Das Sulfat oder Sulfat-Ion ist ein mehratomiges Anion mit der empirischen Formel SO₄²⁻.2−4Sulfatsalze, Säurederivate und Peroxide finden breite industrielle Anwendung. Sulfate kommen im Alltag häufig vor. Sie sind Salze der Schwefelsäure und werden häufig aus dieser Säure hergestellt.

Rechtschreibung

Die Schreibweise „Sulfat“ wird von der IUPAC empfohlen, im britischen Englisch ist jedoch traditionell „sulfat“ gebräuchlich .

Struktur

Das Sulfat-Anion besteht aus einem zentralen Schwefelatom , das tetraedrisch von vier äquivalenten Sauerstoffatomen umgeben ist . Die Symmetrie des isolierten Anions entspricht der von Methan. Das Schwefelatom besitzt die Oxidationsstufe +6 , die vier Sauerstoffatome jeweils die Oxidationsstufe −2. Das Sulfat-Ion trägt eine Gesamtladung von −2 und ist die konjugierte Base des Bisulfat- (oder Hydrogensulfat-)Ions, HSO₄⁻.−4Dimethylsulfat ist die konjugierte Base der Schwefelsäure (H₂SO₄ ) . Organische Sulfatester wie Dimethylsulfat sind kovalente Verbindungen und Ester der Schwefelsäure. Die tetraedrische Molekülgeometrie des Sulfat-Ions entspricht der Vorhersage der VSEPR -Theorie .

Bindung

Zwei Modelle des Sulfat-Ions. 1  mit ausschließlich polaren kovalenten Bindungen; 2  mit einer Ionenbindung.
Sechs Resonanzen

Die erste Beschreibung der Bindung in modernen Begriffen erfolgte durch Gilbert Lewis in seiner bahnbrechenden Arbeit von 1916. Darin beschrieb er die Bindung anhand von Elektronenoktetts um jedes Atom. Es gibt zwei Doppelbindungen, und das Schwefelatom trägt eine formale Ladung von 2 und jedes Sauerstoffatom eine von −1. [ 1 ] [ a ]

Später nutzte Linus Pauling die Valenzbindungstheorie, um vorzuschlagen, dass die wichtigsten Resonanzkanonale zwei π-Bindungen mit Beteiligung von d-Orbitalen aufweisen. Seine Begründung war, dass die Ladung am Schwefel dadurch reduziert wird, im Einklang mit seinem Prinzip der Elektroneutralität . [ 2 ] Die S−O-Bindungslänge von 149 pm ist kürzer als die Bindungslänge von 157 pm für S−OH in Schwefelsäure . Pauling nahm an, dass die Doppelbindung die Kürze der S−O-Bindung erklärt.

Paulings Verwendung von d-Orbitalen löste eine Debatte über die relative Bedeutung von π-Bindungen und Bindungspolarität ( elektrostatischer Anziehung ) für die Verkürzung der S−O-Bindung aus. Das Ergebnis war ein breiter Konsens darüber, dass d-Orbitale zwar eine Rolle spielen, aber nicht so bedeutend sind, wie Pauling angenommen hatte. [ 3 ] [ 4 ]

Eine weithin akzeptierte Beschreibung unter Einbeziehung von pπ-dπ-Bindungen wurde ursprünglich von Durward William John Cruickshank vorgeschlagen . In diesem Modell überlappen vollständig besetzte p-Orbitale des Sauerstoffs mit leeren d-Orbitalen des Schwefels (hauptsächlich d<sub>z² </sub> und d <sub> x² - y² </sub> ). [ 5 ] Trotz eines gewissen π-Charakters der S-O-Bindungen weist diese in dieser Beschreibung jedoch einen signifikanten ionischen Charakter auf. Für Schwefelsäure bestätigt eine computergestützte Analyse (mit natürlichen Bindungsorbitalen ) eine deutliche positive Ladung am Schwefel (theoretisch +2,45) und eine geringe 3d-Besetzung. Daher ist die Darstellung mit vier Einfachbindungen die optimale Lewis-Struktur und nicht die mit zwei Doppelbindungen (daher das Lewis-Modell, nicht das Pauling-Modell). [ 6 ]

In diesem Modell erfüllt die Struktur die Oktettregel , und die Ladungsverteilung entspricht der Elektronegativität der Atome. Die Diskrepanz zwischen der S−O-Bindungslänge im Sulfat-Ion und der S−OH-Bindungslänge in Schwefelsäure lässt sich durch die Übertragung von p-Orbital-Elektronen von den terminalen S=O-Bindungen in Schwefelsäure in die antibindenden S−OH-Orbitale erklären. Dies schwächt die Bindungen und führt zur längeren Bindungslänge in der letzteren.

