Сульфат меди(II)

Материал из testwiki
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview=Неизвестный параметр «_VALUE_» шаблона Вещество |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Сульфат меди(II)
Сульфат меди(II) моногидрат

Сульфа́т меди(II) (медь(II) серноки́слая, традиционное название кристаллогидрата — ме́дный купоро́с) — неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой Шаблон:Химическая формула.

Нелетучее вещество, не имеет запаха. В безводном виде — белый порошок, очень гигроскопичное. В виде кристаллогидратов — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего. На воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Имеет горьковато-металлический вяжущий вкус.

Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется в виде голубого пентагидрата CuSOШаблон:Sub·5HШаблон:SubO (медный купоро́с). Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысока, в то же время он высокотоксичен для рыб.

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

Нахождение в природе

В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSOШаблон:Sub·5HШаблон:SubO), халькокианита (CuSOШаблон:Sub), бонаттита (CuSOШаблон:Sub·3HШаблон:SubO), бутита (CuSOШаблон:Sub·7HШаблон:SubO) и в составе некоторых других минералов[1].

Получение

В промышленности

В промышленности загрязнённый сульфат меди(II) получают растворением меди и медных отходов в разбавленной серной кислоте HШаблон:SubSOШаблон:Sub при продувании раствора воздухом:

𝟤𝖢𝗎+𝖮𝟤+𝟤𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝟤𝖧𝟤𝖮,

растворением оксида меди(II) CuO в HШаблон:SubSOШаблон:Sub:

𝖢𝗎𝖮+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖧𝟤𝖮,

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

В лабораторных условиях

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

𝖢𝗎+𝟤𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖲𝖮𝟤+𝟤𝖧𝟤𝖮,

температура не должна превышать 60 °С, при большей температуре в значительных количествах образуется побочный продукт — сульфид меди(I):

𝟧𝖢𝗎+𝟦𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦𝟥𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖢𝗎𝟤𝖲+𝟦𝖧𝟤𝖮.

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 чистые реактивы:

𝖢𝗎(𝖮𝖧)𝟤+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝟤𝖧𝟤𝖮.

Чистый сульфат меди может быть получен следующим образом. В фарфоровую чашку наливают 120 мл дистиллированной воды, прибавляют 46 мл химически чистой 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 концентрированной 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 плёнки кристаллов и дают остыть. Выпавшие кристаллы следует 2—3 раза перекристаллизовать из дистиллированной воды и высушить[2].

Очистка

Очистить загрязнённый 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 примеси соединений железа, которые являются наиболее распространённой примесью в сульфате меди.

Для полной очистки медный купорос кипятят с диоксидом свинца PbOШаблон:Sub или пероксидом бария BaOШаблон:Sub, пока отфильтрованная проба раствора не покажет отсутствия железа. Затем раствор фильтруют и упаривают до появления на поверхности плёнки кристаллов, после чего охлаждают для кристаллизации[2].

По Н. Шоорлю очистить сульфат меди можно так: к горячему раствору CuSOШаблон:Sub прибавить небольшие количества пероксида водорода HШаблон:SubOШаблон:Sub и гидроксида натрия NaOH, прокипятить и отфильтровать осадок. Выпавшие из фильтрата кристаллы дважды подвергаются перекристаллизации. Полученное вещество имеет чистоту не ниже квалификации «ХЧ»[2].

Глубокая очистка

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

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 граммов, нагревают и кипятят 10 минут для разложения HШаблон:SubOШаблон:Sub.

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

Дальше в раствор CuSOШаблон:Sub приливают на 1 л около 200 мл насыщенного раствора NaCl квалификации «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[3].

Физические свойства

Растворимость CuSOA4 в воде при разных температурах[4]
Температура,
°С
Растворимость
CuSOA4 CuSOA45HA2O
% % в г на
100 г воды
0 12,9 20,2 23,3
15 16,2 25,3 30,2
25 18,7 29,2 34,9
30 20,3 31,6 39,9
40 22,8 35,5 46,2
50 25,1 39,2 52,6
60 28,1 43,8 61,1
70 31,4 49,0 71,6
80 34,9 54,4 83,8
90 38,9 60,0 98,2
100 42,4 66,0 115,0

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

Растворимость в воде

Растворимость сульфата меди(II) в воде при разных температурах приведена в таблице.

Строение кристаллогидрата

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.

Термическое воздействие

При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSOШаблон:Sub·3HШаблон:SubO (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в том числе при 20—25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSOШаблон:Sub·HШаблон:SubO, и выше 258 °C образуется безводная соль.

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

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦ot𝟤𝖢𝗎𝖮+𝟤𝖲𝖮𝟤+𝖮𝟤.

Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла (79 кДж/моль).

Химические свойства

Электролитическая диссоциация

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

CuSO4 — хорошо растворимая в воде соль и сильный электролит, в растворах сульфат меди(II) диссоциирует в одну стадию:

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦𝖢𝗎𝟤++𝖲O𝟦𝟤.

