Sulfatsyre: formel og kjemiske egenskaper

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

En av de aller første mineralsyrene som ble kjent for mennesker er svovelsyre, eller sulfat. Ikke bare hun selv, men også mange av hennes s alter ble brukt i konstruksjon, medisin, næringsmiddelindustrien og til tekniske formål. Så langt har ingenting endret seg på dette området. En rekke egenskaper som sulfatsyre besitter gjør den ganske enkelt uunnværlig i kjemiske synteser. I tillegg brukes dens s alter i nesten alle sektorer av hverdagen og industrien. Derfor vil vi vurdere i detalj hva det er og hva som er egenskapene til de manifesterte egenskapene.

En rekke navn

La oss starte med at dette stoffet har mange navn. Blant dem er det de som er dannet i henhold til rasjonell nomenklatur, og de som har utviklet seg historisk. Så denne forbindelsen er utpekt som:

• sulfatsyre;
• vitriol;
• sulfuric acid;
• oleum.

Selv om begrepet "oleum" ikke er helt egnet for dette stoffet, siden det er en blanding av svovelsyre og høyere svoveloksid -SO_3.

Sulfatsyre: formel og molekylstruktur

Fra kjemisk forkortelses synspunkt kan formelen til denne syren skrives som følger: H₂SO_{4. Det er klart at molekylet består av to hydrogenkationer og et anion av den sure resten - sulfation, som har en ladning på 2+.}

I dette tilfellet virker følgende bindinger inne i molekylet:

• kovalent polar mellom svovel og oksygen;
• kovalent sterkt polar mellom hydrogen og syrerest SO_4.

Svovel, som har 6 uparrede elektroner, danner to dobbeltbindinger med to oksygenatomer. Med et par til - singel, og de igjen singel med hydrogener. Som et resultat lar strukturen til molekylet det være sterkt nok. Samtidig er hydrogenkationen veldig mobil og går lett, fordi svovel og oksygen er mye mer elektronegative. Ved å trekke elektrontettheten over på seg selv, gir de hydrogen med en delvis positiv ladning, som blir full når den løsnes. Slik dannes det sure løsninger, der det er H+.

Hvis vi snakker om oksidasjonstilstandene til grunnstoffene i forbindelsen, så sulfatsyre, hvis formel er H₂SO_{4, lar deg enkelt beregne dem: hydrogen +1, oksygen -2, svovel +6.}

Som i alle molekyler er den totale ladningen null.

Oppdagelseshistorikk

Sulfatsyre har vært kjent for folk siden antikken. Selv alkymister visste hvordan de skulle få det ved å kalsinere forskjellige vitrioler. MedSå tidlig som på 900-tallet mottok og brukte folk dette stoffet. Senere i Europa lærte Albert Magnus å trekke ut syre fra nedbrytningen av jernsulfat.

Men ingen av metodene var lønnsomme. Da ble den såk alte kammerversjonen av syntese kjent. For dette ble svovel og nitrat brent, og de frigjorte dampene ble absorbert av vann. Som et resultat ble det dannet sulfatsyre.

Enda senere klarte britene å finne den billigste metoden for å få tak i dette stoffet. Pyritt ble brukt til dette - FeS_{2, jernkis. Dens steking og påfølgende interaksjon med oksygen utgjør fortsatt en av de viktigste industrielle metodene for syntese av svovelsyre. Slike råvarer er rimeligere, billigere og av høyere kvalitet for store produksjonsvolumer.}

Fysiske egenskaper

Det er flere parametere, inkludert eksterne, som skiller sulfatsyre fra andre. Dens fysiske egenskaper kan beskrives på flere punkter:

1. Væske under standardforhold.
2. I sin konsentrerte tilstand er den tung, oljeaktig, som den fikk navnet "vitriol" for.
3. Materietetthet - 1,84 g/cm3.
4. Ingen farge eller lukt.
5. Den har en utt alt "kobber"-smak.
6. Løser seg veldig godt i vann, nesten ubegrenset.
7. Hygroskopisk, i stand til å fange både fritt og bundet vann fra vev.
8. Ikke-flyktig.
9. Kokepunkt - 296oC.
10. Smelting ved 10, 3oC.

