Magnesiumsulfaat

Eienskappe

Algemeen
Naam	Magnesiumsulfaat
Struktuurformule van
Chemiese formule	MgSO4
Molêre massa	120,37 [g/mol][1]
CAS-nommer	7487-88-9[1]
Voorkoms	kleurlose, wit vastestof[1]
Reuk	Reukloos [1]
Fasegedrag
Selkonstantes	518,2 pm; 789,3 pm; 650,6 pm[2]
Ruimtegroep	Cmcm
Nommer	63
Smeltpunt	1124 °C[1]
Kookpunt	ontbind
Digtheid	γ 1,92 @ 20  °C[1]
Oplosbaarheid	260 [g/L] @ 20 °C[1]
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt	onbrandbaar
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Magnesiumsulfaat (of bittersout, Epsom se sout, Engelse sout) is 'n sout van magnesium en swawelsuur met formule MgSO₄. Dit sout het heelparty hidrate. Die bekendste hidraat is die heptahidraat MgSO₄.7H₂O wat as die mineraal epsomiet gevind word.

Watervrye magnesiumsulfaat is higroskopies en word as droogmiddel gebruik. Die watervrye vorm is dus moeilik om akkuraat te weeg; die heptahidraat (epsomiet) word dikwels verkies om oplossings van 'n bepaalde konsentrasie te verkry.^[3]

Kristalstruktuur

Watervrye magnesiumsulfaat kristalliseer in 'n ortorombiese struktuur. Magnesiumatome word deur 'n oktaëder van suurstofatome omring. Die sulfaatione vorm 'n tetraëder.^[4][2] Die watervrye struktuur vord gevorm as die hidrate tot ongeveer 300 °C verhit word. Die waterverlies gaan gewoonlik in 'n aantal stappe en dit is afhankelik van die hoeveelheid vog in die atmosfeer waaraan die stof is blootgestel en ook van kinetiese faktore. Daar is 'n aantal hidrate bekend, waarom sommige ook as minerale in die natuur aangetreft word:

• MgSO₄.11H₂O meridianiïet - ontbind teen 2°C^[5]
• MgSO₄.7H₂O epsomiet -ontbind in heksahidriet teen 25 °C en 50% humiditeit
• MgSO₄.6H₂O heksahidriet
• MgSO₄.5H₂O pentahidriet
• MgSO₄.4H₂O starkeyiet
• MgSO₄.3H₂O
• MgSO₄.2H₂O sanderiet
• MgSO₄.1,5H₂O
• MgSO₄.1H₂O kieseriet
• MgSO₄.0,5H₂O

By verhitting van epsomiet word heksahidriet maklik en omkeerbaar gevorm, maar by 'n verwarmingstempo van 1K/minuut ontstaan teen hoër temperature dikwels 'n amorfe stof, pleks van die laër hidrate. Dit hang nogtans ook van die teenwoordigheid van onsuiwerhede af. Organiese stowwe kan die proses van ontbinding en herkistallisasie vertraag. Navorsing op die gebied van hierdie hidrate het 'n hupstoot gekry uit die areologie, die studie van Mars, en die mane van Jupiter en Saturnus, waar dit ook as minerale kan voorkom. Daar is ook 'n industriële motivasie vir beter kontrole oor die kristallisasie prosesse omdat by vervoer van die kommersiële produk soms poeiers 'n koek vorm.^[6]

Mars se hidrologie

Die wydverspreide Mg–S-assosiasie wat deur Viking, Pathfinder en die MER-rovers waargeneem is, dui daarop dat ook een of ander vorm van magnesiumsulfaat MgSO₄·nH₂O algemeen voorkom in gronde wat planeetwyd op Mars versprei is.^[7] Die vrae oor van Mars se hidrologie het tot navorsing gelei oor die gedrag van magnesiumsulfaat se hidrate onder die omstandighede wat op Mars heers. Beide die temperatuur en die humiditeit van die planeet se atmosfeer is laag.

Odyssey het duidelik gemaak dat souterige neerslae op Mars ~30 gew.% sulfate kan bevat. Die Odyssey-wentelbaan het planeetwye kaarte van waterekwivalente waterstof verskaf. Dit het getoon dat naby die oppervlak waterstof verbasend volop is (9–11 gew.% H2O ekwivalent) in wydverspreide ekwatoriale streke waar waterys onstabiel is teen sublimasie. Southidrate soos magnesiumsulfaat s'n is waarskynlik die oorsaak. Navorsing hier op aarde het duidelik gemaak dat amorfe hidrate van magnesiumsulfaat maklik gevorm word en dat dit die verlies van water teenstaan. Hierdie hidrate is afhankelik van die geskiedenis van temperatuur, druk en humiditeit op Mars, maar ongelukkig kan dit moeilik bestudeer word deur monsters na die aarde saam te neem. Die metings sou op Mars self verrig moet word.

