KUPFERSULFAT (CUSO4): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, GEWINNUNG, VERWENDUNG - CHEMIE - 2024

Das Kupfersulfat ist eine anorganische Verbindung, die aus den Elementen Kupfer (Cu), Schwefel (S) und Sauerstoff (O) besteht. Seine chemische Formel lautet CuSO ₄ . Kupfer befindet sich in der Oxidationsstufe +2, Schwefel +6 und Sauerstoff hat eine Wertigkeit von -2.

Es ist ein weißer Feststoff, der sich bei Einwirkung von Feuchtigkeit in der Umgebung in sein blaues Pentahydrat CuSO _{4 ·} 5H ₂ O verwandelt . Der weiße Feststoff wird durch Erhitzen des Blaus erhalten, um Wasser zu entfernen.

Wasserfreies Kupfersulfat (CuSO ₄ ) (ohne Wasser in seiner Kristallstruktur). W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Quelle: Wikimedia Commons.

Es wird seit Jahrhunderten als antibakterielles Mittel zur Wundheilung bei Menschen und Tieren eingesetzt. Es wirkt auch als Fungizid, als Adstringens, als Mittel gegen Durchfall und zur Bekämpfung von Darmkrankheiten bei Tieren. Es wird auch als Antimykotikum in Pflanzen verwendet.

Einige seiner Anwendungen wurden jedoch eingestellt, da sein Überschuss für Menschen, Tiere und Pflanzen toxisch sein kann. Der Konzentrationsbereich, in dem es verwendet werden kann, ist eng und hängt von der Art ab.

Es wird als Katalysator bei chemischen Reaktionen und als Trockenmittel für Lösungsmittel verwendet. Es ermöglicht die Verbesserung der Beständigkeit und Flexibilität einiger Polymere.

Übermäßige Mengen dieser Verbindung können in Böden schädlich sein, da sie für Mikroorganismen toxisch ist, die für Pflanzen von Vorteil sind.

Struktur

Kupfersulfat besteht aus einem Kupferion (Cu ²⁺ ) und einem Sulfation (SO ₄ ^2- ).

Ionenstruktur von Kupfer (II) sulfat. Verfasser: Marilú Stea.

Aufgrund des Verlusts von zwei Elektronen hat das Kupfer (II) -Ion die folgende elektronische Konformation:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ⁹

Es ist zu sehen, dass es das unvollständige 3d- Orbital hat (es hat 9 Elektronen anstelle von 10).

Nomenklatur

• Wasserfreies Kupfersulfat
• Kupfer (II) sulfat
• Kupfersulfat

Eigenschaften

Körperlicher Status

Weißer oder grünlich-weißer Feststoff in Form von Kristallen.

Molekulargewicht

159,61 g / mol

Schmelzpunkt

Bei 560 ° C zersetzt es sich.

Dichte

3,60 g / cm ³

Löslichkeit

22 g / 100 g Wasser bei 25 ° C. Unlöslich in Ethanol.

Chemische Eigenschaften

Bei einer Luftfeuchtigkeit unter 30 ° C wird es zur Pentahydratverbindung CuSO _{4 ·} 5H ₂ O.

Seine wässrigen Lösungen sind aufgrund der Bildung des Hexaacuocopper (II) ²⁺ -Ions , das diese Färbung erzeugt, blau . In diesem Ion sind zwei der Wassermoleküle weiter vom Metallatom entfernt als die anderen vier.

Verformte Struktur des Hexaacuocopper (II) ²⁺ -Ions . Benjah-bmm27 / Public Domain. Quelle: Wikimedia Commons.

Dies ist auf den sogenannten Jahn-Teller-Effekt zurückzuführen, der vorhersagt, dass diese Art von System die Verzerrung erfährt, die durch die Tatsache verursacht wird, dass Cu ²⁺ eine elektronische Struktur aufweist, die mit d ⁹ endet , dh ein unvollständiges Orbital (es wäre vollständig, wenn wäre d ¹⁰ ).

Wenn diesen Lösungen Ammoniak (NH ₃ ) zugesetzt wird, entstehen Komplexe, in denen NH ₃ nacheinander die Wassermoleküle verdrängt. Sie werden beispielsweise von ²⁺ bis ^{2+ gebildet} .

Wenn CuSO ₄ zur Zersetzung erhitzt wird, gibt es giftige Gase ab und wird zu Kupferoxid-CuO.

Erhalten

Wasserfreies Kupfersulfat kann durch vollständige Dehydratisierung der Pentahydratverbindung erhalten werden, die durch Erhitzen erreicht wird, bis die Wassermoleküle verdampfen.

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

Die pentahydrierte Verbindung ist blau, so dass bei Verlust des Kristallwassers das weiße wasserfreie CuSO ₄ erhalten wird .

