Sulfate
Qu'est-ce que le sulfate
Le sulfate ou ion sulfate est un anion polyatomique dont la formule brute est SO2−4. Les sels, les dérivés acides et les peroxydes de sulfate sont largement utilisés dans l'industrie. Les sulfates sont largement présents dans la vie quotidienne. Les sulfates sont des sels de l'acide sulfurique et beaucoup sont préparés à partir de cet acide.
Avantages du sulfate
Le sulfate fait une différence dans les propriétés du sol
Il a été prouvé que le sulfate modifie la structure et l'état physique des sols de diverses manières. Tout d'abord, il peut ameublir les sols compactés, améliorant ainsi leur structure. Il favorise l'aération et la perméabilité.
L'ajout de sulfate favorise la croissance des organismes du sol, ce qui contribue à créer une meilleure structure du sol. Ceci, combiné au passage de petites particules à des agrégats plus gros, permet une meilleure pénétration de l'eau et des nutriments dans le sol. Dans le cas de sols plus fins qui sont sujets à la formation de croûtes en surface, que ce soit par les précipitations ou l'irrigation, le sulfate aide à prévenir la formation de croûtes, préservant ainsi des agrégats plus stables.
Le sulfate réduit le compactage
L'une des conséquences majeures de la culture continue est l'inévitable problème de compaction du sol. En introduisant du sulfate dans le sol, les agrégats ont beaucoup moins tendance à se compacter. Le sol plus meuble permet aux racines des plantes de pénétrer plus profondément. Dans le cas des sols argileux, des fissures ont tendance à apparaître en raison du séchage. Le sulfate réduit ce phénomène en réduisant la variation du volume du sol lors du séchage.
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Où trouve-t-on du sulfate ?
Le sulfate est présent à deux endroits principaux : l’environnement et les produits de consommation.
Dans l'environnement, on trouve généralement du sulfate dans l'eau. Il peut se retrouver dans l'eau potable à partir des eaux de ruissellement industrielles ou des déchets ménagers et sa concentration augmente alors. De faibles concentrations sont naturellement présentes et ne posent aucun problème. Des concentrations plus élevées peuvent donner une eau au mauvais goût et augmenter le risque de développer des problèmes gastro-intestinaux.
Le sulfate naturellement présent dans l'air peut interagir avec d'autres produits chimiques pour former de l'acide sulfurique. Cet acide est connu pour être corrosif et peut nuire à votre santé si vous y êtes exposé.
Dans les produits de consommation, les composés sulfatés les plus courants sont le laurylsulfate de sodium (SLS) et le laureth sulfate de sodium (SLES). Ceux-ci proviennent d'alcools gras fabriqués à partir d'huile de palmiste ou d'huile de pétrole. Les alcools gras se mélangent au trioxyde de soufre et au carbonate de sodium pour former des composés sulfatés.
L'anion sulfate est constitué d'un atome de soufre central entouré de quatre atomes d'oxygène équivalents disposés en tétraèdre. La symétrie de l'anion isolé est la même que celle du méthane. L'atome de soufre est à l'état d'oxydation +6 tandis que les quatre atomes d'oxygène sont chacun à l'état −2. L'ion sulfate porte une charge globale de −2 et il est la base conjuguée de l'ion bisulfate (ou hydrogénosulfate), HSO−4, qui est à son tour la base conjuguée de H2SO4, l'acide sulfurique. Les esters de sulfate organiques, tels que le sulfate de diméthyle, sont des composés covalents et des esters d'acide sulfurique. La géométrie moléculaire tétraédrique de l'ion sulfate est conforme à la théorie VSEPR.
Types de sulfate
Engrais contenant du sulfate
Les engrais contenant du sulfate fournissent la majeure partie de l'engrais S appliqué aux sols. Ces matières ont l'avantage de fournir du S principalement en tant que composant d'engrais multi-nutriments sous une forme, SO4-2, qui est immédiatement disponible pour l'absorption par les plantes. Les sources les plus facilement disponibles et les plus populaires sont le sulfate d'ammonium (AS), le superphosphate simple (SSP), le sulfate de potassium et le sulfate de potassium et de magnésium.
