Síranová kyselina: vzorec a chemické vlastnosti

Jedna z prvních minerálních kyselin, která se člověku stala známou, je síran nebo síran. Nejen ona sama, ale i její mnoho solí se používalo ve stavebnictví, medicíně, potravinářském průmyslu pro technické účely. Zatím nic se v tomto ohledu nezměnilo. Řada vlastností, které má kyselina sírová, činí v chemických syntézách prostě nenahraditelnou. Navíc prakticky všechny odvětví každodenního života a průmyslu nacházejí využití soli. Proto podrobně budeme zvažovat, co to je a jaké vlastnosti manifestovaných vlastností spočívají.

Rozmanitost jmen

Za prvé, existuje mnoho názvů pro tuto látku. Mezi nimi jsou ty, které jsou utvářeny podle racionální nomenklatury a ty, které se historicky vyvíjely. Takže toto spojení je označeno jako:

• sulfátová kyselina;
• sklovitý olej;
• kyselina sírová;
• oleum.

Ačkoli termín "oleum" není zcela vhodný pro tuto látku, jelikož jde o směs kyseliny sírové a vyšší oxid síra - SO₃.

Sulfátová kyselina: vzorec a struktura molekuly

Z hlediska chemické zkratky může být vzorec této kyseliny zapsán následovně: H₂SO₄. Je zřejmé, že molekula se skládá ze dvou vodíkových kationtů a anionu z kyselého zbytku - sulfátového iontu s nábojem 2+.

Současně působí v molekule následující vazby:

• kovalentní polární síra a kyslík;
• kovalentně silně polární mezi vodíkem a kyselým zbytkem SO₄.

Síra, která má 6 nepárových elektronů, tvoří dvě dvojná vazby se dvěma atomy kyslíku. Stále s párem - jeden, a ty, po druhé, - jediný s vodíkem. V důsledku toho struktura molekuly umožňuje, aby byla dostatečně silná. Současně je kation kyslíku velmi pohyblivý a snadno odchází, protože síra a kyslík jsou mnohem více elektrogativní. Tažením elektronové hustoty samy o sobě poskytují vodík částečně kladný náboj, který se po odpojení stává kompletní. Tak se vytvoří kyselé roztoky, ve kterých je H⁺.

Pokud mluvíme o stupni oxidace prvků ve sloučenině, pak kyselina sírová, jejíž vzorec H₂SO₄, lze je snadno vypočítat: pro vodík +1, pro kyslík -2, pro síru +6.

Stejně jako u jakékoli molekuly je celkový náboj nulový.

Historie objevu

Kyselina sulfátová je známá od starověku. Dokonce i alchymové věděli, jak je získat metodami kalcinace různých vitriolů. Od počátku IX. Století lidé tuto látku obdrželi a užívali. Později v Evropě se Albert Magnus naučil extrahovat kyselinu v procesu rozkladu síranu železa.

Nicméně žádná z metod nebyla zisková. Pak se stala známá tzv. Komorová verze syntézy. Za tímto účelem byly spáleny síry a dusičnany a vyvíjené páry byly absorbovány vodou. V důsledku toho se vytvořila kyselina sírová.

Ani později se Britové podařilo najít nejlevnější způsob získání této látky. Za to, pyrite-FeS₂, železa pyrites. Jeho vypalování a následná interakce s kyslíkem stále tvoří jednu z nejdůležitějších průmyslových metod syntézy kyseliny sírové. Takové suroviny jsou cenově dostupné, levnější a vysoce kvalitní pro velké objemy výroby.

Fyzikální vlastnosti

Existuje několik parametrů, včetně externích, v nichž se kyselina sírová liší od ostatních. Jeho fyzikální vlastnosti mohou být popsány v několika bodech:

1. Za standardních podmínek je kapalina.
2. V koncentrovaném stavu je těžká, mastná, pro kterou se nazývala "sklovitý olej".
3. Hustota látky je 1,84 g / cm³.
4. Není barva a vůně.
5. Má výraznou "měděnou" chuť.
6. Rozkládá se ve vodě velmi dobře, téměř neomezeně.
7. Hygroskopický, schopný zachytit jak volnou tak i vázanou vodu z tkání.
8. Netržní.
9. Bod varu je 296^oC.
10. Tání při 10,3^oC.

Jedním z nejdůležitějších vlastností této sloučeniny je schopnost hydratovat s uvolněním velkého množství tepla. Proto se i děti ze školy učí, že v žádném případě není možné přidávat vodu k kyselinám, ale pouze naopak. Koneckonců hustota vody je jednodušší, takže se hromadí na povrchu. Pokud je prudce přidáváte do kyseliny, pak se v důsledku reakce rozpouštění uvolní tolik energie, že voda bude vařit a začne se stříkat spolu s částicemi nebezpečné látky. To může způsobit těžké chemické popáleniny na pokožce rukou.

Proto je nutné kyselinu nalévat do vody s tenkou tekoucí vodou, pak se směs horko zahřeje, ale nedojde k šumění, což znamená, že se kapalina stříká také.

Chemické vlastnosti

Z hlediska chemie je tato kyselina velmi silná, zvláště pokud je to koncentrované řešení. Je dvojsýtný, takže se postupně disociuje, čímž vzniká síran síranu a síranový anion.

Obecně platí, že jeho interakce s různými sloučeninami odpovídá všem základním reakcím charakteristickým pro tuto třídu látek. Dá se ukázat příklady několika rovnic, ve kterých se účastní síranová kyselina. Chemické vlastnosti se projevují ve vzájemné interakci s:

• soli;
• oxidy a hydroxidy kovů;
• amfoterní oxidy a hydroxidy;
• kovy stojící v sérii napětí až na vodík.