Die Pauling-Darstellung für Sulfat und andere Hauptgruppenverbindungen mit Sauerstoff ist jedoch in vielen Lehrbüchern nach wie vor üblich. [ 5 ] [ 7 ] Der scheinbare Widerspruch lässt sich aufklären, wenn man bedenkt, dass die kovalenten Doppelbindungen in der Lewis-Struktur tatsächlich Bindungen darstellen, die zu über 90 % zum Sauerstoffatom hin polarisiert sind. In der Struktur mit einer dipolaren Bindung hingegen ist die Ladung als freies Elektronenpaar am Sauerstoff lokalisiert. [ 6 ]

Vorbereitung

Typischerweise werden Metallsulfate durch Behandlung von Metalloxiden, Metallcarbonaten oder dem Metall selbst mit Schwefelsäure hergestellt : [ 7 ]

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂​
Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 → CuSO 4 + 2 H 2 O
CdCO 3 + H 2 SO 4 → CdSO 4 + H 2 O + CO 2

Obwohl die Formeln einfach und wasserfrei angegeben werden, werden diese Umwandlungen im Allgemeinen in Gegenwart von Wasser durchgeführt. Folglich sind die Produktsulfate hydratisiert und entsprechen Zinksulfat ZnSO₄ · 7H₂O , Kupfer ( II ) -sulfat CuSO₄ · 5H₂O und Cadmiumsulfat CdSO₄ · H₂O .

Einige Metallsulfide können zu Metallsulfaten oxidiert werden.

Eigenschaften

Es gibt zahlreiche Beispiele für ionische Sulfate, von denen viele sehr gut wasserlöslich sind . Ausnahmen bilden Calciumsulfat , Strontiumsulfat , Blei (II)-sulfat , Bariumsulfat , Silbersulfat und Quecksilbersulfat , die schwerlöslich sind. Radiumsulfat ist das am schwersten lösliche bekannte Sulfat. Bariumverbindungen eignen sich zur gravimetrischen Analyse von Sulfaten: Gibt man eine Lösung der meisten Bariumsalze, beispielsweise Bariumchlorid , zu einer Lösung mit Sulfationen, fällt Bariumsulfat als weißliches Pulver aus. Dies ist ein gängiger Labortest zum Nachweis von Sulfationen.

Das Sulfation kann als Ligand fungieren und entweder über ein Sauerstoffatom (monodentat) oder über zwei Sauerstoffatome als Chelat- oder Brückenligand gebunden sein. [ 7 ] Ein Beispiel hierfür ist der Komplex [ Co ( en ) 2 (SO 4 )] + Br − [ 7 ] oder der neutrale Metallkomplex [ Pt SO 4 ( PPh 3 ) 2 ] , in dem das Sulfation als bidentater Ligand vorliegt. Die Metall-Sauerstoff-Bindungen in Sulfatkomplexen können einen signifikanten kovalenten Charakter aufweisen.

Verwendung und Vorkommen

Kommerzielle Anwendungen

Rückenspritze zur Ausbringung von Sulfaten auf Gemüse. Valencianisches Museum für Völkerkunde .

Sulfate finden breite industrielle Anwendung. Zu den wichtigsten Verbindungen gehören:

Vorkommen in der Natur

Sulfatreduzierende Bakterien , einige anaerobe Mikroorganismen, wie sie beispielsweise in Sedimenten oder in der Nähe von Tiefsee-Thermalquellen leben, nutzen die Reduktion von Sulfaten in Verbindung mit der Oxidation von organischen Verbindungen oder Wasserstoff als Energiequelle für die Chemosynthese.

