Sulfato rūgštis: formulė ir cheminės savybės

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 17:51

Viena iš pirmųjų mineralinių rūgščių, kuri tapo žinoma žmogui, yra siera arba sulfatas. Ne tik ji pati, bet ir daugelis jos druskų buvo panaudotos statybose, medicinoje, maisto pramonėje, techniniais tikslais. Kol kas šiuo atžvilgiu niekas nepasikeitė. Dėl daugelio savybių, kurias turi sulfato rūgštis, ji yra tiesiog būtina cheminėje sintezėje. Be to, jo druskos naudojamos beveik visuose kasdienio gyvenimo ir pramonės sektoriuose. Todėl mes išsamiai apsvarstysime, kas tai yra ir kokios yra pasireiškiančių savybių ypatybės.

Vardų įvairovė

Pradėkime nuo to, kad ši medžiaga turi daug pavadinimų. Tarp jų yra ir tų, kurie suformuoti pagal racionalią nomenklatūrą, ir tų, kurie susiklostė istoriškai. Taigi, šis ryšys žymimas taip:

• sulfato rūgštis;
• vitriolis;
• sieros rūgštis;
• oleumas.

Nors terminas „oleumas“ne visai tinka šiai medžiagai, nes tai sieros rūgšties ir didesnės sieros oksido masės mišinys –SO_3.

Sulfatinė rūgštis: formulė ir molekulinė struktūra

Cheminės santrumpos požiūriu šios rūgšties formulę galima parašyti taip: H₂SO_{4. Akivaizdu, kad molekulė susideda iš dviejų vandenilio katijonų ir rūgštinės liekanos anijono – sulfato jono, kurio krūvis yra 2+.}

Šiuo atveju molekulės viduje veikia šios jungtys:

• kovalentinis poliarinis tarp sieros ir deguonies;
• kovalentinis stipriai polinis tarp vandenilio ir rūgšties liekanos SO_4.

Siera, turinti 6 nesuporuotus elektronus, sudaro dvi dvigubas jungtis su dviem deguonies atomais. Su dar pora – viengungių, o tie, savo ruožtu, pavieniai su vandeniliais. Dėl to molekulės struktūra leidžia jai būti pakankamai stipriai. Tuo pačiu metu vandenilio katijonas yra labai judrus ir lengvai pasišalina, nes siera ir deguonis yra daug elektronegatyvesni. Patraukdami ant savęs elektronų tankį, jie suteikia vandenilį iš dalies teigiamu krūviu, kuris atsijungus tampa pilnas. Taip susidaro rūgštiniai tirpalai, kuriuose yra H+.

Jei kalbėtume apie junginio elementų oksidacijos būsenas, tai sulfato rūgštis, kurios formulė yra H₂SO_{4, lengvai leidžia juos apskaičiuoti: vandenilis +1, deguonis -2, siera +6.}

Kaip ir bet kurioje molekulėje, bendras krūvis yra lygus nuliui.

Atradimų istorija

Sulfatinė rūgštis žmonėms buvo žinoma nuo antikos laikų. Net alchemikai žinojo, kaip jį gauti deginant įvairius vitriolius. SuJau IX amžiuje žmonės gaudavo ir naudojo šią medžiagą. Vėliau Europoje Albertas Magnusas išmoko išgauti rūgštį skaidant geležies sulfatą.

Tačiau nė vienas metodas nebuvo pelningas. Tada tapo žinoma vadinamoji kamerinė sintezės versija. Tam buvo deginama siera ir nitratas, o išsiskiriantys garai buvo sugerti vandens. Dėl to susidarė sulfatinė rūgštis.

Dar vėliau britams pavyko rasti pigiausią šios medžiagos gavimo būdą. Tam buvo naudojamas piritas - FeS_{2, geležies piritai. Jo skrudinimas ir vėlesnė sąveika su deguonimi vis dar yra vienas iš svarbiausių pramoninių sieros rūgšties sintezės metodų. Tokios žaliavos yra prieinamesnės, pigesnės ir aukštesnės kokybės didelėms gamybos apimtims.}

Fizikinės savybės

Yra keletas parametrų, įskaitant išorinius, kurie išskiria sulfato rūgštį nuo kitų. Jo fizines savybes galima apibūdinti keliais punktais:

1. Skystas standartinėmis sąlygomis.
2. Koncentruotas jis yra sunkus, riebus, todėl gavo pavadinimą „vitriolis“.
3. Medžiagos tankis – 1,84 g/cm3.
4. Jokios spalvos ar kvapo.
5. Jis turi ryškų „vario“skonį.
6. Labai gerai tirpsta vandenyje, beveik neribotai.
7. Higroskopiškas, galintis sulaikyti laisvą ir surištą vandenį iš audinių.
8. Nekintami.
9. Virimo temperatūra – 296oC.
10. Tirpo 10, 3oC.

