Le sulfate de cuivre(II), couramment désigné sous le simple nom de sulfate de cuivre, est le composé chimique ionique ou sel anhydre blanc formé par le cation cuivre(II) (Cu2+) et l’anion sulfate (SO42− ), caractérisé par la formule chimique CuSO4.
Il est commercialisé sous forme anhydre ou encore sous formes hydratées. Dans ce dernier cas, il s’agit rigoureusement d’autres composés chimiques diversement hydratés de la même famille, soit le plus souvent le sulfate de cuivre pentahydraté de formule CuSO4,5H2O, autrefois nommé vitriol bleu, mais aussi les sulfates de cuivre mono- ou trihydraté.
Le Sulfate de cuivre est affublé de nombreux noms : sulfate de deutoxyde de cuivre, couperose bleue, cuivre vitriolé, vitriol bleu, vitriol de cuivre, vitriol de Chypre[6].
Obtention du sulfate de cuivre (anhydre) par chauffage de sulfates cuivriques hydratés
Le sulfate de cuivre anhydre CuSO4 est blanc (grisâtre par ses impuretés). Il est hygroscopique et bleuit au contact de l’eau ou de la vapeur d’eau en formant le pentahydrate CuSO4.5H2O. Cette propriété d’hydratation où la transformation du corps chimique anhydre en composé hydraté est corrélative d’un changement de coloration caractéristique explique son usage comme test de la présence d’eau dans un liquide, un milieu aérosol ou l’air ambiant.
Le sulfate de cuivre est facilement soluble dans l’eau.
Les solutions concentrées ou diluées des sulfates de cuivre anhydre ou hydratés ont une coloration bleu du fait de la présence d’ions Cu2+ hydratés, dispersés dans l’eau.
Pour retrouver le sulfate de cuivre, il faut chauffer doucement les différents sulfates de cuivre hydratés.
Chauffé fortement, le sulfate de cuivre anhydre se décompose en anhydride sulfurique (trioxyde de soufre) et en oxyde de cuivre ou en des sels cuivreux blancs.
Cristaux de sulfate de cuivre (penta) hydraté ou vitriol bleu
Le sulfate de cuivre est obtenu industriellement comme sous-produit du décapage chimique du cuivre par l’acide sulfurique. Cet acide n’attaquant pas le cuivre métallique, seule sa forme oxydée présente en surface sous forme d’oxydes, de carbonates (vert de gris) et autres, passe en solution. Dans ces conditions, seul le degré d’oxydation II (forme cuivrique) est stable.
La solution bleue de décapage est ensuite cristallisée dans des bacs (en cuivre) dans lesquels plongent des barres (en cuivre également). Les cristaux de sulfate de cuivre hydraté se forment en quelques heures à la surface du récipient et des barres. La couche de cristaux peut atteindre plusieurs centimètres d’épaisseur (de 5 à 15 ou plus).Ces cristaux sont récupérés et broyés. Lorsqu’ils sont broyés assez fin (1 à 3 mm de diamètre environ), leur couleur passe au bleu pâle terne, indiquant que la surface des cristaux ne possède plus la qualité optique initiale. Ils sont vendus sous cette forme sous l’appellation « sulfate de cuivre neige ».
Sulfate de cuivre pentahydraté
Une des principales utilisations actuelles du sulfate de cuivre est la préparation (industrielle ou non) de fongicides pour l’agriculture y compris biologique (toutefois l’Union européenne a fixé à 150 mg·kg-1 la teneur maximale des sols en cuivre en agriculture biologique).Les formes les plus courantes sont la bouillie bordelaise constituée de sulfate de cuivre et de chaux et la bouillie bourguignonne constituée de sulfate de cuivre et de bicarbonate de soude. Chaux et bicarbonate neutralisent l’acidité créée par la mise en solution du sulfate de cuivre.Les végétaux traités par une préparation à base de sulfate de cuivre présentent des taches bleu-pâle constituées de sels mixtes d’hydroxyde et de sulfate de cuivre.
Le sulfate de cuivre a été préconisé dès le début du XIXe siècle en traitement des semences, puis utilisé vers le milieu du siècle, sous une forme proche de la bouillie bordelaise, pour décourager les voleurs de raisin, puis comme fongicide anti-mildiou, sur vigne, à partir de 1880.
Le sulfate de cuivre hydraté, jadis appelé « vitriol bleu », a été longtemps utilisé comme désherbant chimique (en particulier des pommes de terre). Il entre dans la composition des algicides, vendus dans le commerce pour l’entretien des piscines alors que certains sites spécialisés recommandent aux particuliers de ne pas l’utiliser directement pour leur piscine.
Le sulfate de cuivre est aussi employé comme apport d’oligo-élément (cuivre), aussi bien en cas de carence en cuivre des végétaux, que des animaux (maladie du tour de l’œil blanc des bovins par exemple). Dans les élevages de porcs, il est régulièrement employé en complément minéral dans la nourriture, pour favoriser la prise de poids. C’est un complément alimentaire autorisé dans les denrées alimentaires[7].
