Происхождение (генезис)
Образуются в условиях повышенной концентрации кислорода и при относительно низких температурах, то есть вблизи земной поверхности. Большей частью экзогенные, хемогенные (в месторождениях солей). Сульфаты Cu, Zn и других близких элементов образуются при разрушении сульфидов. В природе встречается 180 минералов сульфатов и на их долю приходится ~0,5 % массы земной коры.
Сульфаты в воде
Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах. Главным естественным источником сульфатов являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания живых организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения.
Из антропогенных источников сульфатов в первую очередь надо упомянуть шахтные воды и в промышленные стоки производств, в которых используется серная кислота. Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства. Сульфаты участвуют в круговороте серы. При отсутствии кислорода под действием бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при появлении в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и бактерии извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. После отмирания живых клеток в процессе разложения сера протеинов выделяется в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода. Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека – они обладают слабительными свойствами. Сульфаты в присутствии кальция способны образовывать накипь, так что их содержание строго регламентируется и в технических водах. ПДК сульфатов согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» - 500 мг/дм 3
Соли. Получение и химические свойства.
Рассмотрим важнейшие способы получения солей.
1. Реакция нейтрализации. Растворы кислоты и основания смешивают (осторожно!) в нужном мольном соотношении. После выпаривания воды получают кристаллическую соль. Например:
H2SO 4 + 2 KOH = K 2SO 4 + 2 H 2O
сульфат калия
2. Реакция кислот с основными оксидами. Фактически, это вариант реакции нейтрализации:
H2SO 4 + CuO = CuSO 4 + H2O
сульфат меди
3.Реакция основных и кислотных оксидов между собой:
CaO + SO 3 = CaSO 4-сульфат кальция
4. Реакция металлов с кислотами. Металлы, расположенные левее водорода в ряду активности металлов, кислот, водород соединяются с ними, образуя соли:
Fe + H2 SO 4(разб.) = FeSO 4 + H2-сульфат железа (II)
5. Реакция металлов с солями. Более активные металлы, расположенные в ряду активности левее, способны вытеснять менее активные (расположенные правее) металлы из их солей:
Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4-порошок меди,сульфат цинка
Теперь рассмотрим химические свойства солей.
Наиболее распространенные реакции солей – реакции обмена и окислительно-восстановительные реакции. Сначала рассмотрим примеры окислительно-восстановительных реакций.
1. Окислительно-восстановительные реакции солей.
Поскольку соли состоят из ионов металла и кислотного остатка, их окислительно-восстановительные реакции условно можно разбить на две группы: реакции за счет иона металла и реакции за счет кислотного остатка, если в этом кислотном остатке какой-либо атом способен менять степень окисления.
а) Реакции за счет иона металла.
Поскольку в солях содержится ион металла в положительной степени окисления, они могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, где ион металла играет роль окислителя. Восстановителем чаще всего служит какой-нибудь другой (более активный) металл. Приведем пример:
Hg 2+SO 4 + Sn 0 = Hg 0 + Sn 2+SO 4-соль менее активного металла (окислитель) и более активный металл (восстановитель)
Принято говорить, что более активные металлы способны вытеснять другие металлы из их солей. Металлы, находящиеся в ряду активности левее, являются более активными. Нетрудно заметить, что это те же реакции металлов с солями (см. пункт 10 предыдущего раздела).
2. Обменные реакции солей.
Такие реакции могут происходить в растворах, когда соли реагируют: а) с кислотами, б) с щелочами, в) с другими солями. Например:
а) CuSO 4 + H 2S = CuS↓ (осадок) + H 2SO 4
б)СuSO 4 + 2 KOH = Cu(OH) 2 ↓ (осадок) + K 2SO 4
в) BaCl 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4↓ (осадок) + 2 KCl
Во всех случаях один из продуктов обменной реакции обязательно должен покидать реакционную смесь в виде осадка или газообразного вещества. Либо должно получаться прочное соединение, не распадающееся в растворе на ионы (например, вода в реакции нейтрализации). Если эти условия не выполняется, то при смешивании реагентов в лучшем случае образуется смесь не реагирующих между собой ионов - реакция не идет.
Применение
Барит используется для изготовления красок, в химической, резиновой, бумажной промышленности, для утяжеления бурового раствора с целью увеличения его давления на нефтегазоносные пласты и затруднения выбросов нефти и газа при бурении скважин. Целестин применяется при производстве сахара, в пиротехнике, химической промышленности и фармацевтике.
Гипс используется для производства, в медицине, как скульптурный камень (алебастр).
Сульфаты, как правило, содержатся в шампунях и моющих средствах – за счет этих ингредиентов косметические продукты приобретают свои пенящиеся свойства. Но пена, которая образуется за счет действия сульфатов, причиняет вред волосам и коже.
Лаурилсульфат натрия (аммония) и лауретсульфат натрия – широко распространенные представители группы сульфатов. Обнаружить их можно в составе шампуней, мыла и гелей для душа.
В значительной концентрации сульфаты могут вызвать раздражение кожи и слизистой оболочки глаз – особенно, если кожа обладает повышенной чувствительностью. Проникновение сульфатов в дыхательные пути может привести к раздражению дыхательной системы.