Siarczan amonu (NH4)2SO4

Siarczan amonu

Inne nazwy: Siarczan amonu, siarczan diamonowy, sól diamonowa kwasu siarkowego(VI)
Wzór chemiczny: (NH₄)₂SO₄
Masa molowa: 132.14 g/mol
Numer CAS: 7783-20-2
Wygląd: Biała krystaliczna substancja stała lub proszek krystaliczny
Zapach: Bez zapachu

Siarczan amonu jest nieorganiczną solą złożoną z dwóch kationów amonowych (NH₄⁺) i jednego anionu siarczanowego (SO₄ ²⁻). Jest to związek jonowy o bardzo dobrej rozpuszczalności w wodzie oraz ważny odczynnik laboratoryjny, szczególnie w biochemii i chemii białek. Dane referencyjne NIST podają jego wzór cząsteczkowy jako H₈N₂O₄S, co odpowiada konwencjonalnemu (NH₄)₂SO₄, o masie molowej 132.140 g/mol i numerze rejestracyjnym CAS 7783-20-2.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Siarczan amonu jest krystalicznym ciałem stałym o charakterze jonowym, które łatwo rozpuszcza się w wodzie, tworząc jony amonowe i siarczanowe. Jego roztwory wodne są zazwyczaj lekko kwaśne, ponieważ jon amonowy działa jako słaby kwas Brønsteda. Wysoka siła jonowa osiągalna w stężonych roztworach siarczanu amonu jest kluczowa dla wielu jego zastosowań laboratoryjnych, zwłaszcza w procesach obejmujących zmiany rozpuszczalności makrocząsteczek.

W stanie stałym siarczan amonu wykazuje interesujące strukturalnie zachowanie fazowe związane z orientacją i wiązaniami wodorowymi jonów amonowych w obrębie sieci siarczanowej. Badania ab initio opisują kilka możliwych konfiguracji strukturalnych i pokazują, że oddziaływania między NH₄⁺ a SO₄ ²⁻ w znacznym stopniu wpływają na właściwości strukturalne i dielektryczne kryształu.

Siarczan amonu nie powinien być traktowany jako posiadający zwykły punkt wrzenia, ponieważ podczas silnego ogrzewania ulega rozkładowi termicznemu. Badania analizy termicznej wskazują, że rozkład przebiega w kilku etapach. Eksperymentalne pomiary DSC i termograwimetryczne wykazały istotny rozkład powyżej około 250 °C, z dalszą utratą masy w wyższych temperaturach i tworzeniem lotnych produktów rozkładu. Dokładny przebieg rozkładu zależy od szybkości ogrzewania, atmosfery, czystości próbki i warunków eksperymentalnych.

Badania stanu stałego dodatkowo zidentyfikowały w siarczanie amonu zjawiska strukturalne i elektryczne zależne od temperatury. Anomalia obserwowana w pobliżu 130 °C została powiązana z początkiem procesów aktywowanych termicznie i zwiększoną przewodnością protonową, podczas gdy dalsze ogrzewanie ostatecznie prowadzi do rozkładu materiału.

Zastosowania

Jednym z najważniejszych zastosowań laboratoryjnych siarczanu amonu jest wytrącanie i frakcjonowanie białek w procesie powszechnie znanym jako wytrącanie siarczanem amonu lub „wysalanie”. Zwiększanie stężenia siarczanu amonu podnosi siłę jonową roztworu białka i zmniejsza ilość wody dostępnej do efektywnej solwatacji powierzchni białkowych. Przy wystarczająco wysokich stężeniach soli wybrane białka tracą rozpuszczalność i wytrącają się, podczas gdy wiele innych składników pozostaje w roztworze.

Frakcjonowanie siarczanem amonu jest szeroko stosowane jako początkowy etap oczyszczania i zagęszczania w biochemii białek. Poprzez stopniowe zwiększanie stopnia nasycenia solą mieszaniny białek można rozdzielać na frakcje o różnych zakresach rozpuszczalności. Wytrącone białka można następnie odzyskać przez wirowanie i rozpuścić w odpowiednim buforze do dalszego oczyszczania metodami chromatograficznymi lub innymi technikami biochemicznymi.

