Сулфат
Сулфат — повеќеатомски анјон со емпириска формула SO2−
4. Сулфатите се соли на сулфурната киселина[1] и многу од нив се добиваат од неа. Солите, киселинските деривати и пероксидите на сулфатот наоѓаат широка примена во индустријата и се среќаваат во секојдневниот живот.
| |||
| |||
Назив според МСЧПХ сулфат | |||
Други називи тетраоксосулфат(VI) | |||
| Назнаки | |||
|---|---|---|---|
14808-79-8 
| |||
| ChEBI | CHEBI:16189 | ||
| ChemSpider | 1085 | ||
| EC-број | 233-334-2 | ||
| |||
| 3Д-модел (Jmol) | Слика | ||
| PubChem | 1117 | ||
| |||
| UNII | 7IS9N8KPMG
| ||
| Својства | |||
| Хемиска формула | |||
| Моларна маса | 0 g mol−1 | ||
| Конјуг. киселина | водород сулфат | ||
| Дополнителни податоци | |||
| Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa) | |||
| Наводи | |||
Структура
уредиСулфатниот анјон се состои од средиштен сулфурен атом обиколен од четири еквивалентни кислородни атоми во тетраедарско устројство. Истата симетрија ја има метанот. Сулфурниот атом е во оксидациската состојба +6, а четирите кислородни атоми се во состојба −2. Сулфатниот јон носи севкупен набој од −2 и претставува конјугирана база на бисулфатот (или водородсулфатниот јон), HSO−
4, кој пак е конјугирана база на сулфурната киселина (H
2SO
4). Органските сулфатни естри како диметил сулфатот се ковалентни соединенија и естри на сулфурната киселина. Тетраедарската молекуларна геометрија на сулфатниот јон е предвидена во теоријата за одбивањето на електронските парови во валентата обвивка (VSEPR).
Сврзување
уреди
1 само со поларни ковалентни врски; 2 со јонска врска
Првиот опис на сврзувањето во денешна смисла го дал Гилберт Луис во неговиот пионерски труд од 1916 г. каде сврзувањето е опишано како електронски октети околу секој атом, т.е. без двојни врски и формален полнеж од +2 на сулфурниот атом.[2]
Подоцна Лајнус Полинг се послужил со теоријата на валентните врски да претположи дека најважните резонантни канонски структури имаат две пи-врски со d-орбитали. Сметал дека набојот на сулфурот се намалува во склад со неговото начело на електронеутралнсот.[3] Врската S−O е долга 149 пм, пократка од должината на врските во сулфурната киселина од 157 пм за S−OH. Полинг зборува за двојно врзување како образложение за кусоста на врската S−O. Неговата употреба на d-орбитали поттикнала дебата за релативната важност на пи-сврзувањето и поларноста на врските (електростатичко привлекување) како предизвикувач на скусуваање на врската S−O. Постигнат е широк консензус дека d-орбиталите играат улога, но не толку значајна како што сметал Полинг.[4][5]
Дарворд Крукшенк прв го дал денес општоприфатениот опис кој опфаќа врски pπ – dπ. Во овој модел, целосно зафатените p-орбитали на кислородот се преклопуваат со празните d-орбитали на сулфурот (претежно dz2 и dx2–y2).[6] Меѓутоа, во овој опис врската S−O има значаен јонски карактер, и покрај извесната вклученост на π. Кај сулфурната киселина, пресметковната анализа (со орбитали на природни врски) го потврдува јасниот позитивен набој на сулфурот (теоретски +2,45) и мала исполнетост на 3d. Оттука, претставата со четири единечни врски е оптималната Луисова структура наместо онаа со две двојни врски (затоа Луисовиот модел наместо Полинговиот).[7] Во овој модел структурата се води по октетното правило и распределбата на нбојот е во склад со електронегативноста на атомите. Нескладот помеѓу должината на врската S−O во сулфатниот јон и должината на врската S−OH во сулфурната киселина се должи на предавањето на електрони од p-орбиталата од завршните врски S=O во сулфурната киселина во противврзувачките орбитали S−OH; нивното ослагување дава подолги врски од второспоменатото.
Сепак, Полинговата претстава на врзувањето за сулфатот и другите соединенија со кислород од главната група и денес се мошне чести во учебниците.[6][8] Привидната противречност се расчистува ако разбереме дека ковалентните двојни врски во Луисовата структура всушност претставуваат врски кои се силно поларизирани преку 90 % кон кислородниот атом. Од друга страна, во структурата со двополова врска, набојот е локализиран како слободен пар на кислородот.[7]
Добивање
уредиМеталните сулфати се добиваат со следниве постапки:[8]
- обработка на метал, метален хидроксид, метален карбонат или метален оксид со сулфурна киселина
- Zn + H
2SO
4 → ZnSO
4 + H
2 - Cu(OH)
2 + H
2SO
4 → CuSO
4 + 2 H
2O - CdCO
3 + H
2SO
4 → CdSO
4 + H
2O + CO
2
Својства
уредиПостојат бројни примери за јонски сулфати, и многу од нив се високорастворливи во вода. Исклучоци се калциум сулфатот, стронциум сулфатот, олово(II) сулфатот и бариум сулфатот, кои слабо се растворуваат. Радиум сулфатот е најнерастворливиот познат сулфат. Дериватот на бариумот е корисен во гравиметриската анализа на сулфатите: ако додадеме раствор од бариумски соли, на пример од бариум хлорид, во раствор со сулфатни јони, бариум сулфатот ќе се наталожи како белузлав прав. Оваа лабораториска постапка често се применува за да се испита присуството на сулфатни анјони.
