En av de allra första mineralsyrorna som blev känd för människan är svavelsyra, eller sulfat. Inte bara hon själv, utan också många av hennes s alter användes inom konstruktion, medicin, livsmedelsindustrin och för tekniska ändamål. Hittills har ingenting förändrats i detta avseende. Ett antal egenskaper som sulfatsyra besitter gör den helt enkelt oumbärlig i kemisk syntes. Dessutom används dess s alter i nästan alla sektorer av vardagslivet och industrin. Därför kommer vi att överväga i detalj vad det är och vad är egenskaperna hos de manifesterade egenskaperna.
Många namn
Låt oss börja med att det här ämnet har många namn. Bland dem finns de som är bildade enligt rationell nomenklatur, och de som har utvecklats historiskt. Så denna anslutning är betecknad som:
- sulfatsyra;
- vitriol;
- svavelsyra;
- oleum.
Även om termen "oleum" inte är riktigt lämplig för detta ämne, eftersom det är en blandning av svavelsyra och högre svaveloxid -SO3.
Sulfatsyra: formel och molekylstruktur
Från kemisk förkortningssynpunkt kan formeln för denna syra skrivas enligt följande: H2SO4. Uppenbarligen består molekylen av två vätekatjoner och en anjon av den sura resten - sulfatjon, som har en laddning på 2+.
I det här fallet verkar följande bindningar inuti molekylen:
- kovalent polär mellan svavel och syre;
- kovalent starkt polär mellan väte och syrarest SO4.
Svavel, som har 6 oparade elektroner, bildar två dubbelbindningar med två syreatomer. Med ett par till - singel, och de i sin tur singel med väte. Som ett resultat tillåter strukturen av molekylen att den är tillräckligt stark. Samtidigt är vätekatjonen mycket rörlig och lämnar lätt, eftersom svavel och syre är mycket mer elektronegativa. Genom att dra elektrontätheten på sig själva ger de väte med en delvis positiv laddning, som blir full när den lossnar. Så bildas sura lösningar, i vilka det finns H+.
Om vi talar om oxidationstillstånden för grundämnena i föreningen, då sulfatsyra, vars formel är H2SO4, låter dig enkelt beräkna dem: väte +1, syre -2, svavel +6.
Som i alla molekyler är den totala laddningen noll.
Upptäcktshistorik
Sulfatsyra har varit känd för människor sedan antiken. Även alkemister visste hur man skaffar det genom att kalcinera olika vitrioler. MedRedan på 900-talet fick och använde människor detta ämne. Senare i Europa lärde sig Albert Magnus hur man utvinner syra från nedbrytningen av järnsulfat.
Men ingen av metoderna var lönsam. Då blev den så kallade kammarversionen av syntes känd. För detta brändes svavel och nitrat, och de frigjorda ångorna absorberades av vatten. Som ett resultat bildades sulfatsyra.
Även senare lyckades britterna hitta den billigaste metoden för att få tag i detta ämne. Pyrit användes till detta - FeS2, järnkis. Dess rostning och efterföljande interaktion med syre utgör fortfarande en av de viktigaste industriella metoderna för syntes av svavelsyra. Sådana råvaror är billigare, billigare och av högre kvalitet för stora produktionsvolymer.
Fysiska egenskaper
Det finns flera parametrar, inklusive externa, som skiljer sulfatsyra från andra. Dess fysiska egenskaper kan beskrivas på flera punkter:
- Flytande under standardförhållanden.
- I sitt koncentrerade tillstånd är den tung, oljig, för vilken den fick namnet "vitriol".
- Materiadensitet - 1,84 g/cm3.
- Ingen färg eller lukt.
- Den har en uttalad "kopparsmak".
- Löser sig mycket bra i vatten, nästan obegränsat.
- Hygroskopisk, kan fånga både fritt och bundet vatten från vävnader.
- Icke-flyktig.
- Kokpunkt - 296oC.
- Smältning vid 10, 3oC.
En av de viktigaste egenskaperna hos denna förening är förmågan att återfukta med frigöring av en stor mängd värme. Det är därför man till och med från skolbänken lär barn att det inte på något sätt går att tillsätta vatten till syra, utan bara tvärtom. När allt kommer omkring är vatten lättare i densitet, så det kommer att samlas på ytan. Om det plötsligt tillsätts till syra, kommer som ett resultat av upplösningsreaktionen en så stor mängd energi att frigöras att vattnet kommer att koka och börjar stänka tillsammans med partiklar av ett farligt ämne. Detta kan orsaka allvarliga kemiska brännskador på huden på händerna.
Därför ska syra hällas i vatten i en tunn stråle, då blir blandningen väldigt varm, men kokning sker inte vilket gör att vätskan också stänker.
Kemiska egenskaper
Ur kemisynpunkt är denna syra mycket stark, speciellt om det är en koncentrerad lösning. Den är tvåbasisk, därför dissocierar den i steg, med bildning av hydrosulfat och sulfatanjoner.
I allmänhet motsvarar dess interaktion med olika föreningar alla huvudreaktioner som är karakteristiska för denna klass av ämnen. Vi kan ge exempel på flera ekvationer där sulfatsyra deltar. Kemiska egenskaper manifesteras i dess interaktion med:
- s alter;
- metalloxider och -hydroxider;
- amfotära oxider och hydroxider;
- metaller som står i en serie spänningar upp till väte.
Bsom ett resultat av sådana interaktioner bildas i nästan alla fall medels alter av en given syra (sulfater) eller sura s alter (hydrosulfater).
