Sulfatna kiselina: formula i kemijska svojstva

Jedna od prvih mineralnih kiselina koja je postala poznata čovjeku je sumporna ili sulfatna. Ne samo ona, već i brojne soli korištene su u građevinarstvu, medicini, prehrambenoj industriji, u tehničke svrhe. Do sada se ništa nije promijenilo u tom pogledu. Brojne karakteristike koje ima sulfatna kiselina čine ga jednostavno nezamjenjivim u kemijskim sintezama. Osim toga, praktično sve grane svakodnevnog života i industrije koriste svoje soli. Stoga ćemo detaljno razmotriti što je to i što sadrže značajke manifestabilnih svojstava.

Raznolikost imena

Za početak postoji mnogo naziva za tu tvar. Među njima postoje oni koji se formiraju prema racionalnoj nomenklaturi i onima koji su se povijesno razvili. Dakle, ova veza označava se kao:

• sulfatna kiselina;
• staklasto ulje;
• sumporna kiselina;
• oleum.

Iako izraz "oleum" nije posve pogodan za tu tvar, budući da je smjesa sumporne kiseline i viši oksid sumpor - SO₃.

Sulfatna kiselina: formula i struktura molekule

S gledišta kemijske kratice, formula za ovu kiselinu može se napisati na sljedeći način: H₂SO₄. Očito je da se molekula sastoji od dva kationa vodika i jednog aniona kiselinskog ostatka - sulfatnog iona koji ima naboj od 2+.

Istodobno, unutar molekule djeluju sljedeće veze:

• kovalentni polar između sumpora i kisika;
• kovalentno jako polarni između vodika i kiselinskog ostatka SO₄.

Sumpor, koji ima 6 nesparenih elektrona, tvori dvije dvostruke veze s dva atoma kisika. Ipak s parom - singlom, a one s vodom. Kao rezultat toga, struktura molekule omogućuje da bude dovoljno jak. Istodobno, vodikov kation je vrlo pokretljiv i lako ostavlja, jer sumpor i kisik su puno više elektronskih. Povlačenjem gustoće elektrona na sebe, oni daju djelomično pozitivan naboj vodiku, koji postaje potpun nakon isključenja. Tako se formiraju kiselinske otopine u kojima H⁺.

Ako govorimo o stupnju oksidacije elemenata u spoju, tada sulfatna kiselina, čija je formula H₂SO₄, lako ih je moguće izračunati: za vodik +1, za kisik -2, za sumpor +6.

Kao u bilo kojoj molekuli, ukupni naboj je nula.

Povijest otkrića

Sulfatska kiselina je poznata ljudima od davnih vremena. Čak su i alkemičari znali kako je dobiti metodama kalcinacije raznih vitriola. Od IX stoljeća ljudi su primili i koristili ovu tvar. Kasnije u Europi, Albert Magnus naučio je izdvojiti kiselinu u procesu razgradnje željezovog sulfata.

Međutim, niti jedan od načina nije bio profitabilan. Zatim je postala poznata takozvana komorna verzija sinteze. Zbog toga su sumpor i nitrat spaljeni, a razvijene pare upijene su vodom. Kao rezultat toga nastaje sulfatna kiselina.

Čak kasnije, Britanci su uspjeli naći najjeftiniju metodu dobivanja ove tvari. Za ovo, pirit-FeS₂, željezni piriti. Njegova paljenja i kasnija interakcija s kisikom i dalje čine jednu od najvažnijih industrijskih metoda za sintezu sumporne kiseline. Takve sirovine su pristupačnije, jeftinije i visoke kvalitete za velike količine proizvodnje.

Fizička svojstva

Postoji nekoliko parametara, uključujući i one vanjske, u kojima se sulfatna kiselina razlikuje od drugih. Njegova fizička svojstva mogu se opisati u nekoliko točaka:

1. Pod standardnim uvjetima, tekućina.
2. U koncentriranom stanju je teška, masna, za koju se naziva "staklasto ulje".
3. Gustoća tvari je 1,84 g / cm³.
4. Nema boje i mirisa.
5. Ima naglašeni "bakreni" ukus.
6. Vrlo se dobro otapa u vodi, gotovo neograničeno.
7. Higroskopni, sposobni uhvatiti i slobodnu i vezanu vodu iz tkiva.
8. Neizbrisiva.
9. Vrelište je 296^okoS.
10. Taloženje na 10.3^okoS.

