Сулфатна киселина: формула и химични свойства

Една от първите минерални киселини, станала известна на човека, е сярна или сулфатна. Не само самата тя, но и многото й соли са използвани в строителството, медицината, хранителната промишленост за технически цели. Досега нищо не се е променило в това отношение. Редица характеристики, които притежава сулфатната киселина, го правят просто незаменими в химическите синтези. В допълнение, практически всички отрасли на ежедневието и индустрията намират използването на солта си. Поради това в детайли ще разгледаме какво представлява и какви са характеристиките на проявените свойства.

Разнообразие от имена

За начало има много имена за това вещество. Сред тях са онези, които са оформени според рационалната номенклатура и тези, които са се развили исторически. Така че тази връзка е означена като:

• сулфатна киселина;
• стъкловидно масло;
• сярна киселина;
• олеум.

Въпреки че терминът "олеум" не е напълно подходящ за това вещество, тъй като е смес от сярна киселина и висок оксид сяра - SO₃.

Сулфатна киселина: формулата и структурата на молекулата

От гледна точка на химически съкращения напиши формула на тази киселина може да бъде така: Н₂SO₄. Очевидно е, че молекулата се състои от два водородни катиона и един анион на киселинния остатък - сулфатен йон, имащ заряд от 2+.

Същевременно в молекулата действат следните връзки:

• ковалентно полярно между сяра и кислород;
• ковалентно силно полярен между водород и киселинен остатък SO₄.

Сярата, притежаваща 6 непанални електрони, образува две двойни връзки с два кислородни атома. Все още с двойка - единична, а тези, на свой ред - единични с водород. В резултат структурата на молекулата позволява тя да бъде достатъчно силна. В същото време, водородният катион е много подвижен и лесно се оставя, защото сярата и кислородът са много по-електрични. Чрез издърпване на електронната плътност върху себе си, те осигуряват частично положително зареждане на водорода, което става пълно при изключване. По този начин се образуват кисели разтвори, при които Н⁺.

Ако говорим за степента на окисляване на елементите в съединението, тогава сулфатната киселина, чиято формула Н₂SO₄, лесно прави възможно изчисляването им: за водород +1, за кислород -2, за сяра +6.

Както във всяка молекула, общото зареждане е нула.

История на откритието

Сулфатната киселина е известна на хората от древни времена. Дори алхимиците знаеха как да го получат чрез методи за калциниране на различни витрили. От IX век хората са получили и са използвали това вещество. По-късно в Европа Алберт Магнус се научи да извлича киселина в процеса на разлагане на железен сулфат.

Въпреки това, нито един от методите не беше печеливш. Тогава стана известна така наречената камерна версия на синтеза. За тази сяра и нитрат, и еволюирали изпарения абсорбира вода. В резултат се образува сулфатна киселина.

Дори по-късно британците успяват да намерят най-евтиния метод за получаване на това вещество. За това, пирит-FeS₂, железни пирити. Неговото изгаряне и последващото взаимодействие с кислорода все още представляват един от най-важните промишлени методи за синтез на сярна киселина. Тези суровини са по-достъпни, по-евтини и с високо качество за големи обеми производство.

Физични свойства

Има няколко параметъра, включително външни, в които сулфатната киселина се различава от другите. Физическите му свойства могат да бъдат описани в няколко точки:

1. При стандартни условия, течност.
2. В концентрирано състояние е тежък, мазен, за който се нарича "стъкловидно масло".
3. Плътността на веществото е 1,84 g / cm³.
4. Няма цвят и мирис.
5. Има изразен "меден" вкус.
6. Разтваря се във водата много добре, почти неограничено.
7. Хигроскопичен, способен да улови както свободната така и свързаната вода от тъканите.
8. Енергонезависимото.
9. Точката на кипене е 296^заS.
10. Температура на топене 10.3^заS.

Една от най-важните характеристики на това съединение е способността му да се хидратира с освобождаването на голямо количество топлина. Ето защо дори от училище децата се учат, че по никакъв начин не е възможно да се добави вода към киселина, а само обратното. В края на краищата, плътността на водата е по-лесно, така че тя ще се натрупва на повърхността. Ако я добавите рязко към киселината, тогава в резултат на реакцията на разтваряне ще се освободи толкова много енергия, че водата ще се вари и ще започне да се пръска заедно с частиците на опасното вещество. Това може да причини тежки химически изгаряния на кожата на ръцете.

Ето защо е необходимо да се излее киселината във водата с тънка струя, след което сместа ще се загрее силно, но няма да има ефервесценция, което означава, че течността се напръсква също.

Химични свойства

От гледна точка на химията тази киселина е много силна, особено ако тя е концентрирано решение. Той е двуосновен, така че той се отделя постепенно, образувайки водороден сулфат и сулфатен анион.

Като цяло, взаимодействието му с различни съединения отговаря на всички основни реакции, характерни за този клас вещества. Може да се дадат примери за няколко уравнения, в които участва сулфатната киселина. Химичните свойства се проявяват в неговото взаимодействие с:

• соли;
• оксиди и хидроксиди на метали;
• амфотерни оксиди и хидроксиди;
• метали, стоящи в серия напрежения до водорода.

В резултат на такива взаимодействия, в почти всички случаи се образуват средните соли на тази киселина (сулфати) или киселини (хидросулфати).