Geschichte

Verschiedene Formen von Calciumsulfat werden seit der Bronzezeit als Baumaterialien verwendet , und andere Sulfate finden mindestens seit der Antike Anwendung. Die ersten Salze dieser Gruppe wurden jedoch erst im 17. Jahrhundert chemisch beschrieben. Die Herstellung von Schwefelsäureestern sowie deren biologische Bedeutung und natürliches Vorkommen sind erst seit dem 19. Jahrhundert bekannt.

Mittelalterliches Alabasterrelief aus Großbritannien

Im östlichen Mittelmeerraum und im Nahen Osten war die Verwendung von Mörtel bereits vor Tausenden von Jahren weit verbreitet. Im alten Ägypten ist seine Anwendung schon im dritten Jahrtausend v. Chr. belegt. Archäologische Stätten wie der Alte Palast von Aššur und die Ruinen von Amarna belegen seine Verwendung . Im Partherreich wurde Gipsmörtel zum Bau von Gewölben eingesetzt. Vom Römischen Reich bis ins 19. Jahrhundert war Kalkmörtel (mit Kalziumkarbonat ) weitaus verbreiteter, obwohl Gipsmörtel im Mittelalter, beispielsweise in Frankreich, weiterhin in begrenztem Umfang Anwendung fand. [ 8 ] Die Verwendung von Kalziumsulfat in Zement wird seit dem späten 19. Jahrhundert erforscht und hat sich seit den 1930er Jahren weit verbreitet. [ 9 ] In der Bronzezeit wurde Alabaster in der minoischen Kultur häufig für dekorative Architekturelemente verwendet . Gegen Ende der Bronzezeit wurde Gipsalabaster aus kretischen Steinbrüchen exportiert und andernorts verwendet, beispielsweise für Bänke in Mykene . In den Ruinen von Akrotiri auf Santorin diente er als Bodenfliesen. [ 10 ] Alabaster lässt sich leicht bearbeiten und wurde im Mittelalter und der Neuzeit zu einem gängigen und hochgeschätzten Material für Skulpturen und Denkmäler. Er wurde hauptsächlich in Mittelengland, Nordspanien und den französischen Alpen abgebaut und über weite Strecken gehandelt. 1550 wurden religiöse Skulpturen in England verboten (siehe Bilderstreit der Reformation ), was zu einem massiven Export von Alabasterfiguren nach Frankreich führte. [ 11 ]

Einige Sulfate waren Alchemisten bekannt. Die Vitriolsalze, abgeleitet vom lateinischen Wort „vitreolum “ (glasig), wurden so genannt, weil sie zu den ersten bekannten transparenten Kristallen gehörten. [ 12 ] Grüner Vitriol ist Eisen (II)-sulfat-Heptahydrat, FeSO₄ · 7H₂O ; blauer Vitriol ist Kupfer (II)-sulfat-Pentahydrat, CuSO₄ · 5H₂O , und weißer Vitriol ist Zinksulfat-Heptahydrat, ZnSO₄ · 7H₂O . Alaun , ein Doppelsulfat von Kalium und Aluminium mit der Formel K₂Al₂(SO₄) ₄ · 24H₂O , spielte eine wichtige Rolle in der Entwicklung der chemischen Industrie.

Sulfate wurden historisch als Farbstoffe und Pigmente verwendet. Im Alten Ägypten kamen Anhydritestrich und Jarosit (KFe₃ [ (OH) ₆ (SO₄ ) ₂ ] ) zur Wanddekoration zum Einsatz. [ 13 ] Das Pigment Jarosit wurde auch in Mittelamerika in Gefäßen aus einer Grabstätte in Teotihuacán nachgewiesen . [ 14 ] Die Verwendung von Eisengallustinte war im Mittelalter weit verbreitet und hielt bis in die Neuzeit an. Sie wurde aus Pflanzengallen und Eisen(II)-sulfat hergestellt . [ 15 ] Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) wurde früher, möglicherweise schon im Alten Ägypten, zur Lederherstellung (Gerbung) verwendet. [ 16 ] In der klassischen Antike in Rom und Griechenland war er mit Sicherheit bekannt. [ 17 ] Die Alaungerbung war in der Antike und im Mittelalter weit verbreitet; die Wirkung war jedoch nicht dauerhaft, da der Alaun aus dem Leder ausgewaschen werden konnte. [ 16 ] Im gesamten Mittelalter war Alaun ein wichtiges Industrieprodukt. Neben seiner Verwendung in der Lederverarbeitung diente er als Beizmittel beim Färben von Wolle. Ab Mitte des 19. Jahrhunderts wurde er allmählich durch andere Verbindungen, insbesondere Aluminiumsulfat , ersetzt und ist heute nur noch von geringer Bedeutung. [ 17 ]

