SIARCZAN MIEDZI (CUSO4): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Siarczan miedzi jest nieorganiczny związek zawierający elementy miedzi (Cu), siarkę (S) i tlen (O). Jego wzór chemiczny to CuSO ₄ . Miedź jest na stopniu utlenienia +2, siarka +6, a tlen ma wartościowość -2.

Jest to biała substancja stała, która po wystawieniu na działanie wilgoci w środowisku zamienia się w jej niebieski pentahydrat CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Białą substancję stałą uzyskuje się przez ogrzewanie niebieskiego w celu usunięcia wody.

Bezwodny siarczan miedzi (CuSO ₄ ) (bez wody w swojej strukturze krystalicznej). W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Od wieków jest stosowany jako środek przeciwbakteryjny do leczenia ran u ludzi i zwierząt. Działa również jako fungicyd, środek ściągający, przeciwbiegunkowy i zwalczający choroby jelit u zwierząt. W roślinach jest również stosowany jako środek przeciwgrzybiczy.

Jednak niektóre z jego zastosowań zostały przerwane, ponieważ jego nadmiar może być toksyczny dla ludzi, zwierząt i roślin. Zakres stężeń, w jakim można go stosować, jest wąski i zależy od gatunku.

Jest stosowany jako katalizator w reakcjach chemicznych oraz jako środek osuszający do rozpuszczalników. Pozwala poprawić odporność i elastyczność niektórych polimerów.

Nadmierne ilości tego związku mogą być szkodliwe dla gleby, gdyż jest toksyczny dla mikroorganizmów korzystnych dla roślin.

Struktura

Siarczan miedzi składa się z jonu miedzi (Cu ²⁺ ) i jonu siarczanowego (SO ₄ ^2- ).

Jonowa struktura siarczanu miedzi (II). Autor: Marilú Stea.

Z powodu utraty dwóch elektronów jon miedzi (II) ma następującą konformację elektroniczną:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ⁹

Można zauważyć, że ma niepełny orbital 3d (ma 9 elektronów zamiast 10).

Nomenklatura

• Bezwodny siarczan miedzi
• Siarczan miedzi (II)
• Siarczan miedziowy

Nieruchomości

Stan fizyczny

Białe lub zielonkawo-białe ciało stałe w postaci kryształów.

Waga molekularna

159,61 g / mol

Temperatura topnienia

W temperaturze 560 ° C ulega rozkładowi.

Gęstość

3,60 g / cm ³

Rozpuszczalność

22 g / 100 g wody o temperaturze 25 ° C Nierozpuszczalny w etanolu.

Właściwości chemiczne

Pod wpływem wilgotności powietrza poniżej 30 ° C staje się pentahydratem CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Jego wodne roztwory są niebieskie z powodu tworzenia się jonu hexaacuocopper (II) ^2+, który powoduje wspomniane zabarwienie. W tym jonie dwie cząsteczki wody są dalej od atomu metalu niż pozostałe cztery.

Zdeformowana struktura jonu hexaacuocopper (II) ²⁺ . Benjah-bmm27 / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Wynika to z tak zwanego efektu Jahna-Tellera, który przewiduje, że w tego typu układach wystąpią zniekształcenia spowodowane faktem, że Cu ²⁺ ma strukturę elektronową kończącą się w d ⁹ , czyli niepełną orbitalną (byłby kompletny, gdyby byłoby d ¹⁰ ).

Po dodaniu amoniaku (NH ₃ ) do tych roztworów powstają kompleksy, w których NH ₃ sukcesywnie wypiera cząsteczki wody. Powstają na przykład od ²⁺ do ²⁺ .

Gdy CuSO ₄ jest podgrzewany do rozkładu, wydziela toksyczne gazy i zamienia się w tlenek miedziowy CuO.

Otrzymywanie

Bezwodny siarczan miedzi można otrzymać przez całkowite odwodnienie związku pentahydratu, które osiąga się przez ogrzewanie go do odparowania cząsteczek wody.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O + ciepło → CuSO ₄ + 5 H ₂ O ↑

Pięciowodnego związek jest niebieski, to wtedy, gdy woda krystalizacyjna jest utracone, biały bezwodnego CuSO ₄ uzyskuje .

Aplikacje

Niektóre z jego zastosowań pokrywają się z zastosowaniami związku pentahydratu. Inne są specyficzne dla substancji bezwodnej.

Jako środek przeciwbakteryjny

Ma potencjał jako środek przeciwbakteryjny. Jest używany od tysięcy lat, w tym w kulturach Ameryki Południowej i Środkowej, w celu zapobiegania infekcjom ran za pomocą gazy nasączonej roztworem tego związku.

Szacuje się, że w mechanizmie działania przeciwbakteryjnego jony Cu ²⁺ tworzą chelaty z enzymami kluczowymi dla funkcji komórkowych bakterii, dezaktywując je. Indukują również powstawanie rodników hydroksylowych OH •, które uszkadzają błony bakterii i ich DNA.

CuSO ₄ może działać przeciwko niektórym chorobotwórczym bakteriom. Autor: Gerd Altmann. Źródło: Pixabay.

