Введение

Оксианион с центральным атомом серы, окруженным четырьмя атомами кислорода, – неорганический ион. Сульфат-ион (или сульфатный ион) – это полиатомный анион с эмпирической формулой SO₄²⁻. Соли, производные кислот и пероксиды сульфатов широко используются в промышленности. Сульфаты широко распространены в повседневной жизни. Сульфаты являются солями серной кислоты, и многие из них получают из этой кислоты.

Структура

Сульфатный анион состоит из центрального атома серы, окруженного четырьмя эквивалентными атомами кислорода в тетраэдрическом расположении. Симметрия изолированного аниона такая же, как у метана. Атом серы имеет степень окисления +6, а каждый из четырех атомов кислорода – степень окисления −2. Сульфат-ион имеет общий заряд −2 и является сопряженным основанием бисульфат-иона (или гидрогенсульфат-иона) HSO4⁻, который, в свою очередь, является сопряженным основанием H2SO4, серной кислоты. Органические сульфатные эфиры, такие как диметилсульфат, являются ковалентными соединениями и эфирами серной кислоты. Тетраэдрическая молекулярная геометрия сульфат-иона соответствует предсказаниям теории VSEPR.

Свойства

Существует множество примеров ионных сульфатов, многие из которых обладают высокой растворимостью в воде. Исключения составляют сульфат кальция, сульфат стронция, сульфат свинца(II), сульфат бария, сульфат серебра и сульфат ртути, которые малорастворимы. Сульфат радия является наименее растворимым из известных сульфатов. Производное бария полезно при гравиметрическом анализе сульфатов: при добавлении раствора большинства солей бария, например, хлорида бария, к раствору, содержащему сульфат-ионы, сульфат бария выпадает в осадок в виде беловатого порошка. Это распространенный лабораторный тест для определения присутствия сульфат-анионов. Сульфат-ион может выступать в роли лиганда, присоединяясь либо одним атомом кислорода (монодентатно), либо двумя атомами кислорода в виде хелата или мостика. Зеленый купорос – это сульфат железа(II) гептагидрат, FeSO4·7H2O; синий купорос – это сульфат меди(II) пентагидрат, CuSO4·5H2O, а белый купорос – это сульфат цинка гептагидрат, ZnSO4·7H2O. Алюм, двойной сульфат калия и алюминия с формулой K2Al2(SO4)4·24H2O, сыграл важную роль в развитии химической промышленности.

Экологические последствия

Сульфаты присутствуют в виде микроскопических частиц (аэрозолей), образующихся в результате сжигания ископаемого топлива и биомассы. Они повышают кислотность атмосферы и приводят к образованию кислотных дождей. Анаэробные сульфатредуцирующие бактерии Desulfovibrio desulfuricans и D. vulgaris способны удалять черную сульфатную корку, которая часто покрывает здания.

Сульфат водорода (бисульфат)

Ион гидрогенсульфата (HSO4−), также называемый бисульфат-ионом, является сопряженным основанием серной кислоты (H2SO4). Серная кислота классифицируется как сильная кислота; в водных растворах она полностью ионизируется с образованием ионов гидрония (H3O+) и гидрогенсульфата (HSO4−). Другими словами, серная кислота ведет себя как кислота Бренстеда-Лоури и депротонируется с образованием иона гидрогенсульфата. Гидрогенсульфат имеет валентность 1. Примером соли, содержащей ион HSO4−, является бисульфат натрия, NaHSO4. В разбавленных растворах ионы гидрогенсульфата также диссоциируют, образуя больше ионов гидрония и сульфат-ионов (SO42−).