sulfat -Sulfate

Sulfat
Structura și legătura ionului sulfat.  Distanța dintre atomul de sulf și un atom de oxigen este de 149 picometri.
Model cu bile și băț al anionului sulfat
Sulfate-3D-balls.png
Nume
nume IUPAC
Sulfat
Alte nume
Tetraoxosulfat(VI)
Tetraoxidosulfat(VI)
Identificatori
Model 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.108.048 Editați acest lucru pe Wikidata
Număr CE
UNII
  • InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-2
    Cheie: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L
  • InChI=1/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-2
    Cheie: QAOWNCQODCNURD-NUQVWONBAM
  • S(=O)(=O)([O-])[O-]
Proprietăți
ASA DE2−4
Masă molară 96,06  g·mol -1
Acid conjugat hidrogensulfat
Cu excepția cazului în care se menționează altfel, datele sunt date pentru materialele în starea lor standard (la 25 °C [77 °F], 100 kPa).

Ionul sulfat sau sulfat este un anion poliatomic cu formula empirică SO 2−4. Sărurile, derivații acizilor și peroxizii de sulfat sunt utilizați pe scară largă în industrie. Sulfații apar pe scară largă în viața de zi cu zi. Sulfații sunt săruri ale acidului sulfuric și mulți sunt preparați din acel acid.

Ortografie

„Sulfat” este ortografia recomandată de IUPAC , dar „sulfat” a fost folosit în mod tradițional în engleza britanică .

Structura

Anionul sulfat constă dintr-un atom central de sulf înconjurat de patru atomi de oxigen echivalenți într-un aranjament tetraedric . Simetria este aceeași cu cea a metanului. Atomul de sulf este în starea de oxidare +6, în timp ce cei patru atomi de oxigen sunt fiecare în starea -2. Ionul sulfat poartă o sarcină totală de -2 și este baza conjugată a ionului bisulfat (sau hidrogensulfat), HSO4, care este la rândul său baza conjugată a H 2 SO 4 , acidul sulfuric . Esterii sulfati organici , cum ar fi sulfatul de dimetil , sunt compuși covalenti și esteri ai acidului sulfuric. Geometria moleculară tetraedrică a ionului sulfat este cea prezisă de teoria VSEPR .

Legătura

Două modele ale ionului sulfat.
1 numai cu legături covalente polare ; 2 cu o legătură ionică
Șase rezonanțe

Prima descriere a legăturii în termeni moderni a fost făcută de Gilbert Lewis în lucrarea sa inovatoare din 1916, unde a descris legătura în termeni de octeți de electroni în jurul fiecărui atom, adică fără legături duble și o sarcină formală de +2 pe atomul de sulf.

Mai târziu, Linus Pauling a folosit teoria legăturii de valență pentru a propune că cele mai semnificative canonice de rezonanță aveau două legături pi care implică orbitali d. Raționamentul său a fost că sarcina pe sulf a fost astfel redusă, în conformitate cu principiul său de electroneutralitate . Lungimea legăturii S−O de 149 pm este mai scurtă decât lungimea legăturii în acid sulfuric de 157 pm pentru S−OH. Dubla legătură a fost luată de Pauling pentru a ține seama de scurtitatea legăturii S−O. Utilizarea de către Pauling a orbitalilor d a provocat o dezbatere asupra importanței relative a legăturii pi și a polarității legăturilor ( atracție electrostatică ) în cauzarea scurtării legăturii S−O. Rezultatul a fost un consens larg că orbitalii d joacă un rol, dar nu sunt atât de semnificativi pe cât credea Pauling.

O descriere larg acceptată care implică legătura pπ – dπ a fost propusă inițial de Durward William John Cruickshank . În acest model, orbitalii p ocupați complet pe oxigen se suprapun cu orbitalii d sulf gol (în principal d z 2 și d x 2y 2 ). Cu toate acestea, în această descriere, în ciuda faptului că legăturile S−O există un caracter π, legătura are un caracter ionic semnificativ. Pentru acidul sulfuric, analiza computațională (cu orbitali de legătură naturali ) confirmă o sarcină pozitivă clară a sulfului (teoretic +2,45) și o ocupare 3d scăzută. Prin urmare, reprezentarea cu patru legături simple este structura Lewis optimă, mai degrabă decât cea cu două legături duble (deci modelul Lewis, nu modelul Pauling). În acest model, structura se supune regulii octetului și distribuția sarcinii este în acord cu electronegativitatea atomilor. Discrepanța dintre lungimea legăturii S-O în ionul sulfat și lungimea legăturii S-OH în acidul sulfuric este explicată prin donarea de electroni orbitalii p de la legăturile terminale S=O din acidul sulfuric în orbitalii S-OH antilegători, slăbirea acestora rezultând în lungimea legăturii mai mare a acestora din urmă.

