Sulfatna kiselina: formula i hemijska svojstva

Jedna od prvih mineralnih kiselina koje je poznato čoveku je sumporna ili sulfatna. Ne samo ona sama, već i njene brojne soli korišćene su u građevinarstvu, medicini, prehrambenoj industriji, u tehničke svrhe. Za sada se ništa nije promenilo u tom pogledu. Nekoliko karakteristika koje poseduje sulfatna kiselina čine ga jednostavno nezamjenjivim u hemijskim sintezama. Pored toga, praktično sve grane svakodnevnog života i industrije pronalaze korišćenje svoje soli. Dakle, detaljno ćemo razmotriti šta jeste i koje su karakteristike manifestovanih svojstava.

Raznolikost imena

Za početak, postoji mnogo imena za ovu supstancu. Među njima postoje i one koje se formiraju prema racionalnoj nomenklaturi i onima koji su istorijski formirani. Dakle, ova veza označava se kao:

• Sulfatna kiselina;
• Vitreous oil;
• Sumporna kiselina;
• Oleum.

Iako izraz "oleum" nije u potpunosti pogodan za ovu supstancu, jer je mešavina sumporne kiseline i višeg oksida sumpora - SO ₃ .

Sulfatna kiselina: formula i struktura molekula

Sa stanovišta hemijske skraćenice, formula za ovu kiselinu može se napisati na sledeći način: H ₂ SO ₄ . Očigledno je da se molekula sastoji od dva kationa vodonika i anjona kiselog ostatka - sulfatnog jona koji ima punjenje od 2+.

Istovremeno, u okviru molekula djeluju sledeće veze:

• Kovalentna polarna između sumpora i kiseonika;
• Kovalentno snažno polarno između vodonika i kiselog ostatka SO ₄ .

Sumpor, koji ima 6 neuparanih elektrona, formira dve dvostruke veze sa dva atoma kiseonika. Još jedan par - jednoje, a one zauzvrat - jedno sa vodonikom. Kao rezultat, struktura molekula omogućava da bude dovoljno jaka. Istovremeno, kation vodonika je veoma mobilan i lako ostavlja, jer sumpor i kiseonik su mnogo elektronegativniji. Izvlačenjem elektronske gustine na sebi, oni daju vodonik delimično pozitivnim nabojem, koji kada se potpuno isključi postaje pun. Tako se formiraju kisela rastvori u kojima postoji H ⁺ .

Ako govorimo o stepenu oksidacije elemenata u jedinjenju, onda sulfatna kiselina, čija formula H ₂ SO ₄ , omogućava da ih izračunamo: za vodonik +1, za kisik -2, za sumpor +6.

Kao iu bilo kom molekulu, ukupni naboj je nula.

Istorija otkrića

Sulfatna kiselina je poznata ljudima od davnina. Čak su i alhemičari znali kako da ga dobiju metodama kalcinacije različitih vitriola. Od IX veka ljudi primaju i koriste ovu supstancu. Kasnije u Evropi, Albert Magnus je saznao kako izvlači kiselinu u proces raspadanja željeznog sulfata.

Međutim, nijedan od načina nije bio profitabilan. Zatim je došla takozvana komora verzija sinteze. U tu svrhu su spaljeni sumpor i nitrat, a evoluirane isparenja su apsorbovane vodom. Kao rezultat, formirana je sulfatna kiselina.

Čak i kasnije, Britanci su uspjeli pronaći najjeftiniji način dobijanja ove supstance. Za ovo su korišćeni pirit-FeS ₂ , gvožđe piriti. Njegovo pucanje i kasnija interakcija sa kiseonikom i dalje predstavljaju jednu od najvažnijih industrijskih metoda za sintezu sumporne kiseline. Takve sirovine su pristupačnije, jeftinije i visokog kvaliteta za velike količine proizvodnje.

