Сульфат

Имена

Название ИЮПАК

Сульфат

Идентификаторы

Количество CAS

14808-79-8^Y

3D модель ( JSmol )

Интерактивное изображение

ЧЭБИ

ЧЕБИ: 16189

ChemSpider

1085

ECHA InfoCard

100.108.048

Номер ЕС

233-334-2

PubChem CID

1117

UNII

7ИС9Н8КПМГ^Y

CompTox Dashboard ( EPA )

DTXSID3042425

ИнЧИ

InChI = 1S / H2O4S / c1-5 (2,3) 4 / ч (H2,1,2,3,4) / p-2
Ключ: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L
InChI = 1 / H2O4S / c1-5 (2,3) 4 / ч (H2,1,2,3,4) / p-2
Ключ: QAOWNCQODCNURD-NUQVWONBAM

Улыбки

S (= O) (= O) ([O -]) [O-]

Характеристики

Химическая формула

ТАК^2-
₄

Молярная масса

96,06 г · моль ^-1

Конъюгированная кислота

Сероводород

Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).

Ссылки на инфобоксы

Сульфат или сульфат ион представляет собой многоатомный анион с эмпирической формулой SO^2-
₄. Соли, производные кислот и пероксиды сульфатов широко используются в промышленности. Сульфаты широко используются в повседневной жизни. Сульфаты являются солями из серной кислоты и многие из них получают из этой кислоты.

Правописание [ править ]

«Сульфат» - это написание, рекомендованное ИЮПАК , но «сульфат» традиционно использовался в британском английском .

Структура [ править ]

Сульфат-анион состоит из центрального атома серы, окруженного четырьмя эквивалентными атомами кислорода в тетраэдрическом расположении. Симметрия такая же, как у метана. Атом серы находится в степени окисления +6, в то время как четыре атома кислорода находятся в состоянии -2. Сульфат - ион несет общий заряд -2 , и это сопряженное основание из бисульфата (или сульфат водорода) иона, HSO^-
₄, которая, в свою очередь, является сопряженной базой H
₂ТАК
₄, серная кислота . Органические сложные эфиры сульфатов , такие как диметилсульфат , представляют собой ковалентные соединения и сложные эфиры серной кислоты. Тетраэдрическая молекулярная геометрия иона сульфата является таким, как предсказано теорией VSEPR .

Связь [ править ]

Две модели сульфат-иона.
1 только с полярными ковалентными связями; 2 с ионной связью

Шесть резонансов

Первое описание связи в современных терминах было сделано Гилбертом Льюисом в его новаторской статье 1916 года, в которой он описал связь в терминах электронных октетов вокруг каждого атома, то есть отсутствия двойных связей и формального заряда +2 на атоме серы. ^[1]^[а]

Позже Линус Полинг использовал теорию валентных связей, чтобы предположить, что наиболее значимые резонансные канонические связи имеют две пи-связи, включающие d-орбитали. Его рассуждения заключались в том, что таким образом снижается заряд серы в соответствии с его принципом электронейтральности . ^[2] Длина связи S-O 149 мкм короче, чем длина связи в серной кислоте 157 мкм для S-OH. Двойная связь была принята Полингом для учета короткой связи S-O. Использование Полингом d-орбиталей вызвало дискуссию об относительной важности π-связи и полярности связей ( электростатическое притяжение), вызывая сокращение связи S-O. Результатом стал широкий консенсус в отношении того, что d-орбитали играют роль, но не так важны, как полагал Полинг. ^[3]^[4]

