Sulfatna kislina: formula in kemijske lastnosti

Ena od prvih mineralnih kislin, ki so postale znane človeka, je žveplova ali sulfatna. Ne samo ona sama, ampak tudi njene številne soli so bile uporabljene v gradbeništvu, medicini, živilski industriji, za tehnične namene. Do zdaj se v tem pogledu ni nič spremenilo. Številne značilnosti, ki jih poseduje sulfatna kislina, zaradi kemijskih sintez preprosto nenadomestijo. Poleg tega praktično vse veje vsakdanjega življenja in industrije najdejo svojo sol. Zato bomo podrobneje preučili, kaj je in kakšne so značilnosti manifestiranih lastnosti.

Raznolikost imen

Za začetek je za to snov veliko imen. Med njimi so tiste, ki so oblikovane po racionalni nomenklaturi in tisti, ki so se zgodovinsko razvili. Torej, ta povezava označuje kot:

• sulfatna kislina;
• steklovino olje;
• žveplova kislina;
• oleum.

Čeprav izraz "oleum" ni povsem primeren za to snov, ker gre za mešanico žveplove kisline in višji oksid žveplo - SO₃.

Sulfatna kislina: formula in struktura molekule

S stališča kemične kratice lahko formulo za to kislino zapišemo na naslednji način: H₂Tako₄. Očitno je, da je molekula sestavljena iz dveh vodikovih kationov in kislinski anion ostanku - sulfatom ionsko ima 2+ stroške.

Istočasno v molekuli delujejo naslednje vezi:

• kovalenten polar med žveplom in kisikom;
• kovalentno močno polarno med vodikom in ostankom kisline SO₄.

Žveplo, ki ima 6 nepakiranih elektronov, tvori dve dvojni vezi z dvema atomoma kisika. Še vedno s parom - enim in tisti, ki je sam po sebi z vodikom. Kot rezultat, struktura molekule omogoča, da je dovolj močna. Hkrati je vodikov kation zelo mobilen in enostavno zapusti, saj je žveplo in kisik veliko bolj elektronegativ. Z vlečenjem gostote elektronov na sebi zagotavljajo delno pozitivno energijo za vodik, ki se zaključi ob odklopu. Tako nastanejo kisle raztopine, v katerih je H⁺.

Če govorimo o stopnji oksidacije elementov v spojini, potem je sulfatna kislina, katere formula H₂Tako₄, zlahka omogoča izračun: za vodik +1, za kisik -2, za žveplo +6.

Kot v vsaki molekuli je skupni naboj nič.

Zgodovina odkritja

Sulfatna kislina je znana ljudem že od antičnih časov. Celo alchemiki so vedeli, kako ga pridobivajo s kalcinacijo različnih vitriolov. Od IX. Stoletja so ljudje prejeli in uporabili to snov. Kasneje v Evropi se je Albert Magnus naučil izločati kisline v proces razgradnje železovega sulfata.

Vendar nobena od metod ni bila dobičkonosna. Nato je postala znana tako imenovana komorna različica sinteze. V ta namen so sežgali žveplo in nitrat, razvite hlape pa so bile absorbirane z vodo. Kot rezultat je nastala sulfatna kislina.

Še kasneje so Britanci uspeli najti najcenejšo metodo pridobivanja te snovi. Za to pirita-FeS₂, železovi piriti. Njegova žganje in nadaljnja interakcija s kisikom še vedno predstavljata eno najpomembnejših industrijskih metod za sintezo žveplove kisline. Takšne surovine so cenejše, cenejše in visoke kakovosti za velike količine proizvodnje.

Fizične lastnosti

Obstaja več parametrov, vključno z zunanjimi, pri katerih se sulfatna kislina razlikuje od drugih. Njene fizične lastnosti so lahko opisane v več točkah:

1. V standardnih pogojih, tekočina.
2. V koncentriranem stanju je težka, mastna, za katero jo imenujemo "steklasto olje".
3. Gostota snovi je 1,84 g / cm³.
4. Nima barve in vonja.
5. Izrazen "baker" okus.
6. V vodi se zelo dobro raztopi, skoraj neomejeno.
7. Hygroscopic, ki lahko zajame brezplačno in vezano vodo iz tkiv.
8. Nehlapni.
9. Vrelišče je 296^oC.
10. Taljenje pri 10,3^oC.

