सल्फेट

सल्फेट या सल्फेट आयन अनुभवजन्य सूत्र SO2−4 के साथ बहुपरमाणुक आयन ऋणात्मक आयन देता है। क्षार तथा अम्ल के अन्य स्वरूपों और सल्फेट के पेरोक्साइड उद्योग में व्यापक रूप से इसका उपयोग किया जाता हैं। सल्फेट्स को दैनिक जीवन में व्यापक रूप से उपयोग में लाया जाता हैं। सल्फेट के सल्फ्यूरिक अम्ल के नमक रसायन में लवण होते हैं और उसे अम्ल के साथ तैयार किए जाते हैं।

वर्तनी

"सल्फेट" शुद्ध और व्यावहारिक रसायन के अंतर्राष्ट्रीय संघ द्वारा अनुशंसित वर्तनी है, किन्तु पारंपरिक रूप से ब्रिटिश अंग्रेजी में "सल्फेट" का उपयोग किया जाता था।

संरचना

सल्फेट आयनों में चतुर्पाश्वीय टेट्राहेड्रल व्यवस्था में चार समकक्ष ऑक्सीजन परमाणुओं से घिरा केंद्रीय गंधक परमाणु होता है। समरूपता मीथेन के समान होते है। सल्फर परमाणु +6 ऑक्सीकरण अवस्था में होती है जबकि चार ऑक्सीजन परमाणु -2 अवस्था में होती हैं। सल्फेट आयन -2 का समग्र आवेश (भौतिकी) वहन करता है और यह बाइसल्फेट (या हाइड्रोजनसल्फेट) आयन HSO−4, का संयुग्मी आधार पर होता है। जो इसके लिए H₂SO₄, सल्फ्यूरिक एसिड का संयुग्म आधार पर होते है।। कार्बनिक सल्फेट एस्टर, जैसे डाइमिथाइल सल्फेट, सल्फ्यूरिक एसिड के सहसंयोजक यौगिक और एस्टर हैं। सल्फेट आयन की टेट्राहेड्रल आणविक ज्यामिति VSEPR सिद्धांत द्वारा अनुमानित किया जाता है।

संयोजक्ता

सल्फेट आयन के दो मॉडल।
1 रासायनिक ध्रुवता के साथ ध्रुवीय अणु बंधन केवल; 2 आयोनिक बंध के साथ

छह अनुनाद

आधुनिक शब्दों में आबंधन का पहला विवरण गिल्बर्ट एन. लुईस द्वारा 1916 के अपने ग्राउंडब्रेकिंग पेपर में किया गया था, जहां उन्होंने प्रत्येक परमाणु के चारों ओर इलेक्ट्रॉन ऑक्टेट के संदर्भ में आबंधन का वर्णन किया था, यह कोई दोहरा बंधन नहीं है और सल्फर परमाणु पर +2 का औपचारिक आवेश होते है।^[1]^{[lower-alpha 1]}

