Навчання

Сульфатна кислота: формула та хімічні властивості

Сульфатна кислота: формула та хімічні властивості

Одна з найперших мінеральних кислот, яка стала відома людині, - це сірчана, або сульфатна. Не тільки сама вона, але і багато її солі використовувалися в будівництві, медицині, харчовій промисловості, в технічних цілях. Досі в цьому відношенні нічого не змінилося. Ряд характеристик, якими володіє сульфатна кислота, роблять її просто незамінною в хімічних синтезах. Крім цього, практично у всіх галузях побуту і промисловості знаходять застосування її солі. Тому докладно розгляньмо, що вона собою являє і в чому полягають особливості проявлюваних властивостей.

Різноманітність назв

Почнемо з того, що назв у цієї речовини чимало. Серед них є і ті, що утворюються за раціональною номенклатурою, і ті, які історично склалися. Отже, це з'єднання позначають як:


  • сульфатна кислота;
  • купоросна олія;
  • сірчана кислота;
  • олеум.

Хоча термін «» олеум «» не зовсім підходить для даної речовини, оскільки є сумішшю сірчаної кислоти і вищого оксиду сірки - SO3.

Сульфатна кислота: формула і будова молекули

З точки зору хімічної абревіатури записати формулу даної кислоти можна так: H2SO4. Очевидно, що молекула складається з двох катіонів водню та аніону кислотного залишку - сульфат-іону, що має заряд 2 +.

При цьому всередині молекули діють такі зв'язки:

  • ковалентна полярна між сірою і киснями;
  • ковалентна сильно полярна між воднем і кислотним залишком SO4.

Сірка, маючи 6 неспарених електронів, утворює два подвійні зв'язки з двома атомами кисню. Ще з парою - одинарні, а ті, в свою чергу, - одинарні з воднями. У результаті будова молекули дозволяє бути їй досить міцною. Водночас катіон водню дуже рухливий і легко йде, адже сірка і кисень набагато більше за електроотрицьовістю. Стягуючи електронну щільність на себе, вони надають водню частково позитивний заряд, який при від'єднанні стає повним. Так формуються кислі розчини, в яких знаходиться Н +.

Якщо говорити про ступені окислення елементів у сполуці, то сульфатна кислота, формула якої H2SO4, легко дозволяє розрахувати їх: біля водню + 1, у кисню -2, у сірки + 6.

Як і в будь-якій молекулі, сумарний заряд дорівнює нулю.


Історія відкриття

Сульфатна кислота відома людям з самої давнини. Ще алхіміки вміли отримувати її методами проколювання різних купоросів. З самого IX століття люди отримували і використовували цю речовину. Пізніше в Європі Альберт Магнус навчився витягувати кислоту в процесі розкладання залізного купоросу.

Однак жоден із способів вигідним не був. Потім став відомий так званий камерний варіант синтезу. Для цього спалювали сірку і селітру, а пари поглинали водою. У результаті формувалася сульфатна кислота.

Ще пізніше англійці зуміли знайти найдешевший метод отримання цієї речовини. Для цього використовувався пірит - FeS2, залізний колчедан. Його випал і подальша взаємодія з киснем досі складають один з найголовніших промислових способів синтезу сірчаної кислоти. Така сировина доступніша, дешевша і якісніша для великих обсягів виробництва.

Фізичні властивості

Є кілька параметрів, у тому числі і зовнішні, за якими відрізняється від інших сульфатна кислота. Фізичні властивості її можна описати в декількох пунктах:

  1. За стандартних умов - рідина.
  2. У концентрованому стані є важкою, маслянистою, за що і отримала назву «» купоросна олія «».
  3. Щільність речовини - 1,84 г/см3.
  4. Не має кольору і запаху.
  5. Володіє вираженим «» мідним «» смаком.
  6. Розчиняється у воді дуже добре, практично необмежено.
  7. Гігроскопічна, здатна вловлювати як вільну, так і зв'язану воду з тканин.
  8. Нелетуча.
  9. Температура кипіння - 296оС.
  10. Плавлення при 10,3оС.

Одна з найважливіших особливостей даного з'єднання полягає в здатності гідратуватися з виділенням великої кількості теплоти. Саме тому ще зі шкільної лави дітям вселяється, що додавати воду до кислоти ні в якому разі не можна, а тільки навпаки. Адже по щільності вода легша, тому буде накопичуватися на поверхні. Якщо різко додати її до кислоти, то в результаті реакції розчинення виділиться настільки велика кількість енергії, що вода вскипить і почне розбризкуватися разом з частинками небезпечної речовини. Це може викликати сильні хімічні опіки шкіри рук.

Тому слід тоненькою струменею вливати кислоту у воду, тоді суміш сильно нагріється, але вскипання не відбудеться, а значить, розбризкування рідини теж.

Хімічні властивості

З точки зору хімії дана кислота є дуже сильною, особливо якщо це концентрований розчин. Вона двоосновна, тому дисоціює ступінчато, з освітою гідросульфат- і сульфат-аніону.


Загалом її взаємодія з різними сполуками відповідає всім основним реакціям, характерним для цього класу речовин. Можна навести приклади декількох рівнянь, в яких бере участь сульфатна кислота. Хімічні властивості проявляються в її взаємодії з:

  • солями;
  • оксидами і гідроксидами металів;
  • амфотерними оксидами і гідроксидами;
  • металами, що стоять в ряду напружень до водню.

У результаті подібних взаємодій практично у всіх випадках утворюються середні солі даної кислоти (сульфати) або кислі (гідросульфати).

