Kupfersulfat

Kupfer(II)-sulfat ⓘ

Kristalle von CuSO4-5H2O
Bezeichnungen
IUPAC-Bezeichnung Kupfer(II)-sulfat
Andere Namen Kupfersulfat Blaues Vitriol (Pentahydrat) Blaustein (Pentahydrat) Bonattit (Trihydrat-Mineral) Boothit (Heptahydrat-Mineral) Chalkanthit (Pentahydrat-Mineral) Chalkocyanit (Mineral) Kupfersulfat-Pentahydrat
Bezeichner
CAS-Nummer	7758-98-7 (wasserfrei)  7758-99-8 (Pentahydrat)  16448-28-5 (Trihydrat)  19086-18-1 (Heptahydrat)
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild
ChEBI	CHEBI:23414
ChEMBL	ChEMBL604
ChemSpider	22870
EC-Nummer	231-847-6
Gmelin-Referenz	8294
KEGG	C18713
PubChem CID	24462
RTECS-Nummer	GL8800000 (wasserfrei) GL8900000 (Pentahydrat)
UNII	KUW2Q3U1VV (wasserfrei)  LRX7AJ16DT (Pentahydrat)
InChI InChI=1S/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2  Schlüssel: ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L  InChI=1/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 Schlüssel: ARUVKPQLZAKDPS-NUQVWONBAI
SMILES [O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2]
Eigenschaften
Chemische Formel	CuSO4 (wasserfrei) CuSO4-5H2O (Pentahydrat)
Molekulare Masse	159,60 g/mol (wasserfrei) 249,685 g/mol (Pentahydrat)
Erscheinungsbild	grau-weiß (wasserfrei) blau (Pentahydrat)
Dichte	3,60 g/cm3 (wasserfrei) 2,286 g/cm3 (Pentahydrat)
Schmelzpunkt	110 °C (230 °F; 383 K) zersetzt sich 560 °C zersetzt sich (Pentahydrat) Vollständig zersetzt bei 590 °C (wasserfrei)
Siedepunkt	zersetzt sich bei 650 °C zu Kupferoxid
Löslichkeit in Wasser	1,055 molal (10 °C) 1,26 molal (20 °C) 1,502 molal (30 °C)
Löslichkeit	wasserfrei unlöslich in Ethanol Pentahydrat löslich in Methanol 10,4 g/L (18 °C) unlöslich in Ethanol, unlöslich in Aceton
Magnetische Suszeptibilität (χ)	+1330-10-6 cm3/mol
Brechungsindex (nD)	1,724-1,739 (wasserfrei) 1,514-1,544 (Pentahydrat)
Struktur
Kristallstruktur	Orthorhombisch (wasserfrei, Chalkocyanit), Raumgruppe Pnma, oP24, a = 0,839 nm, b = 0,669 nm, c = 0,483 nm. Triklin (Pentahydrat), Raumgruppe P1, aP22, a = 0,5986 nm, b = 0,6141 nm, c = 1,0736 nm, α = 77,333°, β = 82,267°, γ = 72,567°
Thermochemie
Std. molare Entropie (So298)	5 J/(K*mol)
Std. Bildungsenthalpie Bildung (ΔfH⦵298)	-769,98 kJ/mol
Pharmakologie
ATC-Code	V03AB20 (WHO)
Gefahren
GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
NFPA 704 (Feuerdiamant)	2 0 1
Flammpunkt	Nicht brennbar
Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD50 (mittlere Dosis)	300 mg/kg (oral, Ratte) 87 mg/kg (oral, Maus)
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheit):
PEL (Zulässig)	TWA 1 mg/m3 (als Cu)
REL (Empfohlen)	TWA 1 mg/m3 (als Cu)
IDLH (Unmittelbare Gefahr)	TWA 100 mg/m3 (als Cu)
Sicherheitsdatenblatt (SDS)	wasserfrei Pentahydrat
Verwandte Verbindungen
Andere Kationen	Eisen(II)-sulfat Mangan(II)-sulfat Nickel(II)-sulfat Zinksulfat
Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf den Standardzustand der Stoffe (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verifizieren (was ist  ?) Infobox Referenzen