Viena iš svarbiausių šio junginio savybių yra gebėjimas hidratuoti išskiriant didelį šilumos kiekį. Būtent todėl net iš mokyklos suolo vaikai mokomi, kad į rūgštį jokiu būdu negalima pilti vandens, o tik atvirkščiai. Juk vanduo yra lengvesnio tankio, todėl kaupsis paviršiuje. Jei jo staigiai įpilama į rūgštį, tada dėl tirpimo reakcijos išsiskirs toks didelis energijos kiekis, kad vanduo užvirs ir pradės taškytis kartu su pavojingos medžiagos dalelėmis. Tai gali sukelti stiprius cheminius rankų odos nudegimus.

Nr.

Cheminės savybės

Chemijos požiūriu ši rūgštis yra labai stipri, ypač jei tai koncentruotas tirpalas. Jis yra dvibazis, todėl disocijuoja palaipsniui, sudarydamas hidrosulfato ir sulfato anijonus.

Apskritai jo sąveika su įvairiais junginiais atitinka visas pagrindines reakcijas, būdingas šiai medžiagų klasei. Galime pateikti kelių lygčių, kuriose dalyvauja sulfato rūgštis, pavyzdžius. Cheminės savybės pasireiškia sąveikoje su:

• druskos;
• metalų oksidai ir hidroksidai;
• amfoteriniai oksidai ir hidroksidai;
• metalai, stovintys įtampos serijoje iki vandenilio.

Bdėl tokių sąveikų beveik visais atvejais susidaro tam tikros rūgšties vidutinės druskos (sulfatai) arba rūgštinės druskos (hidrosulfatai).

Ypatinga ypatybė yra ir tai, kad su metalais pagal įprastą schemą Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ reaguoja tik tam tikros medžiagos tirpalas, tai yra praskiesta rūgštis. Jei imsime koncentruotą arba labai prisotintą (oleumą), sąveikos produktai bus visiškai skirtingi.}

Ypatingos sieros rūgšties savybės

Tai apima tik koncentruotų tirpalų sąveiką su metalais. Taigi, yra tam tikra schema, kuri atspindi visą tokių reakcijų principą:

1. Jei metalas aktyvus, susidaro sieros vandenilio, druskos ir vandens. Tai reiškia, kad sieros kiekis sumažinamas iki -2.
2. Jei metalas yra vidutinio aktyvumo, tada gaunama siera, druska ir vanduo. Tai yra, sulfato jonų redukcija iki laisvos sieros.
3. Mažo reaktyvumo metalai (po vandenilio) – sieros dioksidas, druska ir vanduo. Oksidacijos būsenos siera +4.

Be to, ypatingos sulfatinės rūgšties savybės yra gebėjimas oksiduoti kai kuriuos nemetalus iki aukščiausios oksidacijos būsenos ir reaguoti su sudėtingais junginiais bei oksiduoti juos į paprastas medžiagas.

Gavimo būdai pramonėje

Sieros rūgšties gamybos sulfatinis procesas susideda iš dviejų pagrindinių tipų:

• susisiekite;
• bokštas.

Abu yra dažniausiai pasitaikantys būdaipramonės visose pasaulio šalyse. Pirmasis variantas pagrįstas geležies pirito arba sieros pirito naudojimu kaip žaliava – FeS_{2. Iš viso yra trys etapai:}

1. Žaliavų skrudinimas susidarant sieros dioksidui kaip degimo produktui.
2. Šių dujų praleidimas per deguonį per vanadžio katalizatorių, kad susidarytų sieros anhidridas - SO_3.
3. Absorbcijos bokšte anhidridas ištirpinamas sulfato rūgšties tirpale ir susidaro didelės koncentracijos tirpalas – oleumas. Labai sunkus riebus tirštas skystis.

