硫酸銅(II)

硫酸銅(II)
CuSO 4 ·5H 2 Oの結晶
  銅、Cu
  硫黄、S
  酸素、O
  水素、H
五水和物の構造の一部（硫酸塩結合Cu(H 2 O)2歳以上4センター）
CuSO 4 ·5H 2 Oの結晶構造の単位胞（水素結合は黒色で表示） [ 1 ]
名前
IUPAC名
硫酸銅(II)
その他の名前
  • 硫酸銅
  • 青硫酸塩（五水和物）
  • ブルーストーン（五水和物）
  • ボナタイト（三水和鉱物）
  • ブーサイト（七水和鉱物）
  • 黄銅鉱（五水和鉱物）
  • カルコシアナイト（鉱物）
硫酸銅五水和物
識別子
3Dモデル（JSmol）
チェビ
チェムブル
ケムスパイダー
ECHA 情報カード100.028.952
EC番号
  • 231-847-6
8294
ケッグ
RTECS番号
  • GL8800000（無水）GL8900000（五水和物）
ユニイ
  • InChI=1S/Cu・H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 チェックはい
    キー: ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L チェックはい
  • InChI=1/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
    キー: ARUVKPQLZAKDPS-NUQVWONBAI
  • [O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2]
プロパティ
CuSO 4（無水）CuSO 4・5H 2 O（五水和物）
モル質量159.60 g/mol（無水）[ 2 ] 249.685 g/mol（五水和物）[ 2 ]
外観 灰白色（無水）青色（五水和物）
密度3.60 g/cm 3（無水）[ 2 ] 2.286 g/cm 3（五水和物）[ 2 ]
融点110℃（230°F; 383 K）で分解する

560℃で分解[ 2 ]（五水和物）

590℃で完全に分解する（無水）

沸点650℃で 酸化第二銅に分解する
五水和物 316 g/L (0 °C) 2033 g/L (100 °C)
無水 168 g/L (10 °C) 201 g/L (20 °C) 404 g/L (60 °C) 770 g/L (100 °C) [ 3 ]
溶解度無水エタノールに不溶[ 2 ]
五水和物メタノールに可溶[ 2 ] 10.4 g/L (18 °C)エタノールおよびアセトンに不溶
磁化率（χ）
1330·10 −6 cm 3 /モル
屈折率（nD ）
1.724–1.739（無水）[ 4 ] 1.514–1.544（五水和物）[ 5 ]
構造
斜方晶系（無水、黄銅）、空間群Pnma、oP24、a = 0.839 nm、b = 0.669 nm、c = 0.483 nm。[ 6 ]三斜晶系（五水和物）、空間群P 1、aP22、a = 0.5986 nm、b = 0.6141 nm、c = 1.0736 nm、α = 77.333°、β = 82.267°、γ = 72.567° [ 7 ]
熱化学
標準モルエントロピー（S⦵298 ）​
5 J/(K·mol)
標準生成エンタルピー（Δ f H ⦵ 298）
−769.98 kJ/モル
薬理学
V03AB20 ( WHO )
危険
GHSラベル：
GHS05: 腐食性GHS07: 感嘆符GHS09: 環境ハザード
危険
H302、H315、H318、H319、H410
P264、P264+P265、P270、P273、P280、P301+P317、P302+P352、P305+P351+P338、P305+P354+P338、P317、P321、P330、P332+P317、P337+P317、P362+P364、P391、P501
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no code
2
0
1
引火点不燃性
致死量または濃度（LD、LC）：
LD 50（中間投与量）
300 mg/kg（経口、ラット）[ 9 ]

87 mg/kg（経口、マウス）

NIOSH（米国健康曝露限界）：
PEL（許可）
TWA 1 mg/m 3（銅として）[ 8 ]
REL（推奨）
TWA 1 mg/m 3（銅として）[ 8 ]
IDLH（差し迫った危険）
TWA 100 mg/m 3（銅として）[ 8 ]
安全データシート（SDS） 無水五水和物
関連化合物
その他の陽イオン
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
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硫酸銅(II)は、化学式Cu SO 4の無機化合物である。これは水和物CuSO 4 · n H 2 Oを形成し、ここでn は1 から 7 の範囲である。明るい青色の結晶である五水和物 ( n = 5 ) は、最も一般的な硫酸銅(II) の水和物である[ 10 ]が、無水形は白色である[ 11 ]。五水和物の古い名前には、ブルー ビトリオール、ブルーストーン、[ 12 ]銅ビトリオール、[ 13 ]およびローマン ビトリオールなどがある[ 14 ]。これは発熱反応を起こして水に溶解し、八面体分子形状のアクア錯体[Cu(H 2 O) 6 ] 2+を与える。固体の五水和物の構造は、銅がやはり八面体であるが 4 つの水リガンドに結合したポリマー構造を示す。 Cu (II)(H 2 O) 4中心は硫酸アニオンによって相互に結合して鎖を形成する。[ 15 ]

