Siarczany
Siarczany są solami kwasu siarkowego. Dlatego we wzorze cząsteczkowym mają one zawsze anion siarczanowy [HSO4]-. Estry kwasu siarkowego są również zaliczane do siarczanów. Anion siarczanowy, podobnie jak podstawowy budulec krzemianów, zbudowany jest w formie czworościanu foremnego.
W chemii rozróżnia się tak zwane siarczany pierwotne (siarczany wodoru) i siarczany wtórne. Alternatywne nazwy dla pierwotnego siarczanu są również “siarczan kwasu” lub “bisiarczan”, wtórny siarczan jest czasami nazywany “neutralny” lub “normalny” siarczan w chemii. Wiele substancji występuje w obu wariantach – na przykład jako wodorosiarczan sodu (pierwotny, NaHSO4) i jako siarczan sodu (wtórny, Na2SO4).
Oprócz siarczanów pierwszo- i drugorzędowych należy wyróżnić także ałuny, witriole, kompleksy siarczanowe oraz estry siarczanowe jako grupę specjalną.
Ałuny są zawsze podwójnymi solami składającymi się z jedno- i trójwartościowych kationów i podwójnego anionu siarczanowego (np. siarczan glinowo-potasowy). Witriole, z drugiej strony, zawierają dwuwartościowe metale podgrupy i jednocześnie wodę krystalizacyjną.
Kompleksy reprezentują specjalną kombinację molekuł. Oprócz cząsteczki centralnej (w niektórych przypadkach możliwe jest istnienie kilku cząsteczek centralnych), istnieje kilka ligandów, które są zazwyczaj połączone specjalnymi wiązaniami (wiązaniami koordynacyjnymi zamiast zwykłych wiązań kowalencyjnych).
Estry kwasu siarkowego są często znanymi środkami powierzchniowo czynnymi, takimi jak laurylosiarczan sodu. Charakteryzują się zawartością soli kwasu sulfonowego oraz dłuższymi resztami węglowodorowymi w swojej strukturze. Laurylosiarczan sodu jest chemicznie siarczanem alkoholu tłuszczowego.
Podstawowe właściwości siarczanów
Większość siarczanów jest rozpuszczalna w wodzie. Jedynie siarczany metali ziem alkalicznych (siarczan wapnia, siarczan baru, siarczan radu, siarczan ołowiu(II), siarczan strontu) są trudne do rozpuszczenia.
Są one bardzo stabilne termicznie, podobnie jak siarczany alkaliczne (siarczan sodu, siarczan potasu, siarczan litu, siarczan rubidu, siarczan cezu). Natomiast siarczany jonów metali trójwartościowych rozkładają się pod wpływem ciepła do odpowiedniego tlenku i trójtlenku siarki.
Występowanie i powstawanie siarczanów w przyrodzie
Wiele minerałów występujących w przyrodzie to siarczany metali, np. siarczan wapnia, który tworzy gips z zawartą w nim wodą krystalizacyjną, oraz anhydryt bez wody krystalizacyjnej. Minerał espsomit (siarczan magnezu) jest bardziej znany pod nazwą soli Epsom. Stosowany jest w medycynie jako środek przeczyszczający, ale także jako nawóz i środek osuszający. Tak zwany baryt (baryt) składa się z siarczanu baru lub siarczanu strontu).
W przyrodzie siarczany często powstają, gdy siarczki (sole siarkowodoru) są przekształcane w siarczany lub gdy niektóre bakterie przekształcają zasiarczony materiał organiczny (np. pozostałości białek w martwych zwierzętach i roślinach).
Siarczan w wodzie pitnej
Siarczany są obecne w postaci rozpuszczonej w większości wód pitnych. Jest to w zasadzie nieszkodliwe, woda pitna bez siarczanów nie musi być. Siarczan jest jedną z substancji niezbędnych dla naszego organizmu (budowanie białek, wzmacnianie i wzrost chrząstek, pobudzanie przepływu żółci, a tym samym trawienia).
Zbyt duża ilość może być jednak szkodliwa, z jednej strony dla rur, które w wyniku tego bardziej korodują, a z drugiej strony ze względu na efekt przeczyszczający, jaki może mieć woda o zbyt wysokiej zawartości siarczanów. Szczególnie niemowlęta są wrażliwe nawet na niewielkie ilości. Woda pitna, która zawiera zbyt dużo siarczanów ma również gorzki smak (siarczan wapnia i siarczan magnezu, sól Epsom, to najczęściej występujące siarczany w wodzie).
Z tego powodu ustawodawca określił w rozporządzeniu o wodzie pitnej wartość graniczną dla zawartości siarczanów na 250 mg/l. Jeśli zawartość przekracza ten poziom, siarczany są usuwane podczas uzdatniania wody w zakładzie wodociągowym, a urząd zdrowia jest o tym natychmiast informowany.
Wyższe zawartości siarczanów w wodzie pitnej mogą występować np. na obszarach wydobycia węgla, gdzie wody gruntowe są często obniżane do warstw pirytonośnych, z których siarczany następnie rozpuszczają się w wodzie.
Proste dowody na obecność siarczanów można uzyskać za pomocą chlorku baru w kwasie chlorowodorowym, ale metody miareczkowania są zawsze używane w chemii do określania ilości.
Wniosek
Siarka jest lepsza niż jej reputacja – i nie można sobie wyobrazić przyrody bez związków siarczanowych. Nie tylko wiele znanych minerałów jest siarczanami, ale także wiele ważnych środków powierzchniowo czynnych, które stosujemy w prawie wszystkich produktach higieny osobistej. Siarczan jest nieszkodliwy w wodzie pitnej, przestrzeganie obowiązujących wartości granicznych jest kontrolowane przez wodociągi.