Die ersten Schwefelsäuresalze wurden im 17. Jahrhundert als solche identifiziert. Natriumsulfat , insbesondere sein Dekahydrat, bekannt als Glaubersalz , wurde um 1625 von Johann Rudolf Glauber beschrieben . Er analysierte Wasser einer Heilquelle bei Neapel und isolierte Natriumsulfat, das er Sal mirabile nannte . Einige Jahre später stellte er fest, dass Natriumsulfat aus Steinsalz ( Natriumchlorid ) und Schwefelsäure hergestellt werden kann . [ 18 ] Magnesiumsulfat, gewonnen aus einer Mineralquelle in Epsom , England, wurde Ende des 17. Jahrhunderts wissenschaftlich beschrieben. Sowohl das Quellwasser als auch das isolierte Salz wiesen medizinische Eigenschaften auf und wurden als Abführmittel und zur Behandlung von Kopfschmerzen eingesetzt. [ 19 ]

Die medizinische Anwendung von Gips zur Behandlung von Knochenbrüchen begann im frühen 19. Jahrhundert. Anfänglich verwendete man mit Gips gefüllte Holzkisten. Obwohl diese Methode in Europa weit verbreitet war, erwies sie sich als unpraktisch, da die schweren Gipsverbände die Patienten ans Bett fesselten. Gipsimprägnierte Verbände für Gipsverbände wurden Mitte des 19. Jahrhunderts eingeführt und zunächst frisch in Krankenhäusern hergestellt. Gebrauchsfertige Gipsverbände waren erst ab den 1930er Jahren im Handel erhältlich. [ 20 ] Eine weitere wichtige medizinische Entwicklung war die Anwendung von Magnesiumsulfat zur Behandlung von Krampfanfällen in der Schwangerschaft ( Eklampsie ). Diese Anwendung wurde erstmals 1916 beschrieben. Bis 1930 hatte Magnesiumsulfat weniger geeignete Behandlungen wie Opioide weitgehend ersetzt und wesentlich zur Senkung der Müttersterblichkeit beigetragen . [ 21 ]

Umwelteinflüsse

Sulfate entstehen als mikroskopisch kleine Partikel ( Aerosole ) bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und Biomasse . Sie erhöhen den Säuregehalt der Atmosphäre und führen zu saurem Regen . Die anaeroben sulfatreduzierenden Bakterien Desulfovibrio desulfuricans und D. vulgaris können die schwarze Sulfatkruste entfernen , die häufig Gebäude verschmutzt. [ 22 ]

Hauptauswirkungen auf das Klima

Diese Abbildung zeigt die Übereinstimmung zwischen einem Klimamodell, das auf fünf Faktoren basiert, und den historischen Temperaturdaten . Die als „Sulfat“ bezeichnete negative Komponente steht im Zusammenhang mit den Aerosolemissionen, die für die globale Verdunkelung verantwortlich gemacht werden.
Die beobachteten Trends der globalen Verdunkelung und Aufhellung in vier großen geografischen Regionen. Die Verdunkelung war an durchschnittlich wolkenlosen Tagen (rote Linie) stärker ausgeprägt als im Durchschnitt aller Tage (violette Linie), was stark darauf hindeutet, dass Sulfataerosole die Ursache waren. [ 23 ]

Nachfolgende Untersuchungen schätzten die durchschnittliche Abnahme der auf die Erdoberfläche treffenden Sonnenstrahlung auf etwa 4–5 % pro Jahrzehnt im Zeitraum von den späten 1950er- bis zu den 1980er-Jahren und auf 2–3 % pro Jahrzehnt, wenn die 1990er-Jahre mit einbezogen wurden. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] Bemerkenswerterweise variierte die Sonneneinstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre in diesem gesamten Zeitraum um nicht mehr als 0,1–0,3 %, was stark darauf hindeutet, dass die Ursachen für die Abschwächung auf der Erde liegen. [ 28 ] [ 29 ] Zudem waren nur sichtbares Licht und Infrarotstrahlung , nicht aber der ultraviolette Bereich des Spektrums betroffen. [ 30 ] Darüber hinaus trat die Abschwächung selbst bei klarem Himmel auf und war sogar stärker als an bewölkten Tagen, was beweist, dass sie nicht allein durch Veränderungen der Wolkenbedeckung verursacht wurde. [ 31 ] [ 29 ] [ 23 ]

