Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO₄·5 H₂O): Eigenschaften, Chemie & Anwendungen

Einleitung

Kupfersulfat-Pentahydrat zählt zu den bestuntersuchten Kupfersalzen. Seine intensive blaue Kristallstruktur, sein reversibles Hydratationsverhalten und vielfältige Einsatzmöglichkeiten machen ihn besonders interessant – von chemischer Lehre bis Technik und Haushalt. Im Folgenden vertiefen wir chemische Grundlagen, Herstellung, Anwendungen und Sicherheitsaspekte.

Chemische Struktur und Hydrate

Die Verbindung **CuSO₄·5 H₂O** enthält fünf Wassermoleküle, von denen vier direkt an das Kupfer-Ion koordiniert sind, während ein weiteres als Kristallwasser in der Struktur eingebunden ist. Formal kann man sie auch als [Cu(H₂O)₄]SO₄·H₂O schreiben. Neben dem Pentahydrat existieren weitere Stufen wie Monohydrat und Trihydrat sowie das wasserfreie Kupfersulfat. Das Mineral, das dem Pentahydrat entspricht, heißt Chalkanthit und kann nur sehr unter ariden Bedingungen stabil existieren.

Eigenschaften und Verhalten

Thermisch gibt es ein stufenweises Austreten des Kristallwassers: ab ungefähr 95 °C entstehen zuerst zwei Wassermoleküle (Trihydrat), dann bei etwa 116 °C weitere zwei (Monohydrat) und schließlich bei rund 200 °C das wasserfreie Salz. Das Hydratationsverhalten ist reversibel, und bei hohen Temperaturen kann das Salzkristall weiter zersetzt werden.

Herstellung und Reaktionsgleichungen

Im Labor und in kleinen Maßstäben kann Kupfersulfat durch Reaktion von Kupfer(II)-hydroxid mit Schwefelsäure erzeugt werden:

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2 H₂O

Technisch wird oft Kupfer(II)-oxid oder Kupfer(II)-sulfid eingesetzt:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O  
CuS + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

Nach der Lösung folgt Kristallisation, wobei das Pentahydrat ausfällt. Die Hydratationsgleichung lautet:

CuSO₄ + 5 H₂O → CuSO₄·5 H₂O

Die Rückreaktion beim Erhitzen:

CuSO₄·5 H₂O → CuSO₄ + 5 H₂O

Bei starker Erhitzung kann das Salzkristall weiter zerfallen:

2 CuSO₄ → 2 CuO + 2 SO₂ + O₂

Anwendungen in Wissenschaft, Technik und Haushalt

In der Lehre dient die Substanz für Kristallzüchtungen, Experimente zur Hydratationsdynamik oder chemische Nachweisreaktionen. In der Agronomie wird Kupfersulfat traditionell als Fungizid eingesetzt, insbesondere in Kombination mit Kalk (z. B. Bordeaux-Brühe). In der Metalltechnik und Galvanik nutzt man Kupfersulfatlösungen zur elektrochemischen Beschichtung und Ätzung. Wassertechnisch wird es gelegentlich zur Algenbekämpfung eingesetzt, wobei Rückstände streng kontrolliert werden müssen, da Kupferionen ökologisch sehr wirksam sind.

Sicherheit, Toxizität & Umwelt

Das Pentahydrat besitzt eine mittlere akute Toxizität (oraler LD₅₀ bei Tieren im Bereich einiger hundert mg/kg). Haut- und Augenreizungen sind möglich, insbesondere bei höheren Konzentrationen. Der Umgang mit Pulver und konzentrierten Lösungen erfordert Schutzmaßnahmen wie Handschuhe, Schutzbrille und ggf. Atemschutz. Ökologisch ist Kupfersulfat gefährlich für Wasserorganismen und darf keinesfalls unkontrolliert ins Abwasser gelangen. Zudem unterliegt es Registrierungspflichten und gesetzlichen Kennzeichnungsvorgaben.

Lagerung & Haltbarkeit

Zur Erhaltung der Substanz sollten luftdichte Behälter verwendet werden, um Hydratverlust zu vermeiden. Lagerung bei moderaten Temperaturen (unter ca. 30 °C) und Lichtschutz sind empfehlenswert. Unter optimalen Bedingungen behält Kupfersulfat über Jahre hinweg seine Eigenschaften; Feuchtigkeit ist meist der Hauptfaktor für Qualitätsverlust.