سولفات مس چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سولفات مس یا کات کبود یک ترکیب کووالانسی و دارای فرمول شیمیایی CuSO4.x H2O است و همان طور که از فرمول شیمیایی آن مشخص است این ترکیب از دو عنصر مس و گوگرد و اکسیژن تشکیل گردیده و این ترکیب شیمیایی از کنار هم قرار گرفتن و پیوند بین عناصر مس (Cu)، گوگرد (S) و اکسیژن (O) تشکیل می‌شود و دارای ساختار کریستالی و بوی مطبوعی می‌باشد. شکل (1) نشان دهنده ساختاری مولکولی سولفات مس است.

شکل (1): ساختار مولکولی سولفات مس

این ماده که در اصل از خانواده نمک‌ها می‌باشد, مجموعی از چند نوع ترکیب است که در میزان آب پوشیدگی آن‌ها با هم تفاوت دارند و x در این نمک می‌تواند از صفر تا پنج متغیر باشد. سولفات مس طی یک واکنش گرمازا داخل آب حل می‌گردد و معمولا به دو شکل زیر در بازار یافت می‌شود:

• سولفات مس با رنگ سفید (بی آب) – مقدار مس (Cu): 81/39 و مقدار سولفات (SO4): 91/60
• سولفات مس با رنگ آبی (پنج آبه) – مقدار مس (Cu): 47/25 و مقدار سولفات (SO4): 47/38

شکل (2): دو گرید مختلف سولفات مس – بدون آب و هیدراته

جدول (1) نشان دهنده مهم ترین تفاوت‌های دو گرید مختلف و پرکاربرد سولفات مس است.

فرایند تولید سولفات مس

در روش طبیعی تولید سولفات مس سنگ معدنی مس در مجاورت تماس با هوا و شست‌و‌شو قرار داده می‌شود و با گذشت زمان به سولفاته تبدیل خواهد شد. در این فرآیند نقش باکتری‌ها به دلیل تسریع در تولید سولفاته بسیار مهم است.

اما در روش صنعتی تولید سولفات مس به طور کلی دو فرآیند عمده برای وجود دارد، این دو فرآیند عبارتند از:

• روش الکترولیز فلز مس
• واکنش اکسید مس با سولفرویک اسید

در ادامه تشریح مختصری در خصوص هر یک از فرآیندهای بالا آورده شده است.

الکترولیز

در این فرآیند تولید به منظور تولید سولفات مس محلول سولفوریک اسید با الکترودهای مس الکترولیز می‌گردد و مطابق واکنش زیر هیدروژن و محلول سولفات مس تولید می‌شود.

 Cu+H₂SO₄→CuSO₄+H₂

واکنش اکسید مس با اسید سولفوریک

در این فرآیند با استفاده از واکنش اسید سولفوریک با یکی از ترکیبات زیر سولفات مس تولید می‌گردد:

• اکسید مس (ll)
• هیدروکسید مس (ll)
• کربنات مس (ll)

واکنش هر یک موارد فوق به ترتیب طبق واکنش‌های (1)، (2) و (3) انجام می‌شود و در نهایت محصول جانبی به همراه سولفات مس تولید می‌گردد.

واکنش 1                 CuO+H₂SO₄→H₂O+CuSO₄

واکنش 2          Cu(OH)₂+H₂SO₄→2H₂O+ CuSO₄

واکنش 3     CuCOH₃+H₂SO₄→H₂O+ CuSO₄+CO₂

کاربرد های سولفات مس

ترکیب سولفات مس در صنایع مختلفی به کار برده می‌شود از جمله این صنایع می‌توان به صنایع کشاورزی، صنایع شیمیایی، دارویی، صنایع معدنی، صنایع فلزی، الکترونیکی و رنگ اشاره کرد.

در ادامه تشریح مختصری در خصوص کاربردهای سولفات مس آورده شده است.

1-کود کشاورزی و باغداری

مهم ترین صنعت استفاده کننده از سولفات مس، استفاده از آن در صنایع کشاورزی است به طوری که حدود 75 درصد کل سولفت مس تولیدی در جهان در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یکی دیگر از موادی که در صنعت کشاورزی مورد استفاده می باشد اسید بوریک است. بوریک اسید جامد و پودری شکل می باشد و شبیه بلورهای براق است. نحوه استفاده از بوریک اسید در کشاورزی به این گونه است که مواد را درون آب حل کرده درون آب پاش ریخته و روی شاخ، برگ گیاهان و خاک اسپری شود.

به کار گیری سولفات مس در صنایع کشاورزی با دو منظور انجام می‌شود:

• الف) به علت خواص آنتی میکروبی به عنوان آفت کش در از بین بردن میکروب‌ها و آفات و علف‌های هرز استفاده می شود.
• ب) به منظور تأمین مس خاک (هر دو عنصر مس و سولفات از عناصر ضروری برای گیاهان است) استفاده می‌‎شود.

