- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Dichtheid
- Oplosbaarheid
- Chemische eigenschappen
- Het verkrijgen van
- Toepassingen
- In diervoeder
- Bij de synthese van nanodeeltjes
- In studies voor ongediertebestrijding
- In elektrisch geleidende weefsels
- Effecten op het milieu
- Referenties
Het kopersulfaatpentahydraat is een anorganische verbinding die bestaat uit de elementen koper (Cu), zwavel (S), zuurstof (O) en water (H 2 O). Het bevat koper (II) (Cu 2+ ) en sulfaat (SO 4 2- ) ionen . De chemische formule is CuSO 4 • 5H 2 O.
In de natuur wordt gevonden dat het het mineraal chalcantiet of calcantiet vormt, ook wel chalclase of calclasse genoemd. Het is een blauwe kristallijne vaste stof.
Kristal van kopersulfaatpentahydraat CuSO 4 • 5H 2 O. Auteur: Überraschungsbilder. Bron: Wikimedia Commons.
Het wordt gebruikt als voedingssupplement voor sommige dieren zoals herkauwers, varkens en pluimvee. In de landbouw dient het als pesticide. Bij mijnbouwactiviteiten kan het andere metalen terugwinnen.
Vanwege zijn blauwe tint wordt het gebruikt voor het kleuren van stoffen en metalen. Het is gebruikt om metallisch koper op cellulosevezels af te zetten om elektrisch geleidende weefsels te verkrijgen. Het wordt ook gebruikt om nanodeeltjes van koper en zijn oxiden te bereiden, met een verscheidenheid aan toepassingen.
In hoge concentraties kan het giftig zijn voor fauna en flora, daarom wordt het soms gebruikt om ongedierte (dieren of planten) uit aquatische omgevingen zoals lagunes en natuurlijke vijvers te verwijderen.
Structuur
Deze verbinding wordt gevormd door het element koper in zijn oxidatietoestand +2 en het sulfaatanion. De laatste heeft een zwavelatoom met valentie +6 omgeven door vier zuurstofatomen, elk met valentie -2. Op deze manier heeft het sulfaation twee negatieve ladingen.
Het heeft ook 5 watermoleculen in zijn structuur. In de volgende afbeelding kun je zien hoe de verschillende atomen in het kristal zijn gerangschikt.
Structuur van CuSO 4 • 5H 2 O. Auteur: Smokefoot. Bron: Wikimedia Commons.
Cu 2+ (oranje bollen) wordt gelijktijdig gecoördineerd met 4 moleculen H 2 O (zuurstof = rood; waterstof = wit) en met 2 zuurstofatomen van SO 4 2- (zwavel = geel). In de figuur is een van de H 2 O- moleculen in schijnbare vrijheid maar maakt deel uit van de kristallijne structuur.
Nomenclatuur
Chalcantiet mineraal CuSO 4 • 5H 2 O. Auteur: Archaeodontosaurus. Bron: Wikimedia Commons.
- Kopersulfaat pentahydraat
- Koper (II) volstaat pentahydraat
- Bluejack
- Blauwe steen (van Engelse blauwe steen)
- Chalcantiet, calcantiet, chalclase of calclase
Eigendommen
Fysieke toestand
Blauwe kristallijne vaste stof.
Molecuulgewicht
249,686 g / mol
Smeltpunt
Bij het bereiken van 110 ºC valt het uiteen.
Dichtheid
2.286 g / cm 3
Oplosbaarheid
Oplosbaar in water: 22,0 g / 100 g water bij 25 ° C. Oplosbaar in methanol (CH 3 OH). Enigszins oplosbaar in ethanol (CH 3 CH 2 OH).
Chemische eigenschappen
Deze verbinding lost in contact met water op en vormt de ionen Cu 2+ en SO 4 2- . De oplosbaarheid in water neemt aanzienlijk af als zwavelzuur in het water aanwezig is.
H 2 SO 4 levert SO 4 2- ionen en zijn aanwezigheid genereert het "gewone ion" -effect, aangezien dit ion aanwezig is in kopersulfaatpentahydraat. Ontbinding kan als volgt worden uitgedrukt:
CuSO 4 • 5H 2 O (vast) + water ⇔ Cu 2+ + SO 4 2- + water
Daarom, als het SO 4 2- van zwavelzuur al in oplossing aanwezig is , verschuift het evenwicht naar links, dat wil zeggen naar de vorming van de vaste stof en dus neemt de oplosbaarheid af.
Het verkrijgen van
Een van de manieren om kopersulfaatpentahydraat te verkrijgen is door het mineraal malachiet op te lossen in een waterige zwavelzuuroplossing (H 2 SO 4 ) bij een gecontroleerde temperatuur. Malachiet bevat Cu 2 (OH) 2 CO 3 met andere onzuiverheden, zoals ijzer.
