mini|400px|Von Schwefelsäure (1) leiten sich sowohl Monoester (2) als auch Diester (3) ab. Konkrete Beispiele sind das Dimethylsulfat (4) und das Natriumlaurylsulfat (5)
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.
Geschichte Unterschiedliche Formen von Calciumsulfat wurden schon in der Bronzezeit als Baustoff verwendet und auch andere Sulfate werden schon mindestens seit der Antike genutzt. Chemisch beschrieben wurden die ersten Salze aus dieser Gruppe allerdings im 17. Jahrhundert. Die Herstellung von Schwefelsäure-Estern, ihre biologische Bedeutung und ihr natürliches Vorkommen sind erst seit dem 19. Jahrhundert bekannt.mini|Mittelalterliches Alabasterrelief aus GroßbritannienIm östlichen Mittelmeerraum und im Nahen Osten war die Verwendung von Gipsmörtel schon vor Jahrtausenden verbreitet. Im alten Ägypten ist die Verwendung im dritten Jahrtausend vor Christus belegt. Antike Stätten, an denen die Verwendung belegt ist, sind der Alte Palast von Aššur und die Ruinen von Amarna. Im Partherreich wurde Gipsmörtel verwendet, um Gewölbe zu bauen. Von der Zeit des Römischen Reichs bis ins 19. Jahrhundert war Kalkmörtel (mit Calciumcarbonat) wesentlich weiter verbreitet, allerdings wurde auch im Mittelalter zum Teil Gipsmörtel verwendet, zum Beispiel in Frankreich. Die Verwendung von Calciumsulfat in Zement wird seit Ende des 19. Jahrhunderts erforscht, seit den 1930er-Jahren wird es verbreitet eingesetzt. In der Bronzezeit wurde Gips-Alabaster im Minoischen Kreta viel für dekorative Bauelemente verwendet. Gegen Ende der Bronzezeit wurde Gips-Alabaster aus kretischen Steinbrüchen auch anderswo verwendet, beispielsweise für Bänke in Mykene. In den Ruinen von Akrotiri auf Santorini wurde es für Bodenfliesen verwendet. Alabaster ist leicht zu bearbeiten und war im Mittelalter und in der Neuzeit ein verbreitetes und beliebtes Material für Skulpturen und Monumente. Er wurde vor allem in Zentralengland, in Nordspanien und den französischen Alpen abgebaut und über weite Strecken gehandelt. Im Jahre 1550 wurden religiöse Skulpturen in England verboten (siehe Reformatorischer Bildersturm) und im großen Stil Alabasterfiguren nach Frankreich gebracht.
Sulfate wurden vielfach historisch als Farbstoffe und Pigmente verwendet. Im Alten Ägypten wurden Calciumsulfat und Jarosit, KFe3[(OH)6(SO4)2], zur Dekoration von Wänden verwendet. Das Pigment Jarosit wurde daneben in Mittelamerika in Gefäßen aus einer Grabstätte in Teotihuacán gefunden. Im Mittelalter und in der Neuzeit war die Nutzung von Eisen-Gallus-Tinte weitverbreitet. Diese wurde aus Pflanzengalle und Eisen(II)-sulfat zubereitet. Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) wurde früher in der Lederherstellung (Gerberei) verwendet, möglicherweise schon im Alten Ägypten. Sicher war es in der Antike in Rom und Griechenland bekannt. Die Technik des Gerbens mit Alaun war in der Antike und im Mittelalter weitverbreitet, obwohl der Effekt auf das Leder nicht permanent war, da das Alaun wieder ausgewaschen werden konnte. Während des gesamten Mittelalters war Alaun ein viel produziertes Industrieprodukt. Neben der Verwendung in der Lederverarbeitung wurde es als Beize in der Wollfärberei verwendet. Ab Mitte des 19. Jahrhunderts wurde es nach und nach durch andere Verbindungen verdrängt, insbesondere durch Aluminiumsulfat, sodass es heute kaum noch Bedeutung hat.
Die ersten Schwefelsäure-Salze waren schon im 17. Jahrhundert als solche bekannt. Natriumsulfat, konkret sein Decahydrat, auch als Glaubersalz bezeichnet, wurde um 1625 von Johann Rudolf Glauber beschrieben. Er analysierte Wasser aus einer Heilquelle in der Nähe von Neapel. Dabei entdeckte er ein Salz, Natriumsulfat, das er Sal mirabile nannte. Jahre später fand er heraus, dass Natriumsulfat aus Steinsalz (Natriumchlorid) und Schwefelsäure hergestellt werden kann. Magnesiumsulfat aus einer Mineralquelle in Epsom, England wurde Ende des 17. Jahrhunderts wissenschaftlich beschrieben. Sowohl das Quellwasser als auch das Salz hatten eine medizinische Wirkung und wurden schon damals als Abführmittel und gegen Kopfschmerzen eingesetzt.