Сулфатниот јон може да делува како лиганд кој се сврзува со еден кислород (еднозапчен) или два кислорода како хелат или мост.[8] Пример за ова се комплексот Co(en)
2(SO
4)]+
Br−
[8] или неутралниот метален комплекс PtSO
4(PPh
3)
2] каде сулфатниот јон делува како двозапчен лиганд. Метално-кислородните врски во сулфатните комлекси може да имаат значаен ковалентен карактер.
Употреба и застапеност
уредиСтопанска примена
уредиСулфатите имаат широка примена во индустријата. Еве некои поважни соединенија:
- Гипсот е природен минерален облик на хидриран калциум сулфат од кој се добиваат градежниот гипс и малтерот. Градежната индустрија годишно троши 100 милиони тони гипс.
- Бакар сулфатот е вообичаен алгицид, the more stable form (CuSO
4) is used for галвански елементи како електролит - Железо(II) сулфатот е вообичаен облик на железото во минералните додатоци во исхраната на луѓето, животните и почвата за растенијата
- Магнезиум сулфатот (наречен и „епсомска сол“) се користи во лековити бањи
- Олово(II) сулфатот се произведува на двете плочи при празнењето на оловно–киселински акумулатор
- Натриум лауретсулфатот (SLES) е вообичаен детергент во смесите за шампони
- Полихалитот, K
2Ca
2Mg(SO
4)
4 · 2H2O се користи како вештачко ѓубриво
Застапеност во природата
уредиСулфаторедуцирачките бактерии, некои анаеробни микроорганизми како оние што живеат во талогот или близу хидротермалните извори, користат редукција на сулфатите заедно со оксидацијата на органските соединенија како извор на енргија за хемосинтеза.
Историја
уредиНекои сулфати им биле познати на алхемичарите. Витриолните соли (од лат. vitreolum, „стаклест“) се така наречени бидејќи се првите познати проѕирни кристали.[9] Зелената галица е железо(II) сулфат хептахидрат, FeSO
4 · 7H2O; синиот камен е бакар(II) сулфат пентахидрат, CuSO
4 · 5H2O и белиот витриол е цинк сулфат хептахидрат, ZnSO
4 · 7H2O. Стипсата е двоен сулфат на калиумот и алуминиумот со формулата K
2Al
2(SO
4)
4 · 24H2O кој одиграл улога во развојот на хемиската индустрија.
Еколошки ефекти
уредиСулфатите се јавуваат како микроскопски честички (аеросоли) кои нстануваат од согорувањето на фосилни горива и биомаса. Тие ја зголемуваат киселоста на атмосферата и создаваат кисел дожд. Анаеробните сулфаторедуцирачки бактерии Desulfovibrio desulfuricans и D. vulgaris можат да ја отстранат црната сулфатна кора која често ги потемнува зградите.[10]
Главни ефекти на климата
уреди
Главниот непосреден ефект на сулфатите врз климата е расејувањето на светлината, кое го зголемува Земјиното албедо. Овој ефект е умерено добро проучен и води до заладување од негативно зрачно наложување 0,4 W/m2 во однос на прединсутриско време,[11] делумно поништувајќуи го поголемиот (околу 2,4 W/m2) затоплувачки ефект на стакленичките гасови. Ефектот е просторно многу нерамномерен, и најприсутен е низструјно од големите индустриски подрачја.[12]
Првата посредна последица е наречена Тумиев ефект. Сулфатните аеросоли делуваат како кондензациони јадра за облаците, што води до поголеми броеви на помали водени капки. Поголем број на помали капкички ја расејуваат светлината подобро од помалку и поголеми капки.
Друг посреден ефект се следствените ефекти од зголемениот број на кондензациски јадра. Се предлага дека тоа вклучува сузбивање на ситниот дожд, зголемена висина на облаците,[13] олеснувајќи го образувањето на облаци при ниска влага и продолжувајќи го животниот век на облаците.[14] Сулфатите може да предизвикаат и промена во распределбата на големината на честичките, што влијае врз зрачните својства на облаците на начини кои не се потполно сфатени. Во вториот посреден ефект се вбројуваат хемиските ефекти како растворањето на растворливи гасови и малку растворливи супстанции, депресијата на површинскиот напон кај органските супстанции и и промени во коефициентот на сместивост.[15]
Посредните ефекти веројатно имаат дејство на разладување, можеби до 2 W/m2, макар што неизвесноста е многу голема.[16] Сулфатите со тоа се чинител на глобаното затемнување. Тие исто така се голем придонесувач во стратосферскиот аеросол настанат со оксидација на сулфур диоксидот вметнат во неа од импулсивни вулкани како што е избувот на Пинатубо на Филипините во 1991 г. Овој аеросол има разладувачко влијание врз климата во текот на неговото присуство во стратосферата од 1 до 2 години.
