סולפט

סולפט
שם סיסטמטי	Sulfate
שמות נוספים	Sulphate
מסה מולרית	96.06 גרם/מול
מספר CAS	14808-79-8

בכימיה, סולפט (בעברית: גופרה) הוא מלח, רדיקל או אסטר של חומצה גופרתית.

תכונות כימיות

יון הסולפט הוא אניון רב-אטומי (פוליאטומי), בעל נוסחת המבנה ²⁻S O₄ ומשקל מולקולרי 96.06 דלטון; הוא מורכב מאטום גופרית מרכזי, המוקף ארבעה אטומי חמצן שקולים (אקוויוולנטיים) בתצורה טטרהדרלית. יון הסולפט נושא מטען שלילי 2-, והוא הבסיס המצומד של יון הביסולפט (מימן סולפט) ⁻HSO₄, שהוא בעצמו הבסיס המצומד של חומצה גופרתית, H₂SO₄. סולפטים אורגניים, כמו דימתיל סולפט, הן תרכובות קוולנטיות, אסטרים של חומצה גופרתית.

הכנה

קיימות מספר שיטות להכנת סולפטים יוניים, ביניהן:^[1]

המסת מתכת בחומצה גופרתית
תגובה של חומצה גופרתית עם הידרוקסיד מתכת, או תחמוצת מתכת
חמצון של סולפיד או סולפיט מתכת

תכונות

קיימות דוגמאות רבות לסולפטים יוניים, ולרבים מהם מסיסות גבוהה במים. בין היוצאים מן הכלל ניתן למנות את סידן סולפט, סטרונציום סולפט ובריום סולפט, להם מסיסות נמוכה. תרכובת הבריום שימושית במיוחד לאנליזה גרווימטרית של סולפט: מוסיפים, לדוגמה, תמיסת בריום כלוריד לתמיסה שאולי מכילה יוני סולפט. הופעת משקע לבן, בריום סולפט, מעידה על נוכחות יוני סולפט בתמיסה (ייתכנו גם משקעים אחרים, ולכן זו אינה בדיקה חד משמעית). בעזרת סינון, ייבוש ושקילת המשקע ניתן למצוא את ריכוז הסולפט בתמיסה.

יון הסולפט יכול להגיב כליגנד, וליצור קשר אטום חמצן אחד (ליגנד מונודנטטי) או שניים (בידנטטי), בתור קלאטור או גשר.^[1] דוגמה לכך היא הקומפלקס המתכתי הנייטרלי PtSO₄P(C₆H₅)₃₂, בו יון הסולפט פועל כליגנד בידינטטי. לקשר המתכת-חמצן בקומפלקסי סולפט אופי קוולנטי משמעותי.

מבנה וקישור

אורך הקשר חמצן-גופרית הוא 149 פיקומטר, והוא קצר מהצפוי עבור קשר S-O יחיד; לדוגמה, אורכי הקשר בחומצה גופרתית הם 157 פיקומטר לקשר S-OH. הגאומטריה הטטרהדרלית של היון תואמת לצפוי על פי מודל VSEPR.

גילברט לואיס היה הראשון לתאר את הקישור במולקולה במונחים מודרניים, במאמר פורץ דרך משנת 1916. במאמר תיאר את הקישור במונחים של שמיניית (אוקטט) אלקטרונים סביב כל אטום (כלומר, ללא קשרים כפולים) ועם מטען פורמלי של 2+ על אטום הגופרית.^[2]

מאוחר יותר השתמש לינוס פאולינג בתאוריית קשר ערכיות להציע כי לשני מצבי הרזוננס העיקריים שני קשרי π המערבים אורביטלי d. ההגיון מאחורי הצעה זו היה שבצורה זו מוקטן המטען על אטום הגופרית, בהתאם לעקרון האלקטרונייטרליות שניסח.^[3] לפי פאולינג, האופי החלקי של קשר כפול הוא העומד מאחורי האורך הקצר יחסית של קשר החמצן-גופרית.