Ena najpomembnejših lastnosti te spojine je sposobnost hidracije s sproščanjem velike količine toplote. Zato se tudi v šoli otroci poučujejo, da v nobenem primeru ni mogoče dodati vode kislini, ampak samo obratno. Navsezadnje je gostota vode lažja, zato se bo na površini kopičila. Če jo močno dodate v kislino, se bo zaradi reakcije raztapljanja sproščala toliko energije, da bo voda zavrela in začela razpršiti skupaj z delci nevarne snovi. To lahko povzroči hude kemične opekline na koži rok.

Zato je treba kislo tekočino vliti v tanko vodo, potem se bo mešanica močno segrela, toda ne bo prišlo do pihanja, kar pomeni, da je tudi tekočina škropljena.

Kemijske lastnosti

Z vidika kemije je ta kislina zelo močna, še posebej, če gre za koncentrirano raztopino. Je dibazna, zato se stopinje disociira, tako da tvori vodikov sulfat in sulfatni anion.

Na splošno njegova interakcija z različnimi spojinami ustreza vsem osnovnim reakcijam, značilnim za ta razred snovi. Lahko podamo primere več enačb, v katerih sodeluje sulfatna kislina. Kemijske lastnosti se kažejo v interakciji z:

• soli;
• oksidi in hidroksidi kovin;
• amfoterni oksidi in hidroksidi;
• kovine, ki stojijo v vrsti napetosti do vodika.

Zaradi takih interakcij se v skoraj vseh primerih pojavljajo povprečne soli te kisline (sulfati) ali kisline (hidrosulfati).

Posebna značilnost je tudi, da s kovinami v običajnem programu Me + H₂Tako₄ = MeSO₄ + H₂uarr- reagira le raztopino te snovi, to je razredčeno kislino. Če vzamete koncentrirano ali zelo nasičeno (oleumsko), potem bodo medsebojni učinki popolnoma drugačni.

Posebne lastnosti žveplove kisline

Takšna je interakcija koncentriranih raztopin s kovinami. Torej obstaja določen sistem, ki odraža celotno načelo takšnih reakcij:

1. Če je kovina aktivna, je rezultat tvorba vodikovega sulfida, soli in vode. To pomeni, da se žveplo obnovi na -2.
2. Če je kovina srednja dejavnost, potem je rezultat žveplo, sol in voda. To pomeni zmanjšanje sulfatnega iona na prosti sumpor.
3. Kovine z nizko kemijsko aktivnostjo (po vodiku) - žveplov dioksid, sol in vodo. Žveplo v oksidacijskem stanju +4.

Posebne lastnosti sulfatne kisline so tudi sposobnost oksidacije nekaterih nekovin v najvišje stanje oksidacije in reagirati s kompleksnimi spojinami in jih oksidirati na preproste snovi.

Metode proizvodnje v industriji

Postopek proizvodnje žveplove kisline je sestavljen iz dveh glavnih vrst:

• pin;
• stolp.

Obe sta najpogostejši načini v industriji v vseh državah sveta. Prva možnost temelji na uporabi železovih piratov ali žveplovega pirita kot surovine - FeS₂. Obstajajo tri stopnje:

1. Izgorevanje surovin s tvorbo žveplovega dioksida kot produkta zgorevanja.
2. Prenos tega plina skozi kisik preko vanadijevega katalizatorja, da se tvori žveplov anhidrid-SO₃.
3. V absorpcijskem stolpu se anhidrid raztopi v raztopini sulfatne kisline s tvorbo raztopine z visoko koncentracijo - oleum. Zelo težka mastna debela tekočina.