Широко распространенное описание, включающее связь pπ - dπ, было первоначально предложено Дурвардом Уильямом Джоном Круикшенком . В этой модели полностью занятые p-орбитали на кислороде перекрываются с пустыми d-орбиталями серы (в основном d _{z ²} и d _{x ² - y ²} ). ^[5] Однако в этом описании, несмотря на наличие некоторого π-характера для связей S-O, связь имеет значительный ионный характер. Для серной кислоты вычислительный анализ (с орбиталями естественных связей) подтверждает четкий положительный заряд серы (теоретически +2,45) и низкое заполнение 3d. Следовательно, представление с четырьмя одинарными связями является оптимальной структурой Льюиса, а не с двумя двойными связями (таким образом, модель Льюиса, а не модель Полинга). ^[6] В этой модели структура подчиняется правилу октетов, а распределение заряда согласуется с электроотрицательностью атомов. Несоответствие между длиной связи S-O в сульфат-ионе и длиной связи S-OH в серной кислоте объясняется передачей p-орбитальных электронов из концевых связей S = O в серной кислоте в антисвязывающие орбитали S-OH, их ослабление приводит к увеличению длины связи последнего.

Однако представление Полинга о связывании сульфата и других соединений основной группы с кислородом все еще является распространенным способом представления связывания во многих учебниках. ^[5]^[7] Кажущееся противоречие может быть устранено, если понять, что ковалентные двойные связи в структуре Льюиса в действительности представляют собой связи, которые сильно поляризованы более чем на 90% по отношению к атому кислорода. С другой стороны, в структуре с дипольной связью заряд локализован в виде неподеленной пары на кислороде. ^[6]

Подготовка [ править ]

Способы получения сульфатов металлов включают: ^[7]

обработка металла, гидроксида металла или оксида металла серной кислотой

Zn + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂

Cu (OH) ₂ + H ₂ SO ₄ → CuSO ₄ + 2 H ₂ O

CdCO ₃ + H ₂ SO ₄ → CdSO ₄ + H ₂ O + CO ₂

окисление сульфидов или сульфитов металлов

Свойства [ править ]

Существует множество примеров ионных сульфатов, многие из которых хорошо растворимы в воде . Исключения включают в себя сульфат кальция , сульфат стронция , сульфат свинца (II) и сульфат бария , который плохо растворимы. Сульфат радия - самый нерастворимый из известных сульфатов. Производное бария полезно в гравиметрическом анализе сульфата: если добавить раствор большинства солей бария, например хлорида бария , к раствору, содержащему ионы сульфата, сульфат бария выпадет в осадок из раствора в виде беловатого порошка. Это обычный лабораторный тест для определения присутствия сульфат-анионов.

Сульфат-ион может действовать как лиганд, присоединяющийся либо одним кислородом (монодентатный), либо двумя атомами кислорода как хелат или мостик. ^[7] Примером может служить комплекс [ Co ( en ) ₂ (SO ₄ )] ⁺ Br ^-^[7] или комплекс нейтрального металла Pt SO ₄ ( P (C 6 H 5 ) 3 ) _2, где действует сульфат-ион как бидентатный лиганд. Связи металл – кислород в сульфатных комплексах могут иметь значительный ковалентный характер.

Использование и появление [ править ]

Коммерческие приложения [ править ]

Ранцевый опрыскиватель, используемый для обработки овощей сульфатом. Валенсийский музей этнологии .

Сульфаты широко используются в промышленности. Основные соединения включают:

Гипс , природная минеральная форма гидратированного сульфата кальция , используется для производства гипса . Строительная отрасль использует около 100 миллионов тонн в год.
Сульфат меди , распространенный альгицид , более стабильная форма ( CuSO 4 ) используется в гальванических элементах в качестве электролита.
Сульфат железа (II) , распространенная форма железа в минеральных добавках для людей, животных и почва для растений.
Сульфат магния (обычно известный как английская соль ), используемый в лечебных ваннах.
Сульфат свинца (II) , образующийся на обеих пластинах при разряде свинцово-кислотного аккумулятора.
Лауретсульфат натрия или SLES, распространенное моющее средство в составах шампуней.
Полигалит , гидратированный сульфат K ₂ Ca ₂ Mg, используемый в качестве удобрения .

Встречаемость в природе [ править ]

Сульфатредуцирующие бактерии , некоторые анаэробные микроорганизмы, например, живущие в отложениях или у глубоководных термальных источников, используют восстановление сульфатов в сочетании с окислением органических соединений или водорода в качестве источника энергии для хемосинтеза.