Schwefeldioxidkonzentration weltweit am 15. April 2017. Beachten Sie, dass sich Schwefeldioxid mit den vorherrschenden Winden durch die Atmosphäre bewegt und die lokale Schwefeldioxidverteilung daher von Tag zu Tag je nach Wetterlage und Jahreszeit variiert.

Umkehr und beschleunigte Erwärmung

Laut Satellitenmessungen ist die Menge an sonnenblockierenden Aerosolen weltweit seit dem Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991 stetig zurückgegangen (rote Linie).

Nach 1990 kehrte sich der globale Trend der Verdunkelung eindeutig in eine globale Aufhellung um. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] Dies war die Folge von Maßnahmen der Industrieländer zur Bekämpfung der Luftverschmutzung , typischerweise durch Rauchgasentschwefelungsanlagen in Wärmekraftwerken , wie z. B. Nasswäscher oder Wirbelschichtverbrennung . [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] In den Vereinigten Staaten gingen die Sulfataerosole seit 1970 mit dem Inkrafttreten des Clean Air Act , der 1977 und 1990 verschärft wurde, deutlich zurück. Laut EPA sanken die Gesamtemissionen der sechs wichtigsten Luftschadstoffe, einschließlich Sulfate, in den USA von 1970 bis 2005 um 53 %. [ 40 ] Bis 2010 führten diese Einsparungen bei den Gesundheitskosten zu geschätzten jährlichen Einsparungen von 50 Milliarden US-Dollar durch diese Reduzierung der Sulfatbelastung. [ 41 ] Ähnliche Maßnahmen wurden in Europa ergriffen, [ 40 ] beispielsweise das Helsinki-Protokoll von 1985 zur Reduzierung der Schwefelemissionen im Rahmen des Übereinkommens über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung , und es wurden ähnliche Verbesserungen erzielt. [ 42 ]

Satellitenbild zeigt dichte Rauch- und Dunstwolken von Waldbränden in Ostchina . Dieser Rauch ist reich an Ruß, der zwar zu einer Abschwächung der Luftverschmutzung beiträgt, aber insgesamt einen wärmenden Effekt hat.

Auf dem Höhepunkt der globalen Verdunkelung konnte Schwefeldioxid den Erwärmungstrend vollständig kompensieren. Bis 1975 hatten die stetig steigenden Treibhausgaskonzentrationen diesen maskierenden Effekt jedoch aufgehoben und dominieren seither. [ 40 ] Selbst dann kam es in Regionen mit hohen Konzentrationen an Sulfataerosolen aufgrund von Luftverschmutzung zunächst zu einer Abkühlung, entgegen dem allgemeinen Erwärmungstrend. [ 43 ] Ein prominentes Beispiel hierfür ist der Osten der Vereinigten Staaten: Dort sanken die Temperaturen zwischen 1970 und 1980 um 0,7 °C (1,3 °F) und in Arkansas und Missouri sogar um bis zu 1 °C (1,8 °F) . [ 44 ]

Da Veränderungen der Aerosolkonzentrationen bereits Auswirkungen auf das globale Klima haben, beeinflussen sie zwangsläufig auch zukünftige Prognosen. Tatsächlich ist es unmöglich, die Erwärmungswirkung aller Treibhausgase vollständig abzuschätzen , ohne die gegenläufige Kühlwirkung der Aerosole zu berücksichtigen. [ 45 ] [ 46 ]

