KOPERSULFAAT (CUSO4): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, VERKRIJGEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2024

Het kopersulfaat is een anorganische verbinding die bestaat uit de elementen koper (Cu), zwavel (S) en zuurstof (O). De chemische formule is CuSO ₄ . Koper bevindt zich in de oxidatietoestand +2, zwavel +6 en zuurstof heeft een valentie van -2.

Het is een witte vaste stof die bij blootstelling aan vocht in de omgeving het blauwe pentahydraat CuSO _{4 •} 5H ₂ O wordt. De witte vaste stof wordt verkregen door het blauw te verhitten om water te verwijderen.

Watervrij kopersulfaat (CuSO ₄ ) (zonder water in zijn kristallijne structuur). W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.

Het wordt al eeuwenlang als antibacterieel middel gebruikt om wonden bij mens en dier te genezen. Het werkt ook als een fungicide, als een samentrekkend middel, als een middel tegen diarree en om darmziekten bij dieren te bestrijden. Het wordt ook gebruikt als antischimmelmiddel in planten.

Enkele van zijn toepassingen zijn echter stopgezet omdat het teveel ervan giftig kan zijn voor mensen, dieren en planten. Het concentratiebereik waarin het kan worden gebruikt, is smal en hangt af van de soort.

Het wordt gebruikt als katalysator bij chemische reacties en als droogmiddel voor oplosmiddelen. Het maakt het mogelijk om de weerstand en flexibiliteit van sommige polymeren te verbeteren.

Overmatige hoeveelheden van deze verbinding kunnen schadelijk zijn in de bodem, omdat het giftig is voor micro-organismen die gunstig zijn voor planten.

Structuur

Kopersulfaat bestaat uit een koperion (Cu ²⁺ ) en een sulfaation (SO ₄ ^2- ).

Ionische structuur van koper (II) sulfaat. Auteur: Marilú Stea.

Vanwege het verlies van twee elektronen heeft het koper (II) -ion de volgende elektronische conformatie:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ⁹

Het kan worden gezien dat het de onvolledige 3d- orbitaal heeft (het heeft 9 elektronen in plaats van 10).

Nomenclatuur

• Watervrij kopersulfaat
• Koper (II) sulfaat
• Kopersulfaat

Eigendommen

Fysieke toestand

Witte of groenachtig witte vaste stof in de vorm van kristallen.

Molecuulgewicht

159,61 g / mol

Smeltpunt

Bij 560 ° C ontleedt het.

Dichtheid

3,60 g / cm ³

Oplosbaarheid

22 g / 100 g water bij 25 ° C. Onoplosbaar in ethanol.

Chemische eigenschappen

Bij blootstelling aan een luchtvochtigheid onder 30 ° C wordt het de pentahydraatverbinding CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

De waterige oplossingen zijn blauw vanwege de vorming van het hexaacuocopper (II) ²⁺ ion dat deze kleuring produceert. In dit ion zijn twee van de watermoleculen verder weg van het metaalatoom dan de andere vier.

Vervormde structuur van de hexaacuocopper (II) ²⁺ ion . Benjah-bmm27 / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.

Dit komt door het zogenaamde Jahn-Teller-effect, dat voorspelt dat dit type systeem de vervorming zal ervaren die wordt veroorzaakt door het feit dat Cu ²⁺ een elektronische structuur heeft die eindigt op d ⁹ , dat wil zeggen een onvolledige orbitaal (het zou compleet zijn als zou d ^{10 zijn} ).

Als aan deze oplossingen ammoniak (NH ₃ ) wordt toegevoegd , ontstaan ​​complexen waarin NH ₃ achtereenvolgens de watermoleculen verdringt. Ze worden bijvoorbeeld gevormd van ²⁺ tot ²⁺ .

Wanneer CuSO ₄ wordt verhit tot ontbinding, geeft het giftige gassen af ​​en verandert het in koperoxide CuO.

Het verkrijgen van

Watervrij kopersulfaat kan worden verkregen door totale dehydratie van de pentahydraatverbinding, die wordt bereikt door deze te verwarmen totdat de watermoleculen zijn verdampt.

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

Het pentahydraat verbinding blauw, dus wanneer het kristalwater verloren, de witte watervrije CuSO ₄ wordt verkregen .

Toepassingen

Sommige toepassingen overlappen met die van de pentahydraatverbinding. Anderen zijn specifiek voor de watervrije stof.

Als antibacterieel middel

Het heeft potentieel als antimicrobieel middel. Het wordt al duizenden jaren gebruikt, ook in Zuid- en Midden-Amerikaanse culturen, om wondinfectie te voorkomen door middel van gaas gedrenkt in een oplossing van deze verbinding.

Geschat wordt dat Cu ²⁺ -ionen in het mechanisme van hun antibacteriële activiteit chelaten vormen met enzymen die cruciaal zijn voor de cellulaire functies van bacteriën en ze deactiveren. Ze veroorzaken ook de vorming van hydroxylradicalen OH •, die de membranen van bacteriën en hun DNA beschadigen.

