Sulfat

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Sulfat
The structure and bonding of the sulfate ion. The distance between the sulfur atom and an oxygen atom is 149 picometers.
Model kugle i štapa sulfatnog anjona
Nazivi
IUPAC naziv
Sulfat
Identifikacija
3D model (Jmol)
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.108.048
EC broj 233-334-2
UNII
  • InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-2
    Ključ: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L
  • InChI=1/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-2
    Ključ: QAOWNCQODCNURD-NUQVWONBAM
  • S(=O)(=O)([O-])[O-]
Svojstva
SO2−
4
Molarna masa 96,06 g·mol−1
Konjugovana kiselina Vodonik sulfat
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25°C [77°F], 100 kPa).
Reference infokutije

Sulfat je naziv za jedinjenje koje u sebi sadrži SO42- jon.[3][4][5] Većina sulfata je rastvorljiva u vodi pod normalnim uslovima (izuzeci su CaSO4, SrSO4, i BaSO4). Kiselina koja u sebi sadrži SO42- jon je sumporna kiselina (H2SO4).

Sulfat je isto tako poliatomski anjon sa empirijskom formulom SO2−
4. Soli, derivati kiselina i peroksidi sulfata se široko koriste u industriji. Sulfati se često javljaju u svakodnevnom životu. Sulfati su soli sumporne kiseline i mnogi se pripremaju od te kiseline.

Sulfati su dosta rasprostranjeni u industriji:

  • Neke vrste baterija svoj rad zasnivaju na sumpornoj kiselini.
  • Bakar sulfat je sastojak algecida (sredstvo za ubijanje algi).
  • Magnezijum sulfat, se često koristi za termalne kupke.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Anion sulfata sastoji se od centralnog atoma sumpora okruženog sa četiri ekvivalentna atoma kiseonika u tetraedarskom rasporedu. Simetrija je ista kao i kod metana. Atom sumpora je u +6 oksidacionom stanju, dok su četiri atoma kiseonika u -2 stanju. Sulfatni jon nosi ukupni naboj od -2 i on je konjugovana baza bisulfatnog (ili hidrogen sulfatnog) jona, HSO−
4, koji je pak konjugovana baza H
2SO
4, sumporne kiseline. Organski sulfatni estri, poput dimetil sulfata, su kovalentna jedinjenja i estri sumporne kiseline. Tetraedarska molekularna geometrija sulfatnog jona predviđena je VSEPR teorijom.

Vezivanje[uredi | uredi izvor]

Dva modela sufatnog jona.
1 sa samo polarnim kovalentnim vezama; 2 sa jonskom vezom
Šest rezonanci

Prvi opis veze u modernim smislu dao je Gilbert Njuton Luis u svom revolucionarnom radu iz 1916. godine, gde je opisao vezu u vidu elektronskih okteta oko svakog atoma, koji nisu dvostruke veze i formalno naelektrisanje od +2 na atomu sumpora.[6][a]

Kasnije je Lajnus Poling koristio teoriju valentnih veza da bi predložio da su najznačajniji rezonantni kanonici imali dve pi veze koje uključuju d orbitale. Njegovo obrazloženje je bilo da je na taj način naelektrisanje sumpora smanjeno, u skladu sa njegovim principom elektroneutralnosti.[7] Dužina S−O veze od 149 pm kraća je od dužine veze u sumpornoj kiselini od 157 pm za S−OH. Dvostruku vezu je Poling uzeo u obzir zbog kratkoće S−O veze. Polingova upotreba d orbitala izazvala je debatu o relativnom značaju π vezivanja i polariteta veze (elektrostatičke privlačnosti) u uzrokovanju skraćivanja S−O veze. Ishod je bio široki konsenzus da d orbitale igraju ulogu, ali da nisu toliko značajne koliko je Poling verovao.[8][9]

Širokoprihvaćeni opis koji uključuje pπ – dπ vezivanje u početku je predložio Djurvard Vilijam Džon Kruikšank. U ovom modelu, potpuno zauzete p orbitale na kiseoniku preklapaju se sa praznim sumpornim d orbitalama (uglavnom dz2 i dx2–y2).[10] Međutim, u ovom opisu, uprkos tome što postoji delimični π karakter S−O veza, veza ima značajan jonski karakter. Za sumpornu kiselinu, proračunska analiza (sa orbitalama prirodnih veza) potvrđuje jasan pozitivan naboj sumpora (teoretski +2,45) i malu 3d zauzetost. Prema tome, predstavljanje sa četiri pojedinačne veze je optimalna Lusova struktura, a ne ona sa dve dvostruke veze (dakle Lusov model, a ne Polingov model).[11] U ovom modelu struktura poštuje pravilo okteta i raspodela naelektrisanja je u skladu sa elektronegativnošću atoma. Nesklad između dužine S−O veze u sulfatnom jonu i dužine S−OH veze u sumpornoj kiselini objašnjava se doniranjem p-orbitalnih elektrona iz krajnjih S=O veza u sumpornoj kiselini u anti-vezujuće S−OH orbitale, slabeći ih što rezultira većom dužinom potonje veze.

