Sulfatinė rūgštis: formulė ir cheminės savybės

Viena iš pirmųjų mineralinių rūgščių, kurios žmonėms tapo žinoma, yra sieros arba sulfatas. Technologiniais tikslais ne tik pati ji, bet ir jos daug druskos buvo naudojama statyboje, medicinoje, maisto pramonėje. Šiuo požiūriu nieko nesikeičia. Sieros rūgšties charakteristikų skaičius tampa nepakeičiamas cheminių sintezių. Be to, praktiškai visos šakos kasdieniame gyvenime ir pramonėje naudoja druską. Todėl mes išsamiai išnagrinėsime, kas tai yra ir kokios yra išreikštų savybių bruožai.

Pavadinimų įvairovė

Pirmiausia, šios medžiagos pavadinimai yra daug. Tarp jų yra ir tie, kurie susidaro pagal racionalią nomenklatūrą, ir istoriškai suformuotos. Taigi šis ryšys žymimas kaip:

• Sulfato rūgštis;
• Stiklo aliejus;
• Sieros rūgštis;
• Oleumas.

Nors terminas "oleum" nėra visiškai tinkamas šiai medžiagai, nes tai yra sieros rūgšties ir didesnio sieros oksido mišinys - SO ₃ .

Sulfatinė rūgštis: molekulės formulė ir struktūra

Cheminės santrumpos požiūriu šios rūgšties formulė gali būti parašyta taip: H ₂ SO ₄ . Akivaizdu, kad molekulė susideda iš dviejų vandenilio katijonų ir rūgščiosios likučio anijono - sulfato jono, kurio užtenka 2+.

Tuo pačiu metu molekulėje veikia šios obligacijos:

• Kovalentinis polas tarp sieros ir deguonies;
• Kovalencija yra labai poliarinė tarp vandenilio ir SO ₄ rūgščios liekanos.

Siera, turinti 6 nesuporuotus elektronus, sudaro dvi dvigubas jungtis su dviem deguonies atomais. Kitas poras - vienas, o tie, savo ruožtu, - vieni su vandeniliu. Dėl to molekulės struktūra leidžia jai būti pakankamai stipri. Tuo pačiu metu vandenilio katijonas yra labai judrus ir lengvai išsiunčiamas, nes sieros ir deguonies yra daug daugiau elektrodiniu. Patraukdami elektronų tankį patys jie teikia vandenilį iš dalies teigiamu krūviu, kuris visiškai atsijungus tampa pilna. Tokiu būdu susidaro rūgšti tirpalai, kuriuose yra H ⁺ .

Jei mes kalbame apie elementų oksidacijos laipsnį junginyje, tada sulfato rūgštis, kurios formulė H ₂ SO ₄ , leidžia jas apskaičiuoti: vandeniliui +1, deguoniui -2, sieros +6.

Kaip ir bet kurioje molekulėje, bendras mokestis yra lygus nuliui.

Istorija atradimo

Sulphatinė rūgštis žmonėms žinoma nuo seniausių laikų. Netgi alchemikai žinojo, kaip jį gauti įvairiais vitrioliais kalcinuojant. Nuo IX a. Žmonės gavo ir panaudojo šią medžiagą. Vėliau Europoje Albertas Magnusas išmoko rūgšties ekstrahuoti geležies sulfato skilimo procese.

Tačiau nė vienas būdas nebuvo pelningas. Tada atėjo vadinamoji sintezės kamerinė versija. Tuo tikslu sudegintos sieros ir nitratai, o išsiskyrę garai buvo absorbuojami vandeniu. Dėl to susidarė sulfato rūgštis.

Net ir vėliau britai sugebėjo rasti pigiausią šios medžiagos gavimo būdą. Dėl to buvo naudojamas pirito FeS ₂ geležies piritas. Jo deginimas ir vėlesnė sąveika su deguonimi vis dar yra vienas iš svarbiausių pramoninių metodų sieros rūgšties sintezei. Tokios žaliavos yra pigesnės, pigesnės ir aukštos kokybės dideliems gamybos kiekiams.

Fizinės savybės

Yra keletas parametrų, įskaitant išorinius, kuriuose sulfato rūgštis skiriasi nuo kitų. Jo fizikines savybes galima apibūdinti keliais aspektais:

1. Standartinėmis sąlygomis skystis.
2. Koncentruotoje būsenoje ji yra sunki, riebi, dėl kurios ji vadinama "vitrioliniu aliejumi".
3. Medžiagos tankis yra 1,84 g / cm3.
4. Neturi spalvos ir kvapo.
5. Turi ryškų "vario" skonį.
6. Jis ištirpsta vandenyje labai gerai, beveik neribotai.
7. Higroskopinis, galintis užfiksuoti laisvą ir susietą vandenį iš audinių.
8. Neeksploatuojama.
9. Virimo temperatūra yra 296 ° C.
10. Lydosi 10,3 ° C temperatūroje.