История [ править ]

Некоторые сульфаты были известны алхимикам. Соли купороса, от латинского vitreolum , стекловидный, были названы так, потому что они были одними из первых известных прозрачных кристаллов. ^[8] Зеленый купорос представляет собой гептагидрат сульфата железа (II), FeSO ₄ · 7H ₂ O; голубой купорос представляет собой пентагидрат сульфата меди (II), CuSO ₄ · 5H ₂ O, а белый купорос представляет собой гептагидрат сульфата цинка, ZnSO ₄ · 7H ₂ O. Квасцы , двойной сульфат калия и алюминия с формулой K ₂Al ₂ (SO ₄ ) ₄ · 24H ₂ O, использованный в развитии химической промышленности.

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Сульфаты образуются в виде микроскопических частиц ( аэрозолей ) в результате сжигания ископаемого топлива и биомассы . Они повышают кислотность атмосферы и образуют кислотные дожди . В анаэробных сульфатредуцирующих бактерий Desulfovibrio desulfuricans и D. вульгарные может удалить черный сульфат корки , которые часто тускнеет зданий. ^[9]

Основные воздействия на климат [ править ]

Оптическая толщина сульфатного аэрозоля в среднем за 2005-2007 гг.

Основное прямое воздействие сульфатов на климат заключается в рассеянии света, эффективно увеличивающем альбедо Земли . Этот эффект достаточно хорошо изучен и приводит к похолоданию из-за отрицательного радиационного воздействия на величину около 0,4 Вт / м ^{2 по} сравнению с доиндустриальными значениями ^[10], частично компенсируя больший (около 2,4 Вт / м ² ) эффект потепления парниковых газов. . Эффект сильно неоднороден в пространстве и является самым большим после крупных промышленных зон. ^[11]

Первый косвенный эффект также известен как эффект Туми . Сульфатные аэрозоли могут действовать как ядра конденсации облаков, что приводит к большему количеству более мелких капель воды. Многие более мелкие капли могут рассеивать свет более эффективно, чем несколько более крупных капель. Второй косвенный эффект - это дополнительные побочные эффекты увеличения количества ядер конденсации в облаке. Предлагается, чтобы они включали подавление мороси, увеличенную высоту облаков, ^[12]^{[ требуется полная ссылка ],} чтобы способствовать образованию облаков при низкой влажности и более длительном сроке службы облаков. ^[13]^{[ требуется полная ссылка ]}Сульфат может также привести к изменениям в распределении частиц по размерам, что может повлиять на радиационные свойства облаков не совсем понятным образом. Химические эффекты, такие как растворение растворимых газов и малорастворимых веществ, снижение поверхностного натяжения органическими веществами и изменения коэффициента аккомодации, также включены во второй косвенный эффект. ^[14]

Косвенные эффекты, вероятно, имеют охлаждающий эффект, возможно, до 2 Вт / м ² , хотя погрешность очень велика. ^[15]^{[ требуется полная ссылка ]} Таким образом, сульфаты участвуют в глобальном затемнении . Сульфат также является основным источником стратосферного аэрозоля, образующегося в результате окисления диоксида серы, попадающего в стратосферу импульсивными вулканами, такими как извержение горы Пинатубо в 1991 году на Филиппинах . Этот аэрозоль оказывает охлаждающее воздействие на климат в течение 1-2 лет жизни в стратосфере.

Сероводород (бисульфат) [ править ]

