Sulfate

Sulfate sind eine Gruppe chemischer Verbindungen, die sich von der Schwefelsäure ableiten. Aufteilen lässt sich die Gruppe in Schwefelsäure-Salze und Schwefelsäure-Ester. Die Schwefelsäure besitzt zwei Hydroxy-Gruppen (OH-Gruppen), deren Wasserstoff-Atome abgespalten oder getauscht werden können. Durch Abspaltung dieser H-Atome entstehen aus der Schwefelsäure negativ geladene Anionen: Sulfat [SO₄]²⁻ oder Hydrogensulfat [HSO₄]⁻. Diese bilden zusammen mit einem positiv geladenen Gegenion (zum Beispiel Natrium) die Schwefelsäure-Salze, beispielsweise Natriumsulfat (Na₂SO₄). Bei den Schwefelsäure-Estern sind stattdessen die H-Atome gegen organische Gruppen ausgetauscht. Bei den Monoestern ist ein H-Atom ausgetauscht, bei den Diestern beide.

Die Schwefelsäure ist eine starke Säure, sodass sie in Wasser gelöst überwiegend deprotoniert vorliegt, das heißt als Hydrogensulfat-Ionen. Durch die Abgabe der Wasserstoff-Ionen (H⁺) wird die Lösung sauer. Schwefelsäure und Hydrogensulfat entstehen in der Atmosphäre durch industrielle Abgase und Vulkanausbrüche und bilden sogenannte Sulfat-Aerosole. Diese sind mitverantwortlich für sauren Regen. Sulfat-Ionen sind in der Umwelt verbreitet, so sind sie nach Chlorid-Ionen die zweithäufigsten Anionen im Meerwasser. Auch in Mineralwasser, in Lebensmitteln und in Salzseen kommen sie vor. Sulfat-Ionen bilden mit Metallen Salze, die zum Teil natürlich als Minerale vorkommen. Das häufigste Salz der Schwefelsäure ist das Calciumsulfat. Es tritt natürlich in mehreren Formen auf, unter anderem als Gips CaSO₄·2H₂O mit zwei Molekülen Kristallwasser. Ein weiteres häufig vorkommendes Salz ist das Bariumsulfat, das natürlich als Baryt (Schwerspat) vorkommt.

Schwefelsäure-Salze, die nicht (oder nicht reichlich) in der Natur vorkommen, werden industriell hergestellt, wobei in den meisten Reaktionen Schwefelsäure verwendet wird. Diese kann direkt mit einem Metall umgesetzt werden, zum Beispiel zur Herstellung von Chromsulfat aus Chrom. Anderseits können durch die Schwefelsäure auch Sulfate aus Salzen mit anderen Anionen hergestellt werden, beispielsweise Kupfersulfat aus Kupferoxid. Sulfat-Salze sind Zwischenprodukte in der chemischen Industrie, aus ihnen werden oft andere Verbindungen hergestellt. Weiterhin werden sie in der Bauindustrie, als Dünger, als Gerbstoff sowie medizinisch eingesetzt.

Schwefelsäure-Ester kommen als Intermediate im menschlichen und tierischen Metabolismus vor. Verschiedene Giftstoffe wie das Phenol werden im Körper in Sulfate umgewandelt, bevor sie ausgeschieden werden. Körpereigene Verbindungen wie Hormone und das Adrenalin werden im Körper zeitweise in Form ihrer Sulfate gespeichert. Eine andere biologisch wichtige Gruppe sind Vielfachzucker mit Sulfat-Gruppen, die unter anderem als Gerinnungshemmer im Blut sowie als Strukturbestandteil von Knorpel vorkommen. Eine Gruppe von Schwefelsäure-Estern aus Pflanzen sind die Glucosinolate, die vor allem in Kreuzblütlern vorkommen. Ihre Abbauprodukte sind für den charakteristischen Geschmack dieser Pflanzen verantwortlich, unter anderem für die Schärfe von Senf und Meerrettich. Daneben kommen in Tieren, Pflanzen und anderen Lebewesen viele weitere Schwefelsäure-Ester vor.

Um Schwefelsäure-Ester herzustellen, wird vielfach Schwefeltrioxid als Reagenz verwendet. Die direkte Reaktion von Schwefelsäure mit Alkoholen ist auch möglich, aber von untergeordneter Bedeutung. Eine Untergruppe der Sulfate wird als Tenside verwendet. Diese Verbindungen tragen eine lange organische Gruppe, während die zweite OH-Gruppe als Anion vorliegt. Ein Beispiel ist das Natriumlaurylsulfat. Der organische Rest dieser Verbindung enthält zwölf Kohlenstoffatome. Das Gegenion für die negative Ladung ist ein Natrium-Ion. Andere Schwefelsäure-Ester werden als Textilfarbstoffe und als Medikamente verwendet.