди(II) реагирует с щелочами с образованием осадка гидроксида меди(II) голубого цвета:

[править] Реакция обмена с другими солями

Сульфат меди вступает также в обменные реакции по ионам Cu²⁺ и SO₄^2-

[править] Прочее

С сульфатами щелочных металлов и аммония образует комплексные соли, например, Na₂[Cu(SO₄)₂]·6H₂O.

Ион Cu²⁺ окрашивает пламя в зелёный цвет.

[править] Производство и применение

Сульфат меди(II) — важнейшая из солей меди. Часто служит исходным сырьём для получения других соединений.

Безводный сульфат меди — хороший влагопоглотитель и может быть использован для абсолютирования этанола, осушения газов (в т.ч. воздуха) и как индикатор влажности.

В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей, а также как антисептическое и фунгицидное средство для предотвращения гниения древесины.

В сельском хозяйстве медный купорос применяется как антисептик, фунгицид и медно-серное удобрение. Для обеззараживания ран деревьев используется 10%-ный раствор (100 г на 10 л), который втирается в предварительно зачищенные поврежденные участки. Против фитофтороза томатов и картофеля производятся опрыскивания посадок 0,2 % раствором (20 г на 10 л) при первых признаках заболевания, а также для профилактики при угрозе возникновения болезни (например, в сырую влажную погоду). Раствором сульфата меди поливается почва для обеззараживания и восполнения недостатка серы и меди (5 г на 10 л). Однако чаще медный купорос применяется в составе бордо́ской жидкости — основного сульфата меди CuSO₄·3Cu(OH)₂ против грибковых заболеваний и виноградной тли. Для этих целей сульфат меди(II) имеется в розничной торговле.

Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как один из компонентов электролитических ванн для меднения и т. п. и как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519. Используется как фиксатор окраски и консервант.

В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении этих металлов появляются красные пятна.

[править] Токсикология

Сульфат меди(II) является соединением с умеренной токсичностью и относится к классу опасности 4 (малоопасное вещество). Смертельная доза медного купороса составляет от 8 до 30 граммов для взрослого человека перорально (при проглатывании), в зависимости от массы, состояния здоровья, иммунитета к избытку меди и от других факторов. Острое отравление становится заметным при разовом потреблении более 0,5 г соединения внутрь (т.н. токсическая доза). LD₅₀ для крыс 612,9 мг/кг^[1]. Токсикология при поступлении аэрозолей через легкие более сложна.

Попадание на кожу сухого вещества безопасно, но его обязательно необходимо смыть. Аналогично при попадании растворов и увлажненного твердого вещества. При попадании в глаза необходимо обильно промыть их проточной водой (слабой струей). При попадании в желудочно-кишечный тракт твердого вещества или концентрированных растворов необходимо промыть желудок пострадавшего 0,1 % раствором марганцовки, дать выпить пострадавшему солевое слабительное — сульфат магния 1-2 ложки, вызвать рвоту, дать мочегонное. Кроме того, попадание в рот и ЖКТ безводного вещества может вызвать термические ожоги. Очень слабые растворы сульфата меди действуют как сильное рвотное средство и иногда применяются для вызова рвоты, когда под рукой нет более эффективных средств.

При работе с порошками и пудрой сульфата меди(II), следует соблюдать осторожность и не допускать их пыления, необходимо использовать маску или респиратор, а после работы вымыть лицо. Острая токсическая доза при вдыхании — 11 мг/кг^[6]. При попадании сульфата меди через дыхательные пути в виде аэрозоли нужно вывести пострадавшего на свежий воздух, прополоскать рот водой и промыть крылья носа.

Хранить вещество следует в сухом прохладном месте, в плотно закрытой жесткой пластиковой или стеклянной упаковке, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте.