बाद में, लिनस पॉलिंग ने वैलेंस बांड सिद्धांत का उपयोग किया, यह प्रस्तावित करने के लिए कि सबसे महत्वपूर्ण अनुनाद (रसायन विज्ञान) में डी ऑर्बिटल्स से जुड़े दो पीआई बंधन होते थे।उनका यह तर्क था कि पॉलिंग के इलेक्ट्रोन्यूट्रलिटी के सिद्धांतों के अनुसार, सल्फर पर चार्ज इस प्रकार कम हो गया था।^[2] 149 pm की S−O बंध लंबाई S−OH के लिए 157 pm की सल्फ्यूरिक अम्ल में बंध की लंबाई से कम होती है। डबल संयोजक्ता को पॉलिंग ने S−O संयोजकता की कमी को ध्यान में रखते हुए लिया जाता था। पॉलिंग के डी-ऑर्बिटल्स के उपयोग ने S=O बांड को छोटा करने के लिए P संयोजक्ता और संयोजकता ध्रुवीयता (इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण) के सापेक्ष महत्व पर बहस छेड़ दी गयी थी। परिणाम व्यापक सहमती होती थी कि डी ऑर्बिटल्स भूमिका निभाते हैं, किन्तु यह उतना महत्वपूर्ण नहीं है जितना पॉलिंग ने माना था।^[3]^[4]एक व्यापक रूप से स्वीकृत विवरण जिसमें pπ - dπ संयोजक्ता सम्मलित है, प्रारंभ में ड्यूरवर्ड विलियम जॉन क्रुकशांक द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल में, ऑक्सीजन पर पूरी तरह से अधिकार दिया गया था,और पी ऑर्बिटल्स खाली सल्फर डी ऑर्बिटल्स (मुख्य रूप से D_z² और D_x²–y²) के साथ ओवरलैप करते हैं।^[5] चूँकि, इस विवरण में, S−O बांड में कुछ π वर्ण होने के अतिरिक्त , बांड में महत्वपूर्ण आयनिक चरित्र है। सल्फ्यूरिक एसिड के लिए, कम्प्यूटेशनल विश्लेषण (प्राकृतिक संयोजकता ऑर्बिटल्स के साथ) सल्फर (सैद्धांतिक रूप से +2.45) और कम 3डी अधिभोग पर स्पष्ट सकारात्मक चार्ज की पुष्टि करता है। इसलिए, चार एकल बांडों के साथ प्रतिनिधित्व इष्टतम लुईस संरचना है अतिरिक्त दो दोहरे बांडों के साथ (इस प्रकार लुईस मॉडल, पॉलिंग मॉडल नहीं)।^[6] इस मॉडल में, संरचना ऑक्टेट नियम का पालन करती है और चार्ज वितरण परमाणुओं की वैद्युतीयऋणात्मकता के अनुरूप है। सल्फ्यूरिक एसिड में S−O संयोजकता लंबाई और सल्फ्यूरिक एसिड में S−OH संयोजकता लंबाई के बीच विसंगति को सल्फ्यूरिक एसिड में टर्मिनल S=O संयोजकता से पी-ऑर्बिटल इलेक्ट्रॉनों के दान द्वारा समझाया गया है, एंटीबॉन्डिंग S−OH ऑर्बिटल्स में, उन्हें कमजोर करने के परिणामस्वरूप उत्तरार्द्ध की लंबी बंधन लंबाई होती है।

चूंकि, ऑक्सीजन के साथ सल्फेट और अन्य मुख्य समूह यौगिकों के लिए पॉलिंग का बंधन प्रतिनिधित्व अभी भी कई पाठ्यपुस्तकों में बंधन का प्रतिनिधित्व करने का आम विधिहै।^[5]^[7]स्पष्ट विरोधाभास को साफ किया जा सकता है यदि किसी को पता चलता है कि लुईस संरचना में सहसंयोजक बंधन डबल संयोजकता वास्तव में उन बांडों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो ऑक्सीजन परमाणु की ओर 90% से अधिक ध्रुवीकृत होते हैं। दूसरी ओर, द्विध्रुवीय बंधन वाली संरचना में, आवेश ऑक्सीजन पर अकेले जोड़े के रूप में स्थानीयकृत होता है।^[6]

तैयारी

धातु सल्फेट्स तैयार करने के तरीकों में सम्मलित हैं:^[7]

सल्फ्यूरिक एसिड के साथ धातु, धातु हाइड्रॉक्साइड, धातु कार्बोनेट या धातु ऑक्साइड का इलाज करना

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2 H₂O

CdCO₃ + H₂SO₄ → CdSO₄ + H₂O + CO₂

धातु सल्फाइड या सल्फाइट्स का ऑक्सीकरण

गुण

आयनिक सल्फेट के कई उदाहरण हैं, जिनमें से कई पानी में अत्यधिक घुलनशील हैं। अपवादों में कैल्शियम सल्फेट, स्ट्रोंटियम सल्फेट, लेड (II) सल्फेट और बेरियम सल्फ़ेट सम्मलित हैं, जो खराब घुलनशील हैं। रेडियम सल्फेट ज्ञात सबसे अघुलनशील सल्फेट है। बेरियम व्युत्पन्न सल्फेट के ग्रेविमीट्रिक विश्लेषण में उपयोगी है: यदि कोई अधिकांश बेरियम लवणों का घोल जोड़ता है, उदाहरण के लिए बेरियम क्लोराइड, सल्फेट आयनों वाले घोल में, बेरियम सल्फेट सफेद पाउडर के रूप में घोल से बाहर निकल जाएगा। सल्फेट आयन उपस्तिथ हैं या नहीं यह निर्धारित करने के लिए यह सामान्य प्रयोगशाला परीक्षण है।