Niedawno donoszono, że śladowe ilości CuSO ₄ mogą zwiększać aktywność przeciwbakteryjną produktów naturalnych bogatych w polifenole, takich jak ekstrakty z granatu i napary z niektórych rodzajów krzewów herbacianych.

W zastosowaniach weterynaryjnych

Stosowany jest jako środek antyseptyczny i ściągający na błony śluzowe oraz w leczeniu zapalenia spojówek i zapalenia ucha zewnętrznego. Służy do przeprowadzania kąpieli leczniczych lub profilaktycznych zapobiegających gniciu nóg bydła, owiec i innych ssaków.

Wodne roztwory CuSO ₄ służą do leczenia kopyt bydła. Autorzy: Ingrid und Stefan Melichar. Źródło: Pixabay.

Służy jako środek żrący na martwicze masy na kończynach bydła, owrzodzenia jamy ustnej i ich ziarnistą tkankę. Stosowany jest jako fungicyd w leczeniu grzybicy i grzybicy skóry.

Jest również stosowany jako środek wymiotny (środek wywołujący wymioty) u świń, psów i kotów; jako środek przeciwbiegunkowy ściągający dla cieląt i do zwalczania drożdżycy jelitowej u drobiu i rzęsistkowicy u indyków.

Jako dodatek do karmy dla zwierząt

Siarczan miedzi jest stosowany jako dodatek w bardzo małych ilościach do karmienia bydła, świń i drobiu. Stosowany jest w leczeniu niedoboru miedzi u przeżuwaczy. W przypadku trzody chlewnej i drobiu stosowany jest jako stymulator wzrostu.

Miedź została zidentyfikowana jako niezbędna do biosyntezy hemoglobiny ssaków, struktury układu sercowo-naczyniowego, syntezy kolagenu kostnego, układów enzymatycznych i rozmnażania.

Jak wspomniano w poprzedniej sekcji, można go również podawać jako lek kontrolujący chorobę. Należy jednak uważnie monitorować poziom suplementacji i / lub leków.

Nadmiar siarczanu miedzi w diecie może mieć wpływ na drób i jego jaja. Autor: Pexels. Źródło: Pixabay.

Od pewnej ilości, która zależy od każdego gatunku, może dojść do spadku wzrostu, utraty apetytu i masy ciała, uszkodzenia niektórych narządów, a nawet śmierci zwierząt.

Na przykład u kurczaków suplementacja 0,2% lub więcej zmniejsza ich spożycie, co w konsekwencji prowadzi do utraty wagi, spadku produkcji jaj i grubości ich skorup.

W zastosowaniach rolniczych

W systemach produkcji ekologicznej nie wolno stosować syntetycznych fungicydów, dopuszcza się jedynie produkty na bazie miedzi i siarki, np. Siarczan miedzi.

Na przykład niektóre grzyby atakujące rośliny jabłoni, takie jak Venturia inaequalis, są zabijane tym związkiem. Uważa się, że jony Cu ²⁺ mogą przenikać do zarodników grzyba, denaturując białka i blokując różne enzymy.

Siarczan miedzi służy do zwalczania niektórych grzybów atakujących jabłka. Algirdas pod adresem lt.wikipedia / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Znaczenie miedzi w roślinach

Pierwiastek miedzi jest ważny w procesach fizjologicznych roślin, takich jak fotosynteza, oddychanie i ochrona przed przeciwutleniaczami. Zarówno niedobór tego pierwiastka, jak i jego nadmiar generują reaktywne formy tlenu, które są szkodliwe dla ich cząsteczek i struktur.

Zakres stężeń miedzi dla optymalnego wzrostu i rozwoju roślin jest bardzo wąski.

Niekorzystny wpływ na rolnictwo

Nadmierne stosowanie tego produktu w działalności rolniczej może działać fitotoksycznie, powodować przedwczesny rozwój owoców i zmieniać ich kolor.

Dodatkowo miedź gromadzi się w glebie i jest toksyczna dla mikroorganizmów i dżdżownic. Jest to sprzeczne z koncepcją rolnictwa ekologicznego.

Chociaż CuSO ₄ jest stosowany w rolnictwie ekologicznym, może być szkodliwy dla dżdżownic. Autor: Patricia Maine Degrave. Źródło: Pixabay.

W katalizie reakcji chemicznych

Bezwodny CuSO ₄ służy jako katalizator różnych reakcji organicznych związków karbonylowych z diolami lub ich epoksydami, tworząc dioksolany lub acetonidy. Dzięki temu związkowi reakcje mogą przebiegać w łagodnych warunkach.

Przykład reakcji, w której bezwodny CuSO ₄ działa jako katalizator. Autor: Marilú Stea.

Donoszono również, że jego działanie katalityczne pozwala na odwodnienie alkoholi drugorzędowych, trzeciorzędowych, benzylowych i allilowych do ich odpowiednich olefin. Reakcja przebiega bardzo prosto.

