Серная кіслата. Формула, ўласцівасці, атрыманне і прымяненне

Серная кіслата мае гістарычную назву: купарваснай алей. Вывучэнне кіслаты пачалося з старажытных часоў, у сваіх працах яе апісвалі: грэцкі лекар Дыяскарыда, рымскі натураліст Пліній Старэйшы, ісламскія алхімікі Геберых, Рази і Ібн Сіна, іншыя. У шумераў існаваў пералік купарвас, якія класіфікаваць па колеры рэчывы. У наш час слова «купарвас» аб'ядноўвае кристаллогидраты сульфатаў двухвалентных металаў.

У 17 стагоддзі, германа-галандскі хімік Яган Глаубер атрымаў серную кіслату шляхам спальвання серы з каліевай салетрай (KNO3) у прысутнасці вадзянога пару. У 1736 годзе Джошуа Уорд (фармацэўт з Лондана) гэты метад выкарыстоўваў у вытворчасці. Гэты час можна лічыць кропкай адліку, калі ва ўжо буйных маштабах стала выпускацца серная кіслата. Формула яе (H2SO4), як прынята лічыць, была ўсталяваная шведскім хімікам Берцелиусом (1779-1848) нямога пазней.

Берцелиус пры дапамозе літарных знакаў (абазначаюць хімічныя элементы) і ніжніх лічбавых індэксаў (паказваюць на колькасць у малекуле атамаў дадзенага выгляду) усталяваў, што ў адной малекуле змяшчаецца 1 атам серы (S), 2 атама вадароду (H) і 4 атама кіслароду (O ). З гэтага часу стаў вядомы якасны і колькасны склад малекулы, гэта значыць на мове хіміі апісана серная кіслата.

Структурная формула, якая паказвае ў графічным выглядзе ўзаемнае размяшчэнне ў малекуле атамаў і хімічных сувязяў паміж імі (іх прынята пазначаць лініямі), інфармуе, што ў цэнтры малекулы знаходзіцца атам серы, які звязаны падвойнымі сувязямі з двума атамамі кіслароду. З іншымі двума атамамі кіслароду, да кожнага з якіх прымацаваны атам вадароду, гэты ж атам серы злучаны адзінарнымі сувязямі.

ўласцівасці

Серная кіслата - злёгку жаўтлявая або бескаляровая, глейкая вадкасць, растваральныя ў вадзе пры любых канцэнтрацыях. Яна з'яўляецца моцнай мінеральнай кіслатой. Кіслата адрозніваецца высокай агрэсіўнасцю ў адносінах да металаў (канцэнтраваная не ўзаемадзейнічае з жалезам без награвання, а пассивирует яго), горных парод, тканінам жывёл або іншым матэрыялам. Характарызуецца высокай гіграскапічнасць і ярка выяўленымі ўласцівасцямі моцнага акісляльніка. Пры тэмпературы 10,4 оС кіслата дубянее. Пры награванні да 300 оС амаль 99% кіслата губляе серны ангідрыд (SO3).

Ўласцівасці яе змяняюцца ў залежнасці ад канцэнтрацыі яе воднага раствора. Існуюць агульнапрынятыя назвы раствораў кіслаты. Разведзенай кіслата лічыцца да 10%. Акумулятарная - ад 29 да 32%. Пры канцэнтрацыі менш за 75% (як вызначана нацыянальным ДАСТ 2184) яе называюць вежавай. Калі канцэнтрацыя 98%, то гэта будзе ўжо серная кіслата канцэнтраваная. формула (Хімічная ці структурная) ва ўсіх выпадках застаецца нязменнай.

Пры растварэнні ў сернай кіслаце канцэнтраванай сернага ангідрыду утворыцца олеум або дымячая серная кіслата, формула яе можа быць запісаная так: H2S2O7. Чыстая кіслата (H2S2O7) з'яўляецца цвёрдым рэчывам з тэмпературай плаўлення 36 оС. Рэакцыі гідратацыі сернай кіслаты характарызуюцца вылучэннем цяпла ў вялікай колькасці.

Разведзеная кіслата уступае ў рэакцыю з металамі, рэагуючы з якімі, праяўляе ўласцівасці моцнага акісляльніка. Пры гэтым аднаўляецца серная кіслата, формула адукаваных рэчываў, якія змяшчаюць адноўлены (да 4, 0 або -2) атам серы, можа быць: SO2, S або H2S.

Рэагуе з неметаламі, напрыклад, вугляродам або шэрай:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Ўступае ў рэакцыю з хларыдам натрыю:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Для яе характэрна рэакцыя электрафільнага замяшчэння атама вадароду, далучанага да бензольное кольца араматычнага злучэння, на групу -SO3H.

атрыманне

У 1831 годзе быў запатэнтаваны кантактны метад атрымання H2SO4, які з'яўляецца ў цяперашні час асноўным. Сёння вялікая частка сернай кіслаты вырабляецца з выкарыстаннем гэтага метаду. У якасці сыравіны ўжываецца сульфидная руда (часцей жалезны колчедан FeS2), які абпальваюць ў спецыяльных печах, пры гэтым утворыцца обжиговый газ. Бо тэмпература газу складае 900 оС, то яго астуджаюць сернай кіслатой з канцэнтрацыяй 70%. Затым газ у цыклоне і электрофильтре чысцяць ад пылу, у промывных вежах кіслатой з канцэнтрацыяй 40 і 10% ад каталітычных ядаў (As2O5 і фтору), на мокрых электрофильтрах ад аэразоля кіслаты. Далей обжиговый газ, які змяшчае 9% сярністага ангідрыду (SO2), асушваюць і падаюць у кантактны апарат. Прайшоўшы праз 3 пласта ванадиевого каталізатара, SO2 акісляецца ў SO3. Для растварэння ўтварыўся сернага ангідрыду ўжываецца канцэнтраваная серная кіслата. Формула раствора сернага ангідрыду (SO3) у бязводнай сернай кіслаце ўяўляе сабой H2S2O7. У такім выглядзе олеум ў сталёвых цыстэрнах транспартуецца да спажыўца, дзе яго разводзяць да патрэбнай канцэнтрацыі.

прымяненне

Дзякуючы розным хімічным ўласцівасцямі, H2SO4 мае шырокі спектр прымянення. У вытворчасці самой кіслаты, як электраліт ў свінцова-кіслотных акумулятарах, для вырабу розных якія чысцяць сродкаў, таксама з'яўляецца важным рэагентаў ў хімічнай прамысловасці. Яна выкарыстоўваецца таксама ў вытворчасці: спіртоў, пластмас, фарбавальнікаў, гумы, эфіру, клеяў, выбуховых рэчываў, мыла і мыйных сродкаў, фармацэўтычнай прадукцыі, цэлюлозы і паперы, нафтапрадуктаў.