Сульфатна кислота: формула і хімічні властивості

Одна з найперших мінеральних кислот, яка стала відома людині, - це сірчана, або сульфатна. Не тільки сама вона, а й багато її солі використовувалися в будівництві, медицині, харчовій промисловості, в технічних цілях. До сих пір 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 та промисловості знаходять застосування її солі. Тому детально розглянемо, що вона собою являє і в чому полягають особливості проявляються властивостей.

різноманітність назв

Почнемо з того, що назв у цієї речовини чимало. Серед них є і ті, що утворюються по раціональної номенклатурі, і ті, які історично склалися. Отже, це з`єднання позначають як:

• сульфатна кислота;
• купоросне масло;
• сірчана кислота;
• олеум.

хоча термін "олеум" не зовсім підходить для даного речовини, оскільки є сумішшю сірчаної кислоти та 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 і аніону кислотного залишку - сульфат-іона, що має заряд 2+.

При цьому всередині молекули діють наступні зв`язку:

• ковалентная полярна між сірою і кисню;
• ковалентная сильно полярна між воднем і кислотним залишком SO₄.

Сірка, маючи 6 неспарених електронів, утворює дві подвійні зв`язку з двома атомами кисню. Ще з парою - одинарні, а ті, в свою чергу, - одинарні з водню. В результаті будова молекули дозволяє бути їй досить міцною. У той же час катіон водню дуже рухливий і легко йде, адже сірка і кисень набагато більше по електронегативності. 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 в з`єднанні, то сульфатна кислота, формула якої H₂SO₄, легко дозволяє розрахувати їх: у водню +1, у кисню -2, у сірки +6.

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

Історія відкриття

Сульфатна кислота відома людям з самої давнини. Ще алхіміки вміли отримувати її методами прожарювання різних купоросу. З самого IX століття люди отримували і використовували цю речовину. Пізніше в Європі Альберт Магнус навчився отримувати 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 випари поглинали водою. В результаті формувалася сульфатна кислота.

Ще пізніше англійці зуміли знайти найдешевший метод отримання даної речовини. Для цього використовувався пірит - FeS₂, залізний колчедан. Його випал і подальша взаємодія з киснем до сих пір складають один з найголовніших промислових способів синтезу сірчаної кислоти. Така сировина більш доступне, дешеве і якісне для великих обсягів виробництва.

Відео: Хімія 81. Формула сірчаної кислоти - Академія цікавих наук

Фізичні властивості

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

1. При стандартних умовах - рідина.
2. У концентрованому стані є важкою, маслянистої, за що і отримала назву "купоросне масло".
3. Щільність речовини - 1,84 г / см³.
4. Не має кольору і запаху.
5. має виражену "мідним" смаком.
6. Розчиняється в воді дуже добре, практично необмежено.
7. Гігроскопічна, здатна вловлювати як вільну, так і пов`язану воду з тканин.
8. Нелетка.
9. Температура кипіння - 296^проС.
10. Плавлення при 10,3^проС.

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

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

Хімічні властивості

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

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

• солями;
• оксидами і гідроксидами металів;
• амфотерними оксидами і гидроксидами;
• металами, що стоять у ряді напруг до водню.

В результаті подібних взаємодій в переважній більшості випадків утворюються середні солі даної кислоти (сульфати) або кислі (гидросульфати).

Особливою рисою також є те, що з металами за звичайною схемою Me + H₂SO₄ = MeSO₄ + H₂&uarr- 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 належить якраз взаємодія концентрованих розчинів з металами. Так, існує певна схема, яка відображає весь принцип таких реакцій:

Відео: Дуже бурхлива реакція взаємодії перманганату калію зі спиртом в присутності сірчаної кислоти

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

Також особливими властивостями сульфатної кислоти є здатність окисляти деякі неметали до їх вищого рівня 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 в якості сировини залізного колчедану або сірчаного піриту - FeS₂. Всього виділяють три етапи:

1. Випал сировини з утворенням в якості продукту горіння сірчистого газу.
2. Пропускання цього газу через кисень над ванадієві каталізатором з утворенням сірчаного ангідриду - SO₃.
3. У поглотительной вежі здійснюється розчинення ангідриду в розчині сульфатної кислоти з формуванням розчину високої концентрації - олеума. 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 і енерговитрати, чистота сировини, продуктивність, перший спосіб більш ефективний і прийнятний, тому частіше використовується саме він.

Синтез в 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, так як іон Ва²⁺ разом з сульфат-аніоном випадає в білий осад - баритового 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 наступні:

1. Гіпс (алебастр, гіпс). Хімічна назва - водний кристаллогидрат сульфату кальцію. Формула: CaSO₄. Використовується в будівництві, медицині, целюлозно-паперової промисловості, виготовленні ювелірних виробів.
2. Барит (важкий шпат). Сульфат барію. У розчині є молочний осад. У твердому вигляді - прозорі кристали. Використовується в оптичних приладах, рентгенівських випромінювання, для виготовлення ізолюючого покриття.
3. Мірабіліт (глауберової сіль). Хімічна назва - кристаллогидрат сульфату натрію десятіводний. Формула: Na₂SO₄* 10H₂O. Застосовується в медицині як проносний засіб.

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

сульфатний луг

Дана 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 лугу наступний:

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

Існують два основних види даної речовини: білий і чорний сульфатний луг. 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 поширеності даного з`єднання. Можна виділити кілька галузей і місць, де необхідне використання сульфатної кислоти:

1. В акумуляторах в якості електроліту, особливо в свинцевих.
2. На заводах, де виробляються сульфатні добрива. Основна маса даної кислоти йде саме на виготовлення мінеральних підгодівлі для рослин. Тому заводи з виробництва сірчаної кислоти і виготовлення добрив найчастіше будують поруч.
3. У харчовій промисловості в якості емульгатора, що позначається кодом Е513.
4. У численних органічного синтезу в якості водовіднімаючих кошти, каталізатора. так отримують вибухові речовини, смоли, чистячі і миючі засоби, капрон, поліпропілен і етилен, барвники, хімічні волокна, складні ефіри та інші сполуки.
5. Використовують в фільтрах для очищення води і виготовлення дистильованої води.
6. Застосовують при видобутку і обробці рідкісних елементів з руди.

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