Utente:Grasso Luigi/sanbox1/Solfato
| Solfato | |
|---|---|
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| Nome IUPAC | |
| Solfato[1][2] | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | SO2−4 |
| Massa molecolare (u) | 96,06[3] |
| Numero CAS | Immagine_3D |
| Numero EINECS | 233-334-2 |
| PubChem | 1117 |
| SMILES | [O-]S(=O)(=O)[O-] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 1.01 (20 °C) |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
| |
| Frasi H | 290 [4] |
| Consigli P | 234 [4] |
Lo ione solfato è un anione poliatomico con formula chimica SO2−4 ed una massa molecolare di 96,06 u; consiste in un atomo di zolfo centrale circondato da quattro atomi di ossigeno equivalenti in un arrangiamento a tetraedro. Lo stato di ossidazione dello zolfo è +6.
Legame[modifica | modifica wikitesto]
1 solo con legami covalenti polari; 2 con un legame ionico
The first description of the bonding in modern terms was by Gilbert Lewis in his groundbreaking paper of 1916 where he described the bonding in terms of electron octets around each atom, that is no double bonds and a formal charge of +2 on the sulfur atom.[5][6]
Later, Linus Pauling used valence bond theory to propose that the most significant resonance canonicals had two pi bonds involving d orbitals. His reasoning was that the charge on sulfur was thus reduced, in accordance with his principle of electroneutrality . [7] The S−O bond length of 149 pm is shorter than the bond lengths in sulfuric acid of 157 pm for S−OH. The double bonding was taken by Pauling to account for the shortness of the S−O bond. Pauling's use of d orbitals provoked a debate on the relative importance of π bonding and bond polarity (electrostatic attraction) in causing the shortening of the S−O bond. The outcome was a broad consensus that d orbitals play a role, but are not as significant as Pauling had believed.[8][9]
A widely accepted description involving pπ – dπ bonding was initially proposed by D. W. J. Cruickshank. In this model, fully occupied p orbitals on oxygen overlap with empty sulfur d orbitals (principally the dz2 and dx2–y2).[10] However, in this description, despite there being some π character to the S−O bonds, the bond has significant ionic character. For sulfuric acid, computational analysis (with natural bond orbitals) confirms a clear positive charge on sulfur (theoretically +2.45) and a low 3d occupancy. Therefore, the representation with four single bonds is the optimal Lewis structure rather than the one with two double bonds (thus the Lewis model, not the Pauling model).[11] In this model, the structure obeys the octet rule and the charge distribution is in agreement with the electronegativity of the atoms. The discrepancy between the S−O bond length in the sulfate ion and the S−OH bond length in sulfuric acid is explained by donation of p-orbital electrons from the terminal S=O bonds in sulfuric acid into the antibonding S−OH orbitals, weakening them resulting in the longer bond length of the latter.
However, the bonding representation of Pauling for sulfate and other main group compounds with oxygen is still a common way of representing the bonding in many textbooks.[10][12] The apparent contradiction can be cleared if one realizes that the covalent double bonds in the Lewis structure in reality represent bonds that are strongly polarized by more than 90% towards the oxygen atom. On the other hand, in the structure with an dipolar bond, the charge is localized as a lone pair on the oxygen.[11]
Preparazione[modifica | modifica wikitesto]
Lo ione solfato si può formare per:
- la reazione tra l'anidride solforica con acqua o un idrossido
- SO3 + Ba(OH)2 → BaSO4 + H2O
- ossidazione del solfito
Proprietà[modifica | modifica wikitesto]
La maggior parte dei solfati sono solubili in acqua. Le eccezioni includono il solfato di calcio e il solfato di bario.
Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]
I solfati sono importanti nell'industria chimica e nei sistemi biologici:
- nelle batterie acide al piombo, che utilizzano acido solforico
- in alcuni micro organismi anaerobici, che vivendo nelle profondità degli oceani utilizzano le acque ricche di solfati come accettatori di elettroni
- come alghicidi (ad esempio il solfato di rame)
- in medicina, il solfato di magnesio si utilizza nei bagni terapeutici
- il gesso, utilizzato anche per gli intonaci, è solfato di calcio disidratato
- nei componenti elettrici, lo ione solfato è utilizzato come drogante cationico
Sali[modifica | modifica wikitesto]
I solfati sono sali dell'acido solforico, derivati per sostituzione dell'idrogeno con metalli, ottenuta generalmente mediante una normale reazione di salificazione (per esempio acido + base). Sono detti solfati anche i prodotti di reazioni dell'acido solforico con basi organiche, quali ammine, ammine sostituite, ammine diazotate (solfati di diazonio) ecc., con alcaloidi (chinina, atropina, stricnina) e solfati sono anche detti talvolta gli esteri dell'acido solforico con gli alcoli (dimetil-, dietil-solfato, ecc.) usati nelle reazioni di alchilazione.
Si conoscono solfati di quasi tutti i metalli e si hanno sia solfati neutri (Na2SO4, solfato sodico) sia solfati monoacidi o idrogenosolfati detti impropriamente bisolfati (NaHSO4, idrogenosolfato sodico); esistono inoltre solfati basici, come quello di rame, Cu(OH)2CuSO4, presente nella poltiglia bordolese usata come anticrittogamico, e solfati doppi come i cosiddetti allumi.
Diversi minerali più o meno diffusi sono costituiti da solfati, di cui alcuni hanno importanza economica per l'estrazione del metallo o la preparazione dei rispettivi composti oppure sono direttamente impiegati come fertilizzanti, per il trattamento di terreni agrari e così via.
Molti solfati vengono prodotti su larga scala per le loro molteplici applicazioni nell'industria chimica in generale e, in particolare, per preparare altri sali o come reagenti o per il loro impiego nei più svariati campi.
Chimica analitica[modifica | modifica wikitesto]
Nell'analisi a umido, la ricerca dei solfati si basa sulla precipitazione del solfato di bario, che ha un caratteristico colore bianco ed elevata finezza.
Si acidifica una soluzione del campione con dell'acido cloridrico e vi si aggiunge cloruro di bario: in presenza di ioni solfato si forma un precipitato bianco di solfato di bario. Si acidifica con HCl, per evitare che al posto del solfato di bario precipiti il carbonato di bario, che ha un prodotto di solubilità molto simile al bario solfato.
- SO2−4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2 Cl−
Effetti ambientali[modifica | modifica wikitesto]
I solfati sono presenti nell'atmosfera sotto la forma di aerosol prodotti dalla combustione di combustibili fossili e biomasse. La presenza di questi particolati aumenta l'acidità dell'atmosfera terrestre ed è causa delle piogge acide.
Effetti principali sul clima[modifica | modifica wikitesto]
L'effetto principale dei Solfati sul clima è legato alla diffusione della luce. La loro presenza nell'atmosfera porta infatti ad un aumento dell'albedo terrestre. Questo effetto è compreso sufficientemente bene ed è la causa un forzante radiativo negativo di circa 0,5 W/m² rispetto ai valori dell'epoca pre-industriale,[13] che in parte riduce il forzante positivo (circa 2,4 W/m²), dovuto all'azione dei gas serra. L'aumento dell'albedo è comunque un effetto inomogeneo che si verifica in misura maggiore in prossimità delle grandi aree industriali, sebbene possano esserci effetti anche a scala emisferica e globale dovuti alla diffusione e al trasporto da parte della circolazione generale dell'atmosfera, come accade ad esempio nel caso dei solfati derivanti dall'attività vulcanica.
Il primo effetto indiretto è conosciuto anche come effetto Twomey. I solfati presenti in atmosfera possono agire come centri di condensazione e produrre un gran numero di gocce d'acqua molto piccole che possono diffondere la luce in maniera più efficiente che non una minore quantità di gocce più grandi.
Il secondo effetto indiretto, in realtà, è la somma di molteplici fenomeni che si ritiene siano conseguenza del maggior numero di nuclei di condensazione presenti in atmosfera. In particolare si ritiene che a questa classe di fenomeni si riconducano la scomparsa della pioviggine, l'aumento dell'altezza delle nuvole,[14] una maggiore probabilità di formazione delle nuvole a bassa umidità e un maggior tempo di vita delle stesse, noto come effetto Albrecht.[15] I solfati possono anche produrre un cambiamento nella distribuzione delle particelle che può avere effetti sulle proprietà radiative delle nuvole in maniera non ancora ben compresa. Inoltre ulteriori fenomeni sono di tipo chimico.[16]
Gli effetti indiretti producono un raffreddamento che si stima essere inferiore o uguale a 2 W/m², anche se le incertezze sono molto alte. I solfati sono quindi responsabili del global dimming e possono aver agito mascherando gli effetti del riscaldamento globale.