Druga možnost je praktično ista, dušikovi oksidi pa se uporabljajo kot katalizator. Z vidika takšnih parametrov, kot so kakovost proizvodov, stroški in poraba energije, čistost surovin, produktivnost, je prva metoda bolj učinkovita in sprejemljiva, zato se pogosteje uporablja.

Sinteza v laboratoriju

Če želite žveplovo kislino v majhnih količinah za laboratorijsko testiranje, je najboljši način za interakcijo z vodikov sulfid neaktivni kovinskih sulfatov.

V teh primerih se tvorijo črni kovinski sulfidi in žveplova kislina nastane kot stranski produkt. Za majhne študije je ta možnost primerna, čiščenje takšne kisline pa se ne bo razlikovalo.

Tudi v laboratoriju je mogoče opraviti kvalitativno reakcijo na sulfatne raztopine. Najpogostejši reagent je barijev klorid, od Ba ion²⁺ skupaj s sulfatnim anionom precipitira v belo oborino - baretno mleko: H₂Tako₄ + BaCL₂ = 2HCL + BaSO2₄↓

Najpogostejše soli

Sulfatna kislina in sulfati, ki jih tvorijo, so pomembne spojine v številnih panogah in gospodinjstvih, vključno s hrano. Najpogostejše soli žveplove kisline so naslednje:

1. Mavec (alabaster, selenit). Kemično ime je vodni kalcijev hidrat kalcijevega sulfata. Formula: CaSO₄. Uporablja se v gradbeništvu, industriji medicine, papirne industrije in izdelavi nakita.
2. Barite (težka sparina). Sulfat barija. V raztopini je mlečni usedlina. V trdni obliki - prozorni kristali. Uporablja se v optičnih instrumentih, rentgenskih žarkih, za izdelavo izolacijskega premaza.
3. Mirabilit (Glauberjeva sol). Kemično ime je kristalni hidrat natrijev sulfat dekadenten. Formula: Na₂Tako₄* 10H₂O. Uporablja se v medicini kot odvajal.

Kot primer lahko podamo številne soli, ki so praktično pomembne. Vendar pa so omenjeni zgoraj najpogostejši.

Sulfatirana luga

Ta snov je raztopina, ki nastane zaradi toplotne obdelave lesa, to je celuloze. Glavni namen te spojine je priprava sulfatnega mila na njegovi osnovi s sedimentacijo. Kemična sestava sulfatne tekočine je naslednja:

• lignin;
• hidroksi kisline;
• monosaharidi;
• fenoli;
• smole;
• hlapne in maščobne kisline;
• sulfidi, kloridi, karbonati in natrijev sulfati.

Obstajata dve glavni vrsti te snovi: bela in črna sulfatna tekočina. Bele liste za proizvodnjo celuloze in papirja ter črna se uporablja za proizvodnjo sulfatnega mila v industriji.

Glavne aplikacije

Letna proizvodnja žveplene kisline znaša 160 milijonov ton na leto. To je zelo pomembna številka, ki kaže na pomembnost in razširjenost te spojine. Obstaja več industrij in krajev, kjer je treba uporabiti sulfatno kislino:

1. V baterijah, kot elektrolit, zlasti v vodi.
2. Na tovarnah, kjer se proizvajajo sulfatna gnojila. Večina te kisline gre ravno v proizvodnjo mineralnih gnojil za rastline. Zato so rastline za proizvodnjo žveplove kisline in proizvodnjo gnojil najpogosteje zgrajene drug ob drugem.
3. V živilski industriji kot emulgator, označen z oznako E513.
4. V številnih organskih sintezi kot sredstvo za odstranjevanje vode, katalizator. Torej, pojdi eksploziv, smole, sredstva za čiščenje in pranje, najlon, polipropilen in etilen, barve, kemična vlakna, estri in druge spojine.
5. Uporablja se v filtrih za čiščenje vode in pri proizvodnji destilirane vode.
6. Uporablja se pri pridobivanju in predelavi redkih elementov iz rude.

Tudi veliko žveplovo kislino gre v laboratorijske raziskave, kjer se pridobiva z lokalnimi metodami.