Сульфатная кіслата: формула і хімічныя ўласцівасці

Адна з самых першых мінеральных кіслот, якая стала вядомая чалавеку, - гэта серная, або сульфатная. Не толькі сама яна, але і шматлікія яе солі выкарыстоўваліся ў будаўніцтве, медыцыне, харчовай прамысловасці, у тэхнічных мэтах. Да гэтага часу ў гэтых адносінах нічога не змянілася. Шэраг характарыстык, якімі валодае сульфатная кіслата, робяць яе проста незаменнай у хімічнага сінтэзу. Акрамя гэтага, практычна ва ўсіх галінах побыту і прамысловасці знаходзяць прымяненне яе солі. Таму падрабязна разгледзім, што яна сабой уяўляе і ў чым заключаюцца асаблівасці праяўляюць уласцівасцяў.

разнастайнасць назваў

Пачнем з таго, што назваў у гэтага рэчывы нямала. Сярод іх ёсць і тыя, што ўтвараюцца па рацыянальнай наменклатуры, і тыя, якія гістарычна склаліся. Такім чынам, гэта злучэнне пазначаюць як:

• сульфатная кіслата;
• купарваснай алей;
• серная кіслата;
• олеум.

Хоць тэрмін "олеум" не зусім падыходзіць для дадзенага рэчыва, паколькі з'яўляецца сумессю сернай кіслаты і вышэйшага аксіду серы - SO _3.

Сульфатная кіслата: формула і будова малекулы

З пункту гледжання хімічнай абрэвіятуры запісаць формулу дадзенай кіслаты можна так: H ₂ SO _4. Відавочна, што малекула складаецца з двух катыёнаў вадароду і аніёны кіслотнага астатку - сульфат-іёна, які мае зарад 2+.

Пры гэтым унутры малекулы дзейнічаюць наступныя сувязі:

• кавалентная палярная паміж шэрай і кіслароду;
• кавалентная моцна палярная паміж вадародам і кіслотным астаткам SO _4.

Сера, маючы 6 неспаренных электронаў, утворыць дзве падвойныя сувязі з двума атамамі кіслароду. Яшчэ з парай - адзінарныя, а тыя, у сваю чаргу, - адзінарныя з вадародам. У выніку будынак малекулы дазваляе быць ёй досыць трывалай. У той жа час катыён вадароду вельмі рухомы і лёгка сыходзіць, бо сера і кісларод значна больш у Электраадмо. Сцягваючы электронную шчыльнасць на сябе, яны прадастаўляюць вадароду часткова станоўчы зарад, які пры адлучэнні становіцца поўным. Так фармуюцца кіслыя растворы, у якіх знаходзіцца Н ^+.

Калі казаць аб ступенях акіслення элементаў у злучэнні, то сульфатная кіслата, формула якой H ₂ SO _4, лёгка дазваляе разлічыць іх: у вадароду +1, у кіслароду -2, у серы +6.

Як і ў любой малекуле, сумарны зарад роўны нулю.

Гісторыя адкрыцця

Сульфатная кіслата вядомая людзям з самай старажытнасці. Яшчэ алхімікі ўмелі атрымліваць яе метадамі гартавання розных купарваса. З самага IX стагоддзя людзі атрымлівалі і выкарыстоўвалі гэта рэчыва. Пазней у Еўропе Альберт Магнус навучыўся здабываць кіслату ў працэсе раскладання жалезнага купарваса.

Аднак ні адзін з спосабаў выгадным не быў. Затым стаў вядомы так званы камерны варыянт сінтэзу. Для гэтага спальвалі серу і салетру, а якія вылучаюцца пары паглыналі вадой. У выніку фармавалася сульфатная кіслата.

Яшчэ пазней англічане здолелі знайсці самы танны метад атрымання дадзенага рэчыва. Для гэтага выкарыстоўваўся пірыту - FeS _2, жалезны колчедан. Яго абпал і наступнае узаемадзеянне з кіслародам дагэтуль складаюць адзін з самых галоўных прамысловых спосабаў сінтэзу сернай кіслаты. Такое сыравіну больш даступнае, таннае і якаснае для вялікіх аб'ёмаў вытворчасці.

фізічныя ўласцівасці

Ёсць некалькі параметраў, у тым ліку і вонкавыя, па якіх адрозніваецца ад іншых сульфатная кіслата. Фізічныя ўласцівасці яе можна апісаць у некалькіх пунктах:

1. Пры стандартных умовах - вадкасць.
2. У канцэнтраваным стане з'яўляецца цяжкай, алеістай, за што і атрымала назву "купарваснай алей".
3. Шчыльнасць рэчывы - 1,84 г / см ^3.
4. Не мае колеру і паху.
5. Валодае выяўленым "медным" густам.
6. Раствараецца ў вадзе вельмі добра, практычна неабмежавана.
7. Гіграскапічная, здольная ўлоўліваць як свабодную, так і звязаную ваду з тканін.
8. Нелятучых.
9. Тэмпература кіпення - 296 ^аб С.
10. Плаўленне пры 10,3 ^аб С.