Le sulfate de cuivre est un produit toxique :
- nocif en cas d’ingestion ;
- irritant pour les yeux et pour la peau ;
- très toxique pour les organismes aquatiques (marins tout particulièrement) ;
- le cuivre qu’il contient peut s’accumuler dans les sols, notamment au pied des pentes. L’érosion hydrique ou éolienne des sols peut alors devenir une source significative de transfert de pollution
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Utilisé de manière chronique (annuellement), il peut entraîner des effets néfastes à moyen et long terme pour l’environnement aquatique[9].
Ce produit est donc à manipuler avec attention, en utilisant gants, masque et lunettes de protection à chaque utilisation.
- Différentes formes du sulfate de cuivre
Maille élémentaire.
Poudre de sulfate de cuivre hydraté.
Cristaux de sulfate de cuivre (II) produit par cristallisation lente d’une solution saturée.
Autres cristaux de sulfate de cuivre.
Évolution de la solubilité dans l’eau du sulfate de cuivre en fonction de la température, caractéristique d’une dissolution endothermique.
Sulfate de cuivre anhydre (blanc) devenant bleu au contact de l’eau.
Solution aqueuse de sulfate de cuivre.
Notes et références
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Présentation
Le sulfate de cuivre II, appelée communément sulfate de cuivre, est un composé chimique ionique. Souvent commercialisé sous forme anhydre, on le trouve également sous certaines formes hydratées. Il tient son nom des ions qui le composent : l’ion sulfate et l’ion cuivre. Ces deux ions sont présents en proportions identiques.
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Un peu d’histoire
Premières utilisations
Le sulfate de cuivre II a commencé à être utilisé pour ses propriétés antifongiques et antibactériennes, à commencer par la conservations des semences et des pommes de terre. En 1880, un chimiste et un botaniste bordelais, Ulysse Gayon et Alexis Millardet eurent l’idée d’utiliser le vitriole bleu combiné à de la chaux pour en diminuer l’acidité afin d’utiliser ce nouveau composé comme agent protecteur des vignes de la région de Bordeaux contre le mildiou. Il fut tellement efficace qu’on le produisit vite en grande quantité et qu’il devint le produit de référence pour accroître la production des viticulteurs.
Ulysse Gayon
Ulysse Gayon est un biochimiste et agronome ayant vécu en France entre 1845 et 1929. Après avoir suivi des études de biologie comme élève du célèbre Louis Pasteur, il obtient une thèse et devient directeur du laboratoire de contrôle régional de Bordeaux. Il quitte finalement ce poste pour devenir professeur en université. Il crée alors l’École nationale supérieure de chimie et de physique de Bordeaux et la Faculté d’Œnologie de Bordeaux. C’est à lui qu’on doit la création de la bouillie bordelaise, un fongicide très utilisé dans le domaine viticole. Il a été récompensé par la Grande médaille d’or de la Société Nationale d’Agriculture.
Alexis Millardet
Alexis Millardet est ampélographe et botaniste ayant vécu en France de 1838 à 1902.
L’ampélographie est l’étude des vignes cultivées en viticulture, ce que l’on peut résumer en l’étude des cépages
Il suit des études de botaniste qui lui permettent d’entrer à la société des botanistes de France. Par la suite, il se spécialise dans le domaine de l’œnologie. On lui doit les premières hybridations de cépages, ce qui à mélanger différentes variétés de raisin pour leur conférer des propriétés résistantes à certaines maladies. Il mettra au point la bouillie bordelaise en 1885 avec Ulysse Gayon.
Les différents dénominations du sulfate de cuivre
Le sulfate de cuivre II peut être désigné par d’autres formulations, ce que l’on appelle noms vernaculaires. En voici quelques uns :
- Couperose bleue,
- Cuivre vitriolé,
- Vitriol bleu,
- Vitriol de Chypre,
- Vitriol de cuivre
- Sulfate de deutoxyde de cuivre.
Présence à l’état naturel
On trouve du sulfate de cuivre II à l’état naturel, dans un minéral appelé chalcantite. C’est un espèce minérale qui se compose de sulfate de cuivre penthahydraté et d’autres métaux tels que du fer, du cobalt ou du magnésium. Ce minéral est d’une couleur bleue-verte et se dissout facilement dans l’eau. On peut trouver la chalcantite dans des anciennes mines de cuivre ou près de fumerolles. En France, elle s’extrait dans les Pyrénées-Orientales, dans le Var, dans le Tarn et dans l’Aude.
Formes et caractéristiques du sulfate de cuivre
La formule brute du sulfate de cuivre II est CuSO4 tandis que dans sa forme hydratée, elle se lie à 5 molécules d’eau, ce que l’on appelle pentahydrate, de formule CuSO4,5H2O. Le sulfate de cuivre II est donc composé d’ions sulfates de formule SO42- et d’ions cuivre II de formule Cu2+. Sous sa forme anhydre, il est blanc et hygroscopique. Au contact de l’eau, il bleuit et forme du pentahydrate. Cette coloration est due à la présence d’ions cuivre. Il est aussi assez facilement soluble dans l’eau.