De onzuivere koper (II) -oplossing wordt behandeld met waterstofperoxide (H 2 O 2 ) om ervoor te zorgen dat de ijzer (II) (Fe 2+ ) onzuiverheden worden omgezet in ijzer (III) (Fe 3+ ). Dit laatste wordt neergeslagen in de vorm van ijzer (III) hydroxide (Fe (OH) 3 ) met natriumhydroxide (NaOH).
Neerslag betekent dat er deeltjes van een onoplosbare vaste stof worden gevormd in de oplossing, die op de bodem van de container valt die deze bevat.
Uiterlijk van een geconcentreerde oplossing van CuSO 4 • 5H 2 O. Auteur: PublicDomainPictures. Bron: Pixabay.
Het resulterende mengsel wordt gefiltreerd om het vaste Fe (OH) 3 te verwijderen en de resterende vloeistof wordt behandeld met ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH) of zwavelzuur om alle Cu 2+ ionen neer te slaan als van CuSO 4 • 5H 2 O.
Als er bijvoorbeeld ethanol wordt toegevoegd, is er minder water beschikbaar waardoor de ionen Cu 2+ en SO 4 2- in oplossing zijn en de neiging hebben om samen te binden. Het werkt als een dehydrator. Hoe meer ethanol je toevoegt, hoe steviger het wordt.
De neergeslagen vaste stof kan voor zuivering worden herkristalliseerd. Om dit te doen, wordt het opgelost in water met een temperatuur van 80-90 ° C en vervolgens wordt de oplossing afgekoeld tot 25-30 ° C. De pentahydraatverbinding slaat opnieuw neer en de onzuiverheden blijven in oplossing.
Toepassingen
Het heeft een breed scala aan commerciële toepassingen.
In de landbouw dient het als pesticide, insecticide, herbicide, fungicide, germicide en bodemadditief. Bij diergeneeskundige behandelingen wordt het gebruikt als een anthelminticum, fungicide en braakmiddel (om braken te veroorzaken).
Het wordt gebruikt als blauw of groen pigment in kleurstoffen en kleurstoffen, als bijtmiddel bij het kleuren van stoffen en metalen. Ook als fotoprinttoner en als reagens om negatieven te intensiveren.
Het wordt gebruikt in mijnbouwactiviteiten als een flotatiereagens voor het terugwinnen van zink en lood. Het wordt gebruikt om andere koperverbindingen te produceren, het wordt gebruikt bij het looien van leer en om hout te conserveren.
In diervoeder
Deze verbinding wordt in zeer kleine hoeveelheden in de voeding van varkens gebruikt als groeibevorderaar, vooral in de fase na het spenen. Het mechanisme waarmee het dit effect heeft, is nog onbekend.
Sommige onderzoekers beweren dat het de populatie van pathogene of schadelijke bacteriën in de darmen van dieren vermindert en bijgevolg hun groei bevordert.
Met CuSO 4 • 5H 2 O kan de ontwikkeling van gespeende biggen worden bevorderd. Auteur: MabelAmber. Bron: Pixabay.
Andere wetenschappers geven aan dat het de gezondheid van de darmen van deze dieren verbetert, maar sommige onderzoeken wijzen erop dat de intraveneuze injectie van koper ook hun groei verbetert.
Het is ook voor hetzelfde doel gebruikt bij pluimvee en is gebruikt bij kopertekort bij herkauwers.
Bij de synthese van nanodeeltjes
Kopersulfaatpentahydraat is gebruikt om gemengde nanodeeltjes van koper en koper (I) oxide (Cu / Cu 2 O) te verkrijgen.
Nanodeeltjes zijn extreem kleine structuren die alleen door een elektronenmicroscoop kunnen worden gezien.
Cu / Cu 2 O- poeder in nanodeeltjesvorm wordt onder meer gebruikt bij katalyse of versnelling van chemische reacties, in halfgeleiders en in antimicrobiële materialen.
In studies voor ongediertebestrijding
CuSO 4 • 5H 2 O is gebruikt in experimenten om de toxiciteit ervan voor slakken van de Pomacea canaliculata-soort te evalueren.
Dit zijn weekdieren afkomstig uit de tropische regio's van Zuid-Amerika die in verschillende soorten ecosystemen leven, van moerassen en lagunes tot meren en rivieren.
Ze worden bestudeerd omdat sommige menselijke parasieten gastheer zijn, zoals Schistosoma mansoni (trematode die de ziekte van bilharzia veroorzaakt). Slakken kunnen ook schadelijk zijn voor landbouwgewassen in overstroomde gebieden.
Schelpen van de slakken Pomacea canaliculata. H. Zell / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.
