SULFATE DE CUIVRE (CUSO4): STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, OBTENTION, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Le sulfate de cuivre est un composé inorganique constitué des éléments cuivre (Cu), soufre (S) et oxygène (O). Sa formule chimique est CuSO ₄. Le cuivre est à l'état d'oxydation +2, le soufre +6 et l'oxygène a une valence de -2.

C'est un solide blanc qui, exposé à l'humidité de l'environnement, devient son pentahydrate bleu CuSO _{4 •} 5H ₂ O. Le solide blanc est obtenu en chauffant le bleu pour éliminer l'eau.

Sulfate de cuivre anhydre (CuSO ₄) (sans eau dans sa structure cristalline). W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Source: Wikimedia Commons.

Il a été utilisé comme agent antibactérien pendant des siècles pour soigner les blessures chez les humains et les animaux. Il agit également comme fongicide, comme astringent, comme antidiarrhéique et pour contrôler les maladies intestinales chez les animaux. Il est également utilisé comme agent antifongique dans les plantes.

Cependant, certaines de ses utilisations ont été abandonnées car son excès peut être toxique pour les humains, les animaux et les plantes. La gamme de concentration dans laquelle il peut être utilisé est étroite et dépend de l'espèce.

Il est utilisé comme catalyseur dans les réactions chimiques et comme déshydratant pour les solvants. Il permet d'améliorer la résistance et la flexibilité de certains polymères.

Des quantités excessives de ce composé peuvent être nocives dans les sols, car il est toxique pour les micro-organismes bénéfiques pour les plantes.

Structure

Le sulfate de cuivre est composé d'un ion cuivre (Cu ²⁺) et d'un ion sulfate (SO ₄ ^2-).

Structure ionique du sulfate de cuivre (II). Auteur: Marilú Stea.

En raison de la perte de deux électrons, l'ion cuivre (II) a la conformation électronique suivante:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ⁹

On peut voir qu'il a l'orbitale 3d incomplète (il a 9 électrons au lieu de 10).

Nomenclature

• Sulfate de cuivre anhydre
• Sulfate de cuivre (II)
• Sulfate de cuivre

Propriétés

État physique

Solide blanc ou blanc verdâtre sous forme de cristaux.

Poids moléculaire

159,61 g / mol

Point de fusion

À 560 ° C, il se décompose.

Densité

3,60 g / cm ³

Solubilité

22 g / 100 g d'eau à 25 ° C Insoluble dans l'éthanol.

Propriétés chimiques

Lorsqu'il est soumis à une humidité de l'air inférieure à 30 ° C, il devient le composé pentahydraté CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Ses solutions aqueuses sont bleues en raison de la formation de l'ion hexaacuocuivre (II) ²⁺ qui produit ladite coloration. Dans cet ion, deux des molécules d'eau sont plus éloignées de l'atome métallique que les quatre autres.

Structure déformée de l'ion hexaacuocuopper (II) ²⁺. Benjah-bmm27 / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.

Cela est dû au soi-disant effet Jahn-Teller, qui prédit que ce type de système subira la distorsion causée par le fait que Cu ²⁺ a une structure électronique qui se termine par d ⁹, c'est-à-dire une orbitale incomplète (elle serait complète si serait d ¹⁰).

Si de l'ammoniac (NH ₃) est ajouté à ces solutions, il se forme des complexes dans lesquels NH ₃ déplace successivement les molécules d'eau. Ils sont formés par exemple de ²⁺ à ²⁺.

Lorsque le CuSO ₄ est chauffé jusqu'à la décomposition, il émet des gaz toxiques et se transforme en oxyde cuivrique CuO.

Obtention

Le sulfate de cuivre anhydre peut être obtenu par déshydratation totale du composé pentahydraté, qui est obtenue en le chauffant jusqu'à ce que les molécules d'eau s'évaporent.

CuSO _{4 •} 5H ₂ O + chaleur → CuSO ₄ + 5 H ₂ O ↑

Le composé pentahydraté est bleu, donc lorsque l'eau de cristallisation est perdue, le CuSO ₄ anhydre blanc est obtenu.

