Сульфат меди(II)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Медный купорос»)
Перейти к: навигация, поиск
Сульфат меди(II)
CuSO4 5H2O.jpg
Сульфат меди(II)
Общие
Систематическое
наименование
Меди(II) сульфат
Традиционные названия 5-гидрат: медный купорос
Хим. формула CuSO4
Физические свойства
Состояние кристаллическое
Молярная масса 159,61 г/моль
Плотность 3,64 г/см³
Твёрдость 2[уточнить]
Термические свойства
Т. разл. выше 650 °C
Химические свойства
pKa 5·10−3
Структура
Координационная геометрия Октаэдрическая
Кристаллическая структура безв. — ромбическая
пентагидрат — триклинная пинакоидальная
тригидрат — моноклинная
Классификация
Рег. номер CAS 7758-98-7
PubChem 24462
SMILES
RTECS GL8800000
Безопасность
ПДК в воздухе: мр 0,009, сс 0,004; в воде: 0,001
ЛД50 крысы[1]: 612,9 мг/кг
Токсичность малотоксичен
NFPA 704
NFPA 704.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Сульфа́т ме́ди(II) (медь серноки́слая) — неорганическое бинарное соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O — медный купоро́с. Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысокая, в то же время он высокотоксичен для рыб.

Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.

В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSO4·5H2O), халькокианита (CuSO4), бонаттита (CuSO4·3H2O), бутита (CuSO4·7H2O) и в составе других минералов.[2]

Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.

Получение[править | править вики-текст]

В промышленности[править | править вики-текст]

В промышленности загрязненный сульфат меди(II) получают растворением меди и медных отходов в разбавленной серной кислоте H2SO4 при продувании воздуха:

\mathsf{2Cu + O_2 +2H_2SO_4 \rightarrow 2CuSO_4 + 2H_2O},

растворением оксида меди(II) CuO в H2SO4:

\mathsf{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O},

сульфатизирующим обжигом сульфидов меди и как побочный продукт электролитического рафинирования меди.

В лабораторных условиях[править | править вики-текст]

В лаборатории CuSO4 можно получить действием концентрированной серной кислоты на медь при нагревании:

\mathsf{Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O};

температура не должна превышать 60 градусов Цельсия, в противном случае в значительных количествах образуется побочный продукт — сульфид меди(I):

\mathsf{5Cu + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CuSO_4 + Cu_2S\downarrow + 4H_2O}.

Также в лабораторных условиях сульфат меди (II) может быть получен реакцией нейтрализации гидроксида меди(II) серной кислотой (для получения сульфата меди высокой чистоты используют соответственно реактивы высокой степени очистки):

\mathsf{Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O}.

Чистый сульфат меди может быть получен по следующему рецепту. В фарфоровую чашку наливают 120 мл дистиллированной воды, прибавляют 46 мл ХЧ серной кислоты (плотностью 1,8 г/см3) и помещают в смесь 40 г чистой меди (например, электролитической). Затем нагревают до 70-80 °С и при этой температуре в течение часа постепенно, порциями по 1 мл, прибавляют 11 мл конц. азотной кислоты. Если медь покроется кристаллами, прибавить 10-20 мл воды. Когда реакция закончится (прекратится выделение пузырьков газа), остатки меди вынимают, а раствор упаривают до появления на поверхности пленки кристаллов и дают остыть. Выпавшие кристаллы следует 2-3 перекристаллизовать из дистиллированной воды и высушить.[3]

Очистка[править | править вики-текст]

Очистить загрязненный или технический сульфат меди можно перекристаллизацией — вещество растворяется в кипящей дистиллированной воде до насыщения раствора, после чего охлаждается до приблизительно +5 °С. Полученный осадок кристаллов отфильтровывается. Однако даже многократная перекристаллизация не позволяет избавиться от ионов железа, которые являются наиболее распространенной примесью в сульфате меди.

Для полной очистки медный купорос кипятят с перекисью свинца PbO2 или перекисью бария BaO2, пока отфильтрованная проба раствора не покажет отсутствия железа. Затем раствор фильтруют и упаривают до появления на поверхности пленки кристаллов, после чего охлаждают для кристаллизации[3].

По Н. Шоорлю очистить сульфат меди можно так: к горячему раствору CuSO4 прибавить небольшие количества перекиси водорода H2O2 и гидроксида натрия NaOH, прокипятить и отфильтровать осадок. Выпавшие из фильтрата кристаллы дважды подвергаются перекристаллизации. Полученное вещество имеет чистоту не ниже квал. ХЧ.[3]

Глубокая очистка[править | править вики-текст]

Существует более сложный способ очистки, позволяющий получить сульфат меди особой чистоты, с содержанием примесей около 2·10-4 %.