Kupfer(II)-sulfat, auch Kupfersulfat genannt, ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel CuSO₄. Es bildet Hydrate CuSO₄-nH₂O, wobei n von 1 bis 7 reichen kann. Das Pentahydrat (n = 5) ist das häufigste Hydrat von Kupfer(II)-sulfat. Zu den älteren Bezeichnungen für das Pentahydrat gehören blaues Vitriol, Blaustein, Kupfervitriol und römisches Vitriol. ⓘ

Das leuchtend blaue Pentahydrat CuSO₄-5H₂O ist die am häufigsten vorkommende Form von Kupfer(II)sulfat. Es löst sich exotherm in Wasser und bildet den Aquakomplex [Cu(H₂O)₆]²⁺, der eine oktaedrische Molekülgeometrie aufweist. Die Struktur des festen Pentahydrats zeigt eine polymere Struktur, in der das Kupfer wiederum oktaedrisch, aber an vier Wasserliganden gebunden ist. Die Cu(II)(H₂O)₄-Zentren sind durch Sulfatanionen miteinander verbunden und bilden Ketten. Wasserfreies Kupfersulfat ist ein hellgraues Pulver. ⓘ

Herstellung und Vorkommen

Herstellung von Kupfer(II)-sulfat durch Elektrolyse von Schwefelsäure unter Verwendung von Kupferelektroden ⓘ

Kupfersulfat wird industriell durch Behandlung von Kupfermetall mit heißer konzentrierter Schwefelsäure oder von Kupferoxiden mit verdünnter Schwefelsäure hergestellt. Für Laborzwecke wird Kupfersulfat in der Regel gekauft. Kupfersulfat kann auch durch langsames Auslaugen von minderwertigem Kupfererz an der Luft hergestellt werden; zur Beschleunigung des Prozesses können Bakterien eingesetzt werden. ⓘ

Handelsübliches Kupfersulfat besteht in der Regel zu etwa 98 % aus reinem Kupfersulfat und kann Spuren von Wasser enthalten. Wasserfreies Kupfersulfat besteht zu 39,81 % aus Kupfer und zu 60,19 % aus Sulfat, während es in seiner blauen, wasserhaltigen Form zu 25,47 % aus Kupfer, 38,47 % aus Sulfat (12,82 % Schwefel) und 36,06 % aus Wasser besteht. Je nach Verwendung werden vier Kristallgrößen unterschieden: große Kristalle (10-40 mm), kleine Kristalle (2-10 mm), Schneekristalle (weniger als 2 mm) und windzerzaustes Pulver (weniger als 0,15 mm). ⓘ

Synthetisch hergestellte CuSO₄ · 5 H₂O-Kristalle ⓘ

$\mathrm {\ CuO+H_{2}SO_{4}\longrightarrow }$ $\mathrm {\ CuSO_{4}+H_{2}O}$ ⓘ

$\mathrm {\ CuS+H_{2}SO_{4}\longrightarrow }$ $\mathrm {\ CuSO_{4}+H_{2}S}$ ⓘ

Kupfersulfat ist das mit Abstand wichtigste Kupfersalz. ⓘ

Chemische Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfatpentahydrat zersetzt sich vor dem Schmelzen. Beim Erhitzen auf 63 °C (145 °F) verliert es zwei Wassermoleküle, gefolgt von zwei weiteren bei 109 °C (228 °F) und dem letzten Wassermolekül bei 200 °C (392 °F). Die Dehydratisierung erfolgt durch Zersetzung der Tetraaquakupfer(2+)-Gruppe, wobei zwei gegenüberliegende Wassergruppen verloren gehen und eine Diaquakupfer(2+)-Gruppe entsteht. Der zweite Dehydratisierungsschritt erfolgt, wenn die letzten beiden Wassergruppen verloren gehen. Die vollständige Dehydratisierung erfolgt, wenn das letzte ungebundene Wassermolekül verloren geht. Bei 650 °C (1.202 °F) zersetzt sich Kupfer(II)-sulfat in Kupfer(II)-oxid (CuO) und Schwefeltrioxid (SO₃). ⓘ

Kupfersulfat reagiert mit konzentrierter Salzsäure zu Tetrachlorcuprat(II):