Applications

Certaines de ses utilisations chevauchent celle du composé pentahydraté. D'autres sont spécifiques à la substance anhydre.

En tant qu'agent antibactérien

Il a un potentiel en tant qu'agent antimicrobien. Il a été utilisé pendant des milliers d'années, y compris dans les cultures d'Amérique du Sud et d'Amérique centrale, pour prévenir l'infection des plaies au moyen d'une gaze imbibée d'une solution de ce composé.

On estime que dans le mécanisme de leur activité antibactérienne, les ions Cu ²⁺ forment des chélates avec des enzymes qui sont cruciales pour les fonctions cellulaires des bactéries, les désactivant. Ils induisent également la formation de radicaux hydroxyles OH •, qui endommagent les membranes des bactéries et leur ADN.

CuSO ₄ peut agir contre certaines bactéries pathogènes. Auteur: Gerd Altmann. Source: Pixabay.

Récemment, il a été rapporté que des traces de CuSO ₄ peuvent augmenter l'activité antimicrobienne de produits naturels riches en polyphénols, tels que des extraits de grenade et des infusions de certains types de théiers.

Dans les applications vétérinaires

Il est utilisé comme antiseptique et astringent pour les muqueuses et pour traiter la conjonctivite et l'otite externe. Il est utilisé pour réaliser des bains thérapeutiques ou prophylactiques pour éviter la pourriture des pattes des bovins, ovins et autres mammifères.

Les solutions aqueuses de CuSO _{4 sont} utilisées pour guérir les sabots des bovins. Auteurs: Ingrid und Stefan Melichar. Source: Pixabay.

Il sert d'agent caustique pour les masses nécrotiques sur les membres des bovins, les ulcères de stomatite et le tissu granulaire de ceux-ci. Il est utilisé comme fongicide dans le traitement de la teigne et des maladies fongiques de la peau.

Il est également utilisé comme émétique (agent pour provoquer le vomissement) chez les porcs, les chiens et les chats; comme astringent antidiarrhéique pour les veaux et pour lutter contre la moniliose intestinale chez la volaille et la trichomonase chez la dinde.

En complément de l'alimentation animale

Le sulfate de cuivre a été utilisé comme supplément en très petites quantités pour nourrir les bovins, les porcs et la volaille. Il est utilisé pour traiter la carence en cuivre chez les ruminants. Dans le cas des porcs et de la volaille, il est utilisé comme stimulant de croissance.

Le cuivre a été identifié comme essentiel pour la biosynthèse de l'hémoglobine des mammifères, la structure cardiovasculaire, la synthèse du collagène osseux, les systèmes enzymatiques et la reproduction.

Comme mentionné dans la section précédente, il peut également être administré comme médicament de contrôle de la maladie. Cependant, la supplémentation et / ou les niveaux de médicaments doivent être étroitement surveillés.

Les volailles et leurs œufs peuvent être affectés par un excès de sulfate de cuivre dans leur alimentation. Auteur: Pexels. Source: Pixabay.

À partir d'une certaine quantité, qui dépend de chaque espèce, une diminution de la croissance, une perte d'appétit et de poids, des dommages à certains organes et même la mort d'animaux peuvent survenir.

Par exemple, chez les poulets, la supplémentation de 0,2% ou plus réduit leur consommation alimentaire avec pour conséquence une perte de poids, une diminution de la production d'œufs et de l'épaisseur de leurs coquilles.

Dans les applications agricoles

Dans les systèmes de production biologique, il est interdit d'utiliser des fongicides synthétiques, seuls les produits à base de cuivre et de soufre sont acceptés, comme le sulfate de cuivre.

Par exemple, certains champignons qui attaquent les pommiers, tels que Venturia inaequalis, sont tués avec ce composé. On pense que les ions Cu ²⁺ sont susceptibles de pénétrer dans les spores fongiques, de dénaturer les protéines et de bloquer diverses enzymes.

Le sulfate de cuivre est utilisé pour lutter contre certains champignons qui attaquent les pommes. Algirdas sur lt.wikipedia / Domaine public. Source: Wikimedia Commons.