Cu toate acestea, reprezentarea legăturii lui Pauling pentru sulfat și alți compuși din grupul principal cu oxigen este încă o modalitate obișnuită de a reprezenta legătura în multe manuale. Aparenta contradicție poate fi clarificată dacă ne dăm seama că dublele legături covalente din structura Lewis reprezintă în realitate legături puternic polarizate cu peste 90% față de atomul de oxigen. Pe de altă parte, în structura cu o legătură dipolară , sarcina este localizată ca o pereche singură pe oxigen.

Pregătirea

Metodele de preparare a sulfaților metalici includ:

  • tratarea metalului, hidroxidului metalic, carbonatului metalic sau oxidului metalic cu acid sulfuric
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 _
Cu ( OH ) 2 + H2SO4 CuSO4 + 2H2O
CdC03 + H2SO4 CdS04 + H2O + CO2 _ _ _

Proprietăți

Există numeroase exemple de sulfați ionici, dintre care mulți sunt foarte solubili în apă . Excepțiile includ sulfatul de calciu, sulfatul de stronțiu, sulfatul de plumb (II) și sulfatul de bariu , care sunt slab solubile. Sulfatul de radiu este cel mai insolubil sulfat cunoscut. Derivatul de bariu este util în analiza gravimetrică a sulfatului: dacă se adaugă o soluție din majoritatea sărurilor de bariu, de exemplu clorură de bariu , la o soluție care conține ioni de sulfat, sulfatul de bariu va precipita din soluție sub formă de pulbere albicioasă. Acesta este un test obișnuit de laborator pentru a determina dacă sunt prezenți anioni sulfat.

Ionul sulfat poate acționa ca un ligand atașându-se fie printr-un oxigen (monodentat), fie prin doi oxigeni, fie ca chelat , fie ca punte. Un exemplu este complexul Co ( en ) 2 (SO 4 )] + Br - sau complexul metalic neutru Pt SO 4 ( PPh 3 ) 2 ] unde ionul sulfat acționează ca un ligand bidentat . Legăturile metal-oxigen din complexele sulfat pot avea un caracter covalent semnificativ.

Utilizări și apariție

Aplicații comerciale

Pulverizator de rucsac folosit pentru aplicarea de sulfat pe legume. Muzeul Valencian de Etnologie .

Sulfații sunt utilizați pe scară largă industrial. Compușii majori includ:

Apariția în natură

Bacteriile reducătoare de sulfat , unele microorganisme anaerobe, cum ar fi cele care trăiesc în sedimente sau în apropierea gurilor termice de adâncime, folosesc reducerea sulfaților cuplată cu oxidarea compușilor organici sau a hidrogenului ca sursă de energie pentru chimiosinteză.

Istorie

Unii sulfați erau cunoscuți de alchimiști. Sărurile de vitriol, din latinescul vitreolum , sticloase, au fost așa numite deoarece au fost unele dintre primele cristale transparente cunoscute. Vitriolul verde este sulfat de fier ( II ) heptahidrat, FeS04 · 7H20 ; vitriolul albastru este sulfat de cupru ( II) pentahidrat, CuSO4 ·5H2O iar vitriolul alb este sulfat de zinc heptahidrat , ZnSO4 · 7H2O . Alum , un sulfat dublu de potasiu și aluminiu cu formula K 2 Al 2 (SO 4 ) 4 ·24H 2 O , figurat în dezvoltarea industriei chimice.

Efecte asupra mediului

Sulfații apar ca particule microscopice ( aerosoli ) rezultate din arderea combustibililor fosili și a biomasei . Ele cresc aciditatea atmosferei si formeaza ploaia acida . Bacteriile anaerobe reducătoare de sulfat Desulfovibrio desulfuricans și D. vulgaris pot îndepărta crusta de sulfat negru care deseori pătează clădirile.

