סולפט

תכונות כימיות

יון הסולפט הוא אניון רב-אטומי (פוליאטומי), בעל נוסחת המבנה ²⁻SO₄ ומשקל מולקולרי 96.06 דלטון; הוא מורכב מאטום גופרית מרכזי, המוקף ארבעה אטומי חמצן שקולים (אקוויוולנטיים) בתצורה טטרהדרלית. יון הסולפט נושא מטען שלילי 2-, והוא הבסיס המצומד של יון הביסולפט (מימן סולפט) ⁻HSO₄, שהוא בעצמו הבסיס המצומד של חומצה גופרתית, H₂SO₄. סולפטים אורגניים, כמו דימתיל סולפט, הן תרכובות קוולנטיות, אסטרים של חומצה גופרתית.

תכונות

קיימות דוגמאות רבות לסולפטים יוניים, ולרבים מהם מסיסות גבוהה במים. בין היוצאים מן הכלל ניתן למנות את סידן סולפט, סטרונציום סולפט ובריום סולפט, להם מסיסות נמוכה. תרכובת הבריום שימושית במיוחד לאנליזה גרווימטרית של סולפט: מוסיפים, לדוגמה, תמיסת בריום כלוריד לתמיסה שאולי מכילה יוני סולפט. הופעת משקע לבן, בריום סולפט, מעידה על נוכחות יוני סולפט בתמיסה (ייתכנו גם משקעים אחרים, ולכן זו אינה בדיקה חד משמעית). בעזרת סינון, ייבוש ושקילת המשקע ניתן למצוא את ריכוז הסולפט בתמיסה.
יון הסולפט יכול להגיב כליגנד, וליצור קשר אטום חמצן אחד (ליגנד מונודנטטי) או שניים (בידנטטי), בתור קלאטור או גשר. דוגמה לכך היא הקומפלקס המתכתי הנייטרלי PtSO₄P(C₆H₅)₃₂, בו יון הסולפט פועל כליגנד בידינטטי. לקשר המתכת-חמצן בקומפלקסי סולפט אופי קוולנטי משמעותי.

מבנה וקישור

אורך הקשר חמצן-גופרית הוא 149 פיקומטר, והוא קצר מהצפוי עבור קשר S-O יחיד; לדוגמה, אורכי הקשר בחומצה גופרתית הם 157 פיקומטר לקשר S-OH. הגאומטריה הטטרהדרלית של היון תואמת לצפוי על פי מודל VSEPR.
גילברט לואיס היה הראשון לתאר את הקישור במולקולה במונחים מודרניים, במאמר פורץ דרך משנת 1916. במאמר תיאר את הקישור במונחים של שמיניית (אוקטט) אלקטרונים סביב כל אטום (כלומר, ללא קשרים כפולים) ועם מטען פורמלי של 2+ על אטום הגופרית.
מאוחר יותר השתמש לינוס פאולינג בתאוריית קשר ערכיות להציע כי לשני מצבי הרזוננס העיקריים שני קשרי π המערבים אורביטלי d. ההגיון מאחורי הצעה זו היה שבצורה זו מוקטן המטען על אטום הגופרית, בהתאם לעקרון האלקטרונייטרליות שניסח. לפי פאולינג, האופי החלקי של קשר כפול הוא העומד מאחורי האורך הקצר יחסית של קשר החמצן-גופרית.
השימוש שעשה פאולינג באורביטלי d עורר דיון בשאלת החשיבות היחסית של קישור π וקוטביות קשרים (משיכה אלקטרוסטטית) בתור גורמים לקיצור הקשר S-O. תוצאת הדיון הייתה הסכמה רחבה שאורביטלי d משחקים תפקיד, אך חשיבותם פחותה ממה שחשב פאולינג. התיאור הנפוץ מערב קשרי pπ - dπ, כפי שהציע לראשונה D.W.J Cruickshank - בתיאור זה אורביטלי p מאוכלסים במלואם של אטום החמצן עוברים חפיפה עם אורביטלי d ריקים של אטום הגופרית (בעיקר אורביטלי dz² ו-dₓ²₋y²). בתיאור זה יש אופי π מסוים לקשרים, אך לקשר אופי יוני משמעותי. הסבר זה מוצג בכמה ספרי לימוד עכשוויים. התיאור של פאולינג עבור סולפט ותרכובות קבוצה ראשית וחמצן אחרות מוצג גם הוא בספרי לימוד רבים.

היסטוריה

מספר סולפטים היו ידועים לאלכימאים. מלחי ויטריול, מלטינית vitreolum, "זכוכיתי", נקראו בשם זה כיוון שהיו הגבישים השקופים הראשונים שהתגלו. ויטריול ירוק הוא ברזל גופרתי שבע-הידרט FeSO₄·7H₂O; ויטריול כחול הוא נחושת גופרתית חמש-הידרט CuSO₄·5H₂O וויטריול לבן הוא אבץ גופרתי שבע-הידרט ZnSO₄·7H₂O. אלום הוא דו-סולפט בעל נוסחת המבנה K₂Al₂(SO₄)₄·24H₂O, ושיחק תפקיד חשוב בהתפתחות התעשייה הכימית.

השפעות סביבתיות

סולפטים מופיעים באוויר בצורת חלקיקים מיקרוסקופיים (אירוסולים), ומקורם בבעירה של דלק מאובנים וביומסה. בין השאר, הם מגבירים את חומציות האטמוספירה, ויוצרים גשם חומצי.

השפעות אקלימיות עיקריות

ההשפעה הישירה העיקרית של סולפטים על האקלים נובעת מפיזור האור, כלומר הגברה אפקטיבית של האלבדו של כדור הארץ. האפקט מובן היטב, יחסית, ומוביל לקירור ברמה של כ-0.5W/m²  ביחס לרמות קדם-תעשייתיות. אפקט זה מקזז במידת מה את אפקט החימום של גזי חממה, שערכו בערך 2.4W/m² . האפקט אינו-אחיד בכדור הארץ, ומתרכז בעיקר באזורים במורד הרוח מריכוזי תעשייה.
קיימות גם השפעות עקיפות. הראשונה מכונה אפקט טאומי. חלקיקי סולפט יכולים לפעול כמרכזי התגרענות לעננים, דבר המוביל למספר רב יותר של טיפות מים קטנות יותר. טיפות קטנות רבות מפזרות אור ביעילות רבה ממעט טיפות גדולות.
ההשפעה העקיפה השנייה היא למעשה המשך של ההשפעה הראשונה. הוצע שהשפעה זו כוללת הפחתת טפטוף, הגברת גובה העננים, עידוד היווצרות עננים ברמת לחות נמוכה, וזמני חיים ארוכים יותר לעננים. קיימות גם השפעות כימיות, כמו המסה של גזים מסיסים וחומרים קשי-תמס, הפחתת מתח פנים על ידי תרכובות אורגניות ועוד. אלה כלולות באפקט השני, ולמעשה מגבירות את הראשון.
ככל הנראה, להשפעות העקיפות אפקט קירור, ייתכן עד לעוצמה של 2W/m², למרות שאי-הוודאות גדולה מאוד. לכן הסולפטים מוזכרים לעיתים קרובות כאחראים (חלקיים, לפחות) לתופעת העמעום העולמי, שייתכן שקיזזה חלקית את השפעות ההתחממות העולמית.