Сульфат - Википедия - Sulfate
 | |||
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Название ИЮПАК Сульфат | |||
| Идентификаторы | |||
3D модель (JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ChemSpider | |||
| ECHA InfoCard | 100.108.048  | ||
| Номер ЕС |
| ||
PubChem CID | |||
| UNII | |||
| |||
| |||
| Характеристики | |||
| ТАК2− 4 | |||
| Молярная масса | 96.06 г · моль−1 | ||
| Конъюгированная кислота | Сероводород | ||
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
| Ссылки на инфобоксы | |||
В сульфат или же сульфат ион - это многоатомный анион с эмпирическая формула ТАК2−
4.Соли, производные кислот и пероксиды сульфата широко используются в промышленности. Сульфаты широко используются в повседневной жизни. Сульфаты соли из серная кислота и многие из них приготовлены из этой кислоты.
Написание
"Сульфат" - это написание, рекомендованное ИЮПАК, но «сульфат» традиционно использовался в Британский английский.
Структура
Сульфат-анион состоит из центрального сера атом окруженный четырьмя эквивалентными кислород атомы в четырехгранный расположение. Симметрия такая же, как у метана. Атом серы находится в +6 степень окисления в то время как каждый из четырех атомов кислорода находится в состоянии -2. Сульфат-ион несет общую обвинять −2 и это сопряженное основание из бисульфат (или гидросульфат) ион, HSO−
4, которая, в свою очередь, является сопряженным основанием ЧАС
2ТАК
4, серная кислота. Органический сульфатные эфиры, Такие как диметилсульфат, ковалентные соединения и сложные эфиры серной кислоты. В тетраэдрическая молекулярная геометрия сульфат-иона, как предсказано Теория VSEPR.
Склеивание
Первое описание связи в современных терминах было сделано Гилберт Льюис в своей новаторской статье 1916 года, где он описал связь в терминах электронных октетов вокруг каждого атома, то есть отсутствие двойных связей и официальное обвинение +2 на атом серы.[1][а]
Потом, Линус Полинг использовал теория валентной связи предложить наиболее значительный резонансные каноники было два пи-облигации с участием d-орбиталей. Его аргумент состоял в том, что таким образом снижается заряд серы в соответствии с его принцип электронейтральности.[2] Длина связи S-O, равная 149 пм, короче, чем длина связи в серная кислота 157 пм для S-OH. Двойная связь была принята Полингом для учета короткой связи S-O. Использование Полингом d-орбиталей вызвало дискуссию об относительной важности π соединение и полярность связи (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 Дурвард Уильям Джон Крукшенк. В этой модели полностью занятые p-орбитали на кислороде перекрываются с пустыми d-орбиталями серы (в основном dz2 и гИкс2–у2).[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 орбитали естественных облигаций ) 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 Правило октета и распределение заряда согласуется с электроотрицательность 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 обычным способом представления связывания во многих учебниках.[5][7] Кажущееся противоречие можно прояснить, если осознать, что ковалентный 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 диполярная связь, заряд локализуется в виде одинокая пара на кислороде.[6]
Подготовка
К методам получения сульфатов металлов относятся:[7]
- обработка металла, гидроксида металла или оксида металла с помощью серная кислота
- Zn + H2ТАК4 → ZnSO4 + H2
- Cu (OH)2 + H2ТАК4 → CuSO4 + 2 часа2О
- CdCO3 + H2ТАК4 → CdSO4 + H2O + CO2
Характеристики
Известно много примеров ионных сульфатов, и многие из них очень растворимый в воды. Исключения включают сульфат кальция, сульфат стронция, сульфат свинца (II), и сульфат бария, которые плохо растворимы. Сульфат радия самый нерастворимый из известных сульфатов. Производное бария полезно в гравиметрический анализ сульфата: если добавить раствор, возможно, хлорид бария для раствора, содержащего сульфат-ионы, появление белого осадка, который представляет собой сульфат бария, указывает на присутствие сульфат-анионов.
