硫酸根

【離子結構】硫酸根是一個硫原子和四個氧原子通過共價鍵連接形成的四面體結構，硫原子以sp3雜化軌道成鍵，硫原子位於四面體的中心位置上，而四個氧原子則位於它的四個頂點，一組S－O－S鍵的鍵角為109°28'，S－O鍵的鍵長為1.49pm。因硫酸根得到兩個電子才形成穩定的結構，因此帶負電，且很容易與金屬離子或銨根結合，產生離子鍵而穩定下來。

硫酸根離子的結構說法不一。根據高等教育出版社出版的《無機化學》（第四版）下冊p503-505，“SO₄²⁻離子呈正四面體結構，其中S－O鍵鍵長為149pm，有很大程度的雙鍵性質。4個氧原子與硫原子之間的鍵完全一樣。”

硫酸根遇高溫會分解為二氧化硫和氧。因此煤在燃燒前都要經過總硫含量測定，以減少有害氣體的排放。

一般硫酸鹽都易溶於水。硫酸銀略溶，鹼土金屬（除Be、Mg外）和鉛的硫酸鹽微溶。可溶性硫酸鹽從溶液中析出的晶體常常帶有結晶水如CuSO₄·5H₂O、FeSO₄·7H₂O等。除鹼金屬和鹼土金屬外，其他硫酸鹽都有不同程度的水解作用。

1、在水中溶解的硫酸根離子是由於硫酸或可溶性硫酸鹽溶於水產生的。硫酸為強電解質，溶於水會迅速發生二級電離，產生兩個氫離子和一個硫酸根離子（中學階段按照教科書描述可以這麼認為，但是事實上其第二次電離約為10%左右）。

2、亞硫酸根離子被氧化或三氧化硫溶於水也會產生硫酸根。

3、含硫氨基酸經過氧化分解也會生成硫酸根，且半胱氨酸代謝是人體內硫酸根的主要來源。

國內外檢測硫酸根含量的方法很多，主要有重量法、滴定法、分光光度法、離子色譜法（IC法）、濁度計法、原子吸收法（AAS）、ICP-AES法等。其中，重量法、IC法、濁度計法是檢測油田水中硫酸根含量推薦的三種方法；滴定法、分光光度法在油田上的應用較為廣泛；光譜法是新型的檢測方法。

硫酸根與金屬鋇離子結合會產生硫酸鋇白色沉澱，但有許多不溶性鋇鹽也為白色，但它們多溶於酸，而硫酸鋇不溶於酸。因此檢驗硫酸根離子時，通常先使用鹽酸使實驗環境酸化，排除碳酸根的干擾，然後加入可溶鋇鹽，如氯化鋇，以此確定液體是否含有硫酸根離子。同時要注意到：必須先加入鹽酸，后加入氯化鋇，否則易受銀離子干擾，產生白色沉澱，影響檢驗。所以應當：

（1）加入鹽酸，然後濾去沉澱；

（2）加入氯化鋇，觀察是否有白色沉澱。

檢驗時加入的鋇鹽最好是氯化鋇，硝酸鋇不好，因為氫離子與硝酸根離子相遇時會有強氧化性，會使亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，無法檢驗原溶液中是否有硫酸鹽。但要將生成的白色沉澱中滴加稀硝酸，若白色沉澱不溶解，則更能說明含硫酸根離子。

推薦的離子方程式：

Ba2⁺ + SO₄ = BaSO₄↓

Ba + CO₃ = BaCO₃↓，但是因為 CO₃ + 2H⁺ = H₂O+CO₂↑，所以可以用酸環境排除碳酸根干擾。

硫酸鹽十分常見，且在其固體鹽中出現的這個離子常常攜帶陰離子結晶水，這是由於水分子通過氫鍵和上面的氧原子相連。

（1）農業用途

硫酸鉀是常見的鉀肥，硫酸銨是常見的銨態氮肥，注意不要與鹼性質一起施用，否則會放出氨氣，降低肥效。硫酸銅溶液為藍色，可以用於配製農藥波爾多液硫酸根。

（2）醫學用途

硫酸鋇又稱鋇餐，在醫學上可以用於消化系統的X光檢查；硫酸鋇還是一種很好的防護塗料。二水合硫酸鈣俗稱石膏，在醫學上可以用於固定，也用於進行家居裝潢，製造混凝土時也可以使用它控制凝固時間。

（3）生活用途

硫酸亞鐵溶液為淺綠色，常用於補鐵劑。無水硫酸銅可以用於吸水或檢驗水的存在。五水硫酸銅又稱膽礬或藍礬，藍色固體，可分解生成無水硫酸銅和結晶水。十二水硫酸鋁鉀俗稱明礬，生活中常用於凈水。

硫酸鹽經常存在於水中，其主要來源是地層礦物質的硫酸鹽，多以硫酸鈣、硫酸鎂的形式存在；石膏、其它硫酸鹽沉積物的溶解；海水入侵，亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽等在空氣中氧化，以及生活污水、化肥、含硫地熱水、礦山廢水、製革、紙張製造中使用硫酸鹽或硫酸的工業廢水中等都可以使水中硫酸鹽含量增高。

（1）對人體的危害

在大量攝入硫酸鹽后出現的最主要生理反應是腹瀉、脫水和胃腸道紊亂。人們常把硫酸鎂含量過600mg/L的水用作導泄劑。當水中硫酸鈣和硫酸鎂的質量濃度分別達到1000mg/L和850mg/L時，有一半的人認為水的味道令人討厭，不能接受。

（2）對環境的危害

環境中有許多金屬離子可以與硫酸根結合成穩定的硫酸鹽，大氣中硫酸鹽形成的二氧化硫氣體對材料有腐蝕破壞作用，危害動植物健康，而且可以起到催化作用，加重硫酸霧毒性，隨著降水到達地面以後破壞土壤結構，降低土壤肥力，對輸水系統造成腐蝕。

（3）對混凝土的腐蝕

水中的硫酸根含量超過了一定的值，將會對混凝土發生結晶類腐蝕，即硫酸根與混凝土中的氫氧化鈣反應，生成二水石膏晶體，這種石膏再與水化鋁酸鈣發生化學反應，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的複合硫酸鹽，習慣上稱之為水泥桿菌。由於水泥桿菌結合了許多的結晶水，因而使其體積比化合前增大很多，約為原體積的兩倍多，於是在混凝土中產生很大的內應力，使混凝土的結構遭到破壞。準確測定地下水中的硫酸根含量，以便採取相應措施避免或降低硫酸根對混凝土的侵蝕。