ПЕНТАГІДРАТ МІДНОГО КУПОРОСУ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Пентагідрат сульфату міді являє собою неорганічну сполуку , що складається з елементів міді (Cu), сірка (S), кисень (О) і води (H ₂ O). Він містить іони міді (II) (Cu ²⁺ ) і сульфати (SO ₄ ^2- ). Його хімічна формула - CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

У природі його зустрічають, утворюючи мінеральний халкантит або калькантит, який також називають халклазою чи кальклазою. Це синє кристалічне тверде речовина.

Кристал пентагідрату сульфату міді CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Überraschungsbilder. Джерело: Wikimedia Commons.

Він використовується як харчова добавка для деяких тварин, таких як жуйні тварини, свині та птиця. У сільському господарстві він служить пестицидом. У гірничій діяльності він дозволяє відновлювати інші метали.

Завдяки синьому відтінку використовується для фарбування тканин та металів. Він використовувався для осадження металевої міді на целюлозні волокна для отримання електропровідних тканин. Він також використовується для приготування наночастинок міді та її оксидів з різноманітним застосуванням.

У високих концентраціях він може бути токсичним для фауни та флори, тому його іноді використовують для усунення шкідників (тварин чи рослин) з водних середовищ, таких як лагуни та природні ставки.

Будова

Ця сполука утворюється елементом міді в стані її окислення +2 та сульфат-аніоном. Останній має атом сірки з валентністю +6, оточений чотирма атомами кисню, кожен з валентністю -2. Таким чином сульфатний іон має два негативні заряди.

У його структурі також є 5 молекул води. На наступному малюнку ви бачите, як у кристалі розташовані різні атоми.

Структура CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Smokefoot. Джерело: Wikimedia Commons.

Cu ²⁺ (помаранчеві сфери) координується одночасно з 4 молекулами H ₂ O (кисень = червоний; водень = білий) та з 2 атомами кисню SO ₄ ^2- (сірка = жовтий). На малюнку одна з молекул H ₂ O знаходиться у видимій свободі, але є частиною кристалічної структури.

Номенклатура

Халкантітовий мінерал CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: Archaeodontosaurus. Джерело: Wikimedia Commons.

• Пентагідрат мідного купоросу
• Мідь (II) страждає пентагідратом
• Блюджак
• Синій камінь (від англ. Blue stone)
• Халкантит, калкантит, халаклаз або калаклаза

Властивості

Фізичний стан

Синій кристалічний твердий матеріал.

Молекулярна маса

249,686 г / моль

Точка плавлення

Досягаючи 110 ºC, він розкладається.

Щільність

2286 г / см ³

Розчинність

Розчинний у воді: 22,0 г / 100 г води при 25 ° С. Розчинний у метанолі (CH ₃ OH). Слабо розчинний у етанолі (CH ₃ CH ₂ OH).

Хімічні властивості

Ця сполука при контакті з водою розчиняється, утворюючи іони Cu ²⁺ та SO ₄ ^2- . Його розчинність у воді значно знижується, якщо у воді присутня сірчана кислота.

H ₂ SO ₄ забезпечує іони SO ₄ ^2-, і його присутність породжує ефект «загального іона», оскільки цей іон присутній у пентагідраті сульфату міді. Розчинення можна виразити так:

CuSO _{4 •} 5H ₂ O (тверда речовина) + вода ⇔ Cu ²⁺ + SO ₄ ^2- + вода

Тому, якщо в розчині вже присутній SO ₄ ^2- сірчана кислота, рівновага зміщується вліво, тобто в бік утворення твердого речовини і, отже, розчинність зменшується.

Отримання

Одним із способів отримання пентагідрату мідного купоросу є розчинення мінерального малахіту у водному розчині сірчаної кислоти (H ₂ SO ₄ ) при контрольованій температурі. Малахіт містить Cu ₂ (OH) ₂ CO ₃ з іншими домішками, такими як залізо.

Нечистий розчин міді (II) обробляють перекисом водню (H ₂ O ₂ ), щоб забезпечити перетворення домішок заліза (II) (Fe ²⁺ ) в залізо (III) (Fe ³⁺ ). Останній осаджують у вигляді гідроксиду заліза (Fe (OH) ₃ ) з використанням гідроксиду натрію (NaOH).