[править] См. также

• Халькантит
• Сульфаты
• Медь
• Соединения меди
• Купорос
• Пищевые добавки
• Сульфат меди(I)

[править] Примечания

Сульфат меди, т. е. соль серной кислоты и меди

Сульфат меди — это соль серной кислоты и меди, образующаяся во второй степени окисления. Это неорганическое соединение имеет форму кристаллического порошка без запаха, который отлично впитывает воду. Безводный сульфат меди (II) имеет белый цвет и становится синим только при соединении с молекулами воды. Его можно растворить в метаноле; в безводной форме он не растворяется в этаноле.

Из-за коррозионных и высокогигроскопичных свойств сульфат меди (II) является чрезвычайно опасным, токсичным и не поддающимся биологическому разложению веществом. При применении этой соли необходимо соблюдать особые меры предосторожности. Утечка раствора CuSO₄ или просыпание порошка в неконтролируемых условиях приведет к загрязнению окружающей среды.

Как приготовить раствор сульфата меди (II)?

Как можно приготовить раствор сульфата меди? CuSO₄ образуется при растворении меди в серной кислоте (VI) — кислота должна быть высококонцентрированной или нагретой и разбавленной. Чтобы приготовить раствор, насыпьте мерную ложку порошка в сосуд, наполненный дистиллированной водой. После растворения кристаллов в воде образуется готовый светло-голубой раствор.

Реакция в лабораторных условиях не является единственным способом получения сульфата меди (II). Действительно, существует также натуральный стекловидный голубой минерал под названием халькантит, который содержит соль серной кислоты и меди. Этот минерал находится глубоко в земле, вблизи месторождений медной руды. Халькантит обладает тем свойством, что, как и порошкообразный CuSO₄, он очень хорошо растворяется в воде.

Что такое технический пентагидрат сульфата меди?

В промышленной номенклатуре можно встретить название: пентагидрат сульфата меди. Что это такое? Химическая формула этого соединения похожа на формулу сульфата меди (II): CuSO₄·5H₂O. Разница между ними заключается только в содержании молекул воды — в пентагидрате сульфата меди, как следует из названия, в пять раз больше молекул воды. Это неорганическое соединение также носит название: синий камень или медный купорос, и имеет физико-химические свойства, идентичные CuSO₄:

• он гигроскопичен;
• оказывает сильное раздражающее действие на живые организмы;
• находится в виде голубых кристаллов;
• не поддается биологическому разложению.

Сульфат меди (II): применение

Благодаря своим абсорбирующим и биоцидным свойствам сульфат меди (II) нашел множество применений в повседневной жизни и в промышленности. Уже несколько десятилетий раствор CuSO₄ известен как высококачественный противогрибковый препарат. В основном применяется для защиты древесины от болезней, вызываемых грибками. Фунгицидные свойства сульфата меди также ценятся ветеринарами и зоотехниками. Препараты с солью серной кислоты и меди являются одними из наиболее эффективных средств, применяемых для профилактики грибковых заболеваний крупного рогатого скота и лошадей (гниение копытной стрелки, копыт, рогов и т. д.).

В промышленности CuSO₄ применяется и для так называемого меднения (медные ванны) и рафинирования меди. В садоводстве он иногда применяется в качестве ингредиента в фунгицидах для противогрибковой защиты культурных растений.

Пентагидрат сульфата меди: применение

У пентагидрата сульфата меди те же области применения, что и у классического сульфата меди(II) — CuSO₄. Это соединение также может применяться для:

• проведения простых тестов на наличие молекул воды в спирте;
• сушки и обезжиривания различных поверхностей;
• производства красок, строительной химии и моющих средств;
• производства пропиток для кожи и различных поверхностей.

А как применять сульфат меди? Дозировка и пропорции раствора указываются производителем этого сырья. Стоит помнить, что сульфат меди не следует применять в домашних условиях без специализированного оборудования и химических знаний. Это связано с тем, что неправильное применение CuSO₄ i CuSO₄·5H2O может вызвать серьезное отравление.