Cu²⁺ + 4 Cl- → [CuCl₄]2- ⓘ

Chemieunterricht

Kupfersulfat ist häufig in Chemie-Sets für Jugendliche enthalten. Trotz seiner Giftigkeit wird es häufig zur Kristallzüchtung in Schulen und bei Versuchen zur Kupferbeschichtung verwendet. Kupfersulfat wird häufig zur Demonstration einer exothermen Reaktion verwendet, bei der Stahlwolle oder ein Magnesiumband in eine wässrige Lösung von CuSO₄ gelegt wird. Es wird verwendet, um das Prinzip der Mineralhydratisierung zu demonstrieren. Die Pentahydratform, die blau ist, wird erhitzt, wodurch das Kupfersulfat in die wasserfreie Form übergeht, die weiß ist, während das Wasser, das in der Pentahydratform vorhanden war, verdampft. Wird der wasserfreien Verbindung anschließend Wasser zugesetzt, verwandelt sie sich wieder in die Pentahydratform und nimmt ihre blaue Farbe an; sie wird als blaues Vitriol oder Kupfersulfat bezeichnet. Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat lässt sich leicht durch Kristallisation aus einer Lösung als Kupfer(II)-sulfat herstellen, das hygroskopisch ist. ⓘ

Zur Veranschaulichung einer "Einzelmetallersatzreaktion" wird Eisen in eine Kupfersulfatlösung getaucht. Das Eisen reagiert unter Bildung von Eisen(II)sulfat und Kupfer fällt aus.

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Im Schulunterricht und im allgemeinen Chemieunterricht wird Kupfersulfat als Elektrolyt für galvanische Zellen verwendet, in der Regel als Kathodenlösung. In einer Zink-Kupfer-Zelle beispielsweise nimmt das Kupferion in Kupfersulfatlösung ein Elektron von Zink auf und bildet metallisches Kupfer.

Cu²⁺ + 2e- → Cu (Kathode), E^°Zelle = 0,34 V ⓘ

Verwendungen

Als Fungizid und Herbizid

Kupfersulfat-Pentahydrat wird als Fungizid verwendet. Einige Pilze sind jedoch in der Lage, sich an erhöhte Kupferionenmengen anzupassen. ⓘ

Bordeaux-Mischung, eine Suspension aus Kupfer(II)-sulfat (CuSO₄) und Kalziumhydroxid (Ca(OH)₂), wird zur Bekämpfung von Pilzen auf Trauben, Melonen und anderen Beeren verwendet. Es wird durch Mischen einer wässrigen Kupfersulfatlösung und einer Suspension aus gelöschtem Kalk hergestellt. ⓘ

Cheshunt Compound, eine handelsübliche Mischung aus Kupfersulfat und Ammoniumcarbonat (nicht mehr im Handel), wird im Gartenbau verwendet, um das Austrocknen von Sämlingen zu verhindern. Als nicht-landwirtschaftliches Herbizid wird es zur Bekämpfung invasiver Wasserpflanzen und der Wurzeln von Pflanzen in der Nähe von Wasserleitungen eingesetzt. In Schwimmbädern wird es als Algizid eingesetzt. Eine verdünnte Lösung von Kupfersulfat wird zur Behandlung von Aquarienfischen gegen Parasitenbefall verwendet und dient auch zur Entfernung von Schnecken aus Aquarien und Zebramuscheln aus Wasserleitungen. Kupferionen sind jedoch hochgiftig für Fische. Die meisten Algenarten können mit sehr niedrigen Kupfersulfatkonzentrationen bekämpft werden. ⓘ

Analytisches Reagenz

Kupfersulfat wird in mehreren chemischen Tests verwendet. Es wird in Fehlingscher Lösung und Benedictscher Lösung verwendet, um auf reduzierende Zucker zu testen, die das lösliche blaue Kupfer(II)-sulfat zu unlöslichem roten Kupfer(I)-oxid reduzieren. Kupfersulfat(II) wird auch im Biuret-Reagenz zum Nachweis von Proteinen verwendet. ⓘ