En speciell egenskap är också det med metaller enligt det vanliga schemat Me + H2SO4=MeSO4 + H2↑ endast en lösning av ett givet ämne reagerar, det vill säga en utspädd syra. Om vi tar koncentrerad eller mycket mättad (oleum), kommer interaktionsprodukterna att vara helt annorlunda.
Specialegenskaper för svavelsyra
Dessa inkluderar bara interaktionen mellan koncentrerade lösningar och metaller. Så det finns ett visst schema som återspeglar hela principen för sådana reaktioner:
- Om metallen är aktiv blir resultatet bildning av vätesulfid, s alt och vatten. Det vill säga, svavel reduceras till -2.
- Om metallen har medelhög aktivitet blir resultatet svavel, s alt och vatten. Det vill säga reduktionen av sulfatjonen till fritt svavel.
- Metaller med låg reaktivitet (efter väte) - svaveldioxid, s alt och vatten. Svavel i oxidationstillstånd +4.
De speciella egenskaperna hos sulfatsyra är också förmågan att oxidera vissa icke-metaller till deras högsta oxidationstillstånd och reagera med komplexa föreningar och oxidera dem till enkla ämnen.
Metoder för att få tag i branschen
Sulfatprocessen för framställning av svavelsyra består av två huvudtyper:
- contact;
- torn.
Båda är de vanligaste sätten inindustri i alla länder i världen. Det första alternativet är baserat på användningen av järnkis eller svavelkis som råvara - FeS2. Det finns tre etapper tot alt:
- Rostning av råmaterial med bildning av svaveldioxid som förbränningsprodukt.
- Passar denna gas genom syre över en vanadinkatalysator för att bilda svavelsyraanhydrid - SO3.
- I absorptionstornet löses anhydrid i en lösning av sulfatsyra med bildning av en högkoncentrationslösning - oleum. Mycket tung oljig tjock vätska.
Det andra alternativet är praktiskt taget detsamma, men kväveoxider används som katalysator. Ur synvinkel av sådana parametrar som produktkvalitet, kostnad och energiförbrukning, råmaterialens renhet, produktivitet är den första metoden mer effektiv och acceptabel, så den används oftare.
Laboratoriesyntes
Om det är nödvändigt att erhålla svavelsyra i små mängder för laboratorieforskning, är metoden för interaktion mellan svavelväte och sulfater av lågaktiva metaller bäst lämpad.
I dessa fall uppstår bildningen av järnh altiga metallsulfider, och svavelsyra bildas som en biprodukt. För små studier är detta alternativ lämpligt, men en sådan syra skiljer sig inte i renhet.
Också i laboratoriet kan du utföra en kvalitativ reaktion på sulfatlösningar. Det vanligaste reagenset är bariumklorid, eftersom jonen Ba2+ tillsammans medsulfatanjon faller ut i en vit fällning - barytmjölk: H2SO4 + BaCL2=2HCL + BaSO4↓
De vanligaste s alterna
Sulfatsyra och sulfaterna den bildar är viktiga föreningar i många industrier och hushåll, inklusive livsmedel. De vanligaste s alterna av svavelsyra är:
- Gips (alabaster, selenit). Det kemiska namnet är ett vattenh altigt kalciumsulfatkristallint hydrat. Formel: CaSO4. Används inom konstruktion, medicin, massa och papper, smyckenstillverkning.
- Barite (tung spar). bariumsulfat. I lösning är det en mjölkaktig fällning. I fast form - genomskinliga kristaller. Används i optiska instrument, röntgenstrålar, isolerande beläggning.
- Mirabilite (Glaubers s alt). Det kemiska namnet är natriumsulfatdekahydrat. Formel: Na2SO410H2O. Används inom medicin som laxermedel.
Det finns många exempel på s alter som har praktisk betydelse. De som nämns ovan är dock de vanligaste.
sulfatlut
Detta ämne är en lösning som bildas som ett resultat av värmebehandling av trä, det vill säga cellulosa. Huvudsyftet med denna förening är att erhålla sulfattvål på sin basis genom att sedimentera. Den kemiska sammansättningen av sulfatlut är som följer:
- lignin;
- hydroxisyror;
- monosackarider;
- fenoler;
- harts;
- flyktiga och fettsyror;
- sulfider, klorider, karbonater och sulfater av natrium.
Det finns två huvudtyper av detta ämne: vit och svart sulfatlut. Det vita går till massa- och pappersindustrin, medan det svarta används för att tillverka sulfattvål i industrin.
Huvudapplikationer
Den årliga produktionen av svavelsyra är 160 miljoner ton per år. Detta är en mycket betydande siffra, vilket indikerar vikten och förekomsten av denna förening. Det finns flera industrier och platser där användningen av sulfatsyra är nödvändig:
- I batterier som elektrolyt, särskilt i bly.
- I fabriker där sulfatgödselmedel tillverkas. Huvuddelen av denna syra används specifikt för tillverkning av mineralgödsel för växter. Därför byggs anläggningar för tillverkning av svavelsyra och tillverkning av konstgödsel oftast sida vid sida.
- I livsmedelsindustrin som emulgeringsmedel, indikerat med kod E513.
- I många organiska synteser som avvattningsmedel, en katalysator. Så här erhålls sprängämnen, hartser, rengörings- och rengöringsmedel, nylon, polypropen och eten, färgämnen, kemiska fibrer, estrar och andra föreningar.
- Används i filter för att rena vatten och göra destillerat vatten.
- Används vid utvinning och bearbetning av sällsynta grundämnen från malm.
Också mycket sämskskinnsyra går till laboratorieforskning, där den erhålls med lokala metoder.