Реакция замещения

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

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖹𝗇𝖢𝗎+𝖹𝗇𝖲𝖮𝟦.

Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)

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

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝟤𝖪𝖮𝖧𝖢𝗎(𝖮𝖧)𝟤+𝖪𝟤𝖲𝖮𝟦,
𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝟤𝖫𝗂𝖮𝖧𝖢𝗎(𝖮𝖧)𝟤+𝖫𝗂𝟤𝖲𝖮𝟦,
𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝟤𝖭𝖺𝖮𝖧𝖢𝗎(𝖮𝖧)𝟤+𝖭𝖺𝟤𝖲𝖮𝟦.

Сокращённое ионное уравнение (Правило Бертолле)

𝖢𝗎𝟤++𝟤𝖮𝖧𝖢𝗎(𝖮𝖧)𝟤

Реакция обмена с другими солями

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

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖡𝖺𝖢𝗅𝟤𝖢𝗎𝖢𝗅𝟤+𝖡𝖺𝖲𝖮𝟦,
𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+𝖪𝟤𝖲𝖢𝗎𝖲+𝖪𝟤𝖲𝖮𝟦.

Окислительные свойства

Сульфат меди окисляет HI, йодиды и при нагревании HBr и бромиды до свободных галогенов. Восстанавливается йодоводородом и йодидами до металлической меди при освещении, так как образующийся иодид меди(I) разлагается на свету. Смесь сухих сульфата меди и бромида натрия из-за образования бромида меди(II), который в сухом состоянии разлагается при температуре выше +500°C, а в присутствии влаги снижается его температура разложения до 115-140°C:

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖪𝖨 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖪𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖨𝟤

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖧𝖨 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖨𝟤

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖪𝖨 hν 𝖢𝗎+𝖨𝟤+𝖪𝟤𝖲𝖮𝟦

𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖧𝖨 hν 𝖢𝗎+𝖨𝟤+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖭𝖺𝖡𝗋 >500oC 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖭𝖺𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖡𝗋𝟤

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖧𝖡𝗋 >500oC 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖡𝗋𝟤

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦𝟧𝖧𝟤𝖮+ 𝟤𝖭𝖺𝖡𝗋 115140oC 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖭𝖺𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖡𝗋𝟤+𝟣𝟢𝖧𝟤𝖮

𝟤𝖢𝗎𝖲𝖮𝟦+ 𝟤𝖧𝖡𝗋 H2O,115140oC 𝖢𝗎𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖧𝟤𝖲𝖮𝟦+𝖡𝗋𝟤

Прочее

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

Кристаллы пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 · 5H2O
…и монокристалл
Шаблон:Center

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

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

Лёгкость выращивания кристаллов пентагидрата сульфата меди и их резкое различие с безводной формой используются в школьном образовании.

В машиностроении используется для окраски металлических деталей перед их ручной разметкой.

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 повреждённые 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 CuSOШаблон:Sub·3Cu(OH)Шаблон:Sub против грибковых заболеваний и виноградной филлоксеры. Для этих целей сульфат меди(II) имеется в розничной торговле.

Для борьбы с цветением воды в водохранилищах также используется химическая обработка медным купоросом[7].

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

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

В быту применяют для выведения пятен ржавчины на потолке после затоплений.

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.

Безопасность

Вещество малотоксично. ПДК 500 мг/л[8][9]. Смертельная доза медного купороса составляет от 45 до 125 граммов для взрослого человека перорально (при проглатывании), в зависимости от массы, состояния здоровья, иммунитета к избытку меди и от других факторов. Признаки отравления становятся заметными при разовом потреблении более 0,5 г соединения внутрь (т. н. токсическая доза). [[ЛД50|LDШаблон:Sub]] для крыс 300 мг/кг[10]. Картина отравления при вдыхании аэрозолей медного купороса более сложна.

Правила обращения с веществом

Попадание на кожу сухого вещества считается безопасным, но его необходимо смыть. Аналогично при попадании растворов и увлажнённого твердого вещества. При попадании в глаза необходимо обильно промыть их проточной водой (слабой струёй). 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 желудок безводного вещества может вызвать термические ожоги.

Слабые растворы сульфата меди при приёме внутрь действуют как сильное рвотное средство и иногда применяются для провоцирования рвоты.

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

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

Гигиенические нормативы

ПДК в рабочей зоне — 1 мг/л (1г/м³) (по ионам двухвалентной меди).

Примечания

Шаблон:Навигация Шаблон:Примечания

Шаблон:Купоросы

  1. Шаблон:Книга
  2. 2,0 2,1 2,2 Шаблон:Книга
  3. Шаблон:Книга
  4. Шаблон:Книга
  5. Шаблон:Книга
  6. Шаблон:Cite web
  7. Шаблон:Книга
  8. name=https://docs.cntd.ru_ГОСТШаблон:Недоступная ссылка 19347-2014 Купорос медный. Технические условия (Издание с поправкой)
  9. name=https://www.safework.ru Шаблон:Wayback
  10. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок Токс не указан текст
  11. Шаблон:Cite web