Адна з найважнейшых асаблівасцяў дадзенага злучэння заключаецца ў здольнасці гидратироваться з вылучэннем вялікай колькасці цеплыні. Менавіта таму яшчэ са школьнай лавы дзецям намаўляецца, што дадаваць ваду да кіслаце ні ў якім разе нельга, а толькі наадварот. Бо па шчыльнасці вада лягчэй, таму будзе запасіцца на паверхні. Калі рэзка дадаць яе да кіслаце, то ў выніку рэакцыі растварэння вылучыцца настолькі вялікая колькасць энергіі, што вада ускіпіць і пачне распырсквацца разам з часціцамі небяспечнага рэчыва. Гэта можа выклікаць моцныя хімічныя апёкі скуры рук.

Таму варта тоненькім струменьчыкам ўліваць кіслату ў ваду, тады сумесь моцна нагрэецца, але вскипания не адбудзецца, а значыць, распырсквання вадкасці таксама.

хімічныя ўласцівасці

З пункту гледжання хіміі дадзеная кіслата з'яўляецца вельмі моцнай, асабліва калі гэта канцэнтраваны раствор. Яна двухосновная, таму дысацыюе ступеніста, з адукацыяй гидросульфат- і сульфат-аніёны.

У цэлым яе ўзаемадзеянне з рознымі злучэннямі адпавядае ўсім асноўным рэакцыям, характэрным для гэтага класа рэчываў. Можна прывесці прыклады некалькіх раўнанняў, у якіх прымае ўдзел сульфатная кіслата. Хімічныя ўласцівасці праяўляюцца ў яе ўзаемадзеянні з:

• солямі;
• аксідамі і гідраксіду металаў;
• амфатэрнасць аксідамі і гідраксіду;
• металамі, якія стаяць у шэрагу высілкаў да вадароду.

У выніку падобных узаемадзеянняў практычна ва ўсіх выпадках утвараюцца сярэднія солі дадзенай кіслаты (сульфаты) альбо кіслыя (гидросульфаты).

Асаблівай рысай таксама з'яўляецца тое, што з металамі па звычайнай схеме Me + H ₂ SO ₄ = MeSO ₄ + H ₂ ↑ рэагуе толькі раствор дадзенага рэчыва, то ёсць разведзеная кіслата. Калі ж узяць канцэнтраваны або моцна насычаны (олеум), то прадукты ўзаемадзеяння будуць зусім іншымі.

Асаблівыя ўласцівасці сернай кіслаты

Да такіх адносіцца як раз ўзаемадзеянне канцэнтраваных раствораў з металамі. Так, існуе пэўная схема, якая адлюстроўвае ўвесь прынцып такіх рэакцый:

1. Калі метал актыўны, то ў выніку адбываецца адукацыя серавадароду, солі і вады. Гэта значыць сера аднаўляецца да -2.
2. Калі метал сярэдняй актыўнасці, то ў выніку - сера, соль і вада. Гэта значыць аднаўленне сульфат-іёна да свабоднай серы.
3. Металы нізкай хімічнай актыўнасці (пасля вадароду) - сярністы газ, соль і вада. Сера ў ступені акіслення +4.

Таксама адмысловымі ўласцівасцямі сульфатнай кіслоты з'яўляюцца здольнасці акісляць некаторыя неметалы да іх вышэйшай ступені акіслення і ўступаць у рэакцыі са складанымі злучэннямі і акісляць іх да простых рэчываў.

Спосабы атрымання ў прамысловасці

Сульфатнай працэс атрымання сернай кіслаты складаецца з двух асноўных тыпаў:

• кантактны;
• вежавы.

Абодва з'яўляюцца самымі распаўсюджанымі спосабамі ў прамысловасці ва ўсіх краінах свету. Першы варыянт заснаваны на выкарыстанні ў якасці сыравіны жалезнага колчедана або сернага пірыту - FeS _2. Усяго вылучаюць тры этапы:

1. Абпал сыравіны з утварэннем у якасці прадукту гарэння сярністага газу.
2. Прапусканне гэтага газу праз кісларод над ванадиевым каталізатарам з адукацыяй сернага ангідрыду - SO _3.
3. У поглотительной вежы ажыццяўляецца растварэнне ангідрыду ў растворы сульфатнай кіслаты з фарміраваннем раствора высокай канцэнтрацыі - олеума. Вельмі цяжкая алеістая густая вадкасць.

Другі варыянт - гэта практычна тое ж самае, але ў якасці каталізатара выкарыстоўваюцца аксіды азоту. З пункту гледжання такіх параметраў, як якасць прадукцыі, кошт і энергазатраты, чысціня сыравіны, прадукцыйнасць, першы спосаб больш эфектыўны і прымальны, таму часцей выкарыстоўваецца менавіта ён.