Viena iš svarbiausių šio junginio savybių yra gebėjimas hidrinti, kai išsiskiria daug šilumos. Štai kodėl net iš mokyklos suoliuko vaikai mokomi, kad neįmanoma vandens pridėti prie rūgšties, bet tik atvirkščiai. Galų gale, vandens tankis yra lengvesnis, todėl jis kaupsis ant paviršiaus. Jei jūs stipriai pridėsite prie rūgšties, tada dėl išsiskyrimo reakcijos bus išleista tiek daug energijos, kad vanduo virsta ir pradės plisti per pavojingos medžiagos daleles. Tai gali sukelti rimtų cheminių nudegimų ant rankų odos.

Todėl būtina rūgštį įpilti į vandenį plonu lašeliu, tada mišinys stipriai pašildomas, tačiau neatsiras spengimas, o tai reiškia, kad purškiamas ir skystis.

Cheminės savybės

Chemijos požiūriu, ši rūgštis yra labai stipri, ypač jei tai yra koncentruotas tirpalas. Jis dvigubas, todėl dissociuoja laipsniškai, formuojant vandenilio sulfatą ir sulfato anijoną.

Apskritai, jo sąveika su įvairiais junginiais atitinka visas pagrindines šios klasės medžiagų charakteristikas. Galima pateikti kelių lygčių, kuriose dalyvauja sulfato rūgštis, pavyzdžiai. Cheminės savybės pasireiškia jo sąveika su:

• Druskos;
• Metalų oksidai ir hidroksidai;
• Amfoteriniai oksidai ir hidroksidai;
• Metalai stovi įtempių serijoje iki vandenilio.

Dėl tokių sąveikų beveik visais atvejais susidaro vidutinės šios rūgšties (sulfatų) arba rūgšties (hidroksulfonatų) druskos.

Ypatinga ypatybė yra tai, kad tik šios medžiagos tirpalas, tai yra, praskiesta rūgštis, reaguoja su metalais įprastoje Me + H ₂ SO ₄ = MeSO ₄ + H ₂ ↑ schemoje. Jei vartojate koncentruotą arba labai sočią (oleumą), sąveikos produktai bus gana skirtingi.

Ypatingos sieros rūgšties savybės

Tokie yra koncentruotų tirpalų sąveika su metalais. Taigi, yra tam tikra schema, atspindinčia visą tokių reakcijų principą:

1. Jei metalas yra aktyvus, rezultatas yra vandenilio sulfido, druskos ir vandens susidarymas. Tai reiškia, kad siera sugrąžinta iki -2.
2. Jei metalas yra vidutinio aktyvumo, rezultatas yra siera, druska ir vanduo. Tai reiškia, kad sulfato jonai sumažina laisvą sierą.
3. Žemo cheminio aktyvumo (po vandenilio) metalai - sieros dioksidas, druska ir vanduo. Sieros oksidacijos būsena +4.

Be to, specialios sulfato rūgšties savybės yra gebėjimas oksiduoti kai kuriuos nemetalus iki didžiausios oksidacijos būsenos ir reaguoti su kompleksiniais junginiais ir oksiduoti juos į paprastas medžiagas.

Gamybos metodai pramonėje

Sieros rūgšties gamybos procesą sudaro du pagrindiniai tipai:

• Kontaktai;
• Bokštas.

Abu yra dažniausiai naudojami pramonės metodai visose pasaulio šalyse. Pirmasis variantas pagrįstas geležies piritų arba sieros pirolo-FeS _{2 panaudojimu} kaip žaliava. Iš viso yra trys etapai:

1. Šaudymas iš žaliavų, kai susidaro sieros dujos kaip degimo produktas.
2. Šių dujų perdavimas deguonimi per vanadžio katalizatorių sudaro sieros rūgšties anhidridą-SO3.
3. Absorbcijos bokšte anhidridas ištirpinamas sulfato rūgšties tirpale, susidarant didelės koncentracijos tirpale, oleume. Labai sunkus riebaluotas storas skystis.

