Was ist Kupfersulfat?
Kupfersulfat ist ein Sulfat des Kupfers, wobei Kupfer(I)-sulfat aus einwertigem Kupfer und Kupfer(II)-sulfat aus zweiwertigem Kupfer besteht.
Die chemische Formel für Kupfer(I)-sulfat lautet Cu2SO4, während Kupfersulfat (II) CuSO4 heißt. Wenn einfach von Kupfersulfat die Rede ist, wird häufig Kupfer(II)-sulfat verwendet. Kupfer(I)-sulfat ist ein farbloses oder graues Pulver, das leicht mit Wasser reagiert und sich zersetzt.
Kupfer(II)-sulfat liegt als Anhydrat und Pentahydrat vor. Anhydrat ist ein weißes, kristallines Pulver, das dazu neigt, Wasser zu absorbieren und Pentahydrat zu bilden. Pentahydrat ist ein blauer Kristall und kommt in der Natur als Gallenstein vor. Industriell wird Kupfersulfat durch Erhitzen von Messingerzen an der Luft und Extraktion des entstehenden Kupfersulfats mit Wasser gewonnen.
Anwendungen von Kupfersulfat
Kupfersulfat hat bakterientötende Eigenschaften und wird daher in dem Pestizid Bordeauxbrühe verwendet. Diese wird durch Mischen von Kupfersulfat mit gelöschtem Kalk (Kalziumhydroxid) hergestellt und hauptsächlich für den Obst- und Gemüseanbau verwendet. Das Cu2+ in der Kupfersulfatlösung hat fungizide Eigenschaften, während der gelöschte Kalk die Haftung an den Blättern erhöht.
Kupfersulfat wird auch in Säuglingsnahrung verwendet. Kupfer ist ein wesentlicher Bestandteil für Säuglinge. Insbesondere für Säuglinge, die auf künstliche Milch angewiesen sind, ist die Verwendung von Kupfersulfat zulässig, da sie Kupfer aus der Milch aufnehmen müssen.
Weitere Verwendungszwecke sind Kupferbeschichtungen, Katalysatoren und Pigmente.
Eigenschaften von Kupfersulfat
Die wasserfreie Form ist ein weißes Pulver, das in Wasser löslich und hygroskopisch ist. Es zersetzt sich bei 650 °C zu Kupfer(II)-oxid und SO3.
Das Pentahydrat ist ein blauer Kristall und gut wasserlöslich, mit einer Löslichkeit von 19,2 g in 100 g Wasser bei 0 °C und 26,3 g bei 20 °C.
Struktur von Kupfersulfat
Der Kristall von Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO4-5H2O) enthält fünf Hydratationswässer, von denen vier relativ stark an Cu2+ koordiniert sind (dies wird als Koordinationswasser bezeichnet). Darüber hinaus befindet sich SO42- etwas weiter entfernt und ist schwach koordinativ an Cu2+ gebunden. Das verbleibende hydratisierte Wassermolekül befindet sich in der Lücke zwischen [Cu(H2O)4]2+ und SO42- und ist durch Wasserstoffbrückenbindungen mit SO42- und dem Koordinationswasser verbunden, so dass es ein anionisches Wasser ist.
Beim Erhitzen von CuSO4-5H2O gehen das anionische Wasser mit der schwächsten Bindungsstärke und ein Molekül des koordinierenden Wassers verloren und bilden CuSO4-3H2O. SO42- wird dort koordiniert, wo ein Molekül des koordinierenden Wassers verloren gegangen ist, wodurch sich die Dichte des Kristalls erhöht.
Bei weiterer Erwärmung gehen zwei koordinierende Wassermoleküle verloren, so dass CuSO4・H2O entsteht. Im Vergleich zur Struktur von CuSO4-5H2O weist CuSO4-H2O eine Struktur auf, in der die Anordnung von H2O und SO42- vertauscht ist, wobei das H2O als überbrückendes Koordinationswasser zwischen Cu2+ und Cu2+ wirkt, Es ist am widerstandsfähigsten gegen Freisetzung beim Erhitzen.
Weitere Informationen zu Kupfersulfat
1. Herstellung von Kupfersulfat
Durch Eindampfen und Konzentrieren einer Lösung von Kupfer(II)-oxid oder Kupfer(II)-carbonat in Schwefelsäure erhält man das Pentahydrat. Industriell wird es in großen Mengen durch Erhitzen von Kupferspänen in verdünnter Schwefelsäure unter Einblasen von Luft in die Lösung hergestellt.
Wasserfreies Kupfersulfat wird durch Erhitzen und Dehydratisierung des Pentahydrats gewonnen. Dabei ist auf den Wärmewert zu achten, da eine Überhitzung die Reaktion fördert und das Kupfer in Kupferoxid, Schwefeldioxid und Sauerstoff zerfällt.
- Dehydratisierung
CuSO4・5H2O → CuSO4・3H2O → CuSO4・H2O → CuSO4 - Zersetzung
CuSO4 → CuSO4 + SO4 , O2
2. Sicherheitsinformationen zu Kupfersulfat
Kupfersulfat ist äußerst giftig und kann beim Einatmen oder Verschlucken eine starke akute Toxizität verursachen. Bei Ratten beträgt die halbtödliche Dosis (LD50) bei oraler Einnahme 300 mg/kg.
Beim Menschen tritt zunächst eine Gastroenteritis mit Symptomen wie Übelkeit, Erbrechen und Bluterbrechen auf. Darüber hinaus sind Kupfersulfatvergiftungen häufig mit hämolytischer Anämie, Gelbsucht und Nieren- und Leberschäden verbunden.