Сульфат меди Е519: свойства, применение, вред и польза

Сульфат меди – это неорганическое соединение, медная соль серной кислоты, более известно под названием медный купорос. Вещество обладает высокой реакционной способностью и применяется во многих сферах: в растениеводстве как антисептик и удобрение, в фармакологии, в пищевой промышленности, в машиностроении. Сернокислая медь обладает комплексом полезных свойств, ценится в медицине за антибактериальное, противоопухолевое действие. В садоводстве соединение используют для обогащения почвы медью и уничтожения болезнетворных микроорганизмов. Сульфат меди был зарегистрирован как пищевая добавка Е519, но сегодня его не используют в большинстве стран мира.

Что такое сульфат меди?

Сульфат меди – это соль, имеющую в составе двухвалентную медь и кислотный остаток от серной кислоты. Она образуется в ходе взаимодействия серной кислоты с оксидами, гидроксидами меди или с чистым веществом. В нормальных условиях состояние сульфата кристаллическое со средней плотностью, раствор имеет слабокислую реакцию. Внутри молекулы связи ионные.

В виде безводного порошка сернокислая медь не имеет запаха, бесцветна (либо беловатая), очень гигроскопична, обладает неприятным горьким вкусом. Хорошо растворяется в воде, при повышении температуры процесс усиливается. При смешивании с водой образуют пентагидраты – тонкие прозрачные кристаллы насыщенного синего или голубого цвета. Традиционно их называют медным купоросом. Плотность ниже, чем у порошкообразной формы.

Пентагидраты сульфата меди – это наиболее известные кристаллогидраты. Они формируются, т.к. медь более прочно связывается с молекулами воды, чем с сульфатным остатком. В кристаллической решётке на одну сернокислую медь приходится два остатка серной кислоты и пять молекул воды. Они соединены между собой водородными связями. При нагревании до 110 °С пентагидрат начинает распадаться, вода испаряется, при достижении температуры в 150 °С кристаллы полностью обезвоживаются.

Сульфат меди встречается в природе в составе различных минералов. Между собой они отличаются концентрацией воды, которую связывает медь. Так, например, халькантит – наиболее известный и чаще всего встречающийся минерал, содержащий 5 молекул воды, формируется под воздействием естественного выветривания в месторождениях с сухим климатом (Урал, Закавказье).

Формула, уравнение, свойства сульфата меди

Медная соль серной кислоты имеет такую химическую формулу:

CuSO₄

При температуре свыше 650 °С начинается термическое разложение соединения:

CuSO₄ →CuО + SO₂ + O₂↑

При этом образуется газ кислород, оксид меди (2) и диоксид серы.

Качественная реакция на медный купорос – это взаимодействие с щелочами:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓+ Na₂SO₄

В ходе реакции образуется осадок голубого цвета – гидроксид меди (2), а также растворимая натриевая соль серной кислоты. Добавление к раствору сернокислой меди хлорида бария также является способом идентификации соединения:

CuSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ ↓+ CuCl₂

Чётко определяется осадок белого цвета, образованный сульфатом бария, что свидетельствует о наличии в растворе сульфат-ионов.

Сульфат меди поддаётся гидролизу, может реагировать с простыми и сложными веществами. Соединение вступает во взаимодействие с щелочами, а также с другими солями, обладает выраженными окислительно-восстановительными свойствами.

Молекула сульфата меди

Получение сульфата меди

В лабораторных условиях для получения сернокислой меди чаще всего используют чистую медь, иногда гидроксид. При добавлении к меди раствора серной кислоты необходимо поддерживать постоянную температуру, не превышающую 60 °С, чтобы минимизировать риск получения побочного продукта – сульфида меди (CuS₂). Уравнение лабораторного синтеза:

Cu + H₂SO₄→ CuSO₄ +SO₂ + H₂O

При получении сульфата из гидроксида меди проводят нейтрализацию серной кислотой:

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ →CuSO₄ + 2H₂O

В большинстве случаев сначала получают загрязнённый железом сульфат меди, который требует дополнительной очистки. Получить изначально чистый продукт крайне сложно, для этого используют дорогостоящие химически чистые реагенты, дистиллированную воду, катализаторы, проводят упаривание, весь процесс занимает несколько часов, а выход оказывается небольшим. Поэтому чаще всего используют поверхностную или глубокую очистку, в зависимости от того, для чего впоследствии будет использоваться медная соль серной кислоты.