Jedna od najvažnijih svojstava ovog spoja je sposobnost hidrata s oslobađanjem velike količine topline. Zato se čak i iz škole djeca poučavaju da ni na koji način nije moguće dodati vodu kiselini, ali obrnuto. Uostalom, gustoća vode je lakša, pa će se akumulirati na površini. Ako to dramatično dodati kiselinom, nastala reakcija otopiti van toliko energije da voda počne ključati i špricanjem zajedno s česticama opasna tvar. To može uzrokovati teške kemijske opekline na koži ruku.

Stoga je nužno sipati kiselu vodu u vodu, a zatim će se smjesa snažno zagrijati, ali neće doći do pjenjenja, što znači da se tekućina također raspršuje.

Kemijska svojstva

S gledišta kemije, ova kiselina je vrlo jaka, posebno ako je koncentrirana otopina. Dvobazna je, pa se disocira postupno, tvoreći hidrogen sulfat i sulfat anion.

Općenito, njegova interakcija s različitim spojevima odgovara svim osnovnim reakcijama karakterističnim za ovu klasu tvari. Mogu se dati primjeri nekoliko jednadžbi u kojima sudjeluje sulfatna kiselina. Kemijska svojstva očituju se u interakciji s:

• soli;
• oksidi i hidroksidi metala;
• amfoternih oksida i hidrokside;
• metali koji stoje u nizu naprezanja do vodika.

Kao rezultat takvih interakcija, u gotovo svim slučajevima nastaju prosječne soli ove kiseline (sulfate) ili kiseline (hidrosulfati).

Posebna je osobina takoder i metala uobičajenom Me + H shemom₂SO₄ = MeSO₄ + H₂samo reagira na otopinu te tvari, to jest razrijeđenu kiselinu. Ako uzmete koncentriranu ili jako zasićenu (oleum), proizvodi interakcije bit će potpuno različiti.

Posebna svojstva sumporne kiseline

Takav je interakcija koncentriranih otopina s metalima. Dakle, postoji određena shema koja odražava cijelo načelo takvih reakcija:

1. Ako je metal aktivan, rezultat je stvaranje sumporovodika, soli i vode. To jest, sumpor se vraća na -2.
2. Ako je metal srednje aktivnosti, rezultat je sumpor, sol i voda. To jest, smanjenje sulfata iona do slobodnog sumpora.
3. Metali niske kemijske aktivnosti (nakon vodika) - sumpor dioksid, soli i vode. Sumpor u oksidacijskom stanju +4.

Također, posebna svojstva sulfatne kiseline su sposobnost oksidiranja neknih metala do njihovog najvišeg oksidacijskog stanja i reakcije s kompleksnim spojevima i njihova oksidacija na jednostavne tvari.

Metode proizvodnje u industriji

Proces proizvodnje sumporne kiseline sastoji se od dvije glavne vrste:

• pin;
• kula.

Oba su najčešća metoda u industriji u svim zemljama svijeta. Prva opcija temelji se na korištenju željeznih pirita ili sumpornog pirita kao sirovine - FeS₂. Ukupno su tri faze:

1. Ispuštanje sirovina uz stvaranje sumpornog dioksida kao proizvoda za sagorijevanje.
2. Prijenos tog plina preko kisika preko vanadijskog katalizatora da nastane sumpornog anhidrida-SO₃.
3. U apsorpcijskom tornju, anhidrid se otopi u otopini sulfatne kiseline formiranjem otopine visoke koncentracije oleuma. Vrlo teška masnu gustu tekućinu.