सल्फेट आयन या तो ऑक्सीजन (मोनोडेंटेट) या दो ऑक्सीजेन द्वारा केलेट या पुल के रूप में संलग्न लिगैंड के रूप में कार्य कर सकता है।^[7]एक उदाहरण जटिल है Co(en)₂(SO₄)]⁺Br⁻^[7]या तटस्थ धातु परिसर PtSO₄(PPh₃)₂] जहां सल्फेट आयन denticity लिगैंड के रूप में कार्य कर रहा है। सल्फेट परिसरों में धातु-ऑक्सीजन बंधनों में महत्वपूर्ण सहसंयोजक चरित्र हो सकते हैं।

उपयोग और घटना

वाणिज्यिक अनुप्रयोग

नैपसेक स्प्रेयर (थैला स्प्रेयर) से सब्जियों पर सल्फेट का छिड़काव किया जाता है। नृवंशविज्ञान के वैलेंसियन संग्रहालय।

सल्फेट्स का व्यापक रूप से औद्योगिक रूप से उपयोग किया जाता है। प्रमुख यौगिकों में सम्मलित हैं:

जिप्सम, हाइड्रेटेड कैल्शियम सल्फेट के प्राकृतिक खनिज रूप का उपयोग प्लास्टर बनाने के लिए किया जाता है। निर्माण उद्योग द्वारा प्रति वर्ष लगभग 100 मिलियन टन का उपयोग किया जाता है।
कॉपर सल्फेट, सामान्य algaecide, अधिक स्थिर रूप (कॉपर (II) सल्फेट या CuSO₄) गैल्वेनिक कोशिकाओं के लिए इलेक्ट्रोलाइट के रूप में प्रयोग किया जाता है।
आयरन (II) सल्फेट, मनुष्यों, जानवरों और पौधों के लिए मिट्टी के लिए खनिज पूरक में आयरन का सामान्य रूप है।
मैग्नीशियम सल्फेट (सामान्यतः एप्सम लवण के रूप में जाना जाता है), उपचारात्मक स्नान में प्रयोग किया जाता है।
लेड (II) सल्फेट, लेड-एसिड बैटरी के डिस्चार्ज के समय दोनों प्लेटों पर उत्पन्न होता है।
सोडियम लौरेठ सल्फेट, या एसएलईएस, शैंपू योगों में सामान्य डिटर्जेंट के रूप में किया जाता हैं।
पॉलीहैलाइट, K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O, उर्वरक के रूप में उपयोग किया जाता है।

प्रकृति में घटना

सल्फेट-कम करने वाले बैक्टीरिया, कुछ अवायवीय सूक्ष्मजीव, जैसे कि तलछट में रहने वाले या गहरे समुद्र के थर्मल वेंट्स के पास, रसायन विज्ञान के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्बनिक यौगिकों या हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण के साथ मिलकर सल्फेट्स की कमी का उपयोग करते हैं।

इतिहास

कुछ सल्फेट्स कीमियागर के लिए जाने जाते थे। लैटिन विट्रोलम, ग्लासी से विट्रियल लवण तथाकथित थे क्योंकि वे कुछ पहले ज्ञात पारदर्शी क्रिस्टल थे।^[8] हरा थोथा लोहा (II) सल्फेट हेप्टाहाइड्रेट है, FeSO₄·7H₂O; नीला थोथा ताँबा (II) सल्फेट पेंटाहाइड्रेट है, CuSO₄·5H₂O और सफेद विट्रियल जिंक सल्फेट हेप्टाहाइड्रेट है, ZnSO₄·7H₂O. फिटकरी, सूत्र के साथ पोटैशियम और अल्युमीनियम का डबल सल्फेट K₂Al₂(SO₄)₄·24H₂O, रासायनिक उद्योग के विकास में लगा दिया गया हैं।