CuSO ₄ kan werken tegen sommige pathogene bacteriën. Auteur: Gerd Altmann. Bron: Pixabay.

Onlangs is gemeld dat sporen van CuSO ₄ de antimicrobiële activiteit kunnen verhogen van natuurlijke producten die rijk zijn aan polyfenolen, zoals extracten van granaatappel en infusies van sommige soorten theeplanten.

In veterinaire toepassingen

Het wordt gebruikt als antiseptisch en samentrekkend middel voor slijmvliezen en om conjunctivitis en externe otitis te behandelen. Het wordt gebruikt om therapeutische of profylactische baden uit te voeren om rotten van de benen van runderen, schapen en andere zoogdieren te voorkomen.

De waterige oplossingen van CuSO _{4 worden} gebruikt om de hoeven van vee te genezen. Auteurs: Ingrid en Stefan Melichar. Bron: Pixabay.

Het dient als een bijtend middel voor necrotische massa op de ledematen van vee, stomatitiszweren en granulair weefsel hiervan. Het wordt gebruikt als fungicide bij de behandeling van ringworm en schimmelziekten van de huid.

Het wordt ook gebruikt als braakmiddel (middel om braken op te wekken) bij varkens, honden en katten; als samentrekkend middel tegen diarree voor kalveren en ter bestrijding van intestinale moniliasis bij pluimvee en trichomoniasis bij kalkoenen.

Als aanvulling in diervoeder

Kopersulfaat is in zeer kleine hoeveelheden als supplement gebruikt om vee, varkens en pluimvee te voeren. Het wordt gebruikt om kopertekort bij herkauwers te behandelen. Bij varkens en pluimvee wordt het gebruikt als groeistimulans.

Koper is geïdentificeerd als essentieel voor de biosynthese van hemoglobine bij zoogdieren, de cardiovasculaire structuur, de synthese van botcollageen, enzymsystemen en reproductie.

Zoals vermeld in de vorige paragraaf, kan het ook worden gegeven als een medicijn tegen de ziekte. Suppletie en / of medicatieniveaus moeten echter nauwlettend worden gecontroleerd.

Pluimvee en hun eieren kunnen worden aangetast door overtollig kopersulfaat in hun dieet. Auteur: Pexels. Bron: Pixabay.

Vanaf een bepaalde hoeveelheid, die van elke soort afhangt, kan afname van de groei, verlies van eetlust en gewicht, schade aan bepaalde organen en zelfs de dood van dieren optreden.

Bij kippen bijvoorbeeld vermindert de suppletie van 0,2% of meer hun voedselopname met als gevolg gewichtsverlies, een afname van de productie van eieren en de dikte van hun schaal.

In landbouwtoepassingen

In biologische productiesystemen is het niet toegestaan ​​om synthetische fungiciden te gebruiken, alleen producten op basis van koper en zwavel worden geaccepteerd, zoals kopersulfaat.

Met deze stof worden bijvoorbeeld bepaalde schimmels die appelplanten aanvallen, zoals Venturia inaequalis, gedood. Aangenomen wordt dat Cu ²⁺ -ionen mogelijk de schimmelsporen kunnen binnendringen, eiwitten kunnen denatureren en verschillende enzymen kunnen blokkeren.

Kopersulfaat wordt gebruikt om sommige schimmels te bestrijden die appels aantasten. Algirdas op lt.wikipedia / Public domain. Bron: Wikimedia Commons.

Belang van koper in planten

Het element koper is belangrijk bij fysiologische processen van planten zoals fotosynthese, ademhaling en afweer tegen antioxidanten. Zowel het tekort aan dit element als de overmaat ervan genereren reactieve zuurstofsoorten die schadelijk zijn voor hun moleculen en structuren.

Het bereik van koperconcentraties voor optimale plantengroei en ontwikkeling is erg smal.

Nadelige effecten op de landbouw

Wanneer dit product overmatig wordt gebruikt in landbouwactiviteiten, kan het fytotoxisch zijn, voortijdige vruchtontwikkeling veroorzaken en van kleur veranderen.

Bovendien hoopt koper zich op in de bodem en is het giftig voor micro-organismen en regenwormen. Dit is in strijd met het concept van biologische landbouw.

Hoewel CuSO ₄ wordt gebruikt in de biologische landbouw, kan het schadelijk zijn voor regenwormen. Auteur: Patricia Maine Degrave. Bron: Pixabay.

Bij katalyse van chemische reacties

Watervrij CuSO ₄ dient als katalysator voor verschillende reacties van organische carbonylverbindingen met diolen of hun epoxiden, waarbij dioxolanen of acetoniden worden gevormd. Dankzij deze verbinding kunnen reacties onder milde omstandigheden worden uitgevoerd.

Voorbeeld van een reactie waarbij watervrij CuSO ₄ werkt als een katalysator. Auteur: Marilú Stea.

Er is ook gemeld dat de katalytische werking ervan het mogelijk maakt secundaire, tertiaire, benzylische en allylische alcoholen te dehydrateren tot hun overeenkomstige olefinen. De reactie wordt heel eenvoudig uitgevoerd.

