Sulfátová kyselina: vzorec a chemické vlastnosti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 17:55

Jednou z úplne prvých minerálnych kyselín, o ktorých sa človek dozvedel, je kyselina sírová alebo síran. Nielen ona sama, ale aj mnohé jej soli sa využívali v stavebníctve, medicíne, potravinárstve a na technické účely. Zatiaľ sa v tomto smere nič nezmenilo. Množstvo vlastností, ktoré má sulfátová kyselina, ju robí jednoducho nepostrádateľnou pri chemických syntézach. Okrem toho sa jeho soli používajú takmer vo všetkých odvetviach každodenného života a priemyslu. Preto podrobne zvážime, čo to je a aké sú znaky prejavených vlastností.

Rôzne mená

Začnime tým, že táto látka má veľa mien. Medzi nimi sú tie, ktoré sú tvorené podľa racionálnej nomenklatúry, a tie, ktoré sa historicky vyvinuli. Takže toto spojenie je označené ako:

• kyselina síranová;
• vitriol;
• kyselina sírová;
• oleum.

Hoci výraz "oleum" nie je pre túto látku celkom vhodný, keďže ide o zmes kyseliny sírovej a vyššieho oxidu sírového -SO_3.

Síranová kyselina: vzorec a molekulárna štruktúra

Z hľadiska chemickej skratky možno vzorec tejto kyseliny zapísať takto: H₂SO_{4. Je zrejmé, že molekula pozostáva z dvoch vodíkových katiónov a aniónu kyslého zvyšku - síranového iónu, ktorý má náboj 2+.}

V tomto prípade pôsobia vo vnútri molekuly nasledujúce väzby:

• kovalentná polárna medzi sírou a kyslíkom;
• kovalentný silne polárny medzi vodíkom a zvyškom kyseliny SO_4.

Síra, ktorá má 6 nepárových elektrónov, tvorí dve dvojité väzby s dvoma atómami kyslíka. S pár ďalšími - single, a tie zasa single s vodíkmi. V dôsledku toho štruktúra molekuly umožňuje, aby bola dostatočne pevná. Zároveň je katión vodíka veľmi mobilný a ľahko odchádza, pretože síra a kyslík sú oveľa elektronegatívnejšie. Pritiahnutím elektrónovej hustoty na seba poskytujú vodíku čiastočne kladný náboj, ktorý sa po odpojení naplní. Takto vznikajú kyslé roztoky, v ktorých je H+.

Ak hovoríme o oxidačných stavoch prvkov v zlúčenine, potom kyselina síranová, ktorej vzorec je H₂SO_{4, jednoducho vám ich umožňuje vypočítať: vodík +1, kyslík -2, síra +6.}

Ako v každej molekule je celkový náboj nula.

História objavov

Kyselina síranová je ľuďom známa už od staroveku. Aj alchymisti ho vedeli získať kalcinovaním rôzneho vitriolu. SUž v 9. storočí ľudia dostávali a užívali túto látku. Neskôr v Európe sa Albert Magnus naučil extrahovať kyselinu z rozkladu síranu železa.

Žiadna z metód však nebola zisková. Potom sa stala známa takzvaná komorová verzia syntézy. Na tento účel sa spaľovala síra a dusičnany a uvoľnené výpary absorbovala voda. V dôsledku toho sa vytvorila síranová kyselina.

Aj neskôr sa Britom podarilo nájsť najlacnejší spôsob získania tejto látky. Na to bol použitý pyrit - FeS_{2, pyrity železa. Jej praženie a následná interakcia s kyslíkom stále predstavuje jednu z najdôležitejších priemyselných metód syntézy kyseliny sírovej. Takéto suroviny sú cenovo dostupnejšie, lacnejšie a kvalitnejšie pre veľké objemy výroby.}

Fyzikálne vlastnosti

Existuje niekoľko parametrov, vrátane vonkajších, ktoré odlišujú kyselinu síranovú od ostatných. Jeho fyzikálne vlastnosti možno opísať v niekoľkých bodoch:

1. Kvapalina za štandardných podmienok.
2. V koncentrovanom stave je ťažký, mastný, pre ktorý dostal názov "vitriol".
3. Hustota hmoty – 1,84 g/cm3.
4. Žiadna farba ani zápach.
5. Má výraznú „medenú“chuť.
6. Veľmi dobre sa rozpúšťa vo vode, takmer neobmedzene.
7. Hygroskopický, schopný zachytávať voľnú aj viazanú vodu z tkanív.
8. Neprchavý.
9. Bod varu - 296oC.
10. Topenie pri 10, 3oC.