En av de viktigste egenskapene til denne forbindelsen er evnen til å hydrere med frigjøring av store mengder varme. Derfor lærer man barn selv fra skolebenken at det på ingen måte er mulig å tilsette vann til syre, men bare omvendt. Tross alt er vann lettere i tetthet, så det vil samle seg på overflaten. Hvis det brått tilsettes til syre, vil en så stor mengde energi frigjøres som et resultat av oppløsningsreaksjonen at vannet vil koke og begynne å sprute sammen med partikler av et farlig stoff. Dette kan forårsake alvorlige kjemiske brannskader på huden på hendene.

Derfor bør syre helles i vann i en tynn stråle, da blir blandingen veldig varm, men koking vil ikke skje, noe som gjør at væsken også vil sprute.

Kjemiske egenskaper

Fra et kjemisynspunkt er denne syren veldig sterk, spesielt hvis det er en konsentrert løsning. Det er tobasisk, derfor dissosieres det i trinn, med dannelse av hydrosulfat og sulfatanioner.

Generelt tilsvarer dets interaksjon med forskjellige forbindelser alle hovedreaksjonene som er karakteristiske for denne klassen av stoffer. Vi kan gi eksempler på flere ligninger der sulfatsyre tar del. Kjemiske egenskaper manifesteres i dets interaksjon med:

• s alter;
• metalloksider og hydroksyder;
• amfoteriske oksider og hydroksider;
• metaller som står i en serie spenninger opp til hydrogen.

Bsom et resultat av slike interaksjoner dannes det i nesten alle tilfeller medium s alter av en gitt syre (sulfater) eller sure s alter (hydrosulfater).

En spesiell funksjon er også det med metaller i henhold til den vanlige ordningen Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ bare en løsning av et gitt stoff reagerer, det vil si en fortynnet syre. Hvis vi tar konsentrert eller svært mettet (oleum), vil interaksjonsproduktene være helt annerledes.}

Spesielle egenskaper til svovelsyre

Disse inkluderer bare samspillet mellom konsentrerte løsninger og metaller. Så det er et bestemt opplegg som gjenspeiler hele prinsippet for slike reaksjoner:

1. Hvis metallet er aktivt, er resultatet dannelse av hydrogensulfid, s alt og vann. Det vil si at svovel reduseres til -2.
2. Hvis metallet har middels aktivitet, er resultatet svovel, s alt og vann. Det vil si reduksjonen av sulfationet til fritt svovel.
3. Metaller med lav reaktivitet (etter hydrogen) - svoveldioksid, s alt og vann. Svovel i oksidasjonstilstand +4.

De spesielle egenskapene til sulfatsyre er også evnen til å oksidere noen ikke-metaller til deres høyeste oksidasjonstilstand og reagere med komplekse forbindelser og oksidere dem til enkle stoffer.

Metoder for å oppnå i bransjen

Sulfatprosessen for fremstilling av svovelsyre består av to hovedtyper:

• contact;
• tower.

Begge er de vanligste måtene innindustri i alle land i verden. Det første alternativet er basert på bruk av jernkis eller svovelkis som råstoff - FeS_{2. Det er tot alt tre stadier:}

1. Rasting av råvarer med dannelse av svoveldioksid som forbrenningsprodukt.
2. Lever denne gassen gjennom oksygen over en vanadiumkatalysator for å danne svovelsyreanhydrid - SO_3.
3. I absorpsjonstårnet løses anhydrid i en løsning av sulfatsyre med dannelse av en høykonsentrasjonsløsning - oleum. Veldig tung oljeaktig tykk væske.