準備と発生

銅電極を用いた硫酸の電気分解による硫酸銅(II)の製造

硫酸銅は、工業的には、金属銅を高温の濃硫酸で処理するか、酸化銅を希硫酸で処理することによって製造されます。実験室での使用には、通常、硫酸銅を購入します。また、低品位の銅鉱石を空気中でゆっくりと浸出させることによっても硫酸銅を製造できます。このプロセスを加速するために、バクテリアが使用されることもあります。[ 16 ]

市販の硫酸銅は通常、純度約98%の硫酸銅で、微量の水分を含む場合があります。無水硫酸銅は、質量比で銅39.81%、硫酸60.19%を含み、青色の含水硫酸銅は、質量比で銅25.47%、硫酸38.47%（硫黄12.82%）、水36.06%です。用途に応じて、結晶サイズは4種類あります。大結晶（10～40mm）、小結晶（2～10mm）、雪結晶（2mm未満）、風雪粉末（0.15mm未満）です。[ 16 ]

化学的性質

硫酸銅(II)五水和物は融解する前に分解する。63℃（145°F）で加熱すると2つの水分子が失われ、続いて109℃（228°F）でさらに2つの水分子が失われ、200℃（392°F）で最後の水分子が失われる。[ 17 ] [ 18 ]

硫酸銅水溶液の化学は、硫酸銅が銅と結合していないため、単純に銅水錯体の化学と一致する。したがって、このような溶液は濃塩酸と反応してテトラクロロ銅酸塩(II)を生成する。

Cu 2+ + 4 Cl − → [CuCl 4 ] 2−

同様に、このような溶液を亜鉛で処理すると、次の簡略化された式で表される金属銅が得られます。[ 19 ]

CuSO 4 + Zn → Cu + ZnSO 4

このような単一金属置換反応のさらなる例は、鉄片を硫酸銅の溶液に浸したときに起こります。

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

高校や一般化学の授業では、硫酸銅はガルバニ電池の電解質として、通常は陰極溶液として用いられます。例えば、亜鉛/銅電池では、硫酸銅溶液中の銅イオンが亜鉛から電子を吸収し、金属銅を形成します。[ 20 ]

Cu 2+ + 2e − → Cu (カソード)、E °セル= 0.34 V

硫酸銅は、10代の化学セットや学部生の実験によく含まれています。[ 21 ]毒性があるにもかかわらず、学校での結晶の成長や銅の電気メッキの実験によく使用されます。 硫酸銅は、スチールウールまたはマグネシウムリボンをCuSO 4水溶液に入れると発生する発熱反応を実証するためによく使用されます。これは、鉱物の水和の原理を示すために使用されます。青色の五水和物を加熱すると、硫酸銅が白色の無水物に変わり、五水和物に存在していた水が蒸発します。次に、無水化合物に水を加えると、五水和物に戻り、青色に戻ります。 硫酸銅(II)五水和物は、吸湿性の硫酸銅(II)として溶液から結晶化することで簡単に生成できます。

用途

殺菌剤および除草剤として

硫酸銅は、富栄養化の影響を受ける湖沼や関連する淡水域における藻類の駆除に使用されてきた。「最も効果的な藻類駆除剤」であり続けている。[ 22 ] [ 23 ]

ボルドー液は、硫酸銅(II)（CuSO 4）と水酸化カルシウム（Ca(OH) 2）の懸濁液で、ブドウ、メロン、その他のベリー類の真菌を防除するために使用されます。[ 24 ]硫酸銅の水溶液と消石灰の懸濁液を混合して作られます。

硫酸銅の希釈溶液は、観賞魚の寄生虫感染症の治療に用いられます[ 25 ]。また、水槽からカタツムリや水道管からゼブラ貝を除去するのにも用いられます[ 26 ] 。銅イオンは魚類に対して非常に有毒です。ほとんどの藻類は、非常に低濃度の硫酸銅で抑制できます。

分析試薬

硫酸銅は多くの化学試験に利用されています。フェーリング液やベネディクト液では、還元糖の検査に用いられます。還元糖は、可溶性の青色硫酸銅(II)を不溶性の赤色酸化銅(I)に還元します。また、ビウレット試薬では、タンパク質の検査に硫酸銅(II)が用いられます。

硫酸銅は貧血の血液検査に用いられます。血液は比重が既知の硫酸銅溶液に滴下されます。十分なヘモグロビンを含む血液は密度が高いため急速に沈みますが、沈みが遅い、あるいは全く沈まない血液はヘモグロビンが不足しています。[ 27 ] しかし、臨床的に重要な点として、現代の検査室では、従来の定性的な方法ではなく、自動血液分析装置を用いて正確な定量的なヘモグロビン測定を行っています。