Kupfersulfat wird verwendet, um Blut auf Anämie zu testen. Das Blut wird getestet, indem es in eine Kupfersulfatlösung mit bekanntem spezifischem Gewicht getropft wird - Blut, das ausreichend Hämoglobin enthält, sinkt aufgrund seiner Dichte schnell, während Blut, das nicht oder nur langsam sinkt, zu wenig Hämoglobin enthält. ⓘ

Im Flammentest geben seine Kupferionen ein tiefgrünes Licht ab, ein viel tieferes Grün als beim Flammentest für Barium. ⓘ

Organische Synthese

Kupfersulfat wird in begrenztem Umfang in der organischen Synthese eingesetzt. Das wasserfreie Salz wird als Dehydratisierungsmittel für die Bildung und Manipulation von Acetalgruppen verwendet. Das hydratisierte Salz kann mit Kaliumpermanganat gemischt werden, um ein Oxidationsmittel für die Umwandlung primärer Alkohole zu erhalten. ⓘ

Herstellung von Rayon

Die Reaktion mit Ammoniumhydroxid ergibt Tetraamminkupfersulfat(II) oder das Schweizer Reagenz, das zur Auflösung von Zellulose bei der industriellen Herstellung von Zellwolle verwendet wurde. ⓘ

Nischenanwendungen

Kupfersulfat(II) hat im Laufe der Jahrhunderte viele Nischenanwendungen gefunden. In der Industrie hat Kupfersulfat zahlreiche Anwendungen. In der Druckindustrie wird es als Zusatz zu Buchbinderpasten und Klebstoffen verwendet, um das Papier vor Insektenstichen zu schützen; im Bauwesen wird es als Zusatz zu Beton verwendet, um Wasserbeständigkeit und desinfizierende Eigenschaften zu erzielen. Kupfersulfat kann als färbender Bestandteil in Kunstwerken verwendet werden, insbesondere in Gläsern und Töpferwaren. Kupfersulfat wird auch bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern als blauer Farbstoff verwendet, aber es ist nicht sicher, Kupfersulfat beim Mischen von Feuerwerkspulver mit Chloraten zu mischen. ⓘ

Absenken einer Kupferätzplatte in die Kupfersulfatlösung. ⓘ

Kupfersulfat wurde früher verwendet, um Bromelien abzutöten, die als Brutstätten für Moskitos dienen. Kupfersulfat wird als Molluskizid zur Behandlung von Bilharziose in tropischen Ländern eingesetzt. ⓘ

Kunst

Im Jahr 2008 füllte der Künstler Roger Hiorns eine verlassene, abgedichtete Sozialwohnung in London mit 75 000 Litern Kupfersulfat-Wasserlösung. Die Lösung kristallisierte mehrere Wochen lang, bevor die Wohnung geleert wurde, wobei kristallbedeckte Wände, Böden und Decken zurückblieben. Das Werk trägt den Titel Beschlagnahmung. Seit 2011 ist es im Yorkshire Sculpture Park ausgestellt. ⓘ

Ätzen

Kupfer(II)-sulfat wird zum Ätzen von Zink- oder Kupferplatten für den Stichtiefdruck verwendet. Es wird auch zum Ätzen von Mustern in Kupfer für Schmuck verwendet, z. B. für Champlevé. ⓘ

Färben

Kupfer(II)-sulfat kann als Beize in der Pflanzenfärberei verwendet werden. Es unterstreicht oft die Grüntöne der spezifischen Farbstoffe. ⓘ

Elektronik

Eine wässrige Lösung von Kupfer(II)-sulfat wird häufig als Widerstandselement in Flüssigwiderständen verwendet. ⓘ

Medizin und öffentliche Gesundheit

Kupfer(II)-sulfat wurde in der Vergangenheit als Brechmittel verwendet. Heute gilt es als zu giftig für diese Verwendung. Im Anatomisch-Therapeutisch-Chemischen Klassifizierungssystem der Weltgesundheitsorganisation ist es noch immer als Antidot aufgeführt. ⓘ

Andere Formen von Kupfersulfaten

Wasserfreies Kupfer(II)-sulfat kann durch Dehydratisierung des normalerweise verfügbaren Pentahydrat-Kupfersulfats hergestellt werden. In der Natur kommt es als das sehr seltene Mineral Chalkocyanit vor. Das Pentahydrat kommt in der Natur auch als Chalkanthit vor. Drei weitere Kupfersulfate bilden die übrigen dieser seltenen Minerale: Bonattit (Trihydrat), Boothit (Heptahydrat) und die Monohydratverbindung Poitevinit. Es sind zahlreiche andere, komplexere Kupfer(II)-Sulfat-Minerale bekannt, darunter ökologisch wichtige basische Kupfer(II)-Sulfate wie Langit und Posnjakit. ⓘ

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  Wasserfrei .

