¿Qué es el sulfato? – Definición, Estructura y Fórmula

El sulfato es un compuesto hecho de azufre y oxígeno. Su fórmula química es SO4^2-

Azufre

El azufre es un no metal ubicado en el grupo VI de la tabla periódica. El azufre es insípido, inodoro y de color amarillo pálido. En su forma pura, el azufre es un sólido frágil y un mal conductor de la electricidad. El azufre no es soluble en agua.

Oxígeno

El oxígeno también es un no metal ubicado en el grupo VI de la tabla periódica. El oxígeno generalmente forma una molécula diatómica con otro átomo de oxígeno para formar O2, lo que lo hace más estable. El oxígeno es un gas incoloro e inodoro a temperatura ambiente. Al igual que el azufre, el oxígeno es un mal conductor de la electricidad.

Ión poliatómico

El sulfato se considera un anión poliatómico. Un ion poliatómico es un grupo de dos o más átomos que se comportan como una sola unidad. El sulfato es un anión porque su carga general es negativa. Cuando el sulfato se convierte en ácido sulfúrico, se sabe que produce sal. Los sulfatos a menudo forman enlaces con cationes para formar compuestos neutros y más estables, como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y el sulfato de magnesio Mg(SO4).

Qué es el sulfato

Probablemente lo hayas probado sin siquiera saberlo. El sulfato es muy abundante en nuestro medio ambiente y se encuentra naturalmente como minerales en la tierra. Estoy seguro de que está muy interesado en aprender más sobre esta molécula, así que comencemos con los antecedentes del sulfato.

El sulfato es un compuesto químico que está compuesto por un átomo de azufre con cuatro átomos de oxígeno a su alrededor. Cuando ves sulfato, lo primero que debes pensar es en la forma de una estrella con azufre en el medio. Los cuatro átomos de oxígeno que rodean al azufre forman esa forma de estrella. Aprenderemos más sobre la estructura del sulfato un poco más adelante.

Mejores amigos de otro compuesto orgánico llamado ácido sulfúrico, los sulfatos se consideran sales siempre que se combinan con ácido sulfúrico. Otra propiedad única del sulfato es su capacidad para unirse a metales. Al utilizar sus átomos de oxígeno como ligandos o brazos, el ion sulfato alcanzará un metal formando un puente o conexión. Esta conexión de un compuesto químico que se une a un metal se llama quelato. Como puede ver aquí, cuando el sulfato toma el título de sustancia quelante, los átomos de oxígeno cargados negativamente se extenderán para agarrar el metal, el hierro. El resultado de esto es la formación de un complejo de iones metálicos llamado sulfato de hierro o FeSO4.

Debido a que el sulfato tiene tantos electrones, puede usar un par de electrones para conectarse con el metal o múltiples pares de electrones. Cuando se utiliza un par de electrones, se denomina ligando monodentado. Cuando se utiliza más de un par de electrones se denomina ligando multidentado.

Estructura del sulfato

Tanto el azufre como el oxígeno se encuentran en el grupo VI de la tabla periódica. Los elementos de este grupo tienen 6 electrones de valencia. Los electrones de valencia son electrones ubicados en la capa exterior de un átomo. Son los electrones involucrados en el enlace.

• Hay un total de 32 electrones de valencia en el sulfato.
• El azufre tiene 6 electrones de valencia.
• Cada átomo de oxígeno tiene 6 electrones de valencia. Dado que el sulfato tiene 4 átomos de oxígeno, eso equivale a 24 electrones de valencia.
• El sulfato tiene una carga de 2^–, lo que significa que tiene 2 electrones adicionales.

Al dibujar la estructura de Lewis del sulfato, el azufre se coloca en el centro de la estructura de Lewis porque es el átomo menos electronegativo. Los cuatro átomos de oxígeno restantes se colocan alrededor del azufre. Hay dos electrones compartidos entre cada átomo de azufre y oxígeno formando cuatro enlaces simples. Los 24 electrones restantes se colocan alrededor de los átomos de oxígeno externos. En esta estructura de Lewis, se obedece la regla del octeto. La regla del octeto establece que los átomos ganarán o perderán electrones para alcanzar 8 electrones en la capa exterior.

