Sulfatsyre: formel og kemiske egenskaber

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 17:43

En af de allerførste mineralsyrer, der blev kendt for mennesket, er svovlsyre eller sulfat. Ikke kun hun selv, men også mange af hendes s alte blev brugt i byggeri, medicin, fødevareindustrien og til tekniske formål. Indtil videre har intet ændret sig i denne henseende. En række egenskaber, som sulfatsyre besidder, gør den simpelthen uundværlig i kemiske synteser. Derudover bruges dens s alte i næsten alle sektorer af hverdagen og industrien. Derfor vil vi overveje i detaljer, hvad det er, og hvad er kendetegnene ved de manifesterede egenskaber.

Forskellige navne

Lad os starte med, at dette stof har mange navne. Blandt dem er der dem, der er dannet i henhold til rationel nomenklatur, og dem, der har udviklet sig historisk. Så denne forbindelse er betegnet som:

• sulfatsyre;
• vitriol;
• svovlsyre;
• oleum.

Selvom udtrykket "oleum" ikke er helt egnet til dette stof, da det er en blanding af svovlsyre og højere svovloxid -SO_3.

Sulfatsyre: formel og molekylær struktur

Ud fra en kemisk forkortelses synspunkt kan formlen for denne syre skrives som følger: H₂SO_{4. Det er klart, at molekylet består af to hydrogenkationer og en anion af den sure rest - sulfation, som har en ladning på 2+.}

I dette tilfælde virker følgende bindinger inde i molekylet:

• kovalent polær mellem svovl og oxygen;
• kovalent stærkt polær mellem hydrogen og syrerest SO_4.

Svovl, der har 6 uparrede elektroner, danner to dobbeltbindinger med to oxygenatomer. Med et par mere - single, og dem til gengæld single med hydrogener. Som et resultat tillader strukturen af molekylet det at være stærkt nok. Samtidig er brintkationen meget mobil og forlader let, fordi svovl og ilt er meget mere elektronegative. Ved at trække elektrontætheden over på sig selv giver de brint en delvis positiv ladning, som bliver fuld, når den løsnes. Sådan dannes sure opløsninger, hvori der er H+.

Hvis vi taler om oxidationstilstandene for grundstofferne i forbindelsen, så er sulfatsyre, hvis formel er H₂SO_{4, giver dig nemt mulighed for at beregne dem: brint +1, oxygen -2, svovl +6.}

Som i ethvert molekyle er den samlede ladning nul.

Opdagelseshistorik

Sulfatsyre har været kendt af folk siden antikken. Selv alkymister vidste, hvordan man får det ved at kalcinere forskellige vitrioler. MedSå tidligt som i det 9. århundrede modtog og brugte folk dette stof. Senere i Europa lærte Albert Magnus, hvordan man udvinder syre fra nedbrydningen af jernsulfat.

Men ingen af metoderne var rentable. Så blev den såkaldte kammerversion af syntese kendt. Til dette blev svovl og nitrat brændt, og de frigivne dampe blev absorberet af vand. Som et resultat blev der dannet sulfatsyre.

Endnu senere lykkedes det briterne at finde den billigste metode til at skaffe dette stof. Pyrit blev brugt til dette - FeS_{2, jernkis. Dets ristning og efterfølgende interaktion med oxygen udgør stadig en af de vigtigste industrielle metoder til syntese af svovlsyre. Sådanne råmaterialer er mere overkommelige, billigere og af højere kvalitet til store produktionsmængder.}

Fysiske egenskaber

Der er flere parametre, inklusive eksterne, som adskiller sulfatsyre fra andre. Dets fysiske egenskaber kan beskrives i flere punkter:

1. Væske under standardbetingelser.
2. I sin koncentrerede tilstand er den tung, olieagtig, for hvilken den fik navnet "vitriol".
3. Materiedensitet - 1,84 g/cm3.
4. Ingen farve eller lugt.
5. Den har en udt alt "kobber"-smag.
6. Opløses meget godt i vand, næsten ubegrænset.
7. Hygroskopisk, i stand til at fange både frit og bundet vand fra væv.
8. Ikke-flygtig.
9. Kogepunkt - 296oC.
10. Smelter ved 10, 3oC.

