Nadsiarczan amonu (APS) Nadtlenodisiarczan amonu

Nadsiarczan amonu

Inne nazwy: Peroksodisiarczan amonu, Peroksodisiarczan amonu, peroksodisiarczan diamonowy, APS
Wzór chemiczny: (NH₄)₂ S₂O₈
Masa molowa: 228.20 g/mol
Numer CAS: 7727-54-0
SMILES: [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS(=O)(=O)[O-]
Wygląd: Bezbarwne kryształy lub biały proszek krystaliczny
Zapach: Bezzapachowy

Nadsiarczan amonu jest nieorganiczną solą zawierającą kationy amonowe i anion peroksodisiarczanowy, S₂O₈²⁻. Jon peroksodisiarczanowy zawiera wiązanie nadtlenkowe O–O i działa jako silny utleniacz. Termiczna, chemiczna lub katalityczna aktywacja nadsiarczanu może generować wysoce reaktywne anionorodniki siarczanowe (SO₄^•−), które są ważnymi pośrednimi produktami w procesach utleniania i wolnorodnikowych. Z tego względu nadsiarczan amonu jest szeroko badany jako odczynnik utleniający oraz inicjator polimeryzacji rodnikowej. Jego wysoka rozpuszczalność w wodzie sprawia, że szczególnie nadaje się do reakcji prowadzonych w środowisku wodnym, w tym do otrzymywania i modyfikacji materiałów polimerowych.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Nadsiarczan amonu jest bezbarwnym do białego ciałem stałym o budowie krystalicznej i gęstości około 1.98 g/cm³ w temperaturze pokojowej. Jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie; podawana rozpuszczalność wynosi około 83.5 g na 100 g wody w 25 °C.

Związek nie wykazuje typowej temperatury topnienia w warunkach atmosferycznych, ponieważ ulega termicznemu rozkładowi. Rozkład zachodzi w około 120 °C. Stabilność roztworów nadsiarczanu maleje wraz ze wzrostem temperatury, a roztwory wodne mogą ulegać stopniowemu rozkładowi nawet w warunkach otoczenia.

Charakterystyczne zachowanie chemiczne nadsiarczanu amonu wynika z wiązania nadtlenkowego w obrębie jonu S₂O₈²⁻ jonu. Rozszczepienie homolityczne może generować anionorodniki siarczanowe, które są wysoce reaktywnymi rodnikami utleniającymi. W układach wodnych rodniki siarczanowe mogą także uczestniczyć w reakcjach prowadzących do powstawania rodników hydroksylowych i innych reaktywnych pośredników.

Wodne roztwory nadsiarczanu amonu mają odczyn kwasowy. Połączenie wysokiej rozpuszczalności w wodzie, silnych właściwości utleniających oraz zdolności do generowania rodników sprawia, że związek jest użyteczny zarówno w jednorodnych reakcjach wodnych, jak i w wielofazowych układach polimeryzacyjnych.

Zastosowania

Nadsiarczan amonu jest szeroko stosowany jako inicjator w polimeryzacji rodnikowej. Termiczny rozkład nadsiarczanu generuje rodniki siarczanowe zdolne do inicjowania polimeryzacji monomerów winylowych. W literaturze naukowej opisywane jest jego zastosowanie w polimeryzacji akryloamidu, kwasu akrylowego, akrylanów, metakrylanów, akrylonitrylu i pokrewnych monomerów.

Ze względu na wysoką rozpuszczalność w wodzie jest szczególnie przydatny w polimeryzacjach wodnych. Nadsiarczan amonu stosowano w procesach polimeryzacji w roztworze, emulsji, odwróconej emulsji i zawiesinie, a także w kopolimeryzacji szczepionej oraz przy otrzymywaniu hydrożeli i powłok polimerowych.

Nadsiarczan amonu może być także łączony z czynnikami redukującymi w celu tworzenia układów inicjacji redoks. Takie układy generują rodniki w wyniku reakcji przeniesienia elektronu i mogą inicjować polimeryzację w temperaturach niższych niż wymagane do czysto termicznego rozkładu nadsiarczanu. Przykłady badane w chemii polimerów obejmują nadsiarczan amonu w połączeniu z metabisulfitem sodu lub układy aktywowane tetrametyloetylenodiaminą (TEMED).

W badaniach materiałowych nadsiarczan amonu stosuje się jako odczynnik utleniający w syntezie i modyfikacji polimerów funkcjonalnych. Jego zdolność do generowania rodników jest szczególnie istotna w badaniach szczepienia polimerów, modyfikacji powierzchni, tworzenia hydrożeli oraz przygotowania powłok polimerowych.

Nadsiarczan amonu jest także stosowany w laboratoryjnej chemii utleniania oraz w badaniach aktywacji nadsiarczanów. Powstawanie i reakcje rodników siarczanowych bada się w kontekście mechanizmów utleniania, kinetyki reakcji oraz degradacji związków organicznych w układach wodnych.

Źródła literaturowe

National Center for Biotechnology Information (NCBI), PubChem. Ammonium Persulfate, CID 62648. Chemical identity and physicochemical data including molecular formula, molecular mass, appearance, solubility, density and thermal decomposition.

Yiamsawas, D.; Kangwansupamonkon, W.; Chailapakul, O.; Kiatkamjornwong, S. Synthesis and swelling properties of poly[acrylamide-co-(crotonic acid)] superabsorbents. Reactive and Functional Polymers, 2007, 67(10), 865–882. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2007.05.011.

Sun, L.; Zhu, G.; Zhao, Y.; Yan, X.; Mou, S.; Dovichi, N. J. Thermally-initiated free radical polymerization for reproducible production of stable linear polyacrylamide coated capillaries, and their application to proteomic analysis using capillary zone electrophoresis–mass spectrometry. Talanta, 2015. DOI: 10.1016/j.talanta.2015.05.035.

Fernández-García, M.; Madruga, E. L. Free-radical aqueous slurry polymerizations of acrylonitrile: End-groups and other minor structures in polyacrylonitriles initiated by ammonium persulfate/sodium metabisulfite. Polymer, 1994, 35(2), 250–256. DOI: 10.1016/0032-3861(94)90687-4.

Szabó, Á.; Szabó, G.; Zrínyi, M. Persulfate initiated free-radical polymerization of itaconic acid: Kinetics, end-groups and side products. European Polymer Journal, 2018. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2018.07.035.