Sulfate d'ammonium
Le sulfate d'ammonium (21-0-0-24S) est l'un des plus anciens engrais contenant de l'azote et du soufre et il est toujours très utilisé dans le monde entier. Le sulfate d'ammonium est principalement produit comme coproduit par d'autres industries. On estime que 70 % de la production mondiale provient de la production de caprolactame, un intermédiaire pour la fabrication de fibres synthétiques. Une petite quantité est récupérée à partir du gaz de cokerie, la majeure partie du reste étant produite de manière synthétique à partir d'acide sulfurique et d'ammoniac. Le produit est utilisé directement ou pour être mélangé à d'autres engrais. Les améliorations apportées aux procédés de formulation du sulfate d'ammonium permettent d'augmenter les parts de matériau granulaire de plus grande taille, qui est facile à manipuler et adapté au mélange en vrac. Cela a considérablement augmenté les possibilités d'application et les performances d'épandage. Le sulfate d'ammonium est également populaire en Europe dans la fabrication d'engrais composés, étant désormais ajouté délibérément pour augmenter leur teneur en soufre.
Les principaux avantages du sulfate d'ammonium sont sa faible hygroscopicité et sa stabilité chimique. Il constitue une bonne source d'azote et de soufre. Son utilisation peut être indésirable dans les sols acides nécessitant déjà un chaulage et lorsqu'il est appliqué à des taux d'azote. De plus, lorsqu'il est appliqué directement comme source d'azote, il apporte accessoirement beaucoup plus de soufre que ce dont la plupart des cultures ont besoin.
Le sulfate d'ammonium peut désormais être obtenu sous forme de granulés, faciles à manipuler et adaptés au mélange en vrac avec d'autres matières fertilisantes. Des problèmes de ségrégation peuvent survenir dans les mélanges en vrac lorsque la taille du produit ne correspond pas à celle des matières N, P et K. Cette difficulté peut être minimisée en contrôlant soigneusement l'uniformité et la taille du sulfate d'ammonium utilisé dans les mélanges.
Il peut également être utilisé dans des liquides clairs pour préparer des solutions d'engrais contenant N et S. Les concentrations en soufre dans les solutions à base de sulfate d'ammonium peuvent varier de 1 % à 1 %. Dans les mélanges NPS formulés avec du sulfate d'ammonium, les concentrations habituelles en S varient de 1 % à 3 %.
Superphosphate simple
Le superphosphate simple était autrefois la source de P la plus importante au monde et reste un engrais phosphaté majeur en Chine, en Inde, en Australie et en Nouvelle-Zélande en raison de sa teneur en P et en S. Il est composé de 50 % en poids de phosphate monocalcique et de gypse ou de son hydrate inférieur. Le SSP contient 6 à 9,5 % de P (12 à 22 % de P2O5) et 10 à 14 % de S et constitue une excellente source de S. L'apparition de carences en S a été retardée dans de nombreuses régions du monde en raison de l'ajout involontaire de S lorsqu'une grande quantité de SSP était utilisée pour fournir du P dans le passé. Sa teneur en Ca, comprise entre 18 % et 21 %, peut être importante dans les sols pauvres en cet élément nutritif.
Dans les années 1960, la structure de l'industrie du phosphate a changé, des matières phosphatées plus concentrées, comme le phosphate diammonique (DAP), remplaçant le SSP. Il est également devenu plus économique de traiter la roche à la source de la mine plutôt que dans le centre agricole, comme c'était le cas pour le SSP. Contrairement au sulfate d'ammonium, le SSP est généralement consommé dans le pays où il est produit. En outre, sa production est en déclin, car la majorité des nouvelles usines d'engrais phosphatés envisagées dans le monde incluent des engrais composés et des phosphates ammoniacaux plutôt que du SSP. Cependant, en raison des faibles besoins énergétiques pour la production et de la demande croissante en S, l'utilisation du SSP pourrait augmenter à l'avenir dans certaines régions à une échelle limitée.
Phosphate d'ammonium et sulfate
La qualité la plus courante de phosphate sulfate d'ammonium a l'analyse 16-20- 0-14S. Il est composé d'environ 40 % de phosphate monoammonique et de 60 % de sulfate d'ammonium. D'autres produits de ce type comprennent 13-39-0-20S, 19-9-0-20S et 23-20-0-7S. Ce dernier contient de l'urée. Ils sont fabriqués par plusieurs procédés, notamment la réaction d'un mélange d'acide phosphorique et d'acide sulfurique avec de l'ammoniac, et l'introduction de solutions de sulfate d'ammonium et de H2SO4 dans un circuit de réaction d'une usine de H3PO4.
L'application directe de 16-20-0-14S aux cultures fourragères, en particulier aux légumineuses, est pratiquée dans de nombreux pays. Elle est également populaire pour les applications en rang sur les petites céréales et le colza/canola. Ce produit est fréquemment utilisé pour la formulation de mélanges en vrac.
