Русская Википедия:Сульфат меди(II)

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Вещество

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:

<math>\mathsf{2Cu + O_2 +2H_2SO_4 \rightarrow 2CuSO_4 + 2H_2O},</math>

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

<math>\mathsf{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O},</math>

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:

<math>\mathsf{Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O},</math>

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

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

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:

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

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 <chem>CuSO4</chem> в воде при разных температурах[4]
Температура,
°С 		Растворимость
<chem>CuSO4</chem> <chem>CuSO4.5H2O</chem>
% % 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:

<math>\mathsf{2CuSO_4 \xrightarrow[]{^ot} 2CuO + 2SO_2 + O_2}.</math>

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

Химические свойства

Электролитическая диссоциация

Как и все 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:

<math>\mathsf{CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}}.</math>

Реакция замещения

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

<math>\mathsf{CuSO_4 + Zn \rightarrow Cu\downarrow + ZnSO_4}.</math>

Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)

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

<math>\mathsf{CuSO_4 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + K_2SO_4},</math>
<math>\mathsf{CuSO_4 + 2LiOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Li_2SO_4},</math>
<math>\mathsf{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}.</math>

Сокращённое ионное уравнение (Правило Бертолле)

<math>\mathsf{Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow}</math>

Реакция обмена с другими солями

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

<math>\mathsf{CuSO_4 + BaCl_2 \rightarrow CuCl_2 + BaSO_4\downarrow},</math>
<math>\mathsf{CuSO_4 + K_2S \rightarrow CuS\downarrow + K_2SO_4}.</math>

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 йодид 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:

<math>\mathsf{2CuSO_4 + \ 2KI \longrightarrow \ Cu_2SO_4 + K_2SO_4 + I_2\downarrow}</math>

<math>\mathsf{2CuSO_4 + \ 2HI \longrightarrow \ Cu_2SO_4 + H_2SO_4 + I_2\downarrow}</math>

<math>\mathsf{CuSO_4 + \ 2KI \ \xrightarrow {h\nu}\ Cu\downarrow + I_2\downarrow + K_2SO_4}</math>

<math>\mathsf{CuSO_4 + \ 2HI \ \xrightarrow {h\nu}\ Cu\downarrow + I_2\downarrow + H_2SO_4}</math>

<math>\mathsf{2CuSO_4 + \ 2NaBr \ \xrightarrow{>500^oC}\ Cu_2SO_4 + Na_2SO_4 + Br_2\uparrow}</math>

<math>\mathsf{2CuSO_4 + \ 2HBr \ \xrightarrow {>500^oC}\ Cu_2SO_4 + H_2SO_4\uparrow + Br_2\uparrow}</math><math>\mathsf{2CuSO_4*5H_2O + \ 2NaBr \ \xrightarrow {115-140^oC}\ Cu_2SO_4 + Na_2SO_4 + Br_2\uparrow + 10H_2O\uparrow}</math>

<math>\mathsf{2CuSO_4 + \ 2HBr \ \xrightarrow {H_2O, 115-140^oC}\ Cu_2SO_4 + H_2SO_4 + Br_2\uparrow}</math>

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

Файл:Copper sulfate.jpg
Кристаллы пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 · 5H2O
Файл:Blue vitriol monocrystal.jpg
…и монокристалл
Файл:Copper sulfate anhydrous.jpg
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:Примечания

Шаблон:Купоросы

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Шаблон:Книга
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Шаблон:Книга
  3. ↑ Шаблон:Книга
  4. ↑ Шаблон:Книга Шаблон:Wayback
  5. ↑ Шаблон:Книга Шаблон:Wayback
  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
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Сульфат_меди(II)&oldid=10884950