Для этого готовится водный, насыщенный при 20°С раствор сульфата меди (вода используются только бидистиллированная). В него добавляют перекись водорода в количестве 2-3 мл 30% раствора на 1 литр, перемешивают, вносят свежеосаждённый основной карбонат меди в количестве 3-5 грамм, нагревают и кипятят 10 минут для разложения H2O2.

Затем раствор охлаждают до 30-35 °С, фильтруют и приливают 15 мл 3%-ного раствора диэтилдитиокарбамата натрия и выдерживают на мешалке три-четыре часа не понижая температуры. Далее раствор быстро процеживают от крупных хлопьев комплексов и вносят активированный уголь БАУ-А на пол часа при перемешивании. Затем раствор следует отфильтровать вакуумным методом.

Дальше в раствор CuSO4 приливают на 1 л около 200 мл насыщенного раствора NaCl квал. Ч и вносят чистый алюминий в проволоке или обрезках до полного прохождения реакции, выделения меди и просветления раствора (при этом выделяется водород). Выделенную медь отделяют от алюминия взбалтыванием, осадок промывают декантацией сперва водой затем заливают горячим 5-10% раствором соляной кислоты ХЧ при взбалтывании в течение часа и постоянным подогревом до 70-80°С, затем промывают водой и заливают 10-15%-ной серной кислотой (ОСЧ 20-4) на час с подогревом при том же интервале температур. От степени и тщательности промывания кислотами, а также квалификации применяемых далее реактивов зависит чистота дальнейших продуктов.

После промывки кислотами медь снова моют водой и растворяют в 15-20%-ной серной кислоте (ОСЧ 20-4) без её большого избытка с добавлением перекиси водорода (ОСЧ 15-3). После прохождения реакции полученный кислый раствор сульфата меди кипятят для разложения избытка перекиси и нейтрализуют до полного растворения вначале выпавшего осадка перегнанным 25%-ным раствором аммиака (ОСЧ 25-5) или приливают раствор карбоната аммония, очищенного комплексно-адсорбционным методом до особо чистого.

После выстаивания в течение суток раствор медленно фильтруют. В фильтрат добавляют серную кислоту (ОСЧ) до полного выпадения голубовато-зелёного осадка и выдерживают до укрупнения и перехода в зелёный основной сульфат меди. Зелёный осадок выстаивают до компактности и тщательно промывают водой до полного удаления растворимых примесей. Затем осадок растворяют в серной кислоте, фильтруют, устанавливают рН=2,5-3,0 и перекристаллизовывают два раза при быстром охлаждении, причем при охлаждении раствор каждый раз перемешивают для получения более мелких кристаллов сульфата меди. Выпавшие кристаллы переносят на воронку Бюхнера и удаляют остатки маточного раствора с помощью водоструйного насоса. Третья кристаллизация проводится без подкисления раствора с получением чуть более крупных и оформленных кристаллов.[4]

Физические свойства[править | править вики-текст]

Пентагидрат (медный купорос) — синие прозрачные кристаллы триклинной сингонии. Плотность 2,284 г/см3. При температуре 110 °С отщепляется 4 молекулы воды, при 150 °С происходит полное обезвоживание.[5]

Строение кристаллогидрата[править | править вики-текст]

Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO42− по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.

Растворимость CuSO4, г/100 г H2O

Термическое воздействие[править | править вики-текст]

При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO4·3H2O (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в т.ч. при 20-25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSO4·H2O, и выше 258 °C образуется безводная соль.

Выше 650 °C становится интенсивным пиролиз безводного сульфата по реакции:

\mathsf{2CuSO_4 \xrightarrow[]{^ot} 2CuO + 2SO_2 + O_2}

Растворимость[править | править вики-текст]

Растворимость сульфата меди(II) по мере роста температуры проходит через плоский максимум, в течение которого растворимость соли почти не меняется (в интервале 80-200 °C). (см. рис.)

Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, (степень гидролиза в 0,01М растворе при 15 °C составляет 0,05 %) и даёт кислую среду (pH указанного раствора 4,2). Константа диссоциации составляет 5·10−3.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Диссоциация[править | править вики-текст]

CuSO4 — хорошо растворимая в воде соль и сильный электролит, в растворах сульфат меди (II) так же, как и все растворимые соли, диссоциирует в одну стадию:

\mathsf{CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}}

Реакция замещения[править | править вики-текст]

Реакция замещения возможна в водных растворах сульфата меди с использованием металлов активнее меди, стоящих левее меди в электрохимическом ряду напряжения металлов.