Importance du cuivre dans les plantes

L'élément cuivre est important dans les processus physiologiques des plantes tels que la photosynthèse, la respiration et la défense contre les antioxydants. Tant la carence de cet élément que son excès génèrent des espèces réactives de l'oxygène qui sont nocives pour leurs molécules et leurs structures.

La gamme de concentrations de cuivre pour une croissance et un développement optimaux des plantes est très étroite.

Effets néfastes sur l'agriculture

Lorsque ce produit est utilisé en excès dans les activités agricoles, il peut être phytotoxique, provoquer un développement prématuré des fruits et changer leur couleur.

De plus, le cuivre s'accumule dans le sol et est toxique pour les micro-organismes et les vers de terre. Cela entre en conflit avec le concept d'agriculture biologique.

Bien que le CuSO ₄ soit utilisé en agriculture biologique, il peut être nocif pour les vers de terre. Auteur: Patricia Maine Degrave. Source: Pixabay.

En catalyse des réactions chimiques

Le CuSO ₄ anhydre sert de catalyseur pour diverses réactions de composés organiques carbonylés avec des diols ou leurs époxydes, formant des dioxolanes ou des acétonides. Grâce à ce composé, les réactions peuvent être effectuées dans des conditions douces.

Exemple de réaction dans laquelle le CuSO ₄ anhydre agit comme catalyseur. Auteur: Marilú Stea.

Il a également été rapporté que son action catalytique permet de déshydrater les alcools secondaires, tertiaires, benzyliques et allyliques en leurs oléfines correspondantes. La réaction est effectuée très simplement.

L'alcool pur est chauffé avec le CuSO ₄ anhydre à une température de 100 à 160 ° C pendant une durée de 0,5 à 1,5 heure. Il en résulte une déshydratation de l'alcool et l'oléfine est distillée pure du mélange réactionnel.

Déshydratation d'un alcool par du sulfate de cuivre (II) anhydre. Auteur: Marilú Stea.

En tant qu'agent déshydratant

Ce composé est utilisé dans les laboratoires de chimie comme déshydratant. Il est utilisé pour déshydrater les liquides organiques tels que les solvants. Il absorbe l'eau et forme le composé pentahydraté CuSO _{4 •} 5H ₂ O.

Lorsque le CuSO ₄ anhydre blanc absorbe de l'eau, il se transforme en composé pentahydraté bleu CuSO ₄.5H ₂ O. Crystal Titan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Source: Wikimedia Commons.

Pour améliorer les polymères

Le CuSO ₄ anhydre a été utilisé pour améliorer les propriétés de certains polymères tout en leur permettant d'être recyclables.

Par exemple, des particules du composé dans l'acétone ont été mélangées avec du caoutchouc acrylonitrile-butadiène dans un moulin spécial, essayant de rendre les particules de CuSO ₄ très petites.

Le sulfate de cuivre améliore les points de liaison du polymère, formant un mélange de haute résistance, dureté et flexibilité surprenante.

Dans les applications thérapeutiques abandonnées

Dans le passé, des solutions de sulfate de cuivre étaient utilisées pour le lavage gastrique lorsqu'une personne souffrait d'intoxication au phosphore blanc. Cependant, la solution a été rapidement agitée pour éviter l'empoisonnement au cuivre.

Des solutions de ce composé ont également été utilisées avec d'autres substances pour des applications topiques sur des brûlures cutanées au phosphore.

Parfois, ils ont servi dans certaines formes d'anémie nutritionnelle chez les enfants et dans la carence en cuivre chez les sujets recevant une nutrition parentérale, c'est-à-dire les personnes qui ne peuvent pas se nourrir par la bouche.

Certaines lotions contre l'eczéma, l'impétigo et l'intertrigo contenaient du CuSO ₄. Les solutions ont été utilisées comme astringent dans les infections oculaires. Parfois, les cristaux étaient appliqués directement sur des brûlures ou des ulcères.

Toutes ces applications ne sont plus réalisées en raison de la toxicité qu'un excès de ce composé peut induire.

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