Сінтэз ў лабараторыі

Калі неабходна атрымаць серную кіслату ў невялікіх колькасцях для лабараторных даследаванняў, то лепш за ўсё падыходзіць спосаб ўзаемадзеяння серавадароду з сульфатам малаактыўны металаў.

У гэтых выпадках адбываецца адукацыя чорных сульфідаў металаў, і як пабочны прадукт утворыцца серная кіслата. Для невялікіх даследаванняў такі варыянт падыходзіць, аднак чысцінёй такая кіслата адрознівацца не будзе.

Таксама ў лабараторыі можна правесці якасную рэакцыю на сульфатныя растворы. Самым распаўсюджаным рэактывам з'яўляецца хларыд барыю, так як іён Ва ²⁺ разам з сульфат-аніёнам выпадае ў белы асадак - барытавай малако: H ₂ SO ₄ + BaCL ₂ = 2HCL + BaSO ₄ ↓

Самыя распаўсюджаныя солі

Сульфатная кіслата і сульфаты, якія яна ўтварае, з'яўляюцца важнымі злучэннямі ў многіх галінах прамысловасці і побыту, у тым ліку і харчовай. Самымі распаўсюджанымі солямі сернай кіслаты з'яўляюцца наступныя:

1. Гіпс (алебастр, селеніт). Хімічнае назва - водны кристаллогидрат сульфату кальцыя. Формула: CaSO _4. Выкарыстоўваецца ў будаўніцтве, медыцыне, цэлюлозна-папяровай прамысловасці, вырабе ювелірных вырабаў.
2. Барыт (цяжкі шпат). Сульфат барыю. У растворы ўяўляе сабой малочны асадак. У цвёрдым выглядзе - празрыстыя крышталі. Выкарыстоўваецца ў аптычных прыборах, рэнтгенаўскіх выпраменьванні, для вырабу ізалявальнага пакрыцця.
3. Мирабилит (глаўбераву соль). Хімічнае назва - кристаллогидрат сульфату натрыю десятиводный. Формула: Na ₂ SO ₄ * 10H ₂ O. Ужываецца ў медыцыне як слабільнае сродак.

Можна прывесці ў якасці прыкладаў шмат соляў, якія маюць практычную значнасць. Аднак згаданыя вышэй - самыя распаўсюджаныя.

сульфатнай шчолак

Дадзенае рэчыва ўяўляе сабой раствор, які ўтвараецца з прычыны тэрмічнай апрацоўкі драўніны, то ёсць цэлюлозы. Галоўнае прызначэнне гэтага злучэння - атрыманне на яго аснове сульфатного мыла метадам адстойвання. Хімічны склад сульфатного шчолаку наступны:

• лігнін;
• гидроксикислоты;
• моносахариды;
• фенолы;
• смалы;
• лятучыя і тоўстыя кіслоты;
• сульфід, хларыды, карбанаты і сульфаты натрыю.

Існуюць два асноўных выгляду дадзенага рэчыва: белы і чорны сульфатнай шчолак. Белы сыходзіць на цэлюлозна-папяровая вытворчасць, а чорны выкарыстоўваецца для атрымання сульфатного мыла ў прамысловасці.

Асноўныя вобласці ўжывання

Штогадовае вытворчасць сернай кіслаты складае 160 млн. Тон у год. Гэта вельмі значная лічба, якая кажа пра важнасць і распаўсюджанасці дадзенага злучэння. Можна вылучыць некалькі галін і месцаў, дзе неабходна выкарыстанне сульфатнай кіслаты:

1. У акумулятарах ў якасці электраліта, асабліва ў свінцовых.
2. На заводах, дзе вырабляюцца сульфатныя ўгнаенні. Асноўная маса дадзенай кіслаты ідзе менавіта на выраб мінеральных падкормаў для раслін. Таму заводы па вытворчасці сернай кіслаты і вырабу угнаенняў часцей за ўсё будуюць побач.
3. У харчовай прамысловасці ў якасці эмульгатора, які пазначаецца кодам Е513.
4. У шматлікіх арганічным сінтэзе ў якасці водоотнимающего сродкі, каталізатара. Так атрымліваюць выбуховыя рэчывы, смалы, якія чысцяць і мыйныя сродкі, капрон, поліпрапілен і этылен, фарбавальнікі, хімічныя валокны, складаныя эфіры і іншыя злучэння.
5. Выкарыстоўваюць у фільтрах для ачысткі вады і вырабу дыстыляванай вады.
6. Ужываюць пры здабычы і апрацоўцы рэдкіх элементаў з руды.

Таксама шмат сернай кіслаты сыходзіць на лабараторныя даследаванні, дзе яе атрымліваюць мясцовымі спосабамі.