مکانیزم عملکرد سولفات مس بدین صورت است که این ماده به عنوان یک محرک در جهت تشکیل ویتامین A می‌باشد. بنابراین می‌توان گفت سولفات مس به عنوان یک میکرومغذی نقش کلیدی در موارد ذیل در محصولات کشاورزی و باغداری دارا می‌باشد:

• فعالیت های آنزیمی
• تشکیل کلروفیل و پدیده فتوسنتز
• متابولیسم کربوهیدرات ها و پروتئین ها

به کاربردن سولفات مس در خاک‌های کشاورزی آهکی یا به عبارت دیگر خاک‌هایی که pH آن‌ها بالا است به تدریج عوارض ناشی از کمبود مس را برطرف کرده و میزان رشد را افزایش خواهد داد. این ویژگی کودهای سولفات مس باعث شده است در اکثر نقاط ایران که به ویژه در کشت غلات که کشاورزان با چنین موضوعی روبرو هستند، از این کود استفاده کنند.

استفاده از کودهای شیمیایی حاوی مس به خصوص در مواردی که با سایر افزودنی‌هایی مثل مواد آلی, گوگرد و باکتری‌های مربوطه به کاربرده می‌شود، منجر به بهبود شرایط تغذیه ای گیاهان و محصولات کشاورزی شده و بسیاری از نارسایی های تغذیه ای را برطرف می‌سازد. از دیگر فواید کود سولفات مس می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• غنی کردن خاک کشاورزی
• حفاظت از گیاهان در برابر آفت هایی نظیر قارچ
• کمک به حفظ خواص میوه‌ها نظیر میزان قند، طعم و مزه

یکی از موضوعات مهم در به کارگیری سولفات مس به عنوان کود میزان و همچنین زمان به کاربردن آن است. سولفات مس به دو روش پودری و محلول پاششی در زمان مناسب که معمولا اوایل بهار و اواسط پاییز می باشد، استفاده می‌گردد به طور معمول و در شرایط عادی به ازای هر درخت از ۲۰۰ گرم سولفات مس استفاده می‌شود و در هر هکتار زمین نیز مقدار آن نباید از ۲۰ کیلوگرم تجاوز کند.

در صورتی که مقداری کود دهی سولفات مس بیش از مقدار مجاز باشد، باعث مسمومیت و در نتیجه از بین رفتن درخت یا گیاه مورد نظر خواهد شد، پس بهتر است قبل از اقدام به کود دهی با کارشناسان کشاورزی در این زمینه مشورت شود.

معمولا زمانی از سولفات مس استفاده می‌شود که آثارکمبود عنصر مس در گیاهان مشاهده شود، از جمله این علایم پلاسیدگی و ریزش برگهای کوچک و انتهایی گیاهان است. در این صورت تا رفع کامل کمبود مس باید طی ۲ تا ۳ نوبت مورد استفاده قرار گیرد و زمان مناسب محلول پاشی در ساعات اولیه و پایانی روز باید به کار گرفته شود.

همچنین باید توجه داشت از محلول پاشی روی گیاهانی که در حال گلدهی هستند پرهیز شود. با توجه به موارد بیان شده می‌توان گفت در موارد ذیل از سولفات مس استفاده می‌گردد:

• استفاده برای تهیه محلول های ضد قارچ و کنترل بیماری‌های قارچی
• تولید مواد حشره کش مورد استفاده در صنایع کشاورزی و باغبانی
• رفع کمبود مس به ویژه در خا‌ک‌های آهکی

شکل (3): علائم کمبود مس در گیاهان

2- صنایع داروسازی

از آنجایی که سولفات مس دارای خاصیت ضد قارچی است و به همین دیل از آن برای تهیه داروهایی که منجر به درمان بیماری‌های قارچی می‌شوند، استفاده می‌شود. استفاده از سولفات مس در بسیاری از داروهای تزریقی و خوراکی مخصوص ضد قارچ متداول است.

3- صنایع آبکاری

در صنایع آبکاری از سولفات مس به عنوان الکترولیت استفاده می شود. در واقع در این نوع آبکاری، کاتد موجود به کاتد فلز منتقل می‌شود که این عملیات به وسیله جریان الکتریکی انجام می شود.

4- صنایع ساختمانی

یکی از کاربردهای سولفات مس استفاده زا آن در ساخت و ساز است. از سولفات مس در تولید بتن به منظور جلوگیری از بروز شکاف در چوب و یا مبارزه با کرم‌های چوبی استفاده می‌شود.

5- صنایع رنگ و تولید رنگدانه‌ها

استفاده از ترکیبات مس، در صنایع رنگ سابقه‌ای دیرینه‌ای دارد به طوری که در نقاشی‌های موجود در آثار گذشتگان همچون مقبره‌های مصر و اروپا در قرون 15 و 16 میلادی از ترکیبات مس استفاده‌های زیادی شده است.