Сульфат-ион может действовать как лиганд, присоединяющийся либо к одному кислороду (монодентатный), либо к двум атомам кислорода, как хелат или мост.[7] Примером может служить комплекс [Co (en )2(ТАК4)]+Br−[7] или нейтральный металлический комплекс Pt ТАК4(ПК6ЧАС5)3)2 где сульфат-ион действует как двузубый лиганд. Связи металл – кислород в сульфатных комплексах могут иметь значительный ковалентный характер.
Использование и появление
Коммерческие приложения
Сульфаты широко используются в промышленности. Основные соединения включают:
- Гипс, природная минеральная форма гидратированной сульфат кальция, используется для производства штукатурка. Строительная отрасль использует около 100 миллионов тонн в год.
- Сульфат меди, обычный альгицид, более устойчивая форма (CuSO4 ) используется для гальванических элементов в качестве электролита
- Сульфат железа (II), распространенная форма железа в минеральных добавках для людей, животных и почве для растений.
- Сульфат магния (широко известный как Английская соль ), используется в лечебных ваннах
- Сульфат свинца (II), образовавшаяся на обеих пластинах при разряде свинцово-кислотная батарея
- Лауретсульфат натрия, или SLES, общий моющее средство в составах шампуней
- Полигалит, гидратированный K2Ca2Mg-сульфат, используемый как удобрение.
Встречаемость в природе
Сульфатредуцирующие бактерии некоторые анаэробные микроорганизмы, например, живущие в отложениях или вблизи глубоководных термальных источников, используют восстановление сульфатов в сочетании с окислением органических соединений или водорода в качестве источника энергии для хемосинтеза.
История
Некоторые сульфаты были известны алхимикам. Соли купороса, от латинского витреолСтекловидные, были названы так потому, что они были одними из первых известных прозрачных кристаллов.[8] Зелёный купорос является утюг (II) гептагидрат сульфата, FeSO4· 7H2О; медный купорос является медь (II) пентагидрат сульфата, CuSO4· 5H2O и белый купорос представляет собой гептагидрат сульфата цинка, ZnSO4· 7H2О. Квасцы, двойной сульфат калий и алюминий с формулой K2Al2(ТАК4)4· 24ч2О, участвовал в развитии химической промышленности.
Экологические последствия
Сульфаты встречаются в виде микроскопических частиц (аэрозоли ) в результате ископаемое топливо и биомасса горение. Они повышают кислотность атмосфера и форма кислотный дождь. В анаэробный сульфатредуцирующие бактерии Десульфовибрио десульфураторы и D. vulgaris может удалить черный сульфатная корка что часто оставляет пятна на зданиях.[9]
Основные воздействия на климат
Основное прямое воздействие сульфатов на климат связано с рассеянием света, эффективно увеличивая альбедо. Этот эффект в меру хорошо изучен и приводит к охлаждению от отрицательного радиационное воздействие около 0,4 Вт / м2 относительно доиндустриальных ценностей,[10] частично компенсируя большую (около 2,4 Вт / м2) согревающий эффект парниковые газы. 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 облачные ядра конденсации и это приводит к большему количеству мелких капель воды. Многие более мелкие капли могут рассеивать свет более эффективно, чем несколько более крупных капель. Второй косвенный эффект заключается в дополнительном побочном эффекте наличия большего количества ядер конденсации в облаке. Предлагается, чтобы они включали подавление мороси, увеличение высоты облаков,[12][требуется полная цитата ] облегчить облако формирование на низком уровне влажность и более длительный срок службы облака.[13][требуется полная цитата ] 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 / м2, хотя неопределенность очень велика.[15][требуется полная цитата ] Следовательно, сульфаты участвуют в глобальное затемнение. Сульфат также вносит основной вклад в стратосферный аэрозоль, образующийся при окислении диоксида серы, попадающего в стратосферу импульсными вулканами, такими как 1991 извержение горы Пинатубо в Филиппины. Этот аэрозоль оказывает охлаждающее воздействие на климат в течение 1-2 лет жизни в стратосфере.