Особливою рисою також є те, що з металами за звичайною схемою Me + H2SO4 = MeSO4 + H2 - реагує лише розчин даної речовини, тобто розбавлена кислота. Якщо ж взяти концентрований або сильно насичений (олеум), то продукти взаємодії будуть зовсім іншими.

Особливі властивості сірчаної кислоти

До таких відноситься якраз взаємодія концентрованих розчинів з металами. Так, існує певна схема, що відображає весь принцип таких реакцій:

  1. Якщо метал активний, то в результаті відбувається утворення сірководню, солі та води. Тобто сірка відновлюється до -2.
  2. Якщо метал середньої активності, то в результаті - сірка, сіль і вода. Тобто відновлення сульфат-іону до вільної сірки.
  3. Метали низької хімічної активності (після водню) - сірчистий газ, сіль і вода. Сірка в ступені окислення + 4.

Також особливими властивостями сульфатної кислоти є здатності окисляти деякі неметали до їх вищого ступеня окислення і вступати в реакції зі складними сполуками і окисляти їх до простих речовин.


Способи отримання в промисловості

Сульфатний процес отримання сірчаної кислоти складається з двох основних типів:

  • контактний;
  • баштовий.

Обидва є найпоширенішими способами в промисловості в усіх країнах світу. Перший варіант заснований на використанні як сировини залізного колчедану або сірчаного піриту - FeS2. Всього виділяють три етапи:

  1. Обпалив сировини з утворенням в якості продукту горіння сірчистого газу.
  2. Пропускання цього газу через кисень над ванадієвим каталізатором з утворенням сірчаного ангідриду - SO3.
  3. У поглинальній вежі здійснюється розчинення ангідриду в розчині сульфатної кислоти з формуванням розчину високої концентрації - олеуму. Дуже важка масляниста густа рідина.

Другий варіант - це практично те ж саме, але в якості каталізатора використовуються оксиди азоту. З точки зору таких параметрів, як якість продукції, вартість та енерговитрати, чистота сировини, продуктивність, перший спосіб більш ефективний і прийнятний, тому частіше використовується саме він.

Синтез лабораторії

Якщо необхідно отримати сірчану кислоту в невеликих кількостях для лабораторних досліджень, то найкраще підходить спосіб взаємодії сірководню з сульфатами малоактивних металів.

У цих випадках відбувається утворення чорних сульфідів металів, і як побічний продукт утворюється сірчана кислота. Для невеликих досліджень такий варіант підходить, проте чистотою така кислота відрізнятися не буде.


Також в лабораторії можна провести якісну реакцію на сульфатні розчини. Найпоширенішим реактивом є хлорид барію, оскільки іон Ва2 + разом із сульфат-аніоном випадає в білий осад - баритове молоко: H2SO4 + BaCL2 = 2HCL + BaSO4↓

Найпоширеніші солі

Сульфатна кислота і сульфати, які вона утворює, є важливими сполуками в багатьох галузях промисловості і побуту, в тому числі і харчової. Найпоширенішими солями сірчаної кислоти є такі:

  1. Гіпс (алебастр, селенить). Хімічна назва - водний кристалогідрат сульфату кальцію. Формула: CaSO4. Використовується в будівництві, медицині, целюлозно-паперовій промисловості, виготовленні ювелірних виробів.
  2. Баріт (важкий шпат). Сульфат барія. У розчині є молочний осад. У твердому вигляді - прозорі кристали. Використовується в оптичних приладах, рентгенівських випромінюваннях, для виготовлення ізолюючого покриття.
  3. Мірабіліт (глауберова сіль). Хімічна назва - кристалогідрат сульфату натрію десятиводний. Формула: Na2SO4*10H2O. Застосовується в медицині як слабкий засіб.

Можна навести як приклади багато солей, які мають практичну значимість. Однак згадані вище - найпоширеніші.

Сульфатне клацання

Ця речовина являє собою розчин, який утворюється внаслідок термічної обробки деревини, тобто целюлози. Головне призначення цього з'єднання - отримання на його основі сульфатного мила методом відстоювання. Хімічний склад сульфатного клацання наступний:

  • лігнін;
  • гідроксикислоти;
  • моносахариди;
  • феноли;
  • смоли;
  • летючі та жирні кислоти;
  • сульфіди, хлориди, карбонати і сульфати натрію.

Існують два основних види даної речовини: біле і чорне сульфатне клацання. Білий йде на целюлозно-паперове виробництво, а чорний використовується для отримання сульфатного мила в промисловості.


Основні області застосування

Щорічне виробництво сірчаної кислоти становить 160 млн. тонн на рік. Це дуже значна цифра, яка говорить про важливість і поширеність даного з'єднання. Можна виділити декілька галузей і місць, де потрібно використовувати сульфатну кислоту:

  1. В акумуляторах як електроліт, особливо в свинцевих.
  2. На заводах, де виробляються сульфатні добрива. Основна маса даної кислоти йде саме на виготовлення мінеральних підживлень для рослин. Тому заводи з виробництва сірчаної кислоти і виготовлення добрив найчастіше будують поруч.
  3. У харчовій промисловості в якості емульгатора, позначеного кодом Ye513.
  4. У численних органічних синтезах як водовіднімальний засіб, каталізатор. Так отримують вибухові речовини, смоли, чистячі і миючі засоби, капрони, поліпропілен і етилен, барвники, хімічні волокна, складні ефіри та інші сполуки.
  5. Використовують у фільтрах для очищення води та виготовлення дистильованої води.
  6. Застосовують при видобутку та обробці рідкісних елементів з руди.

Також багато сірчаної кислоти йде на лабораторні дослідження, де її отримують місцевими способами.

Image

Publish modules to the "offcanvas" position.