Sulfate de potassium et de magnésium
Le sulfate de potassium et de magnésium est un sel double et contient 18 % de K (22 % de K2O), 11 % de Mg et 22 % de S. Il a l'avantage de fournir à la fois du Mg et du S et est fréquemment inclus dans les engrais mixtes pour les sols déficients en ces deux éléments. Ils sont particulièrement utiles lorsque de faibles niveaux de chlorure sont souhaités, comme c'est souvent le cas pour les cultures telles que le tabac, les pommes de terre, les pêches, certaines légumineuses et le gazon. Il convient à l'application directe, au mélange en vrac et à l'inclusion dans des suspensions.
Sulfate de potassium
Le sulfate de potassium est le principal engrais potassique contenant du soufre. Il s'agit d'un matériau contenant de 42 à 44 % de K (50 à 53 % de K2O) et 17 % de S. Il est produit par différents procédés, selon la matière première d'origine. La majeure partie du K2SO4 est récupérée directement à partir de sels de potasse ou de saumures. Environ 25 % de la capacité mondiale de production de K2SO4 repose sur la réaction entre le chlorure de potassium et le H2SO4. Bien que le K2SO4 puisse être coûteux sur certains marchés, par rapport au KCl, il reste un engrais de spécialité largement utilisé pour les cultures commerciales de valeur telles que les pommes de terre et le tabac, qui sont sensibles au chlorure. Il présente également l'avantage de fournir du S.
Sulfate de magnésium
Le sulfate de magnésium contenant 13 % de S et 9,8 % de Mg est peu utilisé comme source de Mg dans les engrais liquides clairs et les pulvérisations foliaires. Des quantités importantes de S seront également fournies lorsqu'il sera utilisé pour fournir du Mg.
Sulfates de micronutriments
Les sels de sulfate de micronutriments sont également des porteurs accidentels de S. Par exemple, dans le groupe constitué de Cu, Fe, Mn et Zn, la concentration de S varie entre 13 % et 21 %.
Gypse
Le gypse (CaSO4.2H2O) est un minéral naturel que l'on trouve principalement dans l'État du Rajasthan. Le gypse de qualité agricole contient 13 % de S, sous forme de sulfate disponible dans la plante. Il est particulièrement apprécié pour la culture de l'arachide où son calcium est également utile lors de la formation des gousses.
Utilisations du sulfate
Les sulfates sont couramment disponibles dans la nature et facilement synthétisés dans l'industrie. Par conséquent, ce composé chimique a des applications très diverses. En voici quelques-unes :
Le sulfate de magnésium est utile dans les bains thérapeutiques.
Les minéraux sulfatés sont utiles dans la préparation des sels métalliques.
De plus, le sulfate de cuivre est l’un des algicides les plus courants et les plus basiques.
Ils sont utiles dans la préparation de détergents, d’émulsifiants et d’agents moussants.
Le gypse est un type naturel de sulfate de calcium hydraté que nous utilisons dans la fabrication des plâtres.
Ceux-ci sont utiles dans le processus de construction.
Une propriété chimique unique du sulfate est qu'il peut facilement se lier aux métaux. Pour aller plus loin, les atomes d'oxygène de l'ion sulfate agissent comme des ligands (bras) et ont tendance à attirer le métal pour former un pont ou une connexion. Cette connexion d'un composé chimique avec un métal est appelée chélate.
L'ion sulfate agit comme un ligand, en se liant soit par deux oxygènes, soit par un seul oxygène comme pont. Néanmoins, le sulfate possède un grand nombre d'électrons et il peut utiliser n'importe quelle paire d'électrons pour se connecter à un métal.
Prenons par exemple un métal neutre PtSO4, dans lequel l'ion sulfate agit comme ligand bidentate. Les liaisons métal-oxygène présentent un caractère covalent particulier dans les complexes de sulfate.
L'ion sulfate est une base conjuguée de l'ion bisulfate, HSO-4 (hydrogénosulfate) et d'une base conjuguée de l'acide sulfurique, H2SO4. D'autre part, les esters organiques de sulfate, comme le diméthylsulfate, font partie des esters d'acide sulfurique et des composés covalents.
Il existe généralement deux méthodes pour préparer les sulfates.
Oxydation des sulfites et des sulfures métalliques. Cependant, la formation de sulfate comme état final d'oxydation peut être déterminée par des réactions consécutives, qui dépendent de manière critique d'autres facteurs tels que le catalyseur, etc.
Traitement de l'hydroxyde métallique, de l'oxyde métallique et du métal pur avec de l'acide sulfurique. Voici quelques exemples :
Ba(ClO3)2 + H2SO4 → 2 HClO3 + BaSO4
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2 H2O
Il faut garder à l'esprit que l'acide sulfurique doit être déprotoné deux fois lors de la préparation du sulfate. Si cela ne se produit qu'une seule fois, un ion hydrogénosulfate est alors formé.
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