Sulfato

anión

Los sulfatos son las sales o los ésteres provenientes del ácido sulfúrico.[1]​ Contienen como unidad común un átomo de azufre en el centro de un tetraedro que consiste en cuatro átomos de oxígenosulfato. Sales, ácidos derivados y peróxidos de sulfato se usan habitualmente en distintas industrias.

Estructura del ion sulfato.

Los sulfatos inorgánicosEditar

Los sulfatos inorgánicos son las sales del ácido sulfúrico. En la naturaleza se encuentran en forma de yeso, o aljez, (sulfato de calcio dihidratado CaSO4 · 2 H2O), baritina (sulfato de bario) o sulfato de sodio (Na2SO4). Cuando entran en contacto con el oxígeno del aire, por oxidación, se forman de los sulfuros otros elementos.

SíntesisEditar

La mayor parte de los sulfatos son generados a partir de una base y del ácido sulfúrico o por reacción del ácido sulfúrico con el metal esto puede generar trasplantes en el átomo de oxígeno.

AplicacionesEditar

Las aplicaciones de los sulfatos suelen variar enormemente según el metal al que están unidos. Así el sulfato sódico, por ejemplo, se utiliza en la fabricación del vidrio, como aditivo en los detergentes, etc.; el sulfato de cobre se aprovecha en la fabricación de la viscosa según un determinado proceso, en la fabricación de fertilizantes, se usa también como pesticida, etc.

Yeso y Barita se utilizan en la construcción y como aditivos en la fabricación de papel y cartulina. El sulfato de bario también se utiliza en medicina para realizar radiografías de contraste.

Los sulfatos son parte esencial de unas sales dobles como los alumbres de fórmula general AB(SO4)2 · 12 H2O, siendo A y B cationes con carga +1 y +3 respectivamente. La más conocida es la alumbre de sodio formada con Sodio y Aluminio.

AnalíticaEditar

Los sulfatos solubles precipitan en presencia de cloruro de bario incluso de solución ácida en forma de sulfato de bario (BaSO4) como sólido blanco. Si al mismo tiempo hay permanganato presente este puede ser incluido en el precipitado dándole un color ligeramente rosáceo.

Con sodio metálico es reducido al sulfuro (Cuidado: reacción muy violenta) y puede ser determinado como tal.

Sulfatos orgánicosEditar

Los sulfatos orgánicos son ésteres del ácido sulfúrico con la fórmula genérica R–O–SO2–O–R'. Se pueden formar directamente del alcohol correspondiente y del ácido sulfúrico o del trióxido de azufre o a partir del alcohol y el cloruro de sulfurilo (Cl2SO2) en presencia de una base.[1]

Se trata de sustancias probablemente cancerígenas.

El sulfato orgánico más conocido es el sulfato de dimetilo (CH3)2SO4 que se utiliza en algunas reacciones de metilación.

LigadurasEditar

 
Dos modelos del ion sulfato.
1 solo con los enlaces polares covalentes; 2 con un enlace iónico
 
Seis resonancias.

La primera descripción de los enlaces en términos modernos fue realizada por Gilbert Lewis es su trabajo seminal de 1916 donde describió los enlaces en función de octetos de electrones altrededor de cada átomo, o sea no enlaces dobles y carga formal de +2 en el átomo de azufre. [2][3]

Posteriormente, Linus Pauling utilizó la teoría de enlaces de valencia para proponer que los canónicos de resonancia más significativos tenían dos pi bonds que utilizaban orbitales d. Su razonamiento era que la carga del azufre era pequeña, de acuerdo a su principio de electroneutralidad.[4]​ La longitud del enlace S−O es 149 pm y es menor que la longitud de los enlaces en el ácido sulfúrico que es 157 pm para S−OH. El doble enlace fue tomado por Pauling para explicar la brevedad del enlace S-O. El uso de Pauling de los orbitales d provocó un debate sobre la importancia relativa del enlace Pi y la polaridad del enlace (atracción electrostática) en la causa del acortamiento del enlace S-O. El resultado fue un amplio consenso de que los orbitales d desempeñan un papel, pero no son tan importantes como Pauling había creído.[5][6]

Presencia en la naturalezaEditar

Las bacterias reductoras de sulfatos, algunos microorganismos anaerobios, como los que viven en los sedimentos o cerca de los respiraderos térmicos de las profundidades marinas, utilizan la reducción de los sulfatos unida a la oxidación de los compuestos orgánicos o del hidrógeno como fuente de energía para quimiosíntesis.

HistoriaEditar

Los alquimistas ya conocían algunos sulfatos. Las sales de vitriolo, del latín vitreolum, vidrioso, fueron llamadas así porque fueron algunos de los primeros cristales transparentes conocidos.[7]​ El vitriolo verde es el sulfato de hierro(II) heptahidratado, FeSO4-7H2O; el vitriolo azul es el sulfato de cobre(II) pentahidratado, CuSO4-5H2O y el vitriolo blanco es el sulfato de zinc heptahidratado, ZnSO4-7H2O. El alumbre, un sulfato doble de potasio y aluminio con la fórmula K2Al2(SO4)4-24H2O, figuró en el desarrollo de la industria química.