A continuación se muestra la estructura de puntos de Lewis para el sulfato.

Según la teoría de la repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR), el sulfato tiene una geometría tetraédrica. Esto se debe a que el sulfato tiene 4 átomos alrededor del átomo central y cero pares de electrones solitarios alrededor del átomo central. El ángulo entre cada átomo de oxígeno es de 109,5 grados.

SO4 Carga

Las estructuras de resonancia son un grupo de dos o más estructuras de Lewis que representan una única especie poliatómica. El sulfato tiene seis estructuras de resonancia. Observe que la ubicación de los átomos es la misma, pero la ubicación de los dobles enlaces es diferente. Algunas estructuras de Lewis no muestran sulfato con dobles enlaces. La estructura de resonancia siguiente también viola la regla del octeto. No todos los átomos de oxígeno y azufre tienen 8 electrones en su capa de valencia.

Al dibujar la estructura de Lewis para el sulfato, se obtiene la siguiente imagen. En esta estructura de Lewis, sólo hay enlaces simples y se obedece la regla del octeto. Sin embargo, se deben observar tanto la regla del octeto como la carga formal al dibujar la estructura de Lewis correcta.

Cargo formal

Para entender por qué existen dobles enlaces en las estructuras de resonancia, se puede observar la carga formal de cada átomo. La carga formal se define como una carga asignada a un átomo en una molécula suponiendo que los electrones de esa molécula se comparten por igual.

La fórmula para encontrar cargo formal es:

Carga formal = Electrones de valencia – Electrones de valencia no enlazantes – (Electrones de enlace/2)

El átomo de oxígeno que aparece debajo, etiquetado con 1, tiene 6 electrones de valencia. Esto se debe a que se encuentra en el grupo VI de la tabla periódica. Hay 6 electrones no enlazantes (encerrados en un círculo verde) y 2 electrones enlazantes (encerrados en un círculo rosa).

• Cargo Formal = 6 – 6 – (2/2) = -1
• El resto de átomos de oxígeno tendrán la misma carga formal.

El siguiente átomo de azufre tiene 6 electrones de valencia. Esto se debe a que el azufre se encuentra en el grupo VI de la tabla periódica. Hay 0 electrones no enlazantes y 8 electrones enlazantes.

• Cargo Formal = 6 – 0 – (8/2) = +2

La siguiente imagen muestra los cambios formales para cada átomo. Observe que cada átomo tiene cargas. Cuando esto sucede, la molécula es inestable.

Para reducir las cargas del átomo, los pares libres se pueden convertir en enlaces. Dado que los átomos de oxígeno son más electronegativos que el azufre, los átomos de oxígeno deben tener cargas negativas. Observe cómo la conversión de pares libres en un enlace reduce las cargas, lo que hace que la molécula sea más estable.

Las seis estructuras de resonancia del sulfato son el resultado de la formación de diferentes combinaciones de estos dobles enlaces.

Carga de sulfato

El sulfato tiene una carga de 2^–. Para entender por qué este ion poliatómico tiene carga, se puede observar la carga formal de una de las estructuras de resonancia.

En la imagen siguiente, el átomo de oxígeno etiquetado como 1 tiene 6 electrones de valencia. Esto se debe a que se encuentra en el grupo VI de la tabla periódica. Hay 4 electrones no enlazantes (encerrados en un círculo verde) y 4 electrones enlazantes (encerrados en un círculo amarillo).

• Cargo Formal = 6 – 4 – (4/2) = 0
• El átomo de oxígeno marcado con 3 tendrá la misma carga formal.

El átomo de oxígeno marcado con 2 tiene 6 electrones de valencia. Esto se debe a que se encuentra en el grupo VI de la tabla periódica. Hay 6 electrones no enlazantes y 2 electrones enlazantes.

• Cargo Formal = 6 – 6 – (2/2) = -1
• El átomo de oxígeno marcado con 4 tendrá la misma carga formal.

El átomo de azufre en el centro tiene 6 electrones de valencia. Esto se debe a que se encuentra en el grupo VI de la tabla periódica. Hay 0 electrones no enlazantes y 12 electrones enlazantes.