Ungeachtet der aktuellen Stärke der Aerosolkühlung prognostizieren alle zukünftigen Klimaszenarien einen Rückgang der Feinstaubbelastung. Dies gilt auch für Szenarien, in denen die Ziele von 1,5 °C (2,7 °F) und 2 °C (3,6 °F) erreicht werden: Die spezifischen Emissionsreduktionsziele berücksichtigen die Notwendigkeit, die geringere Abkühlung auszugleichen. [ 47 ] Da Modelle schätzen, dass die durch Sulfate verursachte Kühlung weitgehend der durch atmosphärisches Methan verursachten Erwärmung entspricht (und Methan ein relativ kurzlebiges Treibhausgas ist), wird angenommen, dass sich gleichzeitige Reduktionen beider Effekte gegenseitig aufheben würden. [ 48 ] [ 49 ] Dennoch sind die Methankonzentrationen in den letzten Jahren mit einer Rate angestiegen, die den vorherigen Höchstwert aus den 1980er Jahren übertrifft, [ 50 ] [ 51 ] wobei Methanemissionen aus Feuchtgebieten einen Großteil des jüngsten Anstiegs verursachen, [ 52 ] [ 53 ] während gleichzeitig die Luftverschmutzung massiv reduziert wird. [ 54 ] Diese Trends sind mit ein Grund dafür, dass eine Erwärmung um 1,5 °C (2,7 °F) nun um das Jahr 2030 erwartet wird, im Gegensatz zu den Schätzungen Mitte der 2010er Jahre, nach denen sie erst im Jahr 2040 eintreten würde. [ 45 ]

Wasserkreislauf

Sulfataerosole haben die Niederschläge über dem größten Teil Asiens (rot) verringert, aber über einigen Teilen Zentralasiens (blau) erhöht. [ 55 ]

Auf regionaler und globaler Ebene kann Luftverschmutzung den Wasserkreislauf ähnlich wie einige natürliche Prozesse beeinflussen. Ein Beispiel hierfür ist der Einfluss von Saharastaub auf die Hurrikanbildung : Mit Sand und Mineralpartikeln angereicherte Luft strömt über den Atlantik, wo sie einen Teil des Sonnenlichts daran hindert, die Wasseroberfläche zu erreichen. Dies führt zu einer leichten Abkühlung des Wassers und dämpft die Entwicklung von Hurrikanen. [ 56 ] Ebenso wird seit Anfang der 2000er-Jahre vermutet, dass Aerosole, da sie die Sonneneinstrahlung über dem Ozean verringern und somit die Verdunstung reduzieren, den Wasserkreislauf der Erde verlangsamen. [ 57 ] [ 58 ]

In den Vereinigten Staaten verringern Aerosole im Allgemeinen sowohl die durchschnittlichen als auch die extremen Niederschläge über alle vier Jahreszeiten hinweg, wodurch die durch die Erderwärmung verursachten Zunahmen kompensiert werden [ 59 ].

Solares Geoengineering

Siehe Bildunterschrift und Bildbeschreibung
Vorgeschlagener Fesselballon zur Einbringung von Aerosolen in die Stratosphäre.

Da die Bedeutung von Sulfataerosolkonzentrationen für das globale Klima in der Praxis deutlich geworden war, wurde die Forschung auf diesem Gebiet intensiviert. Die Bildung der Aerosole und ihre Auswirkungen auf die Atmosphäre lassen sich im Labor mit Methoden wie Ionenchromatographie und Massenspektrometrie untersuchen [ 60 ] . Proben realer Partikel können mithilfe von Ballons oder Flugzeugen aus der Stratosphäre gewonnen werden [ 61 ] , und auch Satelliten wurden zur Beobachtung eingesetzt [ 62 ] . Diese Daten fließen in Klimamodelle ein [ 63 ] , da die Notwendigkeit, die kühlende Wirkung von Aerosolen zu berücksichtigen, um das Ausmaß und die Entwicklung der Erwärmung vollständig zu verstehen, schon lange offensichtlich war. Der zweite Sachstandsbericht des IPCC enthielt als erster eine Abschätzung ihrer Auswirkungen auf das Klima, und bis zur Veröffentlichung des vierten Sachstandsberichts des IPCC im Jahr 2007 konnten alle wichtigen Modelle diese Auswirkungen simulieren [ 64 ]. Viele Wissenschaftler sehen auch die andere Seite dieser Forschung: die Entwicklung künstlicher Methoden zur Erzeugung desselben Effekts. [ 65 ] Obwohl die stratosphärische Aerosolinjektion als Methode des solaren Geoengineerings bereits in den 1990er Jahren, wenn nicht sogar früher, diskutiert wurde, [ 66 ] ist sie am ehesten mit Paul Crutzens detailliertem Vorschlag aus dem Jahr 2006 verbunden. [ 67 ] Der Einsatz in der Stratosphäre gewährleistet, dass die Aerosole ihre maximale Wirkung entfalten und die Fortschritte bei Maßnahmen zur Luftreinhaltung nicht zunichtegemacht werden: Neuere Forschungsergebnisse schätzen, dass selbst im Szenario mit den höchsten Emissionen (RCP 8.5) die zusätzliche Schwefelzufuhr in die Stratosphäre, die erforderlich ist, um eine Erwärmung von 4 °C (7,2 °F) gegenüber heute (und 5 °C (9,0 °F) gegenüber dem vorindustriellen Niveau) zu vermeiden, durch zukünftige Maßnahmen zur Reduzierung der troposphärischen Sulfatbelastung effektiv kompensiert würde. Bei weniger drastischen Erwärmungsszenarien wäre die benötigte Menge sogar noch geringer. [ 68 ] Dies veranlasste eine detaillierte Untersuchung der Kosten und Vorteile, [ 69 ] doch selbst nach Hunderten von Studien zu diesem Thema, die bis Anfang der 2020er Jahre abgeschlossen waren, bestehen weiterhin einige bemerkenswerte Unsicherheiten. [ 70 ]