En af de vigtigste egenskaber ved denne forbindelse er evnen til at hydrere med frigivelse af en stor mængde varme. Derfor lærer man børn selv fra skolebænken, at det på ingen måde er muligt at tilsætte vand til syre, men kun omvendt. Vand er trods alt lettere i tæthed, så det vil samle sig på overfladen. Hvis det brat tilsættes til syre, vil der som et resultat af opløsningsreaktionen blive frigivet en så stor mængde energi, at vandet vil koge og begynder at sprøjte sammen med partikler af et farligt stof. Dette kan forårsage alvorlige kemiske forbrændinger på huden på hænderne.

Derfor skal syre hældes i vand i en tynd stråle, så bliver blandingen meget varm, men der kommer ikke kogning, hvilket gør at væsken også sprøjter.

Kemiske egenskaber

Fra et kemisynspunkt er denne syre meget stærk, især hvis det er en koncentreret opløsning. Det er dibasisk, derfor dissocierer det i trin med dannelsen af hydrosulfat og sulfatanioner.

Generelt svarer dets interaktion med forskellige forbindelser til alle de vigtigste reaktioner, der er karakteristiske for denne klasse af stoffer. Vi kan give eksempler på flere ligninger, hvori sulfatsyre deltager. Kemiske egenskaber kommer til udtryk i dets interaktion med:

• s alte;
• metaloxider og -hydroxider;
• amfotere oxider og hydroxider;
• metaller, der står i en række spændinger op til brint.

Bsom et resultat af sådanne interaktioner dannes der i næsten alle tilfælde mellemstore s alte af en given syre (sulfater) eller sure s alte (hydrosulfater).

En speciel funktion er også, at der med metaller efter det sædvanlige skema Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ kun en opløsning af et givet stof reagerer, det vil sige en fortyndet syre. Hvis vi tager koncentreret eller stærkt mættet (oleum), så vil interaktionsprodukterne være helt anderledes.}

Særlige egenskaber ved svovlsyre

Disse omfatter kun interaktionen mellem koncentrerede opløsninger og metaller. Så der er et bestemt skema, der afspejler hele princippet om sådanne reaktioner:

1. Hvis metallet er aktivt, er resultatet dannelsen af svovlbrinte, s alt og vand. Det vil sige, at svovl reduceres til -2.
2. Hvis metallet har middel aktivitet, er resultatet svovl, s alt og vand. Det vil sige reduktionen af sulfationen til frit svovl.
3. Metaler med lav reaktivitet (efter brint) - svovldioxid, s alt og vand. Svovl i oxidationstilstand +4.

De særlige egenskaber ved sulfatsyre er også evnen til at oxidere nogle ikke-metaller til deres højeste oxidationstilstand og reagere med komplekse forbindelser og oxidere dem til simple stoffer.

Metoder til at opnå i branchen

Sulfatprocessen til fremstilling af svovlsyre består af to hovedtyper:

• kontakt;
• tårn.

Begge er de mest almindelige måder at komme ind påindustri i alle lande i verden. Den første mulighed er baseret på brugen af jernkis eller svovlkis som råmateriale - FeS_{2. Der er tre etaper i alt:}

1. Ristning af råvarer med dannelse af svovldioxid som forbrændingsprodukt.
2. Passer denne gas gennem oxygen over en vanadiumkatalysator for at danne svovlsyreanhydrid - SO_3.
3. I absorptionstårnet opløses anhydrid i en opløsning af sulfatsyre med dannelse af en højkoncentrationsopløsning - oleum. Meget tung olieagtig tyk væske.

