Сулфат

С Википедије, слободне енциклопедије
Пређи на навигацију Пређи на претрагу
Сулфат
The structure and bonding of the sulfate ion. The distance between the sulfur atom and an oxygen atom is 149 picometers.
Модел кугле и штапа сулфатног анјона
Називи
IUPAC назив
Сулфат
Идентификација
3D модел (Јмол)
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.108.048
EC број 233-334-2
UNII
Својства
SO2−
4
Моларна маса 96,06 g·mol−1
Конјугована киселина Водоник сулфат
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Референце инфокутије

Сулфат је назив за једињење које у себи садржи SO42- јон.[3][4][5] Већина сулфата је растворљива у води под нормалним условима (изузеци су CaSO4, SrSO4, и BaSO4). Киселина која у себи садржи SO42- јон је сумпорна киселина (H2SO4).

Сулфат је исто тако полиатомски анјон са емпиријском формулом SO2−
4
. Соли, деривати киселина и пероксиди сулфата се широко користе у индустрији. Сулфати се често јављају у свакодневном животу. Сулфати су соли сумпорне киселине и многи се припремају од те киселине.

Сулфати су доста распрострањени у индустрији:

  • Неке врсте батерија свој рад заснивају на сумпорној киселини.
  • Бакар сулфат је састојак алгецида (средство за убијање алги).
  • Магнезијум сулфат, се често користи за термалне купке.

Структура[уреди | уреди извор]

Анион сулфата састоји се од централног атома сумпора окруженог са четири еквивалентна атома кисеоника у тетраедарском распореду. Симетрија је иста као и код метана. Атом сумпора је у +6 оксидационом стању, док су четири атома кисеоника у -2 стању. Сулфатни јон носи укупни набој од -2 и он је конјугована база бисулфатног (или хидроген сулфатног) јона, HSO
4
, који је пак коњугована база H
2
SO
4
, сумпорне киселине. Органски сулфатни естри, попут диметил сулфата, су ковалентна једињења и естри сумпорне киселине. Тетраедарска молекуларна геометрија сулфатног јона предвиђена је VSEPR теоријом.

Везивање[уреди | уреди извор]

Два модела суфатног јона.
1 са само поларним ковалентним везама; 2 са јонском везом
Шест резонанци

Први опис везе у модерним смислу дао је Гилберт Њутон Луис у свом револуционарном раду из 1916. године, где је описао везу у виду електронских октета око сваког атома, који нису двоструке везе и формално наелектрисање од +2 на атому сумпора.[6][a]

Касније је Лајнус Полинг користио теорију валентних веза да би предложио да су најзначајнији резонантни каноници имали две пи везе које укључују d орбитале. Његово образложење је било да је на тај начин наелектрисање сумпора смањено, у складу са његовим принципом електронеутралности.[7] Дужина S−O везе од 149 pm краћа је од дужине везе у сумпорној киселини од 157 pm за S−OH. Двоструку везу је Полинг узео у обзир због краткоће S−O везе. Полингова употреба d орбитала изазвала је дебату о релативном значају π везивања и поларитета везе (електростатичке привлачности) у узроковању скраћивања S−O везе. Исход је био широки консензус да d орбитале играју улогу, али да нису толико значајне колико је Полинг веровао.[8][9]

Широкоприхваћени опис који укључује pπ – dπ везивање у почетку је предложио Дјурвард Вилијам Џон Круикшанк. У овом моделу, потпуно заузете p орбитале на кисеонику преклапају се са празним сумпорним d орбиталама (углавном dz2 и dx2y2).[10] Међутим, у овом опису, упркос томе што постоји делимични π карактер S−O веза, веза има значајан јонски карактер. За сумпорну киселину, прорачунска анализа (са орбиталама природних веза) потврђује јасан позитиван набој сумпора (теоретски +2,45) и малу 3d заузетост. Према томе, представљање са четири појединачне везе је оптимална Лусова структура, а не она са две двоструке везе (дакле Лусов модел, а не Полингов модел).[11] У овом моделу структура поштује правило октета и расподела наелектрисања је у складу са електронегативношћу атома. Несклад између дужине S−O везе у сулфатном јону и дужине S−OH везе у сумпорној киселини објашњава се донирањем p-орбиталних електрона из крајњих S=O веза у сумпорној киселини у анти-везујуће S−OH орбитале, слабећи их што резултира већом дужином потоње везе.

Међутим, Полингова репрезентација везивања за сулфат и за друга једињења главних група са кисеоником је и даље уобичајени начин представљања везе у многим уџбеницима.[10][4] Привидна контрадикција може се уклонити ако се схвати да ковалентне двоструке везе у Луисовој структури у стварности представљају везе које су снажно поларизоване за више од 90% према атому кисеоника. С друге стране, у структури са диполарном везом, наелектрисање је локализовано као усамљени пар на кисеонику.[11]

Припрема[уреди | уреди извор]

Методе припреме металних сулфата укључују:[4]

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

Особине[уреди | уреди извор]

Познати су многи примери јонских сулфата, а многи од њих су добро растворљиви у води. Изузеци укључују калцијум сулфат, стронцијум сулфат, олово(II) сулфат и баријум сулфат који су слабо растворљиви. Радијум сулфат је најнерастворљивији сулфат познат. Дериват баријума је користан у гравиметријској анализи сулфата: ако се раствору који садржи сулфатне јоне дода раствор баријум хлорида, долази до појаве белог талога, који је баријум сулфат, што указује на присуство сулфатних анјона.