Termodinamiese stabiliteit

Van sommige hidrate is termodinamiese eienskappe bekend:^[8]

Mineraal	ΔfH^ɵ298[9]	S^ɵ298[10]	ΔfG^ɵ298[11]
Epsomiet	-3 388,7 [kJ/mol]	371,3 [J/molK]	-2 871,0 [kJ/mol]
Heksahidriet	-3 087,3 [kJ/mol]	348,5 [J/molK]	-2 632,2 [kJ/mol]
Starkeyiet	-2 496,1 [kJ/mol]	259,9 [J/molK]	-2 153,8 [kJ/mol]
Kieseriet	-1 611,5 [kJ/mol]	126,0 [J/molK]	-1 437,9 [kJ/mol]

Die gegewes wys dat epsomiet, heksahidriet en kieseriet gebiede in die temperatuur-humiditeitsruimte het waar hulle die stabiele fases is. Starkeyiet is metastabiel. Sanderiet en pentahidriet is dit dalk ook, maar die gegewes kort.

Dit beteken nie dat net hierdie drie stabiele fases op Mars of die ysmane van Jupiter of Saturnus verwag moet word nie. Navorsing wys dat die magnesium-water-stelsel taamlik kompleks is. Fases volhard ver buite hulle stabiliteitsgebiede omrede van stadige kinetika en daar word nog nuwe metastabiele fases ontdek.^[12]

Chemiese eienskappe

Magnesiumsulfaat kan deur magnesiet (magnesiumkarbonaat) in verdunde swaelsuur op te los:

${\displaystyle MgCO_{3}(s)+H_{2}SO_{4}(aq)\rightarrow Mg^{2+}(aq)+SO_{4}^{2-}(aq)+H_{2}O(l)+CO_{2}(g)\uparrow }$

Watervrye magnesiumsulfaat kan verkry word deur hierdie oplossing in te damp en die hidraat tot bo 300 °C te verhit.

Gebruike

Magnesiumsulfaat word, gewoonlik in sy epsomietvorm, op verskeie maniere aangewend:^[6]

• in medisyne, gebruik vir akute hantering van hartaritmie en asma
• in die landbou as 'n bron van Mg (kunsmis)
• in die Kraftproses om pulp te bleik
• by aminosuurproduksie
• by ertsverwerking,
• by tekstielvervaardiging en -afwerking
• by die formulering van skoonmaakmiddels
• in die vervaardiging van hoë-fruktose produkte
• by rubberverwerking
• as 'n grondstof vir die vervaardiging van verskeie chemikalieë wat Mg bevat
• op die gebied van dosimetrie

Verwysings

1. "MSDS" (in Engels). Fisher. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 20 Augustus 2023. Besoek op 19 Augustus 2023.
2. "MgSO4". Aflow. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 20 Augustus 2023. Besoek op 20 Augustus 2023.
3. "Anhydrous magnesium sulfate". General Abrasivi.
4. Rentzeperis, P.J. and Soldatos, C.T. (1958). "The crystal structure of the anhydrous magnesium sulphate". Acta Cryst. 11: 686–688. doi:10.1107/S0365110X58001857.
5. "Meridianiite". Mindat 31726.
6. Encarnación Ruiz-Agudo, J. Daniel Martı´n-Ramos, Carlos Rodriguez-Navarro (2007). "Mechanism and Kinetics of Dehydration of Epsomite Crystals Formed in the Presence of Organic Additives" (PDF). J. Phys. Chem. B. 111: 41–52.
7. Vaniman, D., Bish, D., Chipera, S. (2004). "Magnesium sulphate salts and the history of water on Mars". Nature. 431: 663–665. doi:10.1038/nature02973.
8. Klaus-Dieter Grevel, Juraj Majzlan (2009). "Internally consistent thermodynamic data for magnesium sulfate hydrates". Geochimica et Cosmochimica Acta. 73=issue=22: 6805–6815. doi:10.1016/j.gca.2009.08.005.
9. Standaardvormingsentalpie teen 298K
10. Standaardentropie teen 298K
11. Standaardvryeëntalpie van vorming teen 298K
12. Steve J. Chipera, David T. Vaniman (2007). "Experimental stability of magnesium sulfate hydrates that may be present on Mars". Geochimica et Cosmochimica Acta. 71 (1): 241–250. doi:10.1016/j.gca.2006.07.044.