Jednou z najdôležitejších vlastností tejto zlúčeniny je schopnosť hydratovať s uvoľnením veľkého množstva tepla. Preto aj zo školskej lavice deti učia, že do kyseliny v žiadnom prípade nemožno pridávať vodu, ale len naopak. Voda má totiž ľahšiu hustotu, takže sa bude hromadiť na povrchu. Ak sa náhle pridá do kyseliny, potom sa v dôsledku reakcie rozpúšťania uvoľní také veľké množstvo energie, že voda vrie a začne prskať spolu s časticami nebezpečnej látky. To môže spôsobiť vážne chemické popáleniny pokožky rúk.

Preto treba kyselinu nalievať do vody tenkým pramienkom, potom sa zmes veľmi zahreje, ale nedôjde k varu, čo znamená, že aj tekutina strieka.

Chemické vlastnosti

Z hľadiska chémie je táto kyselina veľmi silná, najmä ak ide o koncentrovaný roztok. Je dvojsýtny, preto sa postupne disociuje za vzniku hydrosíranových a síranových aniónov.

Vo všeobecnosti jeho interakcia s rôznymi zlúčeninami zodpovedá všetkým hlavným reakciám charakteristickým pre túto triedu látok. Môžeme uviesť príklady niekoľkých rovníc, v ktorých sa zúčastňuje kyselina síranová. Chemické vlastnosti sa prejavujú v interakcii s:

• s alts;
• oxidy a hydroxidy kovov;
• amfotérne oxidy a hydroxidy;
• kovy stojace v sérii napätí až po vodík.

Bv dôsledku takýchto interakcií takmer vo všetkých prípadoch vznikajú stredné soli danej kyseliny (sírany) alebo kyslé soli (hydrosírany).

Špeciálnou vlastnosťou je aj to, že s kovmi podľa bežnej schémy Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ reaguje len roztok danej látky, teda zriedená kyselina. Ak vezmeme koncentrované alebo vysoko nasýtené (oleum), potom budú produkty interakcie úplne odlišné.}

Špeciálne vlastnosti kyseliny sírovej

Sem patrí len interakcia koncentrovaných roztokov s kovmi. Existuje teda určitá schéma, ktorá odráža celý princíp takýchto reakcií:

1. Ak je kov aktívny, výsledkom je tvorba sírovodíka, soli a vody. To znamená, že síra je znížená na -2.
2. Ak je kov strednej aktivity, výsledkom je síra, soľ a voda. To znamená redukciu síranového iónu na voľnú síru.
3. Kovy s nízkou reaktivitou (po vodíku) - oxid siričitý, soľ a voda. Síra v oxidačnom stave +4.

Špeciálnymi vlastnosťami kyseliny síranovej je tiež schopnosť oxidovať niektoré nekovy do ich najvyššieho oxidačného stavu a reagovať s komplexnými zlúčeninami a oxidovať ich na jednoduché látky.

Metódy získavania v priemysle

Síranový proces výroby kyseliny sírovej pozostáva z dvoch hlavných typov:

• contact;
• tower.

Oba sú najbežnejšími spôsobmi vstupupriemyslu vo všetkých krajinách sveta. Prvá možnosť je založená na použití pyritu železa alebo pyritu síry ako suroviny - FeS_{2. Celkovo existujú tri fázy:}

1. Praženie surovín za vzniku oxidu siričitého ako produktu horenia.
2. Prechod tohto plynu cez kyslík cez vanádiový katalyzátor za vzniku anhydridu kyseliny sírovej - SO_3.
3. V absorpčnej veži sa anhydrid rozpúšťa v roztoku síranovej kyseliny za vzniku roztoku s vysokou koncentráciou – olea. Veľmi ťažká olejovitá hustá kvapalina.