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  Raumfüllendes Modell wasserfrei .

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  Das seltene Mineral Boothit () ⓘ

Toxikologische Wirkungen

Kupfer(II)-sulfat ist ein Reizstoff. Der Mensch kann Kupfer(II)-sulfat in der Regel durch Augen- oder Hautkontakt sowie durch Einatmen von Pulvern und Stäuben toxisch reagieren. Hautkontakt kann zu Juckreiz oder Ekzemen führen. Augenkontakt mit Kupfer(II)-sulfat kann eine Bindehautentzündung, eine Entzündung der Augenlidschleimhaut, Geschwüre und eine Trübung der Hornhaut verursachen. ⓘ

Bei oraler Aufnahme ist Kupfer(II)-sulfat mäßig giftig. Studien zufolge liegt die niedrigste Dosis von Kupfer(II)-sulfat, die eine toxische Wirkung auf den Menschen hatte, bei 11 mg/kg. Aufgrund seiner reizenden Wirkung auf den Magen-Darm-Trakt wird bei der Einnahme von Kupfer(II)-Sulfat automatisch Erbrechen ausgelöst. Wenn jedoch Kupfer(II)-sulfat im Magen verbleibt, können die Symptome schwerwiegend sein. Nach dem Verschlucken von 1-12 Gramm Kupfer(II)-sulfat können Vergiftungserscheinungen wie ein metallischer Geschmack im Mund, brennende Schmerzen in der Brust, Übelkeit, Durchfall, Erbrechen, Kopfschmerzen und Harnverhalt auftreten, was zu einer Gelbfärbung der Haut führt. In schweren Fällen kann es auch zu Schädigungen des Gehirns, des Magens, der Leber oder der Nieren kommen. ⓘ

Umwelttoxizität

Kupfer(II)-sulfat ist gut wasserlöslich und lässt sich daher leicht in der Umwelt verteilen. Kupfer im Boden kann aus Industrie, Kraftfahrzeugen und Baumaterialien stammen. Studien zufolge kommt Kupfer(II)-sulfat hauptsächlich im Oberflächenboden vor und neigt dazu, organisches Material zu binden. Je saurer der Boden ist, desto geringer ist die Bindung. Die Studie ergab auch, dass Kupfer(II)-sulfat die Methylierung von Halogenidionen in Boden und Wasser katalysieren kann, um Methylchlorid (CH₃Cl) und Methylbromid (CH₃Br) zu erzeugen, zwei wichtige atmosphärische Halogenidträger, die den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre katalysieren können. ⓘ

Eigenschaften

Kupfersulfat ist in Wasser gut, in den meisten organischen Lösungsmitteln nicht löslich. In Glycerin löst es sich mit smaragdgrüner Farbe. Bei starkem Erhitzen (ab 340 °C) zerfällt das wasserfreie Kupfersulfat in Kupfer(II)-oxid und Schwefeltrioxid. ⓘ

Biologische Bedeutung

Kupfersulfat wirkt für den Menschen bei oraler Einnahme toxisch und kann zu blaugrünen Verätzungen der Schleimhäute, starkem Erbrechen, blutiger Diarrhoe, Schock, Hämolyse und Hämoglobinurie führen. Ein letaler Verlauf der Intoxikation ist möglich. Für Mikroorganismen ist es hingegen stark giftig und hat in Gewässern schädliche Wirkungen. Das wassergefährdende Salz ist in Wassergefährdungsklasse 3, stark gefährdend, eingestuft. ⓘ

Sicherheitshinweise

Bei Kontakt mit starken Reduktionsmitteln (z. B. feingepulvertem Magnesium) oder Hydroxylamin kann es zu gefährlichen Reaktionen mit starker Hitzeentwicklung kommen. ⓘ