Осадження означає, що в розчині утворюються частинки нерозчинного твердого речовини, яке падає на дно ємності, що містить його.

Поява концентрованого розчину CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Автор: PublicDomainPictures. Джерело: Pixabay.

Отриману суміш фільтрують для видалення твердого Fe (OH) _3, а решту рідини обробляють етанолом (C ₂ H ₅ OH), метанолом (CH ₃ OH) або сірчаною кислотою для осадження всіх іонів Cu ^{2+ у} вигляді CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Наприклад, при додаванні етанолу менше води, тому іони Cu ²⁺ і SO ₄ ^2- знаходяться в розчині і, як правило, зв'язуються між собою. Він діє як дегідратор. Чим більше етанолу ви додаєте, тим твердіше він утворюється.

Обложене тверде речовина може бути перекристалізовано для очищення. Для цього його розчиняють у воді при температурі 80-90 ° C і потім розчин охолоджують до 25-30 ° C. Пентагідратне з'єднання повторно осідає, а домішки залишаються у розчині.

Програми

Він має широкий спектр комерційних застосувань.

У сільському господарстві він служить пестицидом, інсектицидом, гербіцидом, фунгіцидом, герміцидом та ґрунтовою добавкою. У ветеринарній терапії його використовують як протиглистовий, фунгіцидний та знеболюючий засіб (для викликання блювоти).

Застосовується як синій або зелений пігмент у барвниках і барвниках, як кордон у фарбуванні тканин та металів. Також як тонер для друку фотографій і як реагент для посилення негативів.

Застосовується в гірничій діяльності як флотаційний реагент для відновлення цинку та свинцю. Він використовується для отримання інших сполук міді, використовується для дублення шкіри та для збереження деревини.

У корм для тварин

Ця сполука використовується в раціоні свиней у дуже малих кількостях як стимулятор росту, особливо у фазі після відлучення. Механізм, за допомогою якого він має такий ефект, поки невідомий.

Деякі дослідники стверджують, що це зменшує популяцію хвороботворних або шкідливих бактерій у кишечнику тварин і, отже, сприяє їх росту.

За допомогою CuSO _{4 •} 5H ₂ O можна сприяти розвитку відлучених поросят. Автор: MabelAmber. Джерело: Pixabay.

Інші вчені зазначають, що це покращує здоров'я кишечника цих тварин, але деякі дослідження свідчать, що внутрішньовенна ін'єкція міді також покращує їх ріст.

Він також використовувався з тією ж метою в домашній птиці, і його застосовували при дефіциті міді у жуйних тварин.

У синтезі наночастинок

Пентагідрат мідного купоросу був використаний для отримання змішаних наночастинок оксиду міді та міді (I) (Cu / Cu ₂ O).

Наночастинки - надзвичайно малі структури, які можна побачити лише за допомогою електронного мікроскопа.

Порошок Cu / Cu ₂ O в наночастинках застосовується в інших сферах застосування для каталізу або прискорення хімічних реакцій, в напівпровідниках і в антимікробних матеріалах.

У дослідженнях боротьби зі шкідниками

CuSO _{4 •} 5H ₂ O був використаний в експериментах для оцінки його токсичності щодо равликів виду Pomacea canaliculata.

Це молюски, корінні в тропічних регіонах Південної Америки, які населяють різні типи екосистем, від боліт та лагун до озер та річок.

Вони вивчаються тому, що деякі паразити-господарі людини, такі як Schistosoma mansoni (трематода, яка викликає хворобу біларзії). Равлики також можуть бути шкідливими для сільськогосподарських культур у затоплених регіонах.

Раковини равликів Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Джерело: Wikimedia Commons.

Яйця, відкладені равликами на водній рослині. Ці равлики іноді є шкідником, якого можна контролювати за допомогою CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Shan Lv, Національний інститут паразитарних хвороб / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Джерело: Wikimedia Commons.