पर्यावरणीय प्रभाव

सल्फेट सूक्ष्म कणों (पार्टिकुलेट) के रूप में होते हैं जो जीवाश्म ईंधन और बायोमास दहन से उत्पन्न होते हैं। वे पृथ्वी के वायुमंडल की अम्लता को बढ़ाते हैं और अम्लीय वर्षा का निर्माण करते हैं। अवायवीय जीव सल्फेट-कम करने वाले बैक्टीरिया डेसल्फोविब्रियो डेसल्फ्यूरिकन्स और डेसल्फोविब्रियो वल्गेरिस|डी। वल्गारिस ब्लैक सल्फेट क्रस्ट को हटा सकता है जो अधिकांशतः इमारतों को कलंकित करता है।^[9]

जलवायु पर मुख्य प्रभाव

सल्फेट एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई 2005 से 2007 औसत

जलवायु पर सल्फेट्स के मुख्य प्रत्यक्ष प्रभाव में प्रकाश का प्रकीर्णन सम्मलित है, जो प्रभावी रूप से पृथ्वी के एलबेडो को बढ़ाता है। यह प्रभाव मध्यम रूप से अच्छी तरह से समझा जाता है और लगभग 0.4 W/m² के नकारात्मक विकिरण बल से शीतलन की ओर जाता है पूर्व-औद्योगिक मूल्यों के सापेक्ष,^[10] आंशिक रूप से बड़े को ऑफसेट करना (लगभग 2.4 W/m²) ग्रीनहाउस गैसों का वार्मिंग पर प्रभाव पड़ा हैं। बड़े औद्योगिक क्षेत्रों के सबसे बड़े डाउनस्ट्रीम होने के कारण इसका प्रभाव स्थानिक रूप से गैर-समान है।^[11]

पहले अप्रत्यक्ष प्रभाव को टूमेई प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है। सल्फेट एरोसोल बादल संघनन नाभिक के रूप में कार्य कर सकते हैं और इससे पानी की छोटी बूंदों की संख्या अधिक हो जाती है। कुछ बड़ी बूंदों की तुलना में कई छोटी बूंदें प्रकाश को अधिक कुशलता से फैला सकती हैं।

दूसरा अप्रत्यक्ष प्रभाव अधिक बादल संघनन नाभिक होने का आगे का नॉक-ऑन प्रभाव है। यह प्रस्तावित है कि इनमें बूंदा बांदी का दमन, बादलों की ऊंचाई में वृद्धि,^[12] कम आर्द्रता और लंबे समय तक बादल के जीवनकाल में बादल बनाने की सुविधा के लिए उपयोग किया जाता हैं।^[13] सल्फेट कण आकार के वितरण में परिवर्तन का भी परिणाम हो सकता है, जो बादलों के विकिरण गुणों को उन तरीकों से प्रभावित कर सकता है जो पूरी तरह से समझ में नहीं आते हैं। दूसरे अप्रत्यक्ष प्रभाव में घुलनशील गैसों और थोड़े घुलनशील पदार्थों के विघटन, कार्बनिक पदार्थों द्वारा सतह तनाव अवसाद और आवास गुणांक परिवर्तन जैसे रासायनिक प्रभाव भी सम्मलित हैं।^[14]

अप्रत्यक्ष प्रभावों का संभवतः शीतलन प्रभाव होता है, संभवतः 2 W/m² तक, चूंकि अनिश्चितता बहुत बड़ी है।^[15] इसलिए सल्फेट्स को ग्लोबल डिमिंग में उपयोग किया जाता है। फिलीपींस में माउंट पिनातुबो के 1991 के विस्फोट जैसे आवेगी ज्वालामुखियों द्वारा समताप मंडल में इंजेक्ट किए गए सल्फर डाइऑक्साइड के ऑक्सीकरण द्वारा गठित स्ट्रैटोस्फेरिक एयरोसोल में भी सल्फेट का प्रमुख योगदान है। यह एरोसोल समताप मंडल में अपने 1-2 वर्ष के जीवनकाल के समय जलवायु पर शीतलन प्रभाव डालता है।

हाइड्रोजनसल्फेट (बाइसल्फेट)