Međutim, Polingova reprezentacija vezivanja za sulfat i za druga jedinjenja glavnih grupa sa kiseonikom je i dalje uobičajeni način predstavljanja veze u mnogim udžbenicima.[10][4] Prividna kontradikcija može se ukloniti ako se shvati da kovalentne dvostruke veze u Luisovoj strukturi u stvarnosti predstavljaju veze koje su snažno polarizovane za više od 90% prema atomu kiseonika. S druge strane, u strukturi sa dipolarnom vezom, naelektrisanje je lokalizovano kao usamljeni par na kiseoniku.[11]

Priprema[uredi | uredi izvor]

Metode pripreme metalnih sulfata uključuju:[4]

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2 H2O
CdCO3 + H2SO4 → CdSO4 + H2O + CO2

Osobine[uredi | uredi izvor]

Poznati su mnogi primeri jonskih sulfata, a mnogi od njih su dobro rastvorljivi u vodi. Izuzeci uključuju kalcijum sulfat, stroncijum sulfat, olovo(II) sulfat i barijum sulfat koji su slabo rastvorljivi. Radijum sulfat je najnerastvorljiviji sulfat poznat. Derivat barijuma je koristan u gravimetrijskoj analizi sulfata: ako se rastvoru koji sadrži sulfatne jone doda rastvor barijum hlorida, dolazi do pojave belog taloga, koji je barijum sulfat, što ukazuje na prisustvo sulfatnih anjona.

Sulfatni jon može delovati kao ligand koji se vezuje bilo za jedan kiseonik (monodentat) ili dva kiseonika kao helat ili most.[4] Primer je kompleks [Co(en)2(SO4)]+Br−[4] ili kompleks neutralnih metala PtSO4(P(C6H5)3)2 gde sulfatni jon deluje kao bidentatni ligand. Veze metal-kiseonik u sulfatnim kompleksima mogu imati značajan kovalentni karakter.

Upotrebe i pojave[uredi | uredi izvor]

Komercijalne aplikacije[uredi | uredi izvor]

Rančana prskalica je nekad korištena za nanošenje sulfata na povrće. Valensijanski etnološki muzej.

Sulfati se široko koriste u industriji. Glavna jedinjenja uključuju:

Pojava u prirodi[uredi | uredi izvor]

Sulfat redukujuće bakterije, neki anaerobni mikroorganizmi, poput onih koji žive u sedimentu ili u blizini dubokih morskih termalnih otvora, koriste redukciju sulfata zajedno sa oksidacijom organskih jedinjenja ili vodonika kao izvor energije za hemosintezu.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Neki sulfati su bili poznati alhemičarima. Soli vitriola, iz latinskog vitreolum, staklasti, bile su tako nazvane, jer su bile među prvim poznatim prozirnim kristalima.[12] Zeleni vitriol je gvožđe(II) sulfat heptahidrat, FeSO4·7H2O; plavi vitriol je bakar(II) sulfat pentahidrat, CuSO4·5H2O, a beli vitriol je cink sulfat heptahidrat, ZnSO4·7H2O. Alum, dvostruki sulfat kalijuma i aluminijuma formule K2Al2(SO4)4·24H2O, je imao ulogu u razvoju hemijske industrije

Efekti na okolinu[uredi | uredi izvor]

Sulfati se javljaju kao mikroskopske čestice (aerosoli) koje nastaju sagorevanjem fosilnog goriva i biomase. One povećavaju kiselost atmosfere i formiraju kisele kiše. Anaerobne sulfat redukujuće bakterije Desulfovibrio desulfuricans i D. vulgaris mogu ukloniti crnu sulfatnu koru koja često potamni zgrade.[13]

Glavni efekti na klimu[uredi | uredi izvor]

An oval map of earth which uses colors to indicate different quantities
Prosečna optička debljina sulfatnog aerosola 2005. do 2007. godine.