炎色試験では、硫酸銅の銅イオンは濃い緑色の光を発します。これはバリウムの炎色試験よりもはるかに濃い緑色です。

有機合成

硫酸銅は有機合成において限られたレベルで利用されている。[ 28 ]無水塩はアセタール基の形成と操作のための脱水剤として使用される。[ 29 ]水和塩は過マンガン酸カリウムと密接に混合して第一級アルコールの変換のための酸化剤を得ることができる。[ 30 ]

レーヨン生産

水酸化アンモニウムとの反応により、硫酸テトラアミン銅(II)とシュバイツァー試薬（無硫黄）が生成され、レーヨンの工業生産においてセルロースを溶解するために使用されます。

ニッチな用途

硫酸銅(II)は何世紀にもわたって多くのニッチな用途に利用されてきました。産業界では硫酸銅は多様な用途があります。印刷分野では製本糊や接着剤への添加物として紙を虫刺されから守り、建築分野ではコンクリートへの添加物として耐水性を高め、植物やキノコの生育を防ぎます。硫酸銅は美術工芸品、特にガラスや陶器の着色料としても使用できます。[ 31 ]硫酸銅は花火の製造において青色着色剤としても稀​​に使用されますが、硫酸銅(II)を金属粉末と混合したり、硫酸銅(II)または銅(II)化合物を塩素酸塩と混合したりすることは安全ではありません。米国では、硫酸銅やその他の銅(II)化合物を塩素酸塩を含む混合物に使用することは許可されていません。[ 32 ] [ 33 ]

銅エッチングプレートを硫酸銅溶液に浸す

硫酸銅はかつて、蚊の繁殖地となるアナナス科植物の駆除に使用されていました。 [ 34 ]硫酸銅は熱帯諸国においてビルハルツ住血吸虫症の治療のための軟体動物駆除剤として使用されています。 [ 31 ]

美術

2008年、アーティストのロジャー・ヒオーンズは、ロンドンにある防水加工が施された廃墟となった公営住宅に7万5000リットルの硫酸銅(II)水溶液を注ぎ込んだ。数週間放置して結晶化させた後、排水を行い、壁、床、天井を結晶で覆った。この作品は「Seizure（発作）」と題されている。[ 35 ] 2011年からはヨークシャー彫刻公園で展示されている。[ 36 ]

エッチング

硫酸銅(II)は、凹版画用の亜鉛、アルミニウム、銅板をエッチングするために使用されます。[ 37 ] [ 38 ]また、シャンルヴェ などの宝飾品用の銅にデザインをエッチングするのにも使用されます。[ 39 ]

染色

硫酸銅(II)は植物染色の媒染剤として使用され、特定の染料の緑色を強調する効果があります。

エレクトロニクス

硫酸銅(II)の水溶液は、液体抵抗器の抵抗素子としてよく使用されます。

電子・マイクロエレクトロニクス産業では、銅の電気めっきにCuSO 4・5H 2 Oと硫酸（H 2 SO 4 ）の浴がよく使用されます。 [ 40 ]

硫酸銅の他の形態

無水硫酸銅(II)は、一般的に入手可能な五水和硫酸銅を脱水処理することで生成できます。自然界では、非常に希少な鉱物である黄銅鉱として存在します。[ 41 ]五水和物は黄銅鉱としても自然界に存在します。その他の希少な硫酸銅鉱物には、ボナタイト（三水和物）[ 42 ] 、ブースタイト（七水和物）[ 43 ]、および一水和化合物であるポワトヴィナイトなどがあります。[ 44 ] [ 45 ]他にも、より複雑な硫酸銅(II)鉱物が数多く知られており、ランジャイトやポスニャカイトのような環境的に重要な塩基性硫酸銅(II)があります。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]

硫酸銅(II)の形態
  • 無水硫酸銅
    無水CuSO 4
  • 硫酸銅(II)一水和物
    硫酸銅(II)一水和物
  • 硫酸銅(II)五水和物
    硫酸銅(II)五水和物
  • 希少鉱物ブースサイト（CuSO4・7H2O）
    希少鉱物ブースサイト（CuSO 4・7H 2 O）

毒性影響

銅(II)塩のLD50は100mg/kgである。[ 48 ] [ 49 ]

硫酸銅(II)は過去に催吐剤として使用されていました。[ 50 ]現在ではこの用途には毒性が強すぎると考えられています。[ 51 ]世界保健機関の解剖学的治療化学物質分類システムでは、今でも解毒剤として記載されています。[ 52 ]

参照

参考文献

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