Sulfate

Sulfate sind die Salze der Schwefelsäure. In ihrer Summenformel tragen sie daher immer das Sulfat-Anion [HSO4]-. Auch die Ester der Schwefelsäure werden zu den Sulfaten gezählt. Das Sulfat-Anion ist dabei, ebenso wie der Grundbaustein der Silikate, in Tetraeder-Form gebaut.

In der Chemie unterscheidet man dabei zwischen sogenannten primären Sulfaten (Hydrogensulfaten) und sekundären Sulfaten. Alternativbezeichnung für ein primäres Sulfat ist auch „saures Sulfat“ oder „Bisulfat“, ein sekundäres Sulfat wird in der Chemie manchmal auch als „neutrales“ oder „normales“ Sulfat bezeichnet. Viele Stoffe gibt es in beiden Varianten – etwa als Natriumhydrogensulfat (primär, NaHSO4) und als Natriumsulfat (sekundär, Na2SO4).

Neben den primären und sekundären Sulfaten muss man zusätzlich noch unterscheiden zwischen Alaunen, Vitriolen, Sulfat-Komplexen und den Sulfat-Estern als spezieller Gruppe.

Alaune sind immer Doppelsalze, die aus ein- und dreiwertigen Kationen und einem zweifach vorkommenden Sulfat-Anion bestehen (z. B. Kaliumaluminiumsulfat). Vitriole enthalten dagegen zweiwertige Nebengruppenmetalle und gleichzeitig Kristallwasser.

Komplexe stellen eine besondere Verbindung von Molekülen dar. Zum Zentralteilchen (fallweise sind auch mehrere Zentralteilchen möglich) kommen hier mehrere Liganden, die meist durch spezielle Bindungen (Koordinationsverbindungen statt der üblichen kovalenten Bindungen) festgehalten werden.

Schwefelsäureester sind häufig bekannte Tenside, wie etwa Natriumlaurylsulfat. Sie zeichnen sich durch enthaltene Sulfonsäuresalze und längere Kohlenwasserstoff-Reste in ihrer Struktur aus. Bei Natriumlaurylsulfat handelt es sich chemisch um ein Fettalkoholsulfat.

Grundlegende Eigenschaften von Sulfaten

Die meisten Sulfate sind wasserlöslich. Schwer löslich sind nur Erdalkalimetallsulfate (Calciumsulfat, Bariumsulfat, Radiumsulfat, Blei(II)-sulfat, Strontiumsulfat).

Sie sind dafür thermisch sehr stabil, ebenso wie die Alkalisulfate (Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Lithiumsulfat, Rubidiumsulfat, Caesiumsulfat). Sulfate von dreiwertigen Metallionen zersetzen sich dagegen bei Wärme zum jeweiligen Oxid und Schwefeltrioxid.

Vorkommen und Entstehung von Sulfaten in der Natur

Viele Minerale in der Natur sind Metallsulfate, wie etwa Calciumsulfat, das mit enthaltenem Kristallwasser Gips bildet, ohne Kristallwasser Anhydrit. Das Mineral Espsomit (Magnesiumsulfat) ist besser bekannt unter seinem Namen Bittersalz. Es wird in der Medizin als Abführmittel verwendet, daneben auch asl Dünger und als Trocknungsmittel. Der sogenannte Schwerspat (Baryt) besteht aus Bariumsulfat oder Strontiumsulfat).

In der Natur ensteht Sulfat oft, wenn sich Sulfide (die Salze des Schwefelwasserstoffs) zu Sulfaten umwandeln, oder wenn bestimmte Bakterien schwefelhaltige organisches Material (z. B. Reste von Proteinen in toten Tieren und Pflanzen) umwandeln.

Sulfat im Trinkwasser

In den meisten Trinkwässern sind Sulfate in gelöster Form vorhanden. Das ist grundsätzlich unbedenklich, sulfatfreie Trinkwässer müssen nicht sein. Sulfat gehört zu den lebensnotwendigen Stoffen für unseren Organismus (Proteinaufbau, Knorpelfestigung und -wachstum, Anregung des Galleflusses und damit verdauungsfördernd).

Ein Zuviel kann dennoch schädlich sein, einerseits für die Leitungen, die dadurch stärker korrodieren, andererseits durch die abführende Wirkung, die Wasser mit zu hohem Sulfatgehalt haben kann. Besonders Säuglinge reagieren schon auf kleine Mengen empfindlich. Zu stark sulfathaltiges Trinkwasser schmeckt zudem bitter (Calciumsulfat und Magnesiumsulfat, das Bittersalz sind die häufigsten Sulfate im Wasser).

Der Gesetzgeber hat aus diesem Grund in der Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 250 mg/l für den Sulfatgehalt verfügt. Liegt der Gehalt darüber, wird bei der Wasseraufbereitung im Wasserwerk Sulfat entfernt, zudem wird sofort das Gesundheitsamt informiert.

Höhere Sulfatgehalte im Trinkwasser können etwa im Bereich des Kohlebergbaus auftreten, da dort häufig das Grundwasser in pyritführende Schichten abgesenkt wird, aus denen sich dann Sulfate im Wasser lösen.

Einfache Nachweise für das Vorhandensein von Sulfaten gelingen mithilfe von Bariumchlorid in Salzsäure, für die Mengenbestimmung kommen jedoch in der Chemie immer Titrationsmethoden zur Anwendung.

Fazit

Schwefel ist besser als sein Ruf – und Sulfatverbindungen aus unserer Natur nicht wegzudenken. Nicht nur viele bekannte Minerale sind Sulfate, sondern auch viele wichtige Tenside, die wir in nahezu allen Körperpflegeprodukten nutzen. Im Trinkwasser ist Sulfat unbedenklich, die Einhaltung des geltenden Grenzwerts wird vom Wasserwerk überwacht.

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