השימוש שעשה פאולינג באורביטלי d עורר דיון בשאלת החשיבות היחסית של קישור π וקוטביות קשרים (משיכה אלקטרוסטטית) בתור גורמים לקיצור הקשר S-O. תוצאת הדיון הייתה הסכמה רחבה שאורביטלי d משחקים תפקיד, אך חשיבותם פחותה ממה שחשב פאולינג.^[4]^[5] התיאור הנפוץ מערב קשרי pπ - dπ, כפי שהציע לראשונה D.W.J Cruickshank - בתיאור זה אורביטלי p מאוכלסים במלואם של אטום החמצן עוברים חפיפה עם אורביטלי d ריקים של אטום הגופרית (בעיקר אורביטלי d_z² ו-d_x²-y²).^[6] בתיאור זה יש אופי π מסוים לקשרים, אך לקשר אופי יוני משמעותי. הסבר זה מוצג בכמה ספרי לימוד עכשוויים.^[6]^[1] התיאור של פאולינג עבור סולפט ותרכובות קבוצה ראשית וחמצן אחרות מוצג גם הוא בספרי לימוד רבים.^[6]^[1]

שימושים

לסולפטים תפקיד חשוב בתעשייה הכימית ובמערכות ביולוגיות. לדוגמה:

סוללת עופרת-חומצה משתמשת בדרך כלל בחומצה גופרתית.
מספר מיקרואורגניזמים אנארוביים, כמו אלה החיים בקרבת פתחים געשיים בקרקעית הים (Black smoker או thermal vent) משתמשים בסולפטים כקולטי אלקטרונים.
נחושת גופרתית היא קוטל אצות נפוץ.
מגנזיום גופרתי, הידוע גם בשם "מלחי אפסום", משמש בין השם כמלח אמבט.
גבס, הצורה המינרלית הטבעית של סידן גופרתי, משמש רבות בבנייה.
יון הסולפט משמש כיון נגדי לכמה תרופות קטיוניות.
גופרת הברזל משמשת לטיפול בתחלואי צמחים, ולייצור דיו לסופרי סת"ם. כיום דיו זה נחשב נחות מפני שהוא משנה את צבעו עם הזמן, עקב חימצון הברזל.
אמוניום סולפט מהווה דשן נפוץ.

היסטוריה

מספר סולפטים היו ידועים לאלכימאים. מלחי ויטריול, מלטינית vitreolum, "זכוכיתי", נקראו בשם זה כיוון שהיו הגבישים השקופים הראשונים שהתגלו.^[7] ויטריול ירוק הוא ברזל גופרתי שבע-הידרט FeSO₄·7H₂O; ויטריול כחול הוא נחושת גופרתית חמש-הידרט CuSO₄·5H₂O וויטריול לבן הוא אבץ גופרתי שבע-הידרט ZnSO₄·7H₂O. אלום הוא דו-סולפט בעל נוסחת המבנה K₂Al₂(SO₄)₄·24H₂O, ושיחק תפקיד חשוב בהתפתחות התעשייה הכימית.

השפעות סביבתיות

סולפטים מופיעים באוויר בצורת חלקיקים מיקרוסקופיים (אירוסולים), ומקורם בבעירה של דלק מאובנים וביומסה. בין השאר, הם מגבירים את חומציות האטמוספירה, ויוצרים גשם חומצי.

השפעות אקלימיות עיקריות

ההשפעה הישירה העיקרית של סולפטים על האקלים נובעת מפיזור האור, כלומר הגברה אפקטיבית של האלבדו של כדור הארץ. האפקט מובן היטב, יחסית, ומוביל לקירור ברמה של כ-0.5W/m² ביחס לרמות קדם-תעשייתיות.^[8] אפקט זה מקזז במידת מה את אפקט החימום של גזי חממה, שערכו בערך 2.4W/m² . האפקט אינו-אחיד בכדור הארץ, ומתרכז בעיקר באזורים במורד הרוח מריכוזי תעשייה.