Druhá možnosť je prakticky rovnaká, ale ako katalyzátor sa používajú oxidy dusíka. Z hľadiska takých parametrov, ako je kvalita produktu, náklady a spotreba energie, čistota surovín, produktivita, je prvý spôsob efektívnejší a prijateľnejší, preto sa častejšie používa.

Laboratórna syntéza

Ak je potrebné získať kyselinu sírovú v malých množstvách pre laboratórny výskum, potom je najvhodnejšia metóda interakcie sírovodíka so síranmi nízkoaktívnych kovov.

V týchto prípadoch dochádza k tvorbe sulfidov železných kovov a ako vedľajší produkt vzniká kyselina sírová. Pre malé štúdie je táto možnosť vhodná, avšak takáto kyselina sa nebude líšiť v čistote.

Aj v laboratóriu môžete uskutočniť kvalitatívnu reakciu na roztoky síranov. Najbežnejším činidlom je chlorid bárnatý, pretože ión Ba²⁺ spolu ssíranový anión sa vyzráža na bielu zrazeninu - barytové mlieko: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Najbežnejšie soli

Síranová kyselina a sírany, ktoré tvorí, sú dôležitými zlúčeninami v mnohých priemyselných odvetviach a domácnostiach, vrátane potravín. Najbežnejšie soli kyseliny sírovej sú:

1. Sadra (alabaster, seleničitan). Chemický názov je vodný kryštalický hydrát síranu vápenatého. Vzorec: CaSO_{4. Používa sa v stavebníctve, medicíne, výrobe celulózy a papiera, výrobe šperkov.}
2. Barit (ťažký nosník). síran bárnatý. V roztoku je to mliečna zrazenina. V pevnej forme - priehľadné kryštály. Používa sa v optických prístrojoch, röntgenových lúčoch, izolačných povlakoch.
3. Mirabilite (Glauberova soľ). Chemický názov je dekahydrát síranu sodného. Vzorec: Na₂SO₄10H_{2O. Používa sa v medicíne ako laxatívum.}

Existuje veľa príkladov solí, ktoré majú praktický význam. Vyššie uvedené sú však najbežnejšie.

sulfátový lúh

Táto látka je roztok, ktorý vzniká ako výsledok tepelného spracovania dreva, teda celulózy. Hlavným účelom tejto zlúčeniny je získať síranové mydlo na jej základe usadzovaním. Chemické zloženie síranového lúhu je nasledovné:

• lignin;
• hydroxykyseliny;
• monosacharidy;
• fenoly;
• resin;
• prchavé a mastné kyseliny;
• sulfidy, chloridy, uhličitany a sírany sodíka.

Existujú dva hlavné typy tejto látky: biely a čierny síranový lúh. Biela ide do celulózového a papierenského priemyslu, zatiaľ čo čierna sa používa na výrobu sulfátového mydla v tomto priemysle.

Hlavné aplikácie

Ročná produkcia kyseliny sírovej je 160 miliónov ton ročne. Toto je veľmi významný údaj, ktorý naznačuje dôležitosť a prevalenciu tejto zlúčeniny. Existuje niekoľko priemyselných odvetví a miest, kde je použitie kyseliny síranovej nevyhnutné:

1. V batériách ako elektrolyt, najmä v olovených.
2. V továrňach, kde sa vyrábajú síranové hnojivá. Väčšina tejto kyseliny sa používa špeciálne na výrobu minerálnych hnojív pre rastliny. Preto sa závody na výrobu kyseliny sírovej a na výrobu hnojív najčastejšie stavajú vedľa seba.
3. V potravinárskom priemysle ako emulgátor, označený kódom E513.
4. V mnohých organických syntézach ako odvodňovacie činidlo, katalyzátor. Takto sa získavajú výbušniny, živice, čistiace a detergenty, nylony, polypropylén a etylén, farbivá, chemické vlákna, estery a ďalšie zlúčeniny.
5. Používa sa vo filtroch na čistenie vody a výrobu destilovanej vody.
6. Používa sa pri ťažbe a spracovaní vzácnych prvkov z rudy.

Aj veľa kamzíkovkyselina ide do laboratórneho výskumu, kde sa získava miestnymi metódami.