یکی از معروف ترین رنگدانه هایی که با کمک ترکیب مس تولید می‌شود رنگدانه‌های مالاکیت است که رنگی بین آبی و سبز دارد. که در قرون وسطا با اضافه کردن، آهک، آمونیاک و پتاس به یک نمک مس قابل حل مانند سولفات مس و یا سولفیت مس به دست می‌آمده است.

6- صنایع شیمیایی

از سولفات مس در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی به عنوان معرف در محلول بندیکت برای آزمایش کاهش قندها استفاده می شود. سولفات مس در سنتز برخی مواد آلی استفاده می شود.

برای مثال از نمک بدون آب سولفات مس به عنوان عامل دهیدراسیون برای تشکیل و تغییر گروه‌های استال استفاده و همچنین از ترکیب نمک آبدار سولفات مس با پرمنگنات پتاسیم جهت تولید یک عامل اکسیداسیون برای اکسایش الکل های نوع اول استفاده می‌‎شود.

از واکنش سولفات مس با هیدروکسی آمونیوم تترا آمین مس سولفات تولید می‌شود که از آن برای حل سلولز در تولید صنعتی ریون استفاده می شود.

7- صنایع پزشکی

به منظور تعیین میزان کم خونی از سولفات مس در صنایع پزشکی استفاده می‌شود. در این آزمایش با ریختن قطره خون در محلولی از مس سولفات ریخته می شود و در صورتی که خون هموگلوبین به اندازه کافی داشته باشد خیلی سریع در محلول ته نشین می شود در صورتی که اگر میزان هموگلوبین کافی نباشد خون روی سطح مایع می ماند و یا خیلی آهسته ته نشین می‌گردد.

8- تصفیه آب استخر

سولفات مس یک ماده قدرتمند و بسیار کارآمد در از بین بردن جلبک‌هاست. جلبک‌ها با حضور خود باعث کاهش کیفیت ظاهری و باطنی آب خواهند شد و باعث می‌شوند آب به یک ماده نامناسب برای مصرف، حتی در حوزه کشاورزی تبدیل شود.

از سولفات مس به به دلیل خاصیت ضد جلبکی و ضد انگلی هم در استخرهای شنا و هم در استخرهای پرورش ماهی استفاده می‌شود. همچنین از این ویژگی سولفات مس برای جلوگیری از رویش جلبک و رشد انگل‌ها در مخزن‌های آب راکد استفاده می‌‎شود.

فواید و مضرات سولفات مس

یکی از مزایای استفاده از کودهای مس نسبت به سایر کودها به ویژه‌ کودهای کلاته قیمت پایین تر آن است. اما باید توجه داشت استفاده بیشتر از حد و غیر کارشناسی از این ماده منجر به تهوع، آسیب به سلول‌های خونی، مشکلات کلیه و کبد می‌گردد.

همچنین استفاده بیش از حد از سولفات مس در استخر منجر به مرگ ماهی‌های کپور و مسمومیت و سمی شدن خاک می‌کردد.

بازار جهانی خرید سولفات مس

بررسی‌های گزارش‌های ارائه شده در خصوص سولفات مس، نشان می‌دهد بازار جهانی سولفات مس در حال حاضر به طور مداوم در حال افزایش است دلیل این امر را می‌توان به افزایش مداوم جمعیت در جهان و تقاضای روز افزون به صنایع و محصولات کشاورزی نسبت داد.

طبق گزارشات ارائه شده میزان مصرف سولفات مس در سال 2020 به 406.8 کیلو تن رسیده است و انتظار می رود در دوره پنج ساله آینده رشد متوسط حدود 5 درصد داشته باشد.

روسیه به عنوان بزرگترین صادر کننده ماده شیمیایی سولفات مس در جهان شناخته شده و تخمین زده می‌شود حدود 20 درصد از کل صادرات این ماده در جهان توسط این کشور انجام می‌شود.

بزرگترین وارد کنندگان سولفات مس در جهان نیز عبارتند از:

• آمریکا
• استرالیا
• کانادا
• اندونزی

شرایط نگهداری و نکات ایمنی در کار با سولفات مس

سولفات مس از جمله ترکیبات سمی و خطرناک برای انسان محسوب می شود. همچنین سولفات مس به دلیل واکنش پذیری بالا می‌‌بایست به دور از هرگونه مواد شیمیایی به خصوص مواد اسیدی نگهداری گردد و انبار سولفات مس باید در محیطی خنک، خشک و به دور از هر گونه منبع گرما و حرارت قرار گیرد.

برای کسانی که به طور مداوم در معرض سولفات مس هستند و یا کشاورزانی که به وطر مداوم از این ماده استفاده می کنند، ممکن است خطر ابتلا به بیماری کبد افزایش یابد. همچنین در معرض سولفات مس قرار گرفتن منجر به ایجاد مسمومیت‌ می‌شود و علائم آن عبارتند از:

• احساس سوزش در قفسه سینه یا شکم
• طعم فلزی در دهان
• حالت تهوع
• سردرد
• تعرق زیاد