Związek ten jest szczególnie użyteczny do wytrącania białek, ponieważ często można stosować wysokie stężenia bez powodowania nieodwracalnej denaturacji wielu białek. Jego wysoka rozpuszczalność w wodzie umożliwia uzyskanie szerokiego zakresu sił jonowych, a powstałe wytrącenie można często odwrócić przez rozcieńczanie, dializę lub wymianę buforu. Właściwości te czynią siarczan amonu użytecznym w oczyszczaniu enzymów, izolacji przeciwciał i ogólnym przygotowaniu próbek biochemicznych.

Siarczan amonu jest również stosowany w krystalizacji i badaniach strukturalnych białek. Kontrola stężenia soli zmienia rozpuszczalność i oddziaływania międzycząsteczkowe białek, pozwalając siarczanowi amonu działać jako czynnik wytrącający w doświadczeniach krystalizacyjnych. Jego wpływ na uwodnienie, ekranowanie elektrostatyczne i asocjację makrocząsteczek jest także badany w chemii fizycznej i badaniach biofizycznych.

W chemii analitycznej i fizycznej siarczan amonu jest używany do przygotowywania roztworów o kontrolowanej sile jonowej oraz jako modelowy elektrolit nieorganiczny w badaniach rozpuszczalności gazów, oddziaływań elektrolitów i termodynamiki roztworów. Dane eksperymentalne dotyczące układów zawierających siarczan amonu, wodę i gazy takie jak dwutlenek węgla są uwzględnione w IUPAC-NIST Solubility Data Series.

Postępowanie i stabilność

Siarczan amonu jest stabilny w zwykłych, suchych warunkach przechowywania, lecz należy go chronić przed nadmierną wilgocią i wysoką temperaturą. Silne ogrzewanie powoduje postępujący rozkład termiczny zamiast prostego ulatniania. Podczas operacji z materiałem w postaci proszku należy minimalizować pylenie i stosować odpowiednią ochronę oczu oraz dróg oddechowych w sytuacjach, gdy mogą powstawać unoszące się cząstki.

Źródła literaturowe

NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Ammonium sulfate. CAS Registry Number 7783-20-2.

Wingfield, P. Protein Precipitation Using Ammonium Sulfate. Current Protocols in Protein Science, 2001, Appendix 3F. DOI: 10.1002/0471140864.psa03fs13.

Protein Precipitation Using Ammonium Sulfate. Current Protocols in Protein Science, 2016, 84, A.3F.1–A.3F.9. DOI: 10.1002/0471140864.psa03fs84.

Andriyevsky, B.; Doll, K.; Jansen, M. First principles study of structural stability, electronic and related properties of (NH₄)₂SO₄. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2010, 71, 357–363. DOI: 10.1016/j.jpcs.2009.12.090.

High-temperature phase transformation and topochemical nature in ferroelastic (NH₄)₂SO₄. Journal of Solid State Chemistry, 2014, 212, 107–113. DOI: 10.1016/j.jssc.2014.01.014.

Thermal stability of systems containing ammonium nitrate and sulfate salts: an experimental study. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2023. DOI: 10.1007/s10973-023-12328-5.

Safety

Label Elements: None required

First Aid Measures

Eye Contact: Rinse thoroughly with water for several minutes. Seek medical attention if irritation occurs.
Skin Contact: Wash with soap and water. Remove contaminated clothing.
Inhalation: Move to fresh air. Seek medical help if symptoms persist.
Ingestion: Rinse mouth with water. Do not induce vomiting. Seek medical advice if feeling unwell.

Handling and Storage

Storage Conditions: Store in a dry, cool, and well-ventilated area. Protect from moisture and incompatible materials such as strong oxidizers.
Handling Precautions: Avoid dust generation. Use appropriate personal protective equipment.