Гидрогенсульфат
Имена

Название ИЮПАК Сероводород
Другие имена Бисульфат
Идентификаторы
Количество CAS	14996-02-2
3D модель ( JSmol )	Интерактивное изображение
ЧЭБИ	ЧЕБИ: 45696
ChemSpider	55666
ECHA InfoCard	100.108.048
Ссылка на Гмелин	2121
PubChem CID	61778
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID3042425
ИнЧИ InChI = 1S / H2O4S / c1-5 (2,3) 4 / ч (H2,1,2,3,4) / p-1 Ключ: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M
Улыбки O [S] (= O) (= O) [O-]
Характеристики
Химическая формула	HSO^- ₄
Молярная масса	97,071 г / моль
Температура плавления	270,47 ° С (518,85 ° F, 543,62 К)
Точка кипения	623,89 ° С (1155,00 ° F, 897,04 К)
Давление газа	0,00791 Па (5,93E-005 мм рт. Ст.)
Конъюгированная кислота	Серная кислота
Основание конъюгата	Сульфат
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Сопряженное основание из серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) -a плотные, бесцветный, жирный, коррозионная жидкость-это кислый сульфат - ион ( HSO^-
₄), также называемый бисульфат- ионом. ^[b] Серная кислота классифицируется как сильная кислота; в водных растворах он полностью ионизируется с образованием ионов гидроксония (H ₃ O ⁺ ) и гидросульфата ( HSO^-
₄). Другими словами, серная кислота ведет себя как кислота Бренстеда – Лоури и депротонируется . Бисульфат имеет молярную массу 97,078 г / моль. Он имеет валентность 1. Пример соли, содержащей HSO^-
₄группа - бисульфат натрия , NaHSO ₄ . В разбавленных растворах гидросульфат-ионы также диссоциируют, образуя больше ионов гидроксония и сульфат-ионов ( SO^2-
₄). Номер CAS - реестре для сульфата водорода 14996-02-2.

Другие оксианионы серы [ править ]

Оксианионы серы
Молекулярная формула	Имя
ТАК^2- ₅	Пероксомоносульфат
ТАК^2- ₄	Сульфат
ТАК^2- ₃	Сульфит
S ₂О^2- ₈	Пероксидисульфат
S ₂О^2- ₇	Пиросульфат
S ₂О^2- ₆	Дитионат
S ₂О^2- ₅	Метабисульфит
S ₂О^2- ₄	Дитионит
S ₂О^2- ₃	Тиосульфат
S ₃О^2- ₆	Тритионат
S ₄О^2- ₆	Тетратионат

См. Также [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме сульфатов .

Сульфонат
Сульфатирование и десульфатация свинцово-кислотных аккумуляторов
Сульфатредуцирующие микроорганизмы

Примечания [ править ]

^ Льюис приписал сере отрицательный заряд в два, начиная с шести собственных валентных электронов и заканчивая восемью электронами, общими с атомами кислорода. Фактически сера отдает два электрона атомам кислорода.
^ Префикс «би» в слове «бисульфат» происходит от устаревшей системы именования и основан на наблюдении, что сульфата в два раза больше ( SO^2-
₄) в бисульфате натрия (NaHSO ₄ ) и других бисульфатах, таких как сульфат натрия (Na ₂ SO ₄ ) и другие сульфаты. См. Также бикарбонат .

Ссылки [ править ]

^ Льюис, Гилберт Н. (1916). «Атом и молекула» . Варенье. Chem. Soc. 38 (4): 762–785. DOI : 10.1021 / ja02261a002 . (См. Страницу 778.)
^ Полинг, Линус (1948). «Современная теория валентности». J. Chem. Soc. 17 : 1461–1467. DOI : 10.1039 / JR9480001461 . PMID 18893624 .
^ Коулсон, С. А. (1969). «d Электроны и молекулярная связь». Природа . 221 (5186): 1106. Bibcode : 1969Natur.221.1106C . DOI : 10.1038 / 2211106a0 . S2CID 4162835 .
^ Митчелл, К. А. Р. (1969). «Использование внешних d-орбиталей в связывании». Chem. Rev. 69 (2): 157. DOI : 10.1021 / cr60258a001 .
^ a b Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри (1966). Высшая неорганическая химия (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley.
^ a b Стефан, Торстен; Яношек, Рудольф (февраль 2000 г.). «Насколько актуальны двойные связи S = O и P = O для описания молекул кислоты H ₂ SO ₃ , H ₂ SO ₄ и H ₃ PO ₄ , соответственно?». J. Mol. Моделирование . 6 (2): 282–288. DOI : 10.1007 / PL00010730 . S2CID 96291857 .
^ а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
^ Тейлор, Ф. Шервуд (1942). Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.). Уильям Хайнеманн.
↑ Андреа Ринальди (ноябрь 2006 г.). «Спасение хрупкого наследия. Биотехнология и микробиология все чаще используются для сохранения и восстановления мирового культурного наследия» . EMBO Reports . 7 (11): 1075–1079. DOI : 10.1038 / sj.embor.7400844 . PMC 1679785 . PMID 17077862 .
^ Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2007). «Глава 2: Изменения в атмосферных составляющих и радиационное воздействие» . Рабочая группа I: научная основа .
^ Текущее распределение сульфатов в атмосфере (карта).
^ Пинкус и Бейкер 1994
^ Альбрехт 1989
^ Rissman, TA; Nenes, A .; Сайнфельд, Дж. Х. «Химическое усиление (или ослабление) эффекта Туми: условия, вытекающие из теории активации капель» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
↑ Арчер, Дэвид. Понимание прогноза . п. 77. Рисунок 10.2