Czysty alkohol ogrzewa się razem z bezwodnym CuSO ₄ w temperaturze 100-160 ° C przez 0,5-1,5 godziny. Powoduje to odwodnienie alkoholu i olefinę destyluje się czystą z mieszaniny reakcyjnej.

Odwodnienie alkoholu bezwodnym siarczanem miedzi (II). Autor: Marilú Stea.

Jako środek odwadniający

Związek ten jest używany w laboratoriach chemicznych jako środek osuszający. Służy do odwadniania cieczy organicznych, takich jak rozpuszczalniki. Absorbuje wodę, tworząc pentahydrat CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Gdy biały bezwodny CuSO ₄ wchłania wodę, przekształca się w niebieski pentahydrat CuSO ₄ .5H ₂ O. Crystal Titan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Aby ulepszyć polimery

Bezwodny CuSO ₄ został użyty w celu poprawy właściwości niektórych polimerów, umożliwiając jednocześnie ich recykling.

Na przykład cząstki związku w acetonie zostały zmieszane z kauczukiem akrylonitrylowo-butadienowym w specjalnym młynku, starając się, aby cząstki CuSO _{4 były} bardzo małe.

Siarczan miedzi poprawia punkty wiązania polimeru, tworząc mieszaninę o dużej wytrzymałości, twardości i zaskakującej elastyczności.

W przerwanych zastosowaniach terapeutycznych

W przeszłości roztwory siarczanu miedzi były używane do płukania żołądka, gdy ktoś cierpiał na zatrucie białym fosforem. Jednak roztwór szybko wymieszano, aby uniknąć zatrucia miedzią.

Roztwory tego związku były również używane wraz z innymi substancjami do miejscowego stosowania na oparzenia skóry fosforem.

Czasami podawano je w pewnych postaciach niedokrwistości żywieniowej u dzieci oraz przy niedoborze miedzi u osób otrzymujących żywienie pozajelitowe, czyli u osób, które nie mogą samodzielnie odżywiać się doustnie.

Niektóre płyny do wyprysków, liszajec i wyprysków zawierały CuSO ₄ . Roztwory były stosowane jako środek ściągający w infekcjach oczu. Czasami kryształy nakładano bezpośrednio na oparzenia lub wrzody.

Wszystkie te zastosowania nie są już wykonywane ze względu na toksyczność, którą może wywołać nadmiar tego związku.

Bibliografia

1. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Siarczan miedzi. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (redaktor) (2003). Podręcznik chemii i fizyki CRC. 85 ^th CRC Press.
3. Montag, J. i in. (2006). Badanie in vitro dotyczące działań poinfekcyjnych wodorotlenku miedzi i siarczanu miedzi przeciwko konidiom Venturia inaequalis. J. Agric. Food Chem.2006, 54, 893-899. Odzyskany z link.springer.com.
4. Holloway, AC i in. (2011). Wzmocnienie działania przeciwbakteryjnego całej i subfrakcjonowanej białej herbaty poprzez dodanie siarczanu miedzi (II) i witaminy C przeciwko Staphylococcus aureus; podejście mechanistyczne. BMC Complement Altern Med 11, 115 (2011). Odzyskany z bmccomplementmedtherapies.biomedcentral.com.
5. Sanz, A. i in. (2018). Mechanizm wchłaniania miedzi przez transportery COPT o wysokim powinowactwie z Arabidopsis thaliana. Protoplazma 256, 161-170 (2019). Odzyskany z link.springer.com.
6. Griminger, P. (1977). Wpływ siarczanu miedzi na produkcję jaj i grubość skorupy. Poultry Science 56: 359-351, 1977. Pobrane z university.oup.com.
7. Hanzlik, RP i Leinwetter, M. (1978). Reakcje epoksydów i związków karbonylowych katalizowane bezwodnym siarczanem miedzi. J. Org. Chem., Tom 43, nr 3, 1978. Odzyskany z pubs.acs.org.
8. Okonkwo, AC i in. (1979). Zapotrzebowanie na miedź w dietach oczyszczonych młodych świń. The Journal of Nutrition, tom 109, wydanie 6, czerwiec 1979, strony 939-948. Odzyskany z Academic.oup.com.
9. Hoffman, RV i in. (1979). Bezwodny siarczan miedzi (II): skuteczny katalizator do odwadniania w fazie ciekłej alkoholi. J. Org. Chem., 1980,45,917-919. Odzyskany z pubs.acs.org.
10. Shao, C. i in. (2018). Ulepszona wytrzymałość na rozciąganie kompozytów kauczuk akrylonitrylowo-butadienowy / bezwodny siarczan miedzi przygotowanych przez sieciowanie koordynacyjne. Polym. Byk. 76, 1435-1452 (2019). Odzyskany z link.springer.com.
11. Betts, JW i wsp. (2018). Nowatorskie środki przeciwbakteryjne: alternatywa dla tradycyjnych antybiotyków. Miedź. Postępy w fizjologii drobnoustrojów. Odzyskany z sciencedirect.com
12. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
13. Witryny Google. Zrób bezwodny siarczan miedzi. W chemii domowej Paradox. Odzyskany z sites.google.com.