Det andre alternativet er praktisk t alt det samme, men nitrogenoksider brukes som katalysator. Fra synspunkt av slike parametere som produktkvalitet, kostnad og energiforbruk, renhet av råvarer, produktivitet, er den første metoden mer effektiv og akseptabel, så den brukes oftere.

Laboratoriesyntese

Hvis det er nødvendig å skaffe svovelsyre i små mengder for laboratorieforskning, er metoden for interaksjon av hydrogensulfid med sulfater av lavaktive metaller best egnet.

I disse tilfellene oppstår dannelsen av jernholdige metallsulfider, og svovelsyre dannes som et biprodukt. For små studier er dette alternativet egnet, men en slik syre vil ikke avvike i renhet.

Også i laboratoriet kan du utføre en kvalitativ reaksjon på sulfatløsninger. Den vanligste reagensen er bariumklorid, siden Ba²⁺-ionet, sammen medsulfatanion feller ut til et hvitt bunnfall - baryttmelk: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

De vanligste s altene

Sulfatsyre og sulfatene den danner er viktige forbindelser i mange industrier og husholdninger, inkludert mat. De vanligste s altene av svovelsyre er:

1. Gips (alabaster, selenitt). Det kjemiske navnet er et vandig kalsiumsulfat krystallinsk hydrat. Formel: CaSO_{4. Brukes i konstruksjon, medisin, papirmasse og papir, smykkefremstilling.}
2. Barite (tung sparre). bariumsulfat. I løsning er det et melkeaktig bunnfall. I fast form - gjennomsiktige krystaller. Brukes i optiske instrumenter, røntgen, isolerende belegg.
3. Mirabilite (Glaubers s alt). Det kjemiske navnet er natriumsulfatdekahydrat. Formel: Na₂SO₄10H_{2O. Brukes i medisin som avføringsmiddel.}

Det er mange eksempler på s alter som har praktisk betydning. Imidlertid er de som er nevnt ovenfor de vanligste.

sulfatlut

Dette stoffet er en løsning som dannes som et resultat av varmebehandling av tre, det vil si cellulose. Hovedformålet med denne forbindelsen er å oppnå sulfatsåpe på basis av den ved å sette seg. Den kjemiske sammensetningen av sulfatlut er som følger:

• lignin;
• hydroksysyrer;
• monosakkarider;
• fenoler;
• resin;
• flyktige og fettsyrer;
• sulfider, klorider, karbonater og sulfater av natrium.

Det er to hovedtyper av dette stoffet: hvit og svart sulfatlut. Det hvite går til tremasse- og papirindustrien, mens det sorte brukes til å lage sulfatsåpe i industrien.

Hovedapplikasjoner

Den årlige produksjonen av svovelsyre er 160 millioner tonn per år. Dette er et veldig betydelig tall, som indikerer viktigheten og utbredelsen av denne forbindelsen. Det er flere industrier og steder hvor bruk av sulfatsyre er nødvendig:

1. I batterier som elektrolytt, spesielt i bly.
2. I fabrikker der sulfatgjødsel produseres. Hovedtyngden av denne syren brukes spesifikt til fremstilling av mineralgjødsel for planter. Derfor bygges anlegg for produksjon av svovelsyre og produksjon av kunstgjødsel oftest side om side.
3. I næringsmiddelindustrien som emulgator, angitt med kode E513.
4. I en rekke organiske synteser som et avvanningsmiddel, en katalysator. Slik oppnås eksplosiver, harpiks, rengjørings- og vaskemidler, nylon, polypropylen og etylen, fargestoffer, kjemiske fibre, estere og andre forbindelser.
5. Brukes i filtre for å rense vann og lage destillert vann.
6. Brukes i utvinning og prosessering av sjeldne grunnstoffer fra malm.

Også mye gemssyre går til laboratorieforskning, hvor den oppnås med lokale metoder.