Cargo Formal = 6 – 0 – (12/2) = 0

La siguiente imagen muestra las cargas formales de cada átomo del sulfato. Cuando se suman todas las cargas, la carga total del sulfato es -2.

Unión en sulfato

El sulfato no es un metal. Está formado por un átomo de azufre y cuatro átomos de oxígeno. Tanto el oxígeno como el azufre son no metales. El sulfato es capaz de unirse con metales como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y el sulfato de magnesio MgSO4

El enlace entre el azufre y cada átomo de oxígeno es un enlace covalente. Los enlaces covalentes se forman cuando se comparten electrones entre átomos que no son metales. Los no metales tienden a querer ganar electrones para formar su octeto. Por este motivo comparten electrones para poder alcanzar su octeto.

Propiedades del sulfato

• Propiedades físicas del sulfato
• Masa molar= 96,07 gramos
• Punto de ebullición = 623,9 grados Celsius
• Punto de fusión = 270,5 grados Celsius
• Soluble en agua

Propiedades químicas del sulfato

• El sulfato es la base conjugada del sulfato de hidrógeno (HSO4)
• El ion hidrógeno sulfato es el ácido conjugado del ion sulfato (SO4^2-)
• Se vincula fácilmente con metales.

Usos del sulfato

El sulfato tiene muchos usos diferentes. Éstas incluyen:

• Los organismos que viven cerca de fuentes termales de aguas profundas utilizan sulfatos como aceptores de electrones.
• El sulfato de magnesio MgSO4 se conoce comúnmente como sales de Epsom. Estas sales se utilizan en baños terapéuticos.

• El yeso es la forma mineral natural de sulfato de calcio hidratado, que se utiliza para fabricar yeso.
• Productos químicos que se encuentran en los agentes de limpieza (detergentes, champú). El lauril sulfato de sodio y el laureth sulfato de sodio son los dos sulfatos principales que se encuentran en el champú. Estos compuestos crean espumas que eliminan el aceite y la suciedad.
• Se utiliza en suplementos dietéticos, panes, frutas y verduras en conserva, gelatinas y pudines.

Efectos nocivos de los sulfatos

El sulfato también puede ser perjudicial.

• Los altos niveles de sulfatos que se encuentran en el agua potable pueden provocar diarrea.
• Los sulfatos pueden causar irritación en los ojos, la piel y el cuero cabelludo.
• Los niveles altos de sulfato pueden hacer que el agua potable tenga un sabor amargo.
• Los niveles altos de sulfato pueden corroer las tuberías.

Efectos ambientales

Los compuestos que contienen azufre ingresan a la atmósfera a través de la pulverización de las olas del océano, la descomposición de materiales biológicos y la combustión de combustibles fósiles. Cuando los sulfatos se mezclan con agua, se forma ácido sulfúrico. La lluvia ácida se define como cualquier forma de contaminación que contiene altos niveles de ácidos. A medida que las precipitaciones en el cielo se mezclan con los sulfatos, se forma la lluvia ácida. La lluvia ácida puede presentarse en forma de nieve, niebla y polvo seco. Desafortunadamente, la lluvia ácida no sólo contamina las áreas donde la mayoría de los sulfatos ingresan a la atmósfera. La lluvia ácida puede caer a muchos kilómetros de la fuente original de contaminación. La lluvia ácida ingresa a las fuentes de agua y al suelo. La lluvia ácida reduce los niveles de pH, haciendo que el agua y los suelos sean más ácidos. La lluvia ácida también puede provocar la liberación de sustancias tóxicas, como el aluminio, en el agua y el suelo. Esto puede tener efectos perjudiciales para la salud de los organismos que viven en zonas afectadas por la lluvia ácida. La lluvia ácida también puede aumentar la erosión de edificios y otras estructuras.

Resumen de la lección

El sulfato es un compuesto hecho de azufre y oxígeno. Su fórmula química es SO4^2-. El sulfato se considera un anión poliatómico. Según la teoría de la repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR), el sulfato tiene una geometría tetraédrica. Las estructuras de resonancia son un grupo de dos o más estructuras de Lewis que representan una única especie poliatómica. El sulfato tiene seis estructuras de resonancia.