Anioni correlati[modifica | modifica wikitesto]
| Formula | Nome |
|---|---|
| SO2−4 | solfato |
| SO2−3 | solfito |
| S2O2−8 | perossidisolfato |
| SO2−5 | perossimonosolfato |
| S2O2−7 | pirosolfato |
| S2O2−6 | ditionato |
| S2O2−5 | metabisolfito |
| S2O2−4 | ditionito |
| S4O2−6 | tetrationato |
| S2O2−3 | tiosolfato |
Note[modifica | modifica wikitesto]
- ^ (EN) Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). 6ed, Cambridge (UK), RSC/IUPAC (2005). ISBN 0-85404-438-8. Versione elettronica.
- ^ (EN) PubChem Compound, Sulfate - Compound Summary, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov, National Center for Biotechnology Information, 16 Settembre 2004. URL consultato il 19 Febbraio 2020.
- ^ (EN) IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights., Atomic weights of the elements 2017, su Queen Mary University of London.
- ^ a b c (EN) Sigma-Aldrich Co., Sulfate standard. Consultato il 13-02-2020.
- ^ Gilbert N. Lewis, The Atom and the Molecule, in J. Am. Chem. Soc., vol. 38, 1916, pp. 762–785, DOI:10.1021/ja02261a002. (See page 778.)
- ^ Lewis assigned to sulfur a negative charge of two, starting from six own valence electrons and ending up with eight electrons shared with the oxygen atoms. In fact, sulfur donates two electrons to the oxygen atoms.
- ^ Linus Pauling, The modern theory of valency, in J. Chem. Soc., 1948, DOI:10.1039/JR9480001461.
- ^ C. A. Coulson, d Electrons and Molecular Bonding, in Nature, vol. 221, 1969, DOI:10.1038/2211106a0.
- ^ K. A. R. Mitchell, Use of outer d orbitals in bonding, in Chem. Rev., vol. 69, 1969, DOI:10.1021/cr60258a001.
- ^ a b F. Albert Cotton, Advanced Inorganic Chemistry, 2nd, New York, NY, Wiley, 1966.
- ^ a b How relevant are S=O and P=O Double Bonds for the Description of the Acid Molecules H2SO3, H2SO4, and H3PO4, respectively?, in J. Mol. Modeling, vol. 6, n. 2, Feb 2000.
- ^ (EN) Norman N. Greenwood e Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, unico, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ (EN) Climate Change 2001: Gruppo di lavoro 1: Le basi scientifiche, Figura 3: Il forzante radiativo medio globale del sistema climatico per l'anno 2000 comparato ai valori del 1750, su grida.no, IPCC.
- ^ (EN) Pincus, R.; Baker, M., Effect of precipitation on the albedo susceptibility of clouds in the marine boundary layer., in Nature, vol. 372, 1994, pp. 250–252, DOI:10.1038/372250a0.
- ^ (EN) Albrecht B. A., Aerosols, Cloud Microphysics, and Fractional Cloudiness, in Science, vol. 245, n. 4923, 1989, pp. 1227–30, Bibcode:1989Sci...245.1227A, DOI:10.1126/science.245.4923.1227, PMID 17747885.
- ^ (EN) T.A. Rissman, A. Nenes, J.H. Seinfeld, Chemical Amplification (or dampening) of the Twomey Effect: Conditions derived from droplet activation theory (PDF), su nenes.eas.gatech.edu.
Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]
- Chang, Raymond. Chemistry. 9th ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2006. ISBN 0073221031
- Cotton, F. Albert, and Geoffrey Wilkinson. Advanced Inorganic Chemistry. 4th ed. New York: Wiley, 1980. ISBN 0471027758
- McMurry, J., and R.C. Fay. Chemistry. 4th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2004. ISBN 0131402080
Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]
Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]
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