Glavni direktni efekat sulfata na klimu uključuje rasipanje svetlosti, efikasno povećavajući albedo Zemlje. Ovaj efekat je umereno dobro shvaćen i dovodi do hlađenja od negativnog forsiranja zračenja od oko 0,4 W/m2 u odnosu na preindustrijske vrednosti,[14] delimično ublažavajući veći (oko W/m2) efekat zagrevanja stakleničkih gasova. Efekat je snažno prostorno neujednačen i najveći je nizvodno od velikih industrijskih područja.[15]

Prvi indirektni efekat poznat je i pod nazivom Tumijev efekat. Sulfatni aerosoli mogu delovati kao jezgra za kondenzaciju oblaka i to dovodi do većeg broja manjih kapljica vode. Mnoge manje kapljice mogu efikasnije da difuzuju svetlost od nekoliko većih kapljica. Drugi indirektni efekat su dalji udarni efekti više kondenzacionih jezgara u oblaku. Predloženo je da to uključuje suzbijanje kiše, povećanu visinu oblaka,[16] da bi se olakšalo stvaranje oblaka pri maloj vlažnosti i dužem životnom veku oblaka.[17] Sulfat takođe može uzrokovati promene u raspodeli veličine čestica, koja može uticati na radijativna svojstva oblaka na načine koji nisu u potpunosti shvaćeni. Hemijski efekti kao što su rastvaranje rastvornih gasova i slabo rastvorljivih supstanci, depresija površinskog napona organskim supstancama i promene koeficijenta akomodacije takođe su uključeni u drugi indirektni efekat.[18]

Indirektni efekti verovatno imaju efekat hlađenja, možda i do 2 W/m2, iako je neizvesnost vrlo velika.[19] Sulfati su stoga implicirani u globalno zatamnjivanje. Sulfat je takođe glavni faktor stratosferskog aerosola nastalog oksidacijom sumpor-dioksida ubrizganog u stratosferu vulkanskim dejstvom, poput erupcije planine Pinatubo 1991. na Filipinima. Ovaj aerosol ima rashlađujući efekat na klimu tokom svog 1-2 godine dugog života u stratosferi.

Napomene[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Lewis assigned to sulfur a negative charge of two, starting from six own valence electrons and ending up with eight electrons shared with the oxygen atoms. In fact, sulfur donates two electrons to the oxygen atoms.

Izvori[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003.  uredi
  2. ^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1. 
  3. ^ The modern theory of valency Linus Pauling J. Chem. Soc., 1948, 1461 - 1467, . doi:10.1039/JR9480001461.  Nedostaje ili je prazan parametar |title= (pomoć)
  4. ^ a b v g d Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II izd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  5. ^ Inorganic and Theoretical Chemistry F.Sherwood Taylor 6th Edition (1942) William Heinemann
  6. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). „The Atom and the Molecule”. J. Am. Chem. Soc. 38: 762—785. doi:10.1021/ja02261a002.  (See page 778.)
  7. ^ Pauling, Linus (1948). „The modern theory of valency”. J. Chem. Soc.: 1461—1467. doi:10.1039/JR9480001461. 
  8. ^ Coulson, C. A. (1969). „d Electrons and Molecular Bonding”. Nature. 221: 1106. Bibcode:1969Natur.221.1106C. doi:10.1038/2211106a0. 
  9. ^ Mitchell, K. A. R. (1969). „Use of outer d orbitals in bonding”. Chem. Rev. 69: 157. doi:10.1021/cr60258a001. 
  10. ^ a b Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1966). Advanced Inorganic Chemistry (2nd izd.). New York, NY: Wiley. 
  11. ^ a b Stefan, Thorsten; Janoschek, Rudolf (februar 2000). „How relevant are S=O and P=O Double Bonds for the Description of the Acid Molecules H2SO3, H2SO4, and H3PO4, respectively?”. J. Mol. Modeling. 6 (2): 282—288. doi:10.1007/PL00010730. 
  12. ^ Taylor, F. Sherwood (1942). Inorganic and Theoretical Chemistry (6th izd.). William Heinemann. 
  13. ^ Andrea Rinaldi (novembar 2006). „Saving a fragile legacy. Biotechnology and microbiology are increasingly used to preserve and restore the worlds cultural heritage”. EMBO Reports. 7 (11): 1075—1079. PMC 1679785 Slobodan pristup. PMID 17077862. doi:10.1038/sj.embor.7400844. 
  14. ^ Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). „Chapter 2: Changes in Atmospheric Constituents and Radiative Forcing”. Working Group I: The Scientific Basis. 
  15. ^ Current sulfate distribution in the atmosphere (Mapa). 
  16. ^ Pincus & Baker 1994
  17. ^ Albrecht 1989
  18. ^ Rissman, T. A.; Nenes, A.; Seinfeld, J. H. „Chemical Amplification (or dampening) of the Twomey Effect: Conditions derived from droplet activation theory” (PDF). 
  19. ^ Archer, David. Understanding the Forecast. str. 77.  Figure 10.2

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Sulfat na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Сулфат&oldid=26122195”