Anwendungen

Einige seiner Verwendungen überschneiden sich mit denen der Pentahydratverbindung. Andere sind spezifisch für die wasserfreie Substanz.

Als antibakterielles Mittel

Es hat Potenzial als antimikrobielles Mittel. Es wird seit Tausenden von Jahren verwendet, auch in süd- und mittelamerikanischen Kulturen, um eine Wundinfektion durch in einer Lösung dieser Verbindung getränkte Gaze zu verhindern.

Es wird geschätzt, dass Cu ²⁺ -Ionen im Mechanismus ihrer antibakteriellen Aktivität Chelate mit Enzymen bilden, die für die zellulären Funktionen von Bakterien entscheidend sind, und diese deaktivieren. Sie induzieren auch die Bildung von Hydroxylradikalen OH •, die die Membranen von Bakterien und deren DNA schädigen.

CuSO ₄ kann gegen einige pathogene Bakterien wirken. Verfasser: Gerd Altmann. Quelle: Pixabay.

Kürzlich wurde berichtet, dass Spuren von CuSO ₄ die antimikrobielle Aktivität von Naturstoffen, die reich an Polyphenolen sind, wie Granatapfelextrakten und Infusionen einiger Arten von Teepflanzen, erhöhen können.

In veterinärmedizinischen Anwendungen

Es wird als Antiseptikum und Adstringens für Schleimhäute und zur Behandlung von Bindehautentzündung und äußerer Otitis verwendet. Es wird verwendet, um therapeutische oder prophylaktische Bäder durchzuführen, um ein Verrotten der Beine von Rindern, Schafen und anderen Säugetieren zu vermeiden.

Die wässrigen Lösungen von CuSO _{4 werden} verwendet, um die Hufe von Rindern zu heilen. Autoren: Ingrid und Stefan Melichar. Quelle: Pixabay.

Es dient als Ätzmittel für nekrotische Massen an den Gliedmaßen von Rindern, Stomatitis-Geschwüren und deren körnigem Gewebe. Es wird als Fungizid bei der Behandlung von Ringwurm- und Pilzkrankheiten der Haut eingesetzt.

Es wird auch als Brechmittel (Mittel zur Auslösung von Erbrechen) bei Schweinen, Hunden und Katzen verwendet. als adstringierendes Mittel gegen Durchfall bei Kälbern und zur Bekämpfung der intestinalen Moniliasis bei Geflügel und der Trichomoniasis bei Puten.

Als Ergänzung in Tierfutter

Kupfersulfat wurde in sehr geringen Mengen als Ergänzung zur Fütterung von Rindern, Schweinen und Geflügel verwendet. Es wird zur Behandlung von Kupfermangel bei Wiederkäuern eingesetzt. Bei Schweinen und Geflügel wird es als Wachstumsstimulans verwendet.

Kupfer wurde als essentiell für die Hämoglobin-Biosynthese von Säugetieren, die kardiovaskuläre Struktur, die Knochenkollagensynthese, Enzymsysteme und die Reproduktion identifiziert.

Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, kann es auch als Medikament zur Krankheitsbekämpfung verabreicht werden. Die Supplementierungs- und / oder Medikamentenwerte sollten jedoch genau überwacht werden.

Geflügel und seine Eier können durch überschüssiges Kupfersulfat in ihrer Nahrung beeinträchtigt werden. Autor: Pexels. Quelle: Pixabay.

Ab einer bestimmten Menge, die von jeder Art abhängt, können Wachstumsabnahme, Appetit- und Gewichtsverlust, Schädigung bestimmter Organe und sogar der Tod von Tieren auftreten.

Beispielsweise verringert bei Hühnern die Ergänzung von 0,2% oder mehr ihre Nahrungsaufnahme mit dem daraus resultierenden Gewichtsverlust, einer Verringerung der Eierproduktion und der Dicke ihrer Schalen.

In landwirtschaftlichen Anwendungen

In ökologischen Produktionssystemen dürfen keine synthetischen Fungizide verwendet werden, sondern nur Produkte auf Kupfer- und Schwefelbasis wie Kupfersulfat.

Beispielsweise werden bestimmte Pilze, die Apfelpflanzen befallen, wie Venturia inaequalis, mit dieser Verbindung abgetötet. Es wird angenommen, dass Cu ²⁺ -Ionen möglicherweise in die Pilzspore eindringen, Proteine ​​denaturieren und verschiedene Enzyme blockieren können.

Kupfersulfat wird verwendet, um einige Pilze zu bekämpfen, die Äpfel befallen. Algirdas bei lt.wikipedia / Public Domain. Quelle: Wikimedia Commons.