Водород сулфат (бисулфат)
уреди
| |
Други називи бисулфат | |
| Назнаки | |
|---|---|
| 14996-02-2 | |
| ChEBI | CHEBI:45696 |
| ChemSpider | 55666 |
| 2121 | |
| |
| 3Д-модел (Jmol) | Слика |
| PubChem | 61778 |
| |
| Својства | |
| Хемиска формула | |
| Моларна маса | 0 g mol−1 |
| Конјуг. киселина | сулфурна киселина |
| Конјуг. база | сулфат |
| Дополнителни податоци | |
| Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa) | |
| Наводи | |
Водородсулфатниот јон (HSO−
4), наречен и бисулфатен јон, е конјугирана база на сулфурната киселина (H
2SO
4).[18] Сулфурната киселина се класификува како силна киселина; во водни раствори таа целосно се јонизира, образувајќи хидрониумски (H
3O+
) и водородсулфатни (HSO−
4) јони. Со други зборови, сулфурната киселина има поведение на Бренстед-Лауриева киселина и се депротонира, создавајќи водородсулфатен јон. Водород сулфатот има валентност 1. Пример за сол со јонот HSO−
4 е натриум бисулфатот, NaHSO
4. Во разредени раствори, водородсулфатните јони исто така се одвојуваат, образувајќи уште хидрониумски јони и сулфатни јони (SO2−
4).
Други сулфурни оксианјони
уреди| Молекул. формула | Назив |
|---|---|
| SO2− 5 |
пероксомоносулфат |
| SO2− 4 |
сулфат |
| SO2− 3 |
сулфит |
| S 2O2− 8 |
пероксидисулфат |
| S 2O2− 7 |
пиросулфат |
| S 2O2− 6 |
дитионат |
| S 2O2− 5 |
метабисулфит |
| S 2O2− 4 |
дитионит |
| S 2O2− 3 |
тиосулфат |
| S 3O2− 6 |
тритионат |
| S 4O2− 6 |
тетратионат |
Поврзано
уредиНаводи
уреди- ↑ „сулфати“ — Лексикон на македонскиот јазик
- ↑ Lewis, Gilbert N. (1916). „The Atom and the Molecule“. J. Am. Chem. Soc. 38 (4): 762–785. doi:10.1021/ja02261a002. S2CID 95865413. (вид. стр. 778.)
- ↑ Pauling, Linus (1948). „The modern theory of valency“. J. Chem. Soc. 17: 1461–1467. doi:10.1039/JR9480001461. PMID 18893624. Архивирано од изворникот на 2021-12-07. Посетено на 2023-01-21.
- ↑ Coulson, C. A. (1969). „d Electrons and Molecular Bonding“. Nature. 221 (5186): 1106. Bibcode:1969Natur.221.1106C. doi:10.1038/2211106a0. S2CID 4162835.
- ↑ Mitchell, K. A. R. (1969). „Use of outer d orbitals in bonding“. Chem. Rev. 69 (2): 157. doi:10.1021/cr60258a001.
- ↑ 6,0 6,1 Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1966). Advanced Inorganic Chemistry (2. изд.). New York, NY: Wiley.
- ↑ 7,0 7,1 Stefan, Thorsten; Janoschek, Rudolf (февруари 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. S2CID 96291857.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2. изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
- ↑ Taylor, F. Sherwood (1942). Inorganic and Theoretical Chemistry (6. изд.). William Heinemann.
- ↑ Andrea Rinaldi (ноември 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. doi:10.1038/sj.embor.7400844. PMC 1679785. PMID 17077862.
- ↑ Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). „Chapter 2: Changes in Atmospheric Constituents and Radiative Forcing“. Working Group I: The Scientific Basis.
- ↑ Current sulfate distribution in the atmosphere (Map).
- ↑ Pincus & Baker 1994
- ↑ Albrecht 1989
- ↑ Rissman, T. A.; Nenes, A.; Seinfeld, J. H. (2004). „Chemical Amplification (Or Dampening) of the Twomey Effect: Conditions Derived from Droplet Activation Theory“. Journal of the Atmospheric Sciences. 61 (8): 919. Bibcode:2004JAtS...61..919R. doi:10.1175/1520-0469(2004)061<0919:CAODOT>2.0.CO;2. ISSN 1520-0469.
- ↑ Archer, David. Understanding the Forecast. стр. 77. Figure 10.2
- ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 (PDF), IUPAC, стр. 129, Архивирано (PDF) од изворникот 18 мај 2017
- ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 (PDF), IUPAC, стр. 129, Архивирано (PDF) од изворникот 18 мај 2017