Los sulfatos se encuentran a menudo en productos de limpieza. Los sulfatos producen una espuma que elimina la suciedad y los aceites. Los compuestos que contienen azufre pueden liberarse a la atmósfera mediante varios procesos. Estos compuestos que contienen sulfato luego se convierten en ácido sulfúrico cuando se mezclan con la precipitación y caen como lluvia ácida. La lluvia ácida se define como cualquier forma de contaminación que contiene altos niveles de ácidos. La lluvia ácida reduce los niveles de pH afectando a las plantas, los organismos y la erosión de los edificios.

Estructura del sulfato

Es importante comprender la estructura y el enlace del sulfato. Como se mencionó anteriormente, cuatro átomos de oxígeno forman colectivamente una forma de estrella alrededor de un átomo de azufre para producir sulfato. En química, esta forma de estrella se denomina disposición tetraédrica. Este tipo de disposición ocurre cuando tienes un átomo en el centro y cuatro átomos ubicados a la misma distancia entre sí, un ángulo de 109,5 grados.

Ahora que entendemos la disposición de los enlaces, ¿qué tal si cambiamos de marcha y nos centramos en la estructura del sulfato? Antes de sacar ese lápiz y comenzar a dibujar la estructura de Lewis del sulfato, no olvide anotar las cargas formales y el número total de electrones de valencia necesarios para el sulfato. Cuando cuento el número de electrones de valencia, usando la tabla periódica, obtengo lo siguiente:

• Átomo de oxígeno: 6 electrones de valencia x (4 átomos de oxígeno) = 24 +2 electrones = 26 en total
• Átomo de azufre: 6 electrones de valencia. 6 + 26 = 32

Se necesitan un total de 32 electrones de valencia para el sulfato. ¿Recibiste este número? Sé que lo hiciste, ¡lo cual es genial! Ahora es el momento de construir nuestra estructura. Debido a que el azufre es el menos electronegativo, podemos colocarlo como el átomo central, como en la imagen A. Aunque todo pinta bien, Sulfur no está contento. La carga formal es +2 y al azufre le gusta mantenerla en 0. Por lo tanto, es hora de mover algunos enlaces y pares solitarios para hacer feliz al azufre. En la Imagen B, cuando se agrega un doble enlace, la carga formal del azufre es +1. Cuando se agrega un segundo doble enlace, en la Imagen C, el azufre ahora queda satisfecho ya que su carga formal es 0. Esta estructura es la mejor manera de definir y extraer el sulfato.

Fórmula de sulfato

La fórmula molecular del sulfato es SO4^2-. Los átomos de azufre y oxígeno comparten cuatro enlaces, dos simples y dos dobles. El -2 que ves en el ion sulfato te recuerda que esta molécula está cargada. Esta carga negativa proviene de los átomos de oxígeno que rodean al átomo de azufre. En términos de ubicación, siéntete libre de colocar esta carga en cualquiera de los dos átomos de oxígeno. Mientras mantengas bajo control la regla del octeto y la carga formal, puedes aplicar esas cargas a dos átomos de oxígeno cualesquiera.

Estoy bastante seguro de que se le pasó por la cabeza que esta capacidad de cambiar la disposición de cargas y enlaces significa que el sulfato tiene estructuras de resonancia. Bueno, ¡ese pensamiento definitivamente es acertado! Aquí vemos todas las estructuras de resonancia. Tiene seis posibilidades diferentes.

Eres oficialmente un experto en sulfato. Pero tenga en cuenta que demasiado sulfato es malo. En nuestra agua potable, el exceso de sulfato presente puede provocar efectos laxantes, como diarrea. También puede endurecer el agua y resecar la piel, lo cual tampoco es nada bueno.

Resumen de la lección

El sulfato es un compuesto que contiene un átomo de azufre rodeado por cuatro átomos de oxígeno. El compuesto de sulfato forma una disposición tetraédrica con enlaces. El sulfato forma una sal cuando se convierte en ácido sulfúrico. Puede formar quelatos con metales. La estructura de Lewis del sulfato depende de la carga formal del azufre. La fórmula molecular de los sulfatos es SO4^2-. Se utilizan dos enlaces dobles y dos enlaces simples para unir el oxígeno al átomo de azufre. Hay seis estructuras de resonancia diferentes de sulfato.