Antrasis variantas praktiškai tas pats, bet azoto oksidai naudojami kaip katalizatorius. Vertinant tokius parametrus kaip gaminio kokybė, savikaina ir energijos sąnaudos, žaliavų grynumas, našumas, pirmasis metodas yra efektyvesnis ir priimtinesnis, todėl naudojamas dažniau.

Laboratorinė sintezė

Jei sieros rūgšties reikia gauti nedideliais kiekiais laboratoriniams tyrimams, geriausiai tinka sieros vandenilio sąveikos su mažai aktyvių metalų sulfatais metodas.

Šiais atvejais susidaro juodųjų metalų sulfidai, o sieros rūgštis susidaro kaip šalutinis produktas. Mažiems tyrimams ši parinktis tinka, tačiau tokia rūgštis nesiskirs grynumo.

Be to, laboratorijoje galite atlikti kokybišką reakciją į sulfatų tirpalus. Dažniausias reagentas yra bario chloridas, nes Ba²⁺ jonas kartu susulfato anijonas nusėda į b altas nuosėdas – barito pieną: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Dažniausiai paplitusios druskos

Sulfato rūgštis ir jos susidarantys sulfatai yra svarbūs junginiai daugelyje pramonės šakų ir namų ūkių, įskaitant maistą. Dažniausios sieros rūgšties druskos yra:

1. Gipsas (alebastras, selenitas). Cheminis pavadinimas yra vandeninis kalcio sulfato kristalinis hidratas. Formulė: CaSO_{4. Naudojamas statybose, medicinoje, plaušienos ir popieriaus, papuošalų gamyboje.}
2. Baritas (sunkusis špagatas). bario sulfatas. Tirpale tai yra pieniškos nuosėdos. Kietoje formoje – skaidrūs kristalai. Naudojamas optiniuose prietaisuose, rentgeno spinduliuose, izoliacinėse dangose.
3. Mirabilite (Glauberio druska). Cheminis pavadinimas yra natrio sulfato dekahidratas. Formulė: Na₂SO₄10H_{2O. Naudojamas medicinoje kaip vidurius laisvinantis vaistas.}

Yra daug praktinės reikšmės druskų pavyzdžių. Tačiau aukščiau paminėti yra dažniausiai pasitaikantys.

Sulfatinis šarmas

Ši medžiaga yra tirpalas, susidarantis termiškai apdorojant medieną, ty celiuliozę. Pagrindinis šio junginio tikslas yra gauti sulfatinį muilą jo pagrindu nusodinant. Cheminė sulfato skysčio sudėtis yra tokia:

• ligninas;
• hidroksirūgštys;
• monosacharidai;
• fenoliai;
• derva;
• lakiosios ir riebalų rūgštys;
• natrio sulfidai, chloridai, karbonatai ir sulfatai.

Yra du pagrindiniai šios medžiagos tipai: b altasis ir juodasis sulfatinis skystis. B alta medžiaga naudojama celiuliozės ir popieriaus pramonėje, o juoda naudojama pramonėje sulfatiniam muilui gaminti.

Pagrindinės programos

Metinė sieros rūgšties gamyba yra 160 mln. tonų per metus. Tai labai reikšmingas skaičius, rodantis šio junginio svarbą ir paplitimą. Yra keletas pramonės šakų ir vietų, kur būtina naudoti sulfato rūgštį:

1. Akumuliatoriuose kaip elektrolitą, ypač švino.
2. Gamyklose, kuriose gaminamos sulfatinės trąšos. Didžioji šios rūgšties dalis naudojama specialiai augalams skirtų mineralinių trąšų gamybai. Todėl sieros rūgšties ir trąšų gamybos įrenginiai dažniausiai statomi vienas šalia kito.
3. Maisto pramonėje kaip emulsiklis, pažymėtas kodu E513.
4. Daugelyje organinių sintezių kaip vandens šalinimo priemonė, katalizatorius. Taip gaunami sprogmenys, dervos, valymo ir plovikliai, nailonas, polipropilenas ir etilenas, dažikliai, cheminiai pluoštai, esteriai ir kiti junginiai.
5. Naudojamas filtruose vandeniui valyti ir distiliuotam vandeniui gaminti.
6. Naudojamas išgaunant ir apdorojant retus elementus iš rūdos.

Taip pat daug zomšosrūgštis patenka į laboratorinius tyrimus, kur ji gaunama vietiniais metodais.