On dit d’une molécule qu’elle est hygroscopique quand elle absorbe facilement l’humidité de l’air par absorption ou par adsorption
Chauffé fortement, le sulfate de cuivre anhydre se décompose en deux substances, du trioxyde de soufre SO3 et de l’oxyde cuivre CuO. Mis en contact avec de la soude, le sulfate de cuivre II réagit pour former de l’hydroxyde de cuivre. C’est cette réaction que l’on utilise afin de prouver la présence d’ions cuivre dans une solution.
Comparaison des deux formes
NomSulfate de cuivre II anhydreSulfate de cuivre II pentahydrate FormuleCuSO4CuSO4,5H2O Numéro CAS7758-98-77758-99-8 ApparenceCristaux blancs hygroscopiquesSolide bleu de forme variable Masse molaire159,609 g.mol-1249,6 g.mol-1 Température de fusion110°C Température d’ébullition650°C Solubilité317 g.L-1 Masse volumique3,6 g.cm-32,3 g.cm-3
La fabrication du sulfate de cuivre
Pour obtenir du sulfate de cuivre II, on fait réagir du cuivre avec de l’acide sulfurique, ce qui donne une solution bleue. Comme l’acide sulfurique n’attaque pas le cuivre métallique, seule la forme oxydée présente en surface du métal se retrouve dans la solution avec l’acide. On fait ensuite cristalliser la solution obtenue dans des bacs dans lesquels plongent des barres de cuivre. Des cristaux de sulfates de cuivre hydratées se forment alors. La réaction chimique suivante s’opère : CuCO3+H2SO4→ CuSO4+H2O+CO2
Les utilisations qui lui sont associées
Usage industriel
Le sulfate de cuivre est principalement produit pour ses propriétés fongicides (dues au cuivre) dans l’agriculture. C’est à partir de cette molécule que l’on produit la bouillie bordelaise, un fongicide majoritairement utilisé dans la viticulture et dans l’agriculture biologique. On peut aussi le trouver comme conservateur alimentaire, il est enregistré sous le code E519, c’est un fixateur de couleurs. Il est aussi utilisé pour combler les carences en cuivre chez les végétaux et dans les élevages d’animaux industriels, comme les élevages de porcs par exemple.
Bouillie bordelaise
La bouillie bordelaise est un vieux fongicide (substance destinée à tuer les champignons présents sur les végétaux) qui est fabriqué en neutralisant du sulfate de cuivre avec de la chaux. Elle est couramment utilisée afin de combattre le mildiou. Son fonctionnement réside sur le fait que les ions cuivre présents dans le produit vont bloquer la germination des champignons en altérant les enzymes présents dans leurs spores. Il faut donc utiliser la bouillie bordelaise de manière préventive, avant que la maladie ne se développe. On applique la bouillie bordelaise directement sur les feuilles des plantes concernées, à savoir pommes de terres, tomates, vignes, fraisiers, rosiers, arbustes fruitiers environ toutes les deux semaines, en prenant bien soin de ne jamais en appliquer sur les fruits qui pourraient être contaminés et devenir impropres à la consommation.
Bien qu’à base d’éléments naturels, son usage demande certaines précautions. Le cuivre est utile à l’Homme mais en petites doses et des expositions prolongées peuvent causer des intoxications. Il faut donc l’utiliser avec prudence, à savoir porter des gants, ne pas fumer et surtout éviter tout contact avec les yeux, sans quoi des lésions oculaires graves pourraient apparaître.
Usage scientifique
Le sulfate de cuivre sous sa forme anhydre est utilisé comme réactif et permet de détecter la présence d’eau dans une solution. En effet, ses cristaux virent du blanc au bleu en présence d’eau, ce qui en fait un réactif très utilisé notamment dans les écoles. Pour lui redonner sa couleur initiale,il suffit de le faire chauffer pour le débarrasser de son eau. Cela signifie également qu’il faut apporter des précautions au stockage du sulfate de cuivre anhydre. En effet, l’air suffit à le faire régir avec l’eau qu’il contient. C’est pourquoi il doit être conservé dans un endroit hermétique et sec, sans air.
Les dangers du sulfate de cuivre
Le sulfate de cuivre est un produit toxique qu’il faut manipuler avec précaution, avec des gants, un masque et des lunettes de protection En cas d’ingestion, il peut causer des graves intoxications mais il aussi irritant en cas de contact avec la peau. A cause de sa haute solubilité dans l’eau, il est très dangereux pour les organismes aquatiques et marins. De plus, avec l’érosion hydrique, en montagne notamment, le cuivre peut s’accumuler en bas des pentes dans les sols et devenir une source de pollution.
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