Hydrogensulfat (Bisulfat)

Hydrogensulfat
Hydrogensulfat (Bisulfat)
Namen
IUPAC-Name
Hydrogensulfat [ 71 ]
Andere Namen
Bisulfat
Kennungen
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
2121
  • InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)/p-1
    Schlüssel: QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M
  • O[S](=O)(=O)[O-]
Eigenschaften
HSO−4
Molmasse97,071 g/mol
Konjugierte SäureSchwefelsäure
Konjugierte BaseSulfat
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Infobox-Verweise

Das Hydrogensulfat -Ion (HSO₄⁻ ) , auch Bisulfat - Ion genannt, ist die konjugierte Base der Schwefelsäure ( H₂SO₄ ). [ 72 ] [ b ] Schwefelsäure zählt zu den starken Säuren; in wässrigen Lösungen dissoziiert sie vollständig in Hydronium- ( H₃O⁺ ) und Hydrogensulfat-Ionen (HSO₄⁻ ) . Anders ausgedrückt: Die Schwefelsäure verhält sich wie eine Brønsted-Lowry-Säure und wird deprotoniert , um das Hydrogensulfat-Ion zu bilden. Hydrogensulfat hat die Wertigkeit 1. Ein Beispiel für ein Salz, das das HSO₄⁻-Ion enthält, ist Natriumbisulfat ( NaHSO₄ ) . In verdünnten Lösungen dissoziieren die Hydrogensulfat-Ionen weiter und bilden Hydronium- und Sulfationen (SO₄²⁻ ) .

Andere Schwefeloxyanionen

Schwefeloxyanionen
Molekularformel Name
SO 5 2–Peroxomonosulfat
SO 4 2–Sulfat
SO 3 2–Sulfit
S 2 O 8 2–Peroxodisulfat
S 2 O 7 2–Pyrosulfat
S 2 O 6 2–Dithionat
S 2 O 5 2–Metabisulfit
S 2 O 4 2–Dithionit
S 2 O 3 2–Thiosulfat
S 3 O 6 2–Trithionat
S 4 O 6 2–Tetrathionat

Siehe auch

Anmerkungen

  1. Lewis ordnete dem Schwefel eine negative Ladung von zwei zu, ausgehend von sechs eigenen Valenzelektronen und schließlich acht Elektronen, die er mit den Sauerstoffatomen teilt. Tatsächlich gibt Schwefel zwei Elektronen an die Sauerstoffatome ab.
  2. Das Präfix „bi“ in „Bisulfat“ stammt aus einem veralteten Benennungssystem und basiert auf der Beobachtung, dass Natriumbisulfat (NaHSO₄) und andere Bisulfate doppelt so viel Sulfat ( SO₄²⁻ ) enthalten wie Natriumsulfat (Na₂SO₄ ) und andere Sulfate . Siehe auch Bicarbonat .

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