Den anden mulighed er praktisk t alt den samme, men nitrogenoxider bruges som katalysator. Fra synspunktet om sådanne parametre som produktkvalitet, omkostninger og energiforbrug, renhed af råvarer, produktivitet, er den første metode mere effektiv og acceptabel, så den bruges oftere.

Laboratoriesyntese

Hvis det er nødvendigt at opnå svovlsyre i små mængder til laboratorieforskning, så er metoden til interaktion mellem hydrogensulfid og sulfater af lavaktive metaller bedst egnet.

I disse tilfælde sker dannelsen af jernholdige metalsulfider, og svovlsyre dannes som et biprodukt. Til små undersøgelser er denne mulighed velegnet, men sådan en syre vil ikke afvige i renhed.

I laboratoriet kan du også udføre en kvalitativ reaktion på sulfatopløsninger. Det mest almindelige reagens er bariumchlorid, da Ba²⁺-ionen sammen medsulfatanion udfældes til et hvidt bundfald - barytmælk: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

De mest almindelige s alte

Sulfatsyre og de sulfater, den danner, er vigtige forbindelser i mange industrier og husholdninger, inklusive fødevarer. De mest almindelige s alte af svovlsyre er:

1. Gips (alabaster, selenit). Det kemiske navn er et vandigt calciumsulfat krystallinsk hydrat. Formel: CaSO_{4. Bruges i byggeri, medicin, papirmasse og papir, smykkefremstilling.}
2. Barit (tung spartel). bariumsulfat. I opløsning er det et mælkeagtigt bundfald. I fast form - gennemsigtige krystaller. Anvendes i optiske instrumenter, røntgenstråler, isolerende belægning.
3. Mirabilite (Glaubers s alt). Det kemiske navn er natriumsulfatdecahydrat. Formel: Na₂SO₄10H_{2O. Bruges i medicin som afføringsmiddel.}

Der er mange eksempler på s alte, der har praktisk betydning. De ovennævnte er dog de mest almindelige.

sulfatlud

Dette stof er en opløsning, der dannes som følge af varmebehandlingen af træ, det vil sige cellulose. Hovedformålet med denne forbindelse er at opnå sulfatsæbe på dens basis ved at sætte sig. Den kemiske sammensætning af sulfatvæske er som følger:

• lignin;
• hydroxysyrer;
• monosaccharider;
• phenols;
• resin;
• flygtige og fedtsyrer;
• sulfider, chlorider, carbonater og sulfater af natrium.

Der er to hovedtyper af dette stof: hvid og sort sulfatlud. Den hvide går til papirmasse- og papirindustrien, mens den sorte bruges til at lave sulfatsæbe i industrien.

Hovedapplikationer

Den årlige produktion af svovlsyre er 160 millioner tons om året. Dette er et meget signifikant tal, som indikerer vigtigheden og udbredelsen af denne forbindelse. Der er flere industrier og steder, hvor brugen af sulfatsyre er nødvendig:

1. I batterier som elektrolyt, især i bly.
2. På fabrikker, hvor der produceres sulfatgødning. Størstedelen af denne syre bruges specifikt til fremstilling af mineralsk gødning til planter. Derfor bygges anlæg til fremstilling af svovlsyre og fremstilling af kunstgødning oftest side om side.
3. I fødevareindustrien som emulgator, angivet med kode E513.
4. I adskillige organiske synteser som et afvandingsmiddel, en katalysator. Sådan opnås sprængstoffer, harpiks, rengørings- og rengøringsmidler, nylon, polypropylen og ethylen, farvestoffer, kemiske fibre, estere og andre forbindelser.
5. Bruges i filtre til at rense vand og lave destilleret vand.
6. Bruges til udvinding og forarbejdning af sjældne grundstoffer fra malm.

Også en masse gemsersyre går til laboratorieforskning, hvor den opnås ved lokale metoder.