Fizičke osobine

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

1. U standardnim uslovima, tečnost.
2. U koncentriranom stanju je teška, uljana, za koju se zove "vitriolsko ulje".
3. Gustina supstance je 1,84 g / cm ³ .
4. Nemaju boju i mirise.
5. Ima izražen "bakar" ukus.
6. Ona se vrlo dobro razlaže u vodi, gotovo bez ograničenja.
7. Hygroscopic, sposoban da uhvati i slobodnu i vezanu vodu iz tkiva.
8. Ne-volatilan.
9. Tačka ključanja je 296 ° C.
10. Taljenje na 10,3 ° C

Jedna od najvažnijih karakteristika ovog jedinjenja je sposobnost hidriranja sa oslobađanjem velike količine toplote. Zbog toga se i djeca iz školske klupe podučavaju da je nemoguće dodavati vodu kiselini, ali samo obrnuto. Na kraju krajeva, gustina vode je lakša, tako da će se akumulirati na površini. Ako je oštro dodate kiselini, onda kao rezultat reakcije raspršivanja, puštena će puno energije da će voda kvariti i početi prskanje zajedno sa česticama opasne materije. Ovo može prouzrokovati teške hemijske opekotine na koži ruku.

Zbog toga je neophodno nalijati kiselinu u vodu tankim mlazom, tada će se mešavina snažno zagrevati, ali se neće pojaviti štetnost, što znači da se i tečnost prska.

Hemijska svojstva

Sa stanovišta hemije, ova kiselina je jaka, naročito ako je to koncentrisano. Dijabetičan je, tako da se disagira stepupno, formirajući vodonik sulfat i sulfatni anjon.

Generalno, njegova interakcija sa različitim jedinjenjima odgovara svim osnovnim reakcijama karakterističnim za ovu klasu supstanci. Moguće je dati primjere nekoliko jednačina u kojima sudjeluje sulfatna kiselina. Hemijska svojstva se manifestuju u interakciji sa:

• Soli;
• Oksidi i hidroksidi metala;
• Amfoterni oksidi i hidroksidi;
• Metali stoje u nizu napona do vodonika.

Kao rezultat takvih interakcija, u skoro svim slučajevima formiraju se prosečne soli ove kiseline (sulfati) ili kiseline (hidrosulfati).

Posebna karakteristika je i to što samo rastvor ove supstance, to jest razrijeđene kiseline, reaguje sa metalima u uobičajenoj Me + H ₂ SO ₄ = MeSO ₄ + H ₂ ↑ shemi. Ako uzmete koncentrovano ili visoko zasićeno (oleum), onda će proizvodi interakcije biti sasvim različiti.

Posebne osobine sumporne kiseline

Takav je interakcija koncentriranih rastvora sa metalima. Dakle, postoji određena šema koja odražava čitav princip takvih reakcija:

1. Ako je metal aktivan, rezultat je formiranje vodonik sulfida, soli i vode. To jest, obnovljeno je sumpor do -2.
2. Ako je metal srednje aktivnosti, rezultat je sumpor, sol i voda. To jest, smanjenje sulfatnog jona do slobodnog sumpora.
3. Metali niske hemijske aktivnosti (nakon vodonika) - sumpor dioksid, so i voda. Sumpor u oksidacionom stanju +4.

Takođe, posebna svojstva sulfatne kiseline su sposobnost oksidacije nekih metala do njihovog najvišeg oksidacionog stanja i reagovanja sa složenim jedinjenjima i oksidaciju na jednostavne supstance.

Metode proizvodnje u industriji

Proces proizvodnje sumporne kiseline sastoji se od dva glavna tipa:

• Kontakt;
• Tower.

Obje su najčešće metode u industriji u svim zemljama svijeta. Prva opcija je zasnovana na upotrebi gvožđih pirita ili sumpornog pirita-FeS ₂ kao sirovine. Ukupno tri faze:

1. Spaljivanje sirovina sa formiranjem sumpornog gasa kao proizvoda sagorevanja.
2. Prenos ovog gasa kroz kiseonik preko vanadijum katalizatora da bi se formirao sumporni anhidrid-SO ₃ .
3. U apsorpcionoj tornji, anhidrid se rastvori u rastvoru sulfatne kiseline stvaranjem rastvora visoke koncentracije, oleum. Veoma teška masna debljina tečnosti.