Згідно з розглянутими дослідженнями, водні розчини пентагідрату мідного купоросу надзвичайно токсичні для цих равликів, тому цю сполуку можна використовувати для усунення молюска з заражених районів.

Згідно з певними дослідженнями, це відбувається тому, що равлик не потребує іона міді, тому просто контакту з цим іоном було б достатньо для загибелі тварини.

У електропровідних тканинах

Ця сполука була використана для отримання текстильних матеріалів із вбудованими датчиками електрики. Цей тип тканини застосовується в накопичувачах електроенергії, датчиках тиску, фотоприймачах та екранах світла.

Для отримання електропровідних тканин напівсинтетичне плетене целюлозне волокно під назвою "Lyocell" покривається металевою міддю. Покриття здійснюють неелектролітичним способом, починаючи з розчину CuSO4 • 5H2O та інших допоміжних хімічних сполук.

Волокно ліоцел. Цей вид тканини використовувався в тестах на покриття міддю. Доброжинецький / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Джерело: Wikimedia Commons.

Отримана таким чином тканина може передавати електричний сигнал навіть в умовах деформації або розтягування, зберігаючи високу провідність.

Вплив на навколишнє середовище

Як було пояснено раніше, CuSO _{4 •} 5H ₂ O, розчиняючись у воді, утворює іон міді (II).

Хоча мідь є важливою у низьких концентраціях для клітинної діяльності живих організмів, у високих концентраціях вона може бути токсичною і навіть спричинити смерть.

Тому наявність зазначеного іона в навколишньому середовищі становить небезпеку для тварин та рослин. У водних екосистемах він може накопичуватися біологічно в живих істотах і в харчовому ланцюжку, завдаючи шкоди.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O може бути шкідливим для водних середовищ. Автор: JamesDeMers. Джерело: Pixabay.

Фактично, в певному досвіді було встановлено, що забруднення водних середовищ пентагідратом мідного купоросу призводить до зменшення біомаси деяких водних рослин.

Що означає, що рослини менше ростуть у присутності цієї солі у високих концентраціях.

Список літератури

1. Lide, DR (редактор) (2003). Посібник з хімії та фізики. 85- ^а преса CRC.
2. Кокс, Х. та ін. (2014). Розчинення міді та заліза з малахітової руди та осадження пентагідрату сульфату міді хімічним процесом. International Science and Technology, Міжнародний журнал. 2014 рік; 17 (1): 39-44. Відновлено з sciencedirect.com.
3. Alves de Azevedo B., JP та Peixoto, MN (2015). Зменшення біомаси Salvinia molesta, що піддається впливу пентагідрату сульфату міді ( CuSO ₄ .5H ₂ O). Преподобний Амбіент. Вода 2015; 10 (3): 520-529. Відновлено з doaj.org.
4. Root, W. et al. (2019). Еластичний датчик деформації текстилю на основі целюлозної тканини типу Lyocell типу Lyocell. Полімери 2019, 11, 784. Відновлено з сайту mdpi.com.
5. Pitelli, RA та ін. (2008). Гостра токсичність мідного купоросу та водного екстракту висушеного листя нему на слимаках (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci. 2008; 30 (2): 179-184. Відновлено з doaj.org.
6. Badawy, SM та ін. (2015). Синтез, характеристика та каталітична активність наночастинок Cu / Cu2O, отриманих у водному середовищі. Вісник хімічної реакції та каталізу. 2015 рік; 10 (2): 169-174. Відновлено з doaj.org.
7. Justel, FJ та ін (2014). Розчинність та фізичні властивості насичених розчинів у мідному купоросі + сірчана кислота + система морської води при різних температурах. Бразильський журнал хімічної інженерії. 2015 рік; 32 (3): 629-635. Відновлено з doaj.org.
8. Парк, CS та Кім, БГ (2016). In vitro Розчинність сульфату міді (II) і хлориду дикоптера для свиней. Азіатські австрали. Дж. Аніма. Науковий 2016; 29 (11): 1608-1615. Відновлено з doaj.org.
9. Національна медична бібліотека США. (2019). Пентагідрат мідного купоросу. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
10. Вікіпедія (2020). Халкантит. Відновлено з сайту en.wikipedia.org