Druga mogućnost je praktički ista, ali se kao katalizator koriste dušični oksidi. Sa stajališta takvih parametara kao što su kvaliteta proizvoda, trošak i potrošnja energije, čistoća sirovina, produktivnost, prva metoda je učinkovitija i prihvatljiva, stoga se češće koristi.

Sinteza u laboratoriju

Ako je potrebno za dobivanje sumpornu kiselinu u malim količinama za laboratorijske studije, najbolji je način međudjelovanja sumporovodika s metalnim sulfatima s niskim djelovanjem.

U tim slučajevima formiraju se crni metalni sulfidi i formira se sumporna kiselina kao nusprodukt. Za male studije, ta je mogućnost pogodna, ali čistoća takve kiseline se neće razlikovati.

Također u laboratoriju moguće je provesti kvalitativnu reakciju na otopine sulfata. Najčešći reagens je barijev klorid, od Ba iona²⁺ zajedno sa sulfatnim anionom precipitira u bijeli precipitat - baryte mlijeko: H₂SO₄ + BaC₂ = 2HCL + BaS02₄↓

Najčešće soli

Sulfatna kiselina i sulfati, koji tvore, važni su spojevi u mnogim industrijama i kućanstvima, uključujući hranu. Najčešće su soli sumporne kiseline slijedeće:

1. Gips (alabaster, selenit). Kemijski naziv je vodeni kalcijev hidrat kalcijevog sulfata. Formula: CaSO₄. Koristi se u građevinarstvu, medicini, celuloznoj i papirnoj industriji, te proizvodnji nakita.
2. Barite (teški spar). Sulfat barija. U otopini je sediment mlijeka. U čvrstom obliku - prozirni kristali. Koristi se u optičkim instrumentima, rendgenskim zrakama, za proizvodnju izolacijske prevlake.
3. Mirabilit (Glauberova sol). Kemijski naziv je kristalni hidrat natrijev sulfat dekahidrat. Formula: Na₂SO₄* 10H₂O. Koristi se u medicini kao laksativ.

Moguće je dati kao primjere mnoge soli koje su od praktičnog značaja. Međutim, one koje su gore spomenute najčešće su.

Sulphated Lye

Ova tvar je otopina koja nastaje uslijed termičke obrade drva, tj. Celuloze. Glavna svrha ovog spoja je priprava sulfatnog sapuna na osnovi taloženja. Kemijski sastav sulfatne tekućine je sljedeći:

• lignin;
• hidroksi kiseline;
• monosaharidi;
• fenoli;
• smole;
• hlapljive i masne kiseline;
• sulfidi, kloridi, karbonati i natrijevi sulfati.

Postoje dvije glavne vrste ove tvari: bijela i crna solfatna alkoholna pića. Bijeli listovi za proizvodnju celuloze i papira, a crna se koristi za proizvodnju sulfatnog sapuna u industriji.

Glavne aplikacije

Godišnja proizvodnja sumporne kiseline je 160 milijuna tona godišnje. Ovo je vrlo značajna figura koja ukazuje na važnost i prevalenciju tog spoja. Postoji nekoliko industrija i mjesta gdje je potrebno koristiti sulfatnu kiselinu:

1. U baterijama, kao elektrolit, posebno u olovu.
2. U tvornicama gdje se proizvodi sulfatna gnojiva. Većina ove kiseline ide točno do proizvodnje mineralnih gnojiva za biljke. Stoga se biljke za proizvodnju sumpornu kiselinu i proizvodnju gnojiva najčešće ugrađuju rame uz rame.
3. U prehrambenoj industriji kao emulgator, označen kodom E513.
4. U brojnim organskim sintezama kao sredstvo za uklanjanje vode, katalizator. Znači eksploziva smole, sredstva za čišćenje i pranje, najlon, polipropilen i etilen, boje, kemijska vlakna, esteri i drugih spojeva.
5. Koristi se u filtrima za pročišćavanje vode i proizvodnju destilirane vode.
6. Primijenjeno u ekstrakciji i obradi rijetkih elemenata iz rude.

Također, puno sumporne kiseline ide u laboratorijska istraživanja, gdje se dobiva lokalnim metodama.