De zuivere alcohol samen verhit met watervrije CuSO ₄ bij een temperatuur van 100-160 ° C gedurende een periode van 0,5-1,5 uur. Dit resulteert in dehydratatie van de alcohol en het olefine wordt zuiver uit het reactiemengsel gedestilleerd.

Uitdroging van een alcohol door watervrij koper (II) sulfaat. Auteur: Marilú Stea.

Als dehydratatiemiddel

Deze verbinding wordt in scheikundelaboratoria als droogmiddel gebruikt. Het wordt gebruikt om organische vloeistoffen zoals oplosmiddelen te dehydrateren. Het absorbeert water en vormt de pentahydraatverbinding CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Wanneer het witte watervrije CuSO ₄ water absorbeert, wordt het omgezet in de blauwe pentahydraatverbinding CuSO ₄ .5H ₂ O. Crystal Titan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.

Om polymeren te verbeteren

Watervrij CuSO ₄ is gebruikt om de eigenschappen van bepaalde polymeren te verbeteren en tegelijkertijd recyclebaar te maken.

Zo zijn deeltjes van de verbinding in aceton in een speciale molen gemengd met acrylonitril-butadieenrubber, in een poging de CuSO _4- deeltjes erg klein te maken.

Kopersulfaat verbetert de bindingspunten van het polymeer en vormt een mengsel met hoge sterkte, hardheid en verrassende flexibiliteit.

In beëindigde therapeutische toepassingen

In het verleden werden kopersulfaatoplossingen gebruikt voor maagspoeling wanneer iemand leed aan witte fosforvergiftiging. De oplossing werd echter onmiddellijk geroerd om kopervergiftiging te voorkomen.

Oplossingen van deze verbinding werden ook samen met andere stoffen gebruikt voor plaatselijke toepassingen op fosforige huidverbrandingen.

Soms dienden ze bij bepaalde vormen van voedingsanemie bij kinderen en bij kopertekort bij personen die parenterale voeding kregen, dat wil zeggen bij mensen die zichzelf niet via de mond kunnen voeden.

Bepaalde eczeem-, impetigo- en intertrigolotions bevatten CuSO ₄ . De oplossingen werden gebruikt als samentrekkend middel bij ooginfecties. Soms werden de kristallen rechtstreeks op brandwonden of zweren aangebracht.

Al deze toepassingen worden niet meer uitgevoerd vanwege de toxiciteit die een overmaat van deze verbinding kan veroorzaken.

Referenties

1. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Kopersulfaat. Opgehaald van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (redacteur) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85 ^th CRC Press.
3. Montag, J. et al .; (2006). Een in vitro onderzoek naar de postinfectie-activiteiten van koperhydroxide en kopersulfaat tegen conidia van Venturia inaequalis. J. Agric. Food Chem.2006, 54, 893-899. Opgehaald van link.springer.com.
4. Holloway, AC et al. (2011). Verbetering van de antimicrobiële werking van hele en gesubfractioneerde witte thee door toevoeging van koper (II) sulfaat en vitamine C tegen Staphylococcus aureus; een mechanistische benadering. BMC-aanvulling Altern Med 11, 115 (2011). Opgehaald van bmccomplementmedtherapies.biomedcentral.com.
5. Sanz, A. et al. (2018). Koperopnamemechanisme van Arabidopsis thaliana COPT-transporteiwitten met hoge affiniteit. Protoplasma 256, 161-170 (2019). Opgehaald van link.springer.com.
6. Griminger, P. (1977). Effect van kopersulfaat op de eierproductie en de dikte van de schaal. Poultry Science 56: 359-351, 1977. Opgehaald van academ.oup.com.
7. Hanzlik, RP en Leinwetter, M. (1978). Reacties van epoxiden en carbonylverbindingen gekatalyseerd door watervrij kopersulfaat. J. Org. Chem., Vol.43, No.3, 1978. Hersteld van pubs.acs.org.
8. Okonkwo, AC et al. (1979). Kopervereiste van babyvarkens die gezuiverde diëten krijgen. The Journal of Nutrition, Volume 109, Issue 6, juni 1979, pagina's 939-948. Opgehaald van academisch.oup.com.
9. Hoffman, RV et al. (1979). Watervrij koper (II) sulfaat: een efficiënte katalysator voor de uitdroging van alcoholen in de vloeistoffase. J. Org. Chem., 1980, 45, 917-919. Opgehaald van pubs.acs.org.
10. Shao, C. et al. (2018). Verbeterde treksterkte van acrylonitril-butadieenrubber / watervrije kopersulfaatcomposieten bereid door coördinatieverknoping. Polym. Stier. 76, 1435-1452 (2019). Opgehaald van link.springer.com.
11. Betts, JW et al. (2018). Nieuwe antibacteriële middelen: alternatieven voor traditionele antibiotica. Koper. In Advances in Microbial Physiology. Opgehaald van sciencedirect.com
12. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
13. Google Sites. Maak watervrij kopersulfaat. In Paradox Home Chemistry. Hersteld van sites.google.com.