Сероводород (бисульфат)
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Сероводород | |
| Другие имена Бисульфат | |
| Идентификаторы | |
3D модель (JSmol ) | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.108.048 |
| |
| Характеристики | |
| 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 для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Ссылки на инфобоксы | |
В сопряженное основание из серная кислота (ЧАС2ТАК4) - плотная бесцветная маслянистая коррозионная жидкость - сероводород ион (HSO−
4), также называемый бисульфат ион.[b] Серная кислота классифицируется как сильная кислота; в водных растворах полностью ионизируется с образованием гидроксоний ионы (H3О+) и гидросульфат (HSO−
4). Другими словами, серная кислота ведет себя как Кислота Бренстеда – Лоури и является депротонированный. Бисульфат имеет молярная масса 97,078 г / моль. Он имеет валентность 1. Пример соли, содержащей HSO−
4 группа бисульфат натрия, NaHSO4. В разбавленных растворах гидросульфат-ионы также диссоциируют, образуя больше ионов гидроксония и сульфат-ионов (ТАК2−
4). В Регистрационный номер CAS для гидросульфата - 14996-02-2.
Другие оксианионы серы
| Молекулярная формула | Имя |
|---|---|
| ТАК2− 5 | Пероксомоносульфат |
| ТАК2− 4 | Сульфат |
| ТАК2− 3 | Сульфит |
| S 2О2− 8 | Пероксидисульфат |
| S 2О2− 7 | Пиросульфат |
| S 2О2− 6 | Дитионат |
| S 2О2− 5 | Метабисульфит |
| S 2О2− 4 | Дитионит |
| S 2О2− 3 | Тиосульфат |
| S 3О2− 6 | Тритионат |
| S 4О2− 6 | Тетратионат |
Примечания
- ^ Льюис приписал сере отрицательный заряд, равный двум, начиная с шести собственных валентных электронов и заканчивая восемью электронами, общими с атомами кислорода. Фактически сера отдает два электрона атомам кислорода.
- ^ Приставка «би» в слове «бисульфат» происходит от устаревшей системы именования и основана на наблюдении, что сульфата в два раза больше (ТАК2−
4) в бисульфат натрия (NaHSO4) и другие бисульфаты, как в сульфат натрия (Na2ТАК4) и другие сульфаты. Смотрите также бикарбонат.
Смотрите также
- Сульфонат
- Сульфатирование и десульфатация свинцово-кислотных аккумуляторов
- Сульфатредуцирующие микроорганизмы
Рекомендации
- ^ Льюис, Гилберт Н. (1916). «Атом и молекула». Варенье. Chem. Soc. 38: 762–785. Дои:10.1021 / ja02261a002. (См. Страницу 778.)
- ^ Полинг, Линус (1948). «Современная теория валентности». J. Chem. Soc.: 1461–1467. Дои:10.1039 / JR9480001461.
- ^ Колсон, К. А. (1969). «d Электроны и молекулярная связь». Природа. 221: 1106. Bibcode:1969 Натур.221.1106C. Дои:10.1038 / 2211106a0.
- ^ Митчелл, К. А. Р. (1969). «Использование внешних d-орбиталей в связывании». Chem. Ред. 69: 157. Дои:10.1021 / cr60258a001.
- ^ а б Коттон, Ф. Альберт; Уилкинсон, Джеффри (1966). Продвинутая неорганическая химия (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley.
- ^ а б Стефан, Торстен; Яношек, Рудольф (февраль 2000 г.). "Насколько важны двойные связи S = O и P = O для описания молекул кислоты H2ТАК3, H2ТАК4, а H3PO4, соответственно?". J. Mol. Моделирование. 6 (2): 282–288. Дои:10.1007 / PL00010730.
- ^ а б c d 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 отчеты. 7 (11): 1075–1079. Дои:10.1038 / sj.embor.7400844. ЧВК 1679785. PMID 17077862.
- ^ межправительственная комиссия по изменению климата (2007). «Глава 2: Изменения в атмосферных компонентах и радиационном воздействии». Рабочая группа I: научная основа.
- ^ Текущее распределение сульфатов в атмосфере (Карта).
- ^ Пинкус и Бейкер 1994
- ^ Альбрехт 1989
- ^ Rissman, T. A .; Nenes, A .; Сайнфельд, Дж. Х. «Химическое усиление (или ослабление) эффекта Туми: условия, вытекающие из теории активации капель» (PDF). Цитировать журнал требует
| журнал =(помощь) - ^ Арчер, Дэвид. Понимание прогноза. п. 77. Рисунок 10.2.