Efectos en el medio ambienteEditar

Los sulfatos se presentan como partículas microscópicas (aerosoles) resultantes de la combustión de combustibles fósiles y biomasa. Aumentan la acidez de la atmósfera y forman la lluvia ácida. Las bacterias anaerobias reductoras de sulfato Desulfovibrio desulfuricans y D. vulgaris pueden eliminar la costra negra de sulfato que a veces empaña la superficie de ciertos edificios. [8]

Efectos principales sobre el climaEditar

El principal efecto directo de los sulfatos sobre el clima es la dispersión de la luz, lo que aumenta el albedo de la Tierra. Este efecto se conoce medianamente bien y conduce a un enfriamiento del forzamiento radiativo negativo de unos 0,4 W/m2 en relación con los valores preindustriales,[9]​ compensando parcialmente el mayor efecto de calentamiento (unos 2,4 W/m2) de los gases de efecto invernadero. El efecto es muy poco uniforme desde el punto de vista espacial, y es mayor en las grandes zonas industriales.[10]

El primer efecto indirecto también se conoce como efecto Twomey. Los aerosoles de sulfato pueden actuar como núcleos de condensación de las nubes, lo que da lugar a un mayor número de gotas de agua más pequeñas. Muchas gotas más pequeñas pueden difundir la luz de forma más eficaz que unas pocas gotas más grandes. El segundo efecto indirecto son los efectos secundarios de tener más núcleos de condensación de nubes. Se ha propuesto que estos efectos incluyen la supresión de la llovizna, el aumento de la altura de las nubes, para facilitar la formación de nubes a bajas humedades y una mayor duración de las mismas. El sulfato también puede dar lugar a cambios en la distribución del tamaño de las partículas, lo que puede afectar a las propiedades radiativas de las nubes de formas que no se comprenden completamente. Los efectos químicos como la disolución de gases solubles y sustancias poco solubles, la depresión de la tensión superficial por sustancias orgánicas y los cambios en el coeficiente de acomodación también se incluyen en el segundo efecto indirecto.[11]

Los efectos indirectos consisten en probablemente un efecto de enfriamiento, quizás de hasta 2 W/m2, aunque la incertidumbre es muy grande. Los sulfatos están por tanto implicados en el oscurecimiento global. El sulfato es también el principal contribuyente al aerosol estratosférico formado por la oxidación del dióxido de azufre inyectado en la estratosfera por volcanes impulsivos como la erupción del Monte Pinatubo en Filipinas en 1991. Este aerosol ejerce un efecto de enfriamiento sobre el clima durante su vida de 1 a 2 años sobre la estratosfera.

ReferenciasEditar

  1. a b Perry's Chemical Engineer's Handbook 8th Edition. Robert H. Perry (Editor), Don W. Green (Editor). 2400 páginas, ISBN 0071422943, ISBN 978-0071422949
  2. Lewis, Gilbert N. (1916). «The Atom and the Molecule». J. Am. Chem. Soc. 38 (4): 762-785. doi:10.1021/ja02261a002.  (Ver pag 778.)
  3. Lewis assigned to sulfur a negative charge of two, starting from six own valence electrons and ending up with eight electrons shared with the oxygen atoms. In fact, sulfur donates two electrons to the oxygen atoms.
  4. Pauling, Linus (1948). «The modern theory of valency». J. Chem. Soc. 17: 1461-1467. PMID 18893624. doi:10.1039/JR9480001461. 
  5. Coulson, C. A. (1969). «electrones d y enlace molecular». Nature 221 (5186): 1106. Bibcode:.1106C 1969Natur.221 .1106C. S2CID 4162835. doi:10.1038/2211106a0. 
  6. Mitchell, K. A. R. (1969). «Uso de los orbitales d externos en los enlaces». Chem. Rev. 69 (2): 157. doi:10.1021/cr60258a001. 
  7. Taylor, F. Sherwood (1942). Inorganic and Theoretical Chemistry (6th edición). William Heinemann. 
  8. Andrea Rinaldi (Nov 2006). «Saving a fragile legacy. Biotechnology and microbiology are increasingly used to preserve and restore the worlds cultural heritage». EMBO Reports 7 (11): 1075-1079. PMC 1679785. PMID 17077862. doi:10.1038/sj.embor.7400844. 
  9. Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). «Chapter 2: Changes in Atmospheric Constituents and Radiative Forcing». Working Group I: The Scientific Basis. 
  10. «Current sulfate distribution in the atmosphere». 
  11. Rissman, T. A.; Nenes, A.; Seinfeld, J. H. (2004). «Chemical Amplification (Or Dampening) of the Twomey Effect: Conditions Derived from Droplet Activation Theory». Journal of the Atmospheric Sciences (en inglés) 61 (8): 919. Bibcode:2004JAtS...61..919R. ISSN 1520-0469. doi:10.1175/1520-0469(2004)061<0919:CAODOT>2.0.CO;2.