\mathsf{CuSO_4 + Zn \rightarrow Cu\downarrow + ZnSO_4}

Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)[править | править вики-текст]

Сульфат меди(II) реагирует с щелочами с образованием осадка гидроксида меди(II) голубого цвета[6]:

\mathsf{CuSO_4 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + K_2SO_4}
\mathsf{Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow}

Реакция обмена с другими солями[править | править вики-текст]

Сульфат меди вступает также в обменные реакции по ионам Cu2+ и SO42-

\mathsf{CuSO_4 + BaCl_2 \rightarrow CuCl_2 + BaSO_4\downarrow}
\mathsf{CuSO_4 + K_2S \rightarrow CuS\downarrow + K_2SO_4}

Прочее[править | править вики-текст]

С сульфатами щелочных металлов и аммония образует комплексные соли, например, Na2[Cu(SO4)2]·6H2O.

Ион Cu2+ окрашивает пламя в зелёный цвет.

Производство и применение[править | править вики-текст]

Друза кристаллов пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 · 5H2O, выращенная в домашних условиях.
Монокристалл пентагидрата.

Сульфат меди(II) — важнейшая из солей меди. Часто служит исходным сырьём для получения других соединений.

Безводный сульфат меди — хороший влагопоглотитель и может быть использован для абсолютирования этанола, осушения газов (в т.ч. воздуха) и как индикатор влажности.

В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей, а также как антисептическое и фунгицидное средство для предотвращения гниения древесины.

В сельском хозяйстве медный купорос применяется как антисептик, фунгицид и медно-серное удобрение. Для обеззараживания ран деревьев используется 1%-ный раствор (100 г на 10 л), который втирается в предварительно зачищенные поврежденные участки. Против фитофтороза томатов и картофеля производятся опрыскивания посадок 0,2 % раствором (20 г на 10 л) при первых признаках заболевания, а также для профилактики при угрозе возникновения болезни (например, в сырую влажную погоду). Раствором сульфата меди поливается почва для обеззараживания и восполнения недостатка серы и меди (5 г на 10 л). Однако чаще медный купорос применяется в составе бордо́ской жидкости — основного сульфата меди CuSO4·3Cu(OH)2 против грибковых заболеваний и виноградной тли. Для этих целей сульфат меди(II) имеется в розничной торговле.

Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как один из компонентов электролитических ванн для меднения и т. п. и как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519. Используется как фиксатор окраски и консервант.

В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении этих металлов появляются красные пятна.

Токсикология[править | править вики-текст]

Сульфат меди(II) является соединением с умеренной токсичностью и относится к классу опасности 4 (малоопасное вещество). Смертельная доза медного купороса составляет от 8 до 30 граммов для взрослого человека перорально (при проглатывании), в зависимости от массы, состояния здоровья, иммунитета к избытку меди и от других факторов. Острое отравление становится заметным при разовом потреблении более 0,5 г соединения внутрь (т.н. токсическая доза). LD50 для крыс 612,9 мг/кг[1]. Токсикология при поступлении аэрозолей через легкие более сложна.

Попадание на кожу сухого вещества безопасно, но его необходимо смыть. Аналогично при попадании растворов и увлажненного твердого вещества. При попадании в глаза необходимо обильно промыть их проточной водой (слабой струей). При попадании в желудочно-кишечный тракт твердого вещества или концентрированных растворов необходимо промыть желудок пострадавшего 0,1 % раствором марганцовки, дать выпить пострадавшему солевое слабительное — сульфат магния 1-2 ложки, вызвать рвоту, дать мочегонное. Кроме того, попадание в рот и ЖКТ безводного вещества может вызвать термические ожоги. Очень слабые растворы сульфата меди действуют как сильное рвотное средство и иногда применяются для вызова рвоты, когда под рукой нет более эффективных средств.

При работе с порошками и пудрой сульфата меди(II), следует соблюдать осторожность и не допускать их пыления, необходимо использовать маску или респиратор, а после работы вымыть лицо. Острая токсическая доза при вдыхании — 11 мг/кг[7]. При попадании сульфата меди через дыхательные пути в виде аэрозоли нужно вывести пострадавшего на свежий воздух, прополоскать рот водой и промыть крылья носа.

Хранить вещество следует в сухом прохладном месте, в плотно закрытой жесткой пластиковой или стеклянной упаковке, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Ершов Ю. А., Плетнева Т. В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. — М.: Медицина, 1989. — С. 142.
  2. И. Л. Кнунянц — Химическая энциклопедия
  3. 1 2 3 Карякин Ю. В. Чистые химические реактивы. Руководство по лабораторному приготовлению неорганических препаратов. — 2-е изд. — М.-Л.: ГХИ, 1947. — С. 343. — 577 с.
  4. Chemlight
  5. Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.-М.: Химия, 1963. — Т. 2. — С. 124-125, 265. — 1168 с. — 20 000 экз.
  6. Получение нерастворимых оснований — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
  7. EXTOXNET