קיימות גם השפעות עקיפות. הראשונה מכונה אפקט טאומי. חלקיקי סולפט יכולים לפעול כמרכזי התגרענות לעננים, דבר המוביל למספר רב יותר של טיפות מים קטנות יותר. טיפות קטנות רבות מפזרות אור ביעילות רבה ממעט טיפות גדולות.

ההשפעה העקיפה השנייה היא למעשה המשך של ההשפעה הראשונה. הוצע שהשפעה זו כוללת הפחתת טפטוף, הגברת גובה העננים,^[9] עידוד היווצרות עננים ברמת לחות נמוכה, וזמני חיים ארוכים יותר לעננים.^[10] קיימות גם השפעות כימיות, כמו המסה של גזים מסיסים וחומרים קשי-תמס, הפחתת מתח פנים על ידי תרכובות אורגניות ועוד. אלה כלולות באפקט השני, ולמעשה מגבירות את הראשון.^[11]

ככל הנראה, להשפעות העקיפות אפקט קירור, ייתכן עד לעוצמה של 2W/m², למרות שאי-הוודאות גדולה מאוד. לכן הסולפטים מוזכרים לעיתים קרובות כאחראים (חלקיים, לפחות) לתופעת העמעום העולמי, שייתכן שקיזזה חלקית את השפעות ההתחממות העולמית.

תחמוצות גופרית יוניות אחרות (אוקסואניונים)

שם	נוסחת מבנה
פרוקסומונוסולפט	²⁻SO₅
סולפט	²⁻SO₄
סולפיט	²⁻SO₃
פרוקסודיסולפט	²⁻S₂O₈
פירוסולפט	²⁻S₂O₇
דיתיונט	²⁻S₂O₆
מטאביסולפיט	²⁻S₂O₅
דיתיוניט	²⁻S₂O₄
תיוסולפט	²⁻S₂O₃
טטרתיונט	²⁻S₄O₆

ראו גם

סולפונט

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא סולפט בוויקישיתוף

הערות שוליים

^ ¹ ² ³ ⁴ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
^ The Atom and the Molecule by Gilbert N. Lewis Journal of the American Chemical Society Volume 38, 1916, pages 762-786
^ The modern theory of valency Linus Pauling J. Chem. Soc., 1948, 1461 - 1467,
^ C. A. Coulson, Nature, 221, 1106 (1969)
^ K. A. R. Mitchell, Chem. Rev., 69, 157 (1969)
^ ¹ ² ³ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1966). Advanced Inorganic Chemistry (2d Edn.). New York:Wiley.
^ Inorganic and Theoretical Chemistry F.Sherwood Taylor 6th Edition (1942) William Heinemann
^ Figure 3: The global mean radiative forcing of the climate system for the year 2000, relative to 1750. Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis. IPCC.
^ Pincus & Baker 1994
^ Albrecht 1989
^ Chemical Amplification (or dampening) of the Twomey Effect: Conditions derived from droplet activation theory. T.A. Rissman, A. Nenes, J.H. Seinfeld.

[greenwood-1] ¹ ² ³ ⁴ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

[2] The Atom and the Molecule by Gilbert N. Lewis Journal of the American Chemical Society Volume 38, 1916, pages 762-786

[3] The modern theory of valency Linus Pauling J. Chem. Soc., 1948, 1461 - 1467,

[4] C. A. Coulson, Nature, 221, 1106 (1969)

[5] K. A. R. Mitchell, Chem. Rev., 69, 157 (1969)

[cotton-6] ¹ ² ³ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1966). Advanced Inorganic Chemistry (2d Edn.). New York:Wiley.

[7] Inorganic and Theoretical Chemistry F.Sherwood Taylor 6th Edition (1942) William Heinemann

[8] Figure 3: The global mean radiative forcing of the climate system for the year 2000, relative to 1750. Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis. IPCC.

[9] Pincus & Baker 1994

[10] Albrecht 1989

[11] Chemical Amplification (or dampening) of the Twomey Effect: Conditions derived from droplet activation theory. T.A. Rissman, A. Nenes, J.H. Seinfeld.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]