В лаборатории очистку проводят перекристаллизацией. Для этого готовят насыщенный раствор медного купороса в дистиллированной воде, который охлаждают до 5 °С, выпадает осадок кристаллов, с которыми потом повторяют процедуру. Спустя несколько циклов перекристаллизации смесь кипятят с диоксидом свинца до тех пор, пока в растворе не останется примесей железа (это проверяют отбором проб и проведением качественных реакций). После этого раствор упаривают до выпадения кристаллов сульфата меди. В процессе глубокой очистки получается особо чистая сернокислая медь, в которой содержание примесей абсолютно не влияет на физико-химические свойства.

В промышленном производстве чаще всего используют медные отходы, в частности медный лом. На специализированных заводах химической промышленности выпуск сульфата меди происходит в несколько этапов:

1. Переплавка медного лома в пламенной печи 4,5 – 5 часов, подготовка сырья для повышения реакционных способностей, а также очистки от других металлов.
2. Медь, присутствующая в ломе, при температуре 1000 -1084 °С окисляется до закиси меди. Это вещество реагирует с примесями (Fe, Zn, Pb, Al), приводит к образованию чистой меди и окисей металлов (FeO, ZnO и др.).
3. Побочные продукты не растворяются, а переходят в шлак и удаляются.
4. Температуру понижают для того, чтобы остатки меди, находящиеся в растворе в виде сульфидов, доокислились, реакция протекает очень интенсивно с брызгами.
5. В отражательной печи происходит гранулирование меди – получение гранул с тонкими стенками и большой площадью поверхности, которые будут хорошо растворяться в серной кислоте. Для этого необходимо наличие в смеси газов (сернистого и кислорода).
6. В кипящую смесь дополнительно добавляют немного комковой серы.
7. Тонкой струёй раствор вливают в холодную воду в гранулированном бассейне, представленным бетонированной ямой. Этот этап обеспечивает формирование гранул путём резкого охлаждения и выделения газов.
8. Гранулы диаметром 1,5 собираются в стальную корзину, через отверстия которой при поднятии стекает лишняя вода.
9. Затем смесь загружают в натравочную башню, где происходит растворение в серной кислоте при постоянной продувке воздухом. Большую роль на этой стадии играет кислород, который реагирует с медью, образуя её закись: Cu + O₂ → 2Cu₂O. Именно это соединение растворяется в серной кислоте:
   Cu₂O +H₂SO₄ →CuSO₄ +H₂O
   Формируется сульфат закиси меди, который затем окисляется до сульфата меди.
10. Свежий насыщенный раствор медного купороса вытекает из натравочной башни, попадает во вращающийся кристаллизатор.
11. Внутри установки жидкость охлаждается, образуются кристаллы, которые отделяются на центрифуге.
12. Смесь поступает в сушилку, где просушивается от излишней влаги горячим воздухом (110 °С).
13. Проводят очистку сульфата меди с помощью многократной перекристаллизации.

Из 300 кг медного лома и 400 кг серной кислоты получают 1 тонну сернокислой меди. Кроме растворения в кислоте в промышленности применяют также электролитический метод. Для этого сначала готовят электролит с соотношением меди к серной кислоте 3:2. Электролиз протекает в специальных ваннах, где на дне расположен медный катод. При постоянной температуре 70-80 °С и продувке воздухом в течение 12-24 часов образуется раствор сульфата меди. Затем его выпаривают, удаляя ненужные примеси (как правило, железо и кальций), охлаждают в кристаллизаторе, получая готовый продукт.

Реакции с сульфатом меди, соединения

Сульфат меди хорошо гидролизуется, образуя электролитический раствор с кислой средой:

CuSO₄ → Cu ²⁺ + SO₄^2-

При этом получается довольно сильный электролит. Электролиз протекает с выделением свободного кислорода, меди и серной кислоты:

2CuSO₄ + 2H₂O →2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Соединение взаимодействует с металлами:

CuSO₄ + Zn→ZnSO₄ +Cu

Характерна реакция замещения, в ходе чего выпадает чистая медь.