Сулфатни јон може деловати као лиганд који се везује било за један кисеоник (монодентат) или два кисеоника као хелат или мост.[4] Пример је комплекс [Co(en)2(SO4)]+Br[4] или комплекс неутралних метала PtSO4(P(C6H5)3)2 где сулфатни јон делује као бидентатни лиганд. Везе метал-кисеоник у сулфатним комплексима могу имати значајан ковалентни карактер.

Употребе и појаве[уреди | уреди извор]

Комерцијалне апликације[уреди | уреди извор]

Ранчана прскалица је некад кориштена за наношење сулфата на поврће. Валенсијански етнолошки музеј.

Сулфати се широко користе у индустрији. Главна једињења укључују:

Појава у природи[уреди | уреди извор]

Сулфат редукујуће бактерије, неки анаеробни микроорганизми, попут оних који живе у седименту или у близини дубоких морских термалних отвора, користе редукцију сулфата заједно са оксидацијом органских једињења или водоника као извор енергије за хемосинтезу.

Историја[уреди | уреди извор]

Неки сулфати су били познати алхемичарима. Соли витриола, из латинског vitreolum, стакласти, биле су тако назване, јер су биле међу првим познатим прозирним кристалима.[12] Зелени витриол је гвожђе(II) сулфат хептахидрат, FeSO4·7H2O; плави витриол је бакар(II) сулфат пентахидрат, CuSO4·5H2O, а бели витриол је цинк сулфат хептахидрат, ZnSO4·7H2O. Алум, двоструки сулфат калијума и алуминијума формуле K2Al2(SO4)4·24H2O, је имао улогу у развоју хемијске индустрије

Ефекти на околину[уреди | уреди извор]

Сулфати се јављају као микроскопске честице (аеросоли) које настају сагоревањем фосилног горива и биомасе. Оне повећавају киселост атмосфере и формирају киселе кише. Анаеробне сулфат редукујуће бактерије Desulfovibrio desulfuricans и D. vulgaris могу уклонити црну сулфатну кору која често потамни зграде.[13]

Главни ефекти на климу[уреди | уреди извор]

An oval map of earth which uses colors to indicate different quantities
Просечна оптичка дебљина сулфатног аеросола 2005. до 2007. године.

Главни директни ефекат сулфата на климу укључује расипање светлости, ефикасно повећавајући албедо Земље. Овај ефекат је умерено добро схваћен и доводи до хлађења од негативног форсирања зрачења од око 0,4 W/m2 у односу на преиндустријске вредности,[14] делимично ублажавајући већи (око W/m2) ефекат загревања стакленичких гасова. Ефекат је снажно просторно неуједначен и највећи је низводно од великих индустријских подручја.[15]

Први индиректни ефекат познат је и под називом Твомејов ефекат. Сулфатни аеросоли могу деловати као језгра за кондензацију облака и то доводи до већег броја мањих капљица воде. Многе мање капљице могу ефикасније да дифузују светлост од неколико већих капљица. Други индиректни ефекат су даљи ударни ефекти више кондензационих језгара у облаку. Предложено је да то укључује сузбијање кише, повећану висину облака,[16] да би се олакшало стварање облака при малој влажности и дужем животном веку облака.[17] Сулфат такође може узроковати промене у расподели величине честица, која може утицати на радијативна својства облака на начине који нису у потпуности схваћени. Хемијски ефекти као што су растварање растворних гасова и слабо растворљивих супстанци, депресија површинског напона органским супстанцама и промене коефицијента акомодације такође су укључени у други индиректни ефекат.[18]

Индиректни ефекти вероватно имају ефекат хлађења, можда и до 2 W/m2, иако је неизвесност врло велика.[19] Сулфати су стога имплицирани у глобално затамњивање. Сулфат је такође главни фактор стратосферског аеросола насталог оксидацијом сумпор-диоксида убризганог у стратосферу вулканским дејством, попут ерупције планине Пинатубо 1991. на Филипинима. Овај аеросол има расхлађујући ефекат на климу током свог 1-2 године дугог живота у стратосфери.

Напомене[уреди | уреди извор]

  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.

Извори[уреди | уреди извор]

  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.  уреди
  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
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). 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. 10,0 10,1 Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1966). Advanced Inorganic Chemistry (2nd изд.). New York, NY: Wiley. 
  11. 11,0 11,1 Stefan, Thorsten; Janoschek, Rudolf (фебруар 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 изд.). William Heinemann. 
  13. ^ Andrea Rinaldi (новембар 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 1679785Слободан приступ. 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 (Мапа). 
  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. стр. 77.  Figure 10.2

Спољашње везе[уреди | уреди извор]