Antrasis variantas yra praktiškai tas pats, bet azoto oksidai naudojami kaip katalizatorius. Atsižvelgiant į tokius parametrus kaip produkto kokybė, sąnaudų ir energijos suvartojimas, žaliavos grynumas, produktyvumas, pirmasis metodas yra efektyvesnis ir priimtinesnis, todėl jis dažniausiai naudojamas.

Sintezė laboratorijoje

Jei laboratoriniams tyrimams būtina gauti mažą kiekį sieros rūgšties, geriausias būdas yra vandenilio sulfido sąveika su mažo aktyvumo metalų sulfatais.

Tokiais atvejais susidaro juodojo metalo sulfidai, o šalutinis produktas yra sieros rūgštis. Mažiems tyrimams ši parinktis yra tinkama, tačiau tokios rūgšties grynumas nesiskirs.

Taip pat laboratorijoje galima atlikti kokybinę reakciją į sulfato tirpalus. Labiausiai paplitęs reagentas yra bario chloridas, kadangi Ba ^{2+ jonas} kartu su sulfato anijonu nusodina baltos spalvos nuosėdose - barito pienas: H ₂ SO ₄ + BaCl ₂ = 2HCL + BaSO ₄ ↓

Dažniausios druskos

Sulfatų rūgštis ir sulfatai, kuriuos jis sudaro, yra svarbūs junginiai daugelyje pramonės šakų ir namų ūkių, įskaitant maisto produktus. Dažniausios sieros rūgšties druskos yra šios:

1. Gipsas (alabastras, selenitas). Cheminis pavadinimas yra vandeninis kalcio hidratas iš kalcio sulfato. Formulė: CaSO ₄ . Jis naudojamas statyboje, medicinoje, celiuliozės ir popieriaus pramonėje, juvelyrinių dirbinių gamyboje.
2. Baritas (sunkusis špagatas). Bario sulfatas. Tirpalas yra pieno nuosėdos. Tvirta forma, skaidrūs kristalai. Naudojamas optiniuose instrumentuose, rentgeno spinduliuose, izoliacinei dangai gaminti.
3. Mirabilitas (Glaubero druska). Cheminis pavadinimas yra natrio hidratuotas natrio sulfatas. Formulė: Na2SO4 * 10H2O _. Vaistas vartojamas kaip vidurių uždegimas.

Pavyzdžiui, galima paminėti daugelį praktinės svarbos druskų. Tačiau pirmiau pateiktos yra labiausiai paplitusios.

Sulphated Lye

Ši medžiaga yra tirpalas, kuris susidaro dėl medienos, ty celiuliozės, terminio apdirbimo. Pagrindinis šio junginio tikslas - ruošti sulfato muilą, kurio pagrindu yra nuosėdos. Cheminė sulfatinio skysčio sudėtis yra tokia:

• Ligninas;
• Hidroksirūgštys;
• Monosacharidai;
• Fenoliai;
• Dervos;
• Lakiosios ir riebalų rūgštys;
• Sulfidai, chloridai, karbonatai ir natrio sulfatai.

Šios medžiagos yra dviejų pagrindinių tipų: baltojo ir juodojo sulfato spirito. Baltosios lapelės celiuliozei ir popieriaus gamybai, o juoda yra naudojama sulfato muilo gamybai pramonėje.

Pagrindinės programos

Metinė sieros rūgšties gamyba yra 160 mln. Tonų per metus. Tai yra labai reikšminga figūra, kuri rodo šio junginio svarbą ir paplitimą. Yra keletas pramonės šakų ir vietų, kuriose reikia naudoti sulfato rūgštį:

1. Baterijose kaip elektrolitas, ypač švino.
2. Gamyklose, kuriose gaminamos sulfatinės trąšos. Didžioji šios rūgšties dalis yra ta, kad gamina mineralines trąšas augalams. Todėl sieros rūgšties gamybos ir trąšų gamyba dažniausiai yra pastatyta greta.
3. Maisto pramonėje kaip emulsiklis, žymimas kodu E513.
4. Daugelyje organinių sintezių kaip vandens pašalinimo agentas yra katalizatorius. Taigi gaminami sprogmenys, dervos, plovikliai, kapronas, polipropilenas ir etilenas, dažikliai, cheminiai pluoštai, esteriai ir kiti junginiai.
5. Naudojamas filtrams vandens valymui ir distiliuoto vandens gamybai.
6. Taikoma išgaunant ir perdirbant retus elementus iš rūdos.

Be to, daug sieros rūgšties patenka į laboratorinius tyrimus, kuriuose jie gaunami vietiniais metodais.