हाइड्रोजनसल्फेट आयन (HSO−4), जिसे बाइसल्फेट आयन भी कहा जाता है, सल्फ्यूरिक एसिड का संयुग्म (एसिड-बेस सिद्धांत) है (H₂SO₄).^[16]^{[lower-alpha 2]} सल्फ्यूरिक एसिड को मजबूत एसिड के रूप में वर्गीकृत किया गया है; जलीय घोल में यह हाइड्रोनियम बनाने के लिए पूरी तरह से आयनित होता है (H₃O⁺) और हाइड्रोजनसल्फेट (HSO−4) आयन। दूसरे शब्दों में, सल्फ्यूरिक एसिड ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धांत | ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड के रूप में व्यवहार करता है और हाइड्रोजनसल्फेट आयन बनाने के लिए अवक्षेपण है। हाइड्रोजनसल्फेट में 1 की वैलेंस (रसायन) है। नमक युक्त उदाहरण HSO−4 आयन सोडियम बाइसल्फेट है, NaHSO₄. तनु विलयनों में हाइड्रोजनसल्फेट आयन भी अलग हो जाते हैं, जिससे अधिक हाइड्रोनियम आयन और सल्फेट आयन बनते हैं (SO2−4).

अन्य सल्फर ऑक्सीआयन

सल्फर ऑक्सीआयन
आण्विक सूत्र	नाम
SO2−5	पेरॉक्सोमोनोसल्फेट
SO2−4	सल्फेट
SO2−3	सल्फाइट
S₂O2−8	पेरोक्सीडाइसल्फेट
S₂O2−7	पायरोसल्फेट
S₂O2−6	डाइथियोनेट
S₂O2−5	मेटाबाइसल्फाइट
S₂O2−4	डाइथियोनाइट
S₂O2−3	थियोसल्फेट
S₃O2−6	ट्राईथायोनेट
S₄O2−6	टेट्राथिओनेट

यह भी देखें

सल्फ़ोनेट
लेड-एसिड बैटरी सल्फेशन और डीसल्फेशन|सल्फेशन और लेड-एसिड बैटरियों का डीसल्फेशन
सल्फेट कम करने वाले सूक्ष्मजीव

↑ 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.
↑ The prefix "bi" in "bisulfate" comes from an outdated naming system and is based on the observation that there is twice as much sulfate (SO2−4) in sodium bisulfate (NaHSO₄) and other bisulfates as in sodium sulfate (Na₂SO₄) and other sulfates. See also bicarbonate.

संदर्भ

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↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 (PDF), IUPAC, p. 129, archived (PDF) from the original on 2017-05-18

[formal_charge-2] 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.

[18] The prefix "bi" in "bisulfate" comes from an outdated naming system and is based on the observation that there is twice as much sulfate (SO2−4) in sodium bisulfate (NaHSO₄) and other bisulfates as in sodium sulfate (Na₂SO₄) and other sulfates. See also bicarbonate.

[1] Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". J. Am. Chem. Soc. 38 (4): 762–785. doi:10.1021/ja02261a002. S2CID 95865413. (See page 778.)

[3] Pauling, Linus (1948). "The modern theory of valency". J. Chem. Soc. 17: 1461–1467. doi:10.1039/JR9480001461. PMID 18893624.

[4] Coulson, C. A. (1969). "d Electrons and Molecular Bonding". Nature. 221 (5186): 1106. Bibcode:1969Natur.221.1106C. doi:10.1038/2211106a0. S2CID 4162835.

[5] Mitchell, K. A. R. (1969). "Use of outer d orbitals in bonding". Chem. Rev. 69 (2): 157. doi:10.1021/cr60258a001.

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[9] Taylor, F. Sherwood (1942). Inorganic and Theoretical Chemistry (6th ed.). William Heinemann.

[10] 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. doi:10.1038/sj.embor.7400844. PMC 1679785. PMID 17077862.

[11] Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). "Chapter 2: Changes in Atmospheric Constituents and Radiative Forcing". Working Group I: The Scientific Basis.

[12] Current sulfate distribution in the atmosphere (Map).

[13] Pincus & Baker 1994

[14] Albrecht 1989

[15] 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. 61 (8): 919. Bibcode:2004JAtS...61..919R. doi:10.1175/1520-0469(2004)061<0919:CAODOT>2.0.CO;2. ISSN 1520-0469.

[16] Archer, David. Understanding the Forecast. p. 77. Figure 10.2

[17] Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 (PDF), IUPAC, p. 129, archived (PDF) from the original on 2017-05-18

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