Специална особеност е и с металите в обичайната схема Me + H₂SO₄ = MeSO₄ + Н₂реагира само с разтвор на това вещество, т.е. с разредена киселина. Ако вземете концентрирана или силно наситена (олеум), тогава продуктите за взаимодействие ще бъдат напълно различни.

Специални свойства на сярна киселина

Това е взаимодействието на концентрирани разтвори с метали. Така че има определена схема, която отразява целия принцип на такива реакции:

1. Ако металът е активен, резултатът е образуването на сероводород, сол и вода. Тоест сярата се възстановява на -2.
2. Ако металът е със средна активност, резултатът е сяра, сол и вода. Това означава намаляване на сулфатния йон до свободна сяра.
3. Метали с ниска химична активност (след водород) - серен диоксид, сол и вода. Сяра в окислително състояние +4.

Също така, специалните свойства на сулфатната киселина са способността да окисляват някои неметали до тяхното най-високо окислително състояние и да реагират с комплексните съединения и да ги окисляват до прости вещества.

Методи на производство в промишлеността

Процесът на производство на сярна киселина се състои от два основни типа:

• ПИН;
• кула.

И двата са най-разпространените методи в индустрията във всички страни по света. Първият вариант се основава на използването на железни пирити или серен пирит като изходна суровина - FeS₂. Има общо три етапа:

1. Изгаряне на суровини с образуване на серен диоксид като изгарящ продукт.
2. Предаване на този газ през кислород през ванадиев катализатор за образуване на сярен анхидрид-SO₃.
3. В абсорбционната кула анхидридът се разтваря в разтвор на сулфатна киселина с образуването на разтвор с висока концентрация - олеум. Много тежка мазна дебела течност.

Вторият вариант е практически еднакъв, но азотните оксиди се използват като катализатор. От гледна точка на такива параметри като качество на продукта, разход и консумация на енергия, чистота на суровините, производителност, първият метод е по-ефикасен и приемлив, поради което е по-често използван.

Синтез в лабораторията

Ако е необходимо да се получи сярна киселина в малки количества за лабораторни изследвания, тогава най-добрият начин е начинът на взаимодействие на сероводород с нискодействащи метални сулфати.

В тези случаи се образуват черни метални сулфиди и се образува сярна киселина като страничен продукт. За малки проучвания, тази опция е подходяща, но чистотата на такава киселина няма да се различава.

Също така в лабораторията е възможно да се проведе качествена реакция към сулфатни разтвори. Най-често срещаният реагент е бариев хлорид, тъй като Ба йонът²⁺ заедно със сулфатния анион се утаява в бяла утайка - баритово мляко: Н₂SO₄ + БАКЛ₂ = 2HCL + BaS02₄↓

Най-често срещаните соли

Сулфатната киселина и сулфатите, които се образуват, са важни съединения в много отрасли и домакинства, включително храна. Най-често срещаните соли на сярна киселина са следните:

1. Гипс (алабастър, селенит). Химичното наименование е воден калциев хидрат на калциев сулфат. Формула: CaSO₄. Използва се в строителството, медицината, производството на целулоза и хартия и производството на бижута.
2. Барит (тежък щит). Сулфат от барий. В разтвора се съдържа млечна утайка. В твърда форма - прозрачни кристали. Използва се в оптични инструменти, рентгенови лъчи, за производство на изолационно покритие.
3. Mirabilit (сол на Glauber). Химичното наименование е кристален хидрат натриев сулфат декахидратната. Формула: Na₂SO₄10H₂О. Той се използва в медицината като слабително.

Възможно е да се дадат като пример много соли, които са от практическо значение. Обаче, споменатите по-горе са най-често срещаните.

Сулфатна луга

Това вещество е решение, което се формира поради термичната обработка на дървесината, т.е. целулозата. Основната цел на това съединение е получаването на сулфатен сапун на основата му чрез утаяване. Химическият състав на сулфатната течност е, както следва:

• лигнин;
• хидрокси киселини;
• монозахариди;
• феноли;
• смоли;
• летливи и мастни киселини;
• сулфиди, хлориди, карбонати и натриеви сулфати.

Съществуват два основни типа на това вещество: бели и черни сулфатни течности. Бели листа за производство на целулоза и хартия, а черно се използва за производството на сулфатен сапун в промишлеността.

Основни приложения

Годишното производство на сярна киселина е 160 милиона тона годишно. Това е много значима цифра, която показва важността и разпространението на това съединение. Има няколко индустрии и места, където е необходимо да се използва сулфатна киселина:

1. В батериите, като електролит, особено в олово.
2. В заводите, където се произвеждат сулфатни торове. По-голямата част от тази киселина отива точно до производството на минерално торене за растенията. Поради това растенията за производство на сярна киселина и производството на торове са най-често изградени един до друг.
3. В хранителната промишленост като емулгатор, означен с код Е513.
4. В множество органични синтези като средство за отстраняване на вода, катализатор. Така че експлозиви смоли, почистващи и миещи средства, найлон, полипропилен и етилен, бои, химически влакна, естери и други съединения.
5. Използва се в филтри за пречистване на вода и производство на дестилирана вода.
6. Прилага се при добива и преработката на редки елементи от рудата.

Също така, много сярна киселина отива в лабораторните изследвания, където се получава чрез местни методи.