Для сульфата меди характерны взаимодействия ионного обмена с выпадением различных осадков. Чаще всего сернокислая медь реагирует таким образом с другими солями:

3CuSO₄ + 2Na₃PO₄ – Cu₃(PO₄)₂ ↓+3Na₂SO₄

В результате выпадают зеленоватые кристаллы ортофосфата меди. Иногда реакция обмена протекает с изменением степеней окисления, тогда речь идёт об окислительно-восстановительных реакциях:

2CuSO₄ + 4NaI → 2CuI + I₂ + 2Na₂SO₄

Сульфат седи реагирует с йодидом натрия, выделяется свободный йод.

Медный купорос при нагревании можно восстановить водородом:

CuSO₄ + H₂ → Cu + H₂SO₄

Нередко он формирует комплексные соли, например аммиакаты:

CuSO₄ + 4NH₄ → [Cu(NH₃)₄]SO₄

Реакция даёт яркий фиолетовый цвет раствора, образуется сульфат тетрааминмеди.

Сферы применения сульфата меди

Сульфат меди обладает собственными фармакологическими свойствами, поэтому его применяют в медицине. В пищевой промышленности вещество служит консервантом и стабилизатором окраски. Велика его роль в машиностроении и строительстве, а также в садоводстве.

Применение сульфата меди в медицине, ветеринарии

Сернокислая медь используется в медицине для восполнения дефицита меди в организме в составе поливитаминных средств. Общие укрепляющие адаптогенные свойства меди позволяют назначать медный купорос для поднятия иммунитета, для профилактики злокачественных новообразований. Его используют в комплексной терапии следующих заболеваний:

• радикулопатия;
• бесплодие;
• ОРВИ;
• сахарный диабет;
• гинекологические нарушения.

Соединение обладает сильными антисептическими свойствами. Оно негативно влияет на мембраны и генетический материал патогенных микроорганизмов, поэтому подавляет их размножение, рост и развитие. Раствор сульфата меди применяют местно для заживления ожогов, дезинфекции гнойных ран, а также для спринцевания при вагинитах и уретритах. В определённых дозировках его можно использовать для лечения бактериального конъюнктивита, ангины, тяжёлого фурункулёза.

Медная соль серной кислоты применяется в терапии кожных заболеваний. Так, при экземе, он эффективно прижигает поражённый участок, останавливая образование гнойных корочек и выделение сукровицы.

При пероральном приёме сульфат меди способствует рвоте. Он повышает рвотный рефлекс, предотвращая сильную интоксикацию организма. Поэтому его назначают при различных отравлениях.

Фунгицидная активность медного купороса позволяет подавлять грибок стопы и ногтей. Он задерживает развитие микроскопических грибов, останавливая прогрессирование микоза.

Раствором сульфата меди обрабатывают стойла скота. Дезинфекция помещения важна при карантинных ограничениях различных бактериальных инфекций. Кроме того, обработка уничтожает блох, власоедов, клещей и комаров, которые переносят опасные вирусные заболевания и доставляют животным большой дискомфорт.

Сернокислая медь подходит для лечения некоторых заболеваний лошадей, коров, овец: подошвенные язвы, пальцевый дерматит, копытная гниль. Её используют в терапии паразитарных инвазий аквариумных рыбок (оодиноз, ихтиободоза).

Применение сульфата меди в садоводстве

Основное назначение сульфата меди в огородничестве и садоводстве – обработка растений от патогенов, способных сильно снизить их иммунитет и общую урожайность. Благодаря фунгицидным, бактерицидным и бактериостатическим свойствам соединения он эффективно борется с возбудителями самых распространённых грибковых и бактериальных болезней растительных культур:

• мучнистая роса;
• фитофтороз;
• ржавчина;
• пятнистости: септориоз, альтернариоз, филлостиктоз, мериониоз и антракноз;
• гнили;
• сосудистый бактериоз.

Чаще всего медным купоросом обрабатываются плодовые деревья и кустарники. Он способствует заживлению трещин в коре, за счёт чего значительно уменьшается вероятность инфицирования таким путём. Антисептическое воздействие влияет не только на микроорганизмы, но также и на других сельскохозяйственных вредителей, в том числе насекомых (виноградная филлоксера).