Eieren die door slakken op een waterplant zijn afgezet. Deze slakken zijn soms een plaag die kan worden bestreden met CuSO 4 • 5H 2 O. Shan Lv, National Institute of Parasitic Diseases / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5). Bron: Wikimedia Commons.
Volgens de onderzochte onderzoeken zijn waterige oplossingen van kopersulfaatpentahydraat extreem giftig voor deze slakken, dus deze verbinding kan worden gebruikt om het weekdier uit aangetaste gebieden te verwijderen.
Volgens bepaald onderzoek komt dit doordat de slak het koperion niet nodig heeft, dus alleen contact met dit ion zou voldoende zijn om de dood van het dier te laten plaatsvinden.
In elektrisch geleidende weefsels
Deze verbinding is gebruikt om textielmaterialen te verkrijgen met geïntegreerde elektriciteitssensoren. Dit type stof wordt gebruikt in elektriciteitsopslagapparaten, druksensoren, fotodetectoren en lichtgevende schermen.
Om elektrisch geleidende weefsels te verkrijgen, wordt een halfsynthetische geweven cellulosevezel genaamd "Lyocell" gecoat met metallisch koper. De coating wordt uitgevoerd op een niet-elektrolytische manier uitgaande van een oplossing van CuSO4 • 5H2O en andere chemische hulpverbindingen.
Lyocell-vezels. Dit type doek werd gebruikt bij koperbeplatingstests. Dobrozhinetsky / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Bron: Wikimedia Commons.
De stof die op deze manier wordt verkregen, kan een elektrisch signaal overbrengen, zelfs onder vervormings- of rekomstandigheden, terwijl een hoge geleidbaarheid behouden blijft.
Effecten op het milieu
Zoals eerder uitgelegd, genereert CuSO 4 • 5H 2 O, wanneer het wordt opgelost in water, het koper (II) -ion.
Hoewel koper in lage concentraties essentieel is voor de cellulaire activiteiten van levende organismen, kan het in hoge concentraties giftig zijn en zelfs de dood veroorzaken.
Daarom vormt de aanwezigheid van genoemd ion in de omgeving een risico voor dieren en planten. In aquatische ecosystemen kan het bioaccumuleren in levende wezens en in de voedselketen en schade veroorzaken.
CuSO 4 • 5H 2 O kan schadelijk zijn voor aquatisch milieu. Auteur: JamesDeMers. Bron: Pixabay.
In feite is bij bepaalde ervaringen ontdekt dat de verontreiniging van aquatische omgevingen met kopersulfaatpentahydraat de biomassa van bepaalde waterplanten afneemt.
Wat betekent dat planten minder groeien in aanwezigheid van dit zout in hoge concentraties.
Referenties
- Lide, DR (redacteur) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85 th CRC Press.
- Kokes, H. et al. (2014). Oplossen van koper en ijzer uit malachieterts en neerslaan van kopersulfaatpentahydraat door chemisch proces. Engineering Science and Technology, een internationaal tijdschrift. 2014; 17 (1): 39-44. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Alves de Azevedo B., JP en Peixoto, MN (2015). Biomassa reductie van Salvinia molesta blootgesteld aan kopersulfaatpentahydraat ( CuSO 4 .5H 2 O). Rev. Ambient. Water 2015; 10 (3): 520-529. Opgehaald van doaj.org.
- Root, W. et al. (2019). Flexibele textielspanningssensor op basis van met koper bekleed lyocell-type cellulosestof. Polymers 2019, 11, 784. Hersteld van mdpi.com.
- Pitelli, RA et al. (2008). Acute toxiciteit van kopersulfaat en waterig extract van gedroogde neembladeren op slakken (Pomacea canaliculata). Acta Sci. Biol. Sci.2008; 30 (2): 179-184. Opgehaald van doaj.org.
- Badawy, SM et al. (2015). Synthese, karakterisering en katalytische activiteit van Cu / Cu2O-nanodeeltjes bereid in waterig medium. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis. 2015; 10 (2): 169-174. Opgehaald van doaj.org.
- Justel, FJ et al (2014). Oplosbaarheid en fysische eigenschappen van verzadigde oplossingen in het kopersulfaat + zwavelzuur + zeewatersysteem bij verschillende temperaturen. Braziliaans Journal of Chemical Engineering. 2015; 32 (3): 629-635. Opgehaald van doaj.org.
- Park, CS en Kim, BG (2016). In vitro oplosbaarheid van koper (II) sulfaat en dicopperchloridetrihydroxide voor varkens. Aziatische Australas. J. Anim. Sci.2016; 29 (11): 1608-1615. Opgehaald van doaj.org.
- Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Kopersulfaat pentahydraat. Opgehaald van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Wikipedia (2020). Chalcanthite. Opgehaald van en.wikipedia.org.