Bedeutung von Kupfer in Pflanzen

Das Element Kupfer ist wichtig für physiologische Prozesse von Pflanzen wie Photosynthese, Atmung und Abwehr gegen Antioxidantien. Sowohl der Mangel dieses Elements als auch sein Überschuss erzeugen reaktive Sauerstoffspezies, die für ihre Moleküle und Strukturen schädlich sind.

Der Bereich der Kupferkonzentrationen für ein optimales Pflanzenwachstum und eine optimale Pflanzenentwicklung ist sehr eng.

Schädliche Auswirkungen auf die Landwirtschaft

Wenn dieses Produkt in landwirtschaftlichen Tätigkeiten im Übermaß verwendet wird, kann es phytotoxisch sein, eine vorzeitige Entwicklung der Früchte verursachen und ihre Farbe ändern.

Zusätzlich reichert sich Kupfer im Boden an und ist giftig für Mikroorganismen und Regenwürmer. Dies steht im Widerspruch zum Konzept des ökologischen Landbaus.

Obwohl CuSO ₄ im ökologischen Landbau verwendet wird, kann es für Regenwürmer schädlich sein. Verfasser: Patricia Maine Degrave. Quelle: Pixabay.

Bei der Katalyse chemischer Reaktionen

Wasserfreies CuSO ₄ dient als Katalysator für verschiedene Reaktionen organischer Carbonylverbindungen mit Diolen oder deren Epoxiden unter Bildung von Dioxolanen oder Acetoniden. Dank dieser Verbindung können Reaktionen unter milden Bedingungen durchgeführt werden.

Beispiel einer Reaktion, bei der wasserfreies CuSO ₄ als Katalysator wirkt. Verfasser: Marilú Stea.

Es wurde auch berichtet, dass seine katalytische Wirkung es ermöglicht, sekundäre, tertiäre, benzylische und allylische Alkohole zu ihren entsprechenden Olefinen zu dehydrieren. Die Reaktion wird sehr einfach durchgeführt.

Der reine Alkohol wird zusammen mit dem wasserfreien CuSO ₄ für eine Zeit von 0,5 bis 1,5 Stunden auf eine Temperatur von 100 bis 160ºC erhitzt. Dies führt zu einer Dehydratisierung des Alkohols und das Olefin wird aus dem Reaktionsgemisch rein destilliert.

Dehydratisierung eines Alkohols durch wasserfreies Kupfer (II) sulfat. Verfasser: Marilú Stea.

Als Dehydratisierungsmittel

Diese Verbindung wird in Chemielabors als Trockenmittel verwendet. Es wird verwendet, um organische Flüssigkeiten wie Lösungsmittel zu dehydrieren. Es absorbiert Wasser und bildet die Pentahydratverbindung CuSO _{4 ·} 5H ₂ O.

Wenn das weiße wasserfreie CuSO ₄ Wasser absorbiert, wandelt es sich in die blaue Pentahydratverbindung CuSO ₄ .5H ₂ O um. Kristalltitan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Quelle: Wikimedia Commons.

Polymere verbessern

Wasserfreies CuSO ₄ wurde verwendet, um die Eigenschaften bestimmter Polymere zu verbessern und sie gleichzeitig recycelbar zu machen.

Beispielsweise wurden Partikel der Verbindung in Aceton in einer speziellen Mühle mit Acrylnitril-Butadien-Kautschuk gemischt, um zu versuchen, die CuSO ₄ -Partikel sehr klein zu machen.

Kupfersulfat verbessert die Bindungspunkte des Polymers und bildet eine Mischung mit hoher Festigkeit, Härte und überraschender Flexibilität.

In eingestellten therapeutischen Anwendungen

In der Vergangenheit wurden Kupfersulfatlösungen für die Magenspülung verwendet, wenn jemand an einer Vergiftung mit weißem Phosphor litt. Die Lösung wurde jedoch sofort gerührt, um eine Kupfervergiftung zu vermeiden.

Lösungen dieser Verbindung wurden auch zusammen mit anderen Substanzen für topische Anwendungen bei Phosphor-Hautverbrennungen verwendet.

Manchmal dienten sie bei bestimmten Formen der Ernährungsanämie bei Kindern und bei Kupfermangel bei Probanden, die eine parenterale Ernährung erhielten, dh bei Menschen, die sich nicht mit dem Mund ernähren können.

Bestimmte Lotionen mit Ekzemen, Impetigo und Intertrigo enthielten CuSO ₄ . Die Lösungen wurden als Adstringens bei Augeninfektionen verwendet. Manchmal wurden die Kristalle direkt auf Verbrennungen oder Geschwüre angewendet.

Alle diese Anwendungen werden aufgrund der Toxizität, die ein Überschuss dieser Verbindung hervorrufen kann, nicht mehr durchgeführt.

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