[formal_charge-2] Льюис приписал сере отрицательный заряд в два, начиная с шести собственных валентных электронов и заканчивая восемью электронами, общими с атомами кислорода. Фактически сера отдает два электрона атомам кислорода.

[17] Префикс «би» в слове «бисульфат» происходит от устаревшей системы именования и основан на наблюдении, что сульфата в два раза больше ( SO^2-
₄) в бисульфате натрия (NaHSO ₄ ) и других бисульфатах, таких как сульфат натрия (Na ₂ SO ₄ ) и другие сульфаты. См. Также бикарбонат .

[1] Льюис, Гилберт Н. (1916). «Атом и молекула» . Варенье. Chem. Soc. 38 (4): 762–785. DOI : 10.1021 / ja02261a002 . (См. Страницу 778.)

[3] Полинг, Линус (1948). «Современная теория валентности». J. Chem. Soc. 17 : 1461–1467. DOI : 10.1039 / JR9480001461 . PMID 18893624 .

[4] Коулсон, С. А. (1969). «d Электроны и молекулярная связь». Природа . 221 (5186): 1106. Bibcode : 1969Natur.221.1106C . DOI : 10.1038 / 2211106a0 . S2CID 4162835 .

[5] Митчелл, К. А. Р. (1969). «Использование внешних d-орбиталей в связывании». Chem. Rev. 69 (2): 157. DOI : 10.1021 / cr60258a001 .

[cotton-6] Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри (1966). Высшая неорганическая химия (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley.

[Stefan-7] Стефан, Торстен; Яношек, Рудольф (февраль 2000 г.). «Насколько актуальны двойные связи S = O и P = O для описания молекул кислоты H ₂ SO ₃ , H ₂ SO ₄ и H ₃ PO ₄ , соответственно?». J. Mol. Моделирование . 6 (2): 282–288. DOI : 10.1007 / PL00010730 . S2CID 96291857 .

[greenwood-8] а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.

[9] Тейлор, Ф. Шервуд (1942). Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.). Уильям Хайнеманн.

[10] Андреа Ринальди (ноябрь 2006 г.). «Спасение хрупкого наследия. Биотехнология и микробиология все чаще используются для сохранения и восстановления мирового культурного наследия» . EMBO Reports . 7 (11): 1075–1079. DOI : 10.1038 / sj.embor.7400844 . PMC 1679785 . PMID 17077862 .

[11] Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2007). «Глава 2: Изменения в атмосферных составляющих и радиационное воздействие» . Рабочая группа I: научная основа .

[12] Текущее распределение сульфатов в атмосфере (карта).

[13] Пинкус и Бейкер 1994

[14] Альбрехт 1989

[15] Rissman, TA; Nenes, A .; Сайнфельд, Дж. Х. «Химическое усиление (или ослабление) эффекта Туми: условия, вытекающие из теории активации капель» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[16] Арчер, Дэвид. Понимание прогноза . п. 77. Рисунок 10.2