Druga opcija je praktično ista, ali se kao katalizator koriste azotni oksidi. Sa stanovišta takvih parametara kao što su kvalitet proizvoda, trošak i potrošnja energije, čistoća sirovina, produktivnost, prvi metod je efikasniji i prihvatljiviji, pa se često koristi.

Sinteza u laboratoriji

Ako je neophodno dobijati sumpornu kiselinu u malim količinama za laboratorijske studije, onda je najbolji način način interakcije vodonik-sulfida s sulfatima niskih aktivnih metala.

U ovim slučajevima se formiraju crni metal sulfidi, a sumporna kiselina se formira kao nusproizvod. Za male studije, ova opcija je pogodna, ali čistoća takve kiseline neće se razlikovati.

Takođe, u laboratoriji je moguće provesti kvalitetnu reakciju na sulfatna rješenja. Najčešći reagens je barijum hlorid, jer Ba ^{2+ jon} zajedno sa sulfatnim anjonom precipitira u beli talog - mleko sa baritom: H ₂ SO ₄ + BaCL ₂ = 2HCL + BaSO ₄ ↓

Najčešće soli

Sulfatna kiselina i sulfati, koje formiraju, važna su jedinjenja u mnogim industrijama i domaćinstvima, uključujući hranu. Najčešće soli sumporne kiseline su sledeće:

1. Gips (alabaster, selenit). Hemijski naziv je vodeni kalcijum hidrat kalcijum-sulfata. Formula: CaSO ₄ . Koristi se u građevinarstvu, medicini, industriji celuloze i papira, proizvodnji nakita.
2. Barite (težak spar). Sulfat barium-a. U rastvoru je mlečni sediment. U čvrstoj formi, transparentni kristali. Koristi se za optičke instrumente, rendgenske zrake, za proizvodnju izolacionog premaza.
3. Mirabilite (Glauberova so). Hemijski naziv je natrijum hidratovani natrijum sulfat. Formula: Na ₂ SO ₄ * 10H ₂ O. Koristi se u medicini kao laksativ.

Moguće je navesti kao primjere mnoge soli koji su od praktične važnosti. Međutim, gore navedeni su najčešći.

Sulfatna lužina

Ova supstanca je rastvor koji se formira zbog termičke obrade drveta, odnosno celuloze. Osnovna svrha ovog jedinjenja je priprema sulfatnog sapuna na njegovoj osnovi sedimentacijom. Hemijski sastav sulfatne tečnosti je sledeći:

• Lignin;
• Hidroksi kiseline;
• Monosaharidi;
• Fenoli;
• Smole;
• Isparljive i masne kiseline;
• Sulfidi, hloridi, karbonati i natrijum sulfati.

Postoje dve glavne vrste ove supstance: bela i crna sulfatna tečnost. Bele lišće za proizvodnju celuloze i papira, a crna se koristi za proizvodnju sulfatnog sapuna u industriji.

Glavne aplikacije

Godišnja proizvodnja sumporne kiseline iznosi 160 miliona tona godišnje. Ovo je veoma značajna figura, koja ukazuje na značaj i prevalencu ovog jedinjenja. Postoji nekoliko industrija i mesta gde je neophodno koristiti sulfatnu kiselinu:

1. U baterijama kao elektrolit, posebno u olovu.
2. U fabrikama gde se proizvode sulfatna đubriva. Najveći deo ove kiseline ide upravo u proizvodnji mineralnih đubriva za biljke. Stoga su biljke za proizvodnju sumporne kiseline i proizvodnju đubriva najčešće izgrađene jedna pored druge.
3. U prehrambenoj industriji kao emulgator, označen kodom E513.
4. U brojnim organskim sintezama kao sredstvo za uklanjanje vode, katalizator. Tako se proizvodi eksploziv, smole, deterdženti, kapron, polipropilen i etilen, boje, hemijska vlakna, esteri i druga jedinjenja.
5. Koristi se u filterima za prečišćavanje vode i proizvodnju destilovane vode.
6. Primjenjuje se u ekstrakciji i preradi retkih elemenata iz rude.

Takođe, dosta sumporne kiseline ide laboratorijskom istraživanju, gdje se dobija lokalna metoda.