Principalele efecte asupra climei

O hartă ovală a pământului care folosește culori pentru a indica cantități diferite
Grosimea optică a aerosolului sulfat 2005 până în 2007 medie

Principalul efect direct al sulfaților asupra climei implică împrăștierea luminii, crescând efectiv albedo -ul Pământului . Acest efect este moderat bine înțeles și conduce la o răcire din forțarea radiativă negativă de aproximativ 0,4 W/m 2 față de valorile preindustriale, compensând parțial efectul de încălzire mai mare (aproximativ 2,4 W/m 2 ) al gazelor cu efect de seră . Efectul este puternic neuniform spațial, fiind cel mai mare în aval de marile zone industriale.

Primul efect indirect este cunoscut și sub denumirea de efect Twomey . Aerosolii de sulfat pot acționa ca nuclee de condensare a norilor și acest lucru duce la un număr mai mare de picături mai mici de apă. Multe picături mai mici pot difuza lumina mai eficient decât câteva picături mai mari. Al doilea efect indirect este efectele secundare suplimentare ale existenței mai multor nuclee de condensare a norilor. Se propune ca acestea să includă suprimarea burniței, creșterea înălțimii norilor, pentru a facilita formarea norilor la umiditate scăzută și o durată de viață mai lungă a norilor. Sulfatul poate duce, de asemenea, la modificări ale distribuției dimensiunii particulelor, care pot afecta proprietățile radiative ale norilor în moduri care nu sunt pe deplin înțelese. Efectele chimice precum dizolvarea gazelor solubile și a substanțelor ușor solubile, scăderea tensiunii superficiale de către substanțele organice și modificările coeficientului de acomodare sunt de asemenea incluse în al doilea efect indirect.

Efectele indirecte au probabil un efect de răcire, poate până la 2 W/m 2 , deși incertitudinea este foarte mare. Prin urmare, sulfații sunt implicați în estomparea globală . Sulfatul este, de asemenea, principalul contributor la aerosolul stratosferic format prin oxidarea dioxidului de sulf injectat în stratosferă de vulcani impulsivi, cum ar fi erupția din 1991 a Muntelui Pinatubo din Filipine . Acest aerosol exercită un efect de răcire asupra climei pe durata de viață de 1-2 ani în stratosferă.

Sulfat de hidrogen (bisulfat)

hidrogensulfat
Sulfat de hidrogen (bisulfat)
Nume
nume IUPAC
hidrogensulfat
Alte nume
bisulfat
Identificatori
Model 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.108.048 Editați acest lucru pe Wikidata
2121
  • InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-1
    Cheie: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M
  • O[S](=O)(=O)[O-]
Proprietăți
HSO4
Masă molară 97,071 g/mol
Acid conjugat Acid sulfuric
Baza conjugată Sulfat
Cu excepția cazului în care se menționează altfel, datele sunt date pentru materialele în starea lor standard (la 25 °C [77 °F], 100 kPa).

Ionul de hidrogensulfat ( HSO4), numit și ion bisulfat , este baza conjugată a acidului sulfuric ( H 2 SO 4 ). Acidul sulfuric este clasificat ca un acid puternic; în soluții apoase se ionizează complet pentru a forma hidroniu ( H 3 O + ) și hidrogensulfat ( HSO4) ionii. Cu alte cuvinte, acidul sulfuric se comportă ca un acid Brønsted-Lowry și este deprotonat pentru a forma ion sulfat de hidrogen. Sulfatul de hidrogen are o valență de 1. Un exemplu de sare care conține HSO4ionul este bisulfat de sodiu , NaHSO4 . În soluții diluate, ionii de hidrogensulfat se disociază, formând mai mulți ioni de hidroniu și ioni de sulfat ( SO2−4).

Alți oxianioni de sulf

Oxianioni de sulf
Formulă moleculară Nume
ASA DE2−5 Peroxomonosulfat
ASA DE2−4 Sulfat
ASA DE2−3 sulfit
S2O _ _2−8 Peroxidisulfat
S2O _ _2−7 Pirosulfat
S2O _ _2−6 Ditionat
S2O _ _2−5 Metabisulfit
S2O _ _2−4 Ditionit
S2O _ _2−3 Tiosulfat
S 3 O2−6 Tritionat
S4O _ _2−6 Tetrationat

Vezi si

Note

Referințe