Сульфат меди используется в качестве удобрения. Подкормка восполняет дефицит меди в почве, что благотворно сказывается на метаболизме растений. Медь является жизненно необходимым элементом их роста и развития, она участвует во множестве процессов. Недостаток этого микроэлемента вызывает:

• отмирание цветков;
• остановку плодоношения;
• неправильное формирование листьев и побегов;
• потерю тургора;
• нарушение дыхания и фотосинтеза.

Особенно активно удобряются медным купоросом песчаные, торфяные, болотистые почвы. В них отмечается низкое содержание меди. Подкормку проводят преимущественно весной как корневым, так и внекорневым способом в сухом и растворённом виде.

Применение сульфата меди в пищевой промышленности

Сульфату меди присвоен код Е519. Сегодня он запрещён в России и в некоторых других странах мира. Применение этой пищевой добавки ограничено в связи с неприятным горьким вкусом. Она обладает эмульгирующий свойствами, фиксирует окраску и является хорошим консервантом. Ряд государств продолжает использовать Е519 в продуктах питания (Япония, Украина). Его добавляют в основном в рыбную и мясную продукцию, в чипсы, йогурты. Медный купорос является компонентом питательной смеси для роста дрожжей.

Применение сульфата меди в металлургии, машиностроении и строительстве

Сернокислой медью обрабатывается древесина, поверхности стен, кирпич, для предотвращения развития плесени и защиты от гниения. В строительстве она используется для удаления пятен ржавчины и соли, удаления последствий протечки. В машиностроении сульфат меди фиксирует цвет деталей. Благодаря этому краска дольше держится, не бледнеет и не слазит.

Медный купорос способствует выделению цинковых минералов. Добавление кристаллов в процессе обработки вызывает вспенивание и осаждение нужного металла. Он также может применяться в качестве реагента в горнодобывающей промышленности, в частности на обогатительных фабриках медно-цинковых руд.

Обработка воды в бассейнах и водохранилищах с помощью раствора сульфата меди обеззараживает её, предотвращает развитие грибков и микроскопических водорослей, цветение, сохраняет питьевые качества.

Влияние на организм человека, фармакологическое действие

При правильно подобранных дозировках и курсу лечения сульфат меди не оказывает негативного влияния на здоровье. Фармакологическое действие заключается в обеззараживании, заживлении ран, адаптогенности. Это ценное лекарственное средство, которое нужно грамотно применять для достижения лучшего терапевтического эффекта. Поэтому лечение с помощью медного купороса должно контролироваться врачом.

Допустимые нормы приема сульфата меди

Токсическая доза сернокислой меди при пероральном приёме составляет 0,5 г на 1 кг веса. При такой концентрации начинают проявляться первые симптомы отравления. Предельно допустимая норма употребления должна быть обязательно меньше этого значения. Смертельное отравление наступает при одновременном приёме 45-125 г.

Польза сульфата меди

Сульфат меди ценится во многих сферах деятельности. За счёт сильных антисептических свойств он способен подавлять развитие бактериальных инфекций различного генеза, может использоваться для лечения заболеваний полости рта (гингивит, стоматит, воспаление миндалин), а также гинекологических воспалений. Медный купорос эффективно уничтожает патогенов, применяются растворы, порошки и мази на основе этого вещества.

Медная соль серной кислоты необходима в промышленности. Её выгодно отличает высокая реакционная способность, малотоксичность, в связи с чем она может быть использована для обработки жилых помещений, воды и при непосредственной работе с металлическими изделиями. Из-за высокой гигроскопичности безводный порошок сульфата меди способен долгое время удерживать влагу и является компонентом увлажнителей воздуха.

Вред сульфата меди

Сернокислая медь безвредна при правильном применении. При контакте с ней важно соблюдать меры безопасности, не пренебрегать гигиеническими процедурами. В продуктах питания отечественного производства Е519 отсутствует, так что негативное влияние на человека через пищу исключено.

Медный купорос может быть токсичен для рыб, водных растений и беспозвоночных в высоких дозировках. Поэтому перед применением нужно ознакомиться с инструкцией и посоветоваться с ветеринаром.

При дезинфекции помещений вдыхание аэрозоля сульфата меди может привести к ожогу дыхательных путей и сильному отравлению.