Die medizinische Verwendung von Gips in der Behandlung von Knochenbrüchen begann Anfang des 19. Jahrhunderts. Damals wurden hierzu Holzkästen verwendet, die mit gegossenem Gips aufgefüllt wurden. Diese Technik war zu der Zeit in Europa verbreitet, aber unpraktisch, da die Gipskonstruktionen zu schwer waren, um das Krankenbett damit zu verlassen. Mit Gips fixierte Bandagen für Gipsverbände kamen erst Mitte des 19. Jahrhunderts auf und wurden noch längere Zeit in Krankenhäusern frisch hergestellt. Erst in den 1930er-Jahren wurden gebrauchsfertige Gipsbandagen kommerziell verfügbar. Eine weitere medizinische Errungenschaft ist die Verwendung von Magnesiumsulfat zur Behandlung von Krampfbeschwerden im Rahmen der Schwangerschaft (Eklampsie). Zum ersten Mal eingesetzt wurde die Verbindung in diesem Zusammenhang im Jahr 1916. Bis 1930 hatte Magnesiumsulfat andere, weniger geeignete Medikamente (beispielsweise Opioide) bei der Behandlung solcher Beschwerden fast vollständig verdrängt und zu einer deutlichen Verringerung der Müttersterblichkeit geführt.
Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts wurde eine größere Zahl an Naturstoffen mit Sulfat-Gruppen entdeckt. So wurde schon 1873 das Pflanzengift Atractylosid im Gummi-Spindelkraut entdeckt. Die Umwandlung von Giftstoffen in Schwefelsäure-Ester in Lebewesen (Sulfatierung) wurde kurz darauf entdeckt. 1876 berichtete Eugen Baumann von der Entdeckung einer unbekannten Verbindung aus Urin. Diese hielt er zunächst irrtümlich für eine Sulfonsäure, identifizierte sie aber kurz darauf korrekt als Kaliumphenylsulfat. In seiner weiteren Arbeit stellte er unter anderem fest, dass eingenommenes Phenol von Menschen und Hunden in diese Verbindung umgewandelt wird, dass das Sulfat wesentlich weniger giftig ist als Phenol selbst, und dass Brenzcatechin und Indol ebenfalls Sulfate bilden. Zu den früh entdeckten natürlichen Sulfaten gehören die Senfölglycoside beziehungsweise Glucosinolate aus den Kreuzblütlern. Mehrere Vertreter dieser Gruppe wurden zwischen 1897 und 1899 isoliert, darunter das Gluconasturtiin aus der Brunnenkresse und das Sinalbin aus dem Weißen Senf. Eine weitere Gruppe natürlicher Schwefelsäure-Ester sind die von Flavonoiden abgeleiteten, von denen der erste, Persicarin, 1937 aus dem Wasserpfeffer isoliert wurde. Das Heparin, ein natürlich im Blut vorkommendes gerinnungshemmendes Mittel (Antikoagulans), wurde 1916 entdeckt. Seit 1935 wird es medizinisch eingesetzt. Phosphoadenosinphosphosulfat ist eine chemisch aktivierte Form des Sulfat-Ions, die in Lebewesen zur Bildung von Schwefelsäure-Estern dient. Dieses Molekül wurde in den 1950er-Jahren entdeckt und seine Struktur und Biosynthese wurden aufgeklärt.
Eugène-Melchior Péligot und Jean-Baptiste Dumas stellten 1835 zum ersten Mal Dimethylsulfat und Diethylsulfat her, indem sie Methanol beziehungsweise Ethanol mit Schwefelsäure destillierten. Um 1900 begann in Lyon die industrielle Herstellung von Dimethylsulfat aus Schwefeltrioxid und Dimethylether. Im 20. Jahrhundert wurden verschiedene Synthesemethoden zur Herstellung von Schwefelsäure-Estern entwickelt. So wurden in den 1930er- und 1940er-Jahren Methoden zur Veresterung von Alkoholen mit Schwefeltrioxid und seinen Komplexen entwickelt.
Vertreter und Eigenschaften mini|Kupfersulfat-Pentahydrat