Инструкция по применению

В медицине

Для антисептического спринцевания в 1 литре воды разводят 1 столовую ложку кристаллов медного купороса. Затем столовую ложку этого раствора смешивают с 500 мл кипячёной воды, Спринцевание проводят раз в неделю. В зависимости от желаемого результата и симптомов частота может быть иной.

При экземе и грибке используют мазь на основе сернокислой меди. В вазелине растворяют предварительно просеянные несколько раз через марлю кристаллы, затем наносят на поражённый участок кожи и втирают. Применяют по мере появления признаков заболевания.

Для профилактики онкологии средство принимают перорально. Готовят раствор сульфата меди, в котором на 500 мл добавляют щепотку порошка медного купороса, настаивают его и употребляют раз в неделю натощак.

При отравлениях принимают 15-50 мл 1%-го водного раствора сульфата меди однократно. Для промывания ожогов и гнойных ран следует использовать 5%-ый раствор сульфата меди.

Раствор сульфата меди

В садоводстве

Опрыскивание раствором лучше проводить ранним утром или вечером, когда солнечные лучи уже менее активны, чтобы предотвратить ожоги. В качестве антисептика раствор сульфата меди применяется по мере необходимости, дозирование вещества в растворе для различных культур отличается

Для обеззараживания и заживления ран и трещин коры следует применять 1% раствор сульфата меди.

Чтобы улучшить всхожесть и выживаемость сеянцев семена перед посадкой предварительно замачивать на 15 минут в 0,1% растворе сульфата меди. Для дезинфекции корней и луковиц декоративных цветков их замачивают на 3 минуты в 1% растворе сернокислой меди.

Внекорневая подкормка проводится очень слабым раствором соединения. Для опрыскивания всех видов культурных растений используется концентрация 0,01% – 0,02% (1-2 гр на 10 литров). Корневое удобрение чаще всего представлено в сухом виде: 1 гр сульфата меди на 1 м². Подкармливают весной, плодовые деревья и кустарники – до распускания листьев, томаты и картофель непосредственно перед посадкой.

На основе сульфата меди готовят бордоскую жидкость. Она продаётся в готовом виде, но можно приготовить её самостоятельно:

1. 100 гр негашеной извести разводят в 5 литрах воды.
2. В горячей воде растворяют 100 гр сульфата меди, заливают 5 литрами воды.
3. Раствор сернокислой меди вливают в негашеную известь при постоянном перемешивании.

Жидкость имеет голубоватый цвет слабощелочную реакцию, обладает сильными фунгицидными и бактерицидными свойствами.

В других сферах

В строительстве для защиты древесины от гниения её обрабатывают 10% раствором сульфата меди. Для того чтобы уберечь воду в бассейне от цветения, нужно знать его объём в кубических метрах. На 1 м³ добавляют 0,9 г сернокислой меди. Порядок действий при очистке воды:

1. Смешать нужное количество медной соли серной кислоты с солью в соотношении 1к 3.
2. Залить смесь 3-5 литрами чистой воды, размешать до растворения.
3. Мелкими порциями заливают в бассейн вручную или с помощью циркуляторной системы.
4. Оставляют настаиваться на сутки.

Процедуру проводят не чаще 1 раза в 2 недели.

Класс опасности и токсичности, хранение

Сульфат меди малотоксичен, относится к 3 классу опасности. При работе с ним следует соблюдать меры личной безопасности: работать в перчатках и маске. Готовый раствор не подлежит хранению, его нужно применять сразу.

Порошок сернокислой меди рекомендуется хранить в тщательно защищённом от влаги месте, при температуре не выше 40 °С, относительной влажности не более 75%, вдали от пищевых продуктов и других лекарств. Срок годности – 2 года.

Где купить и сколько стоит сульфат меди

Медный купорос продаётся в магазинах, специализирующихся на садоводстве. Упаковка 100 гр стоит от 65 рублей. Оптом его продают заводы-производители, цена за 1 кг – от 120 рублей. Сульфат меди продаётся в аптеках, стоимость его за упаковку 500 гр составляет 460-640 рублей.

Заключение

Сульфат меди – это неорганическая медная соль серной кислоты, которая обладает выраженными антисептическими, фунгицидными свойствами. Благодаря этому соединение применяется в медицине, ветеринарии, садоводстве, в строительстве и многих других сферах. Ранее сернокислая медь использовалась как пищевая добавка, но из-за горького вкуса утратила значимость.