V důsledku těchto interakcí se téměř ve všech případech vytvářejí průměrné soli této kyseliny (sulfáty) nebo kyseliny (hydrosulfáty).

Zvláštností je také to, že s kovy v obvyklém režimu Me + H₂SO₄ = MeSO₄ + H₂reaguje pouze roztok této látky, tj. zředěné kyseliny. Pokud užíváte koncentrovaný nebo vysoce nasýtený (oleum), pak budou produkty interakce zcela odlišné.

Zvláštní vlastnosti kyseliny sírové

Taková je interakce koncentrovaných roztoků s kovy. Existuje tedy určitá schéma, která odráží celý princip těchto reakcí:

1. Pokud je kov aktivní, výsledkem je tvorba sirovodíku, soli a vody. To znamená, že síra je obnovena na -2.
2. Pokud je kov středně aktivní, výsledkem je síra, sůl a voda. To znamená snížení síranových iontů na volnou síru.
3. Kovy s nízkou chemickou aktivitou (po vodíku) - oxid siřičitý, soli a vody. Síra v oxidačním stavu +4.

Zvláštní vlastnosti síranové kyseliny jsou také schopnost oxidovat některé nekovy na jejich nejvyšší oxidační stav a reagovat s komplexními sloučeninami a oxidovat je na jednoduché látky.

Způsoby výroby v průmyslu

Výrobní proces kyseliny sírové se skládá ze dvou hlavních typů:

• pin;
• věž.

Oba jsou nejčastějšími metodami v průmyslu ve všech zemích světa. První možnost je založena na použití železitých pyritů nebo pyridu síry jako výchozí suroviny - FeS₂. K dispozici jsou celkem tři etapy:

1. Spalování surovin s tvorbou oxidu siřičitého jako spalovacího produktu.
2. Přenos tohoto plynu přes kyslík přes vanadový katalyzátor za vzniku anhydridu kyseliny sírové-SO₃.
3. V absorpční věži je anhydrid rozpuštěn v roztoku síranové kyseliny za vzniku roztoku s vysokou koncentrací oleum. Velmi těžká olejovitá hustá kapalina.

Druhá možnost je prakticky stejná, ale oxidy dusíku se používají jako katalyzátor. Z pohledu takových parametrů, jako je kvalita výrobku, spotřeba energie a nákladů, čistota surovin, produktivita, je první metoda efektivnější a přijatelnější, a proto je častěji používána.

Syntéza v laboratoři

Je-li nezbytné pro laboratorní studium získat kyselinu sírovou v malých množstvích, pak nejlepší cestou je způsob interakce sirovodíku s nízko aktivním sulfátem kovu.

V těchto případech se tvoří sulfidy černého kovu a jako vedlejší produkt se vytváří kyselina sírová. U malých studií je tato možnost vhodná, ale čistota takové kyseliny se nebude lišit.

Také v laboratoři je možné provádět kvalitativní reakci na sulfátové roztoky. Nejčastějším činidlem je chlorid barnatý, od Ba ionu²⁺ spolu se sulfátovým aniontem se vysráží do bílé sraženiny - barytové mléko: H₂SO₄ + BaCL₂ = 2HCL + BaS02₄↓

Nejběžnější soli

Síranová kyselina a sulfáty, které tvoří, jsou důležitými složkami v mnoha průmyslových odvětvích a domácnostech, včetně potravin. Nejběžnější soli kyseliny sírové jsou následující:

1. Sádra (alabastr, selenit). Chemickým názvem je vodný hydrát vápenatého síranu vápenatého. Vzorec: CaSO₄. Používá se v oblasti stavebnictví, medicíny, papíru a celulózy a výroby šperků.
2. Barit (těžká spára). Síran bárnatý. V roztoku je mléčný sediment. V pevné formě - transparentní krystaly. Používá se v optických nástrojích, rentgenových paprsků, pro výrobu izolačního povlaku.
3. Mirabilit (Glauberova sůl). Chemický název je krystalický hydrát síranu sodného dekadentní. Vzorec: Na₂SO₄* 10H₂O. Používá se v medicíně jako projímadlo.

Jako příklady je možno uvést mnoho solí, které mají praktický význam. Nicméně ty, které jsou uvedeny výše, jsou nejčastější.

Sulfátované louhy

Tato látka je roztok, který vzniká v důsledku tepelného zpracování dřeva, to znamená celulózy. Hlavním účelem této sloučeniny je příprava síranového mýdla na jeho základě sedimentací. Chemické složení sulfátové kapaliny je následující:

• lignin;
• hydroxykyseliny;
• monosacharidy;
• fenoly;
• pryskyřice;
• těkavé a mastné kyseliny;
• sulfidy, chloridy, uhličitany a sírany sodné.

Existují dva hlavní typy této látky: bílý a černý síranový výluh. Bílé listy pro výrobu buničiny a papíru a černá se používají k výrobě síranového mýdla v průmyslu.

Hlavní aplikace

Roční produkce kyseliny sírové je 160 milionů tun ročně. Jedná se o velmi významný údaj, který naznačuje význam a prevalenci této sloučeniny. Existuje několik průmyslových odvětví a míst, kde je třeba používat kyselinu sírovou:

1. V bateriích jako elektrolyt, zvláště v olově.
2. V továrnách, kde se vyrábějí síranová hnojiva. Většina této kyseliny jde přesně na výrobu minerálních hnojiv pro rostliny. Proto jsou rostliny na výrobu kyseliny sírové a výroba hnojiv nejčastěji postaveny vedle sebe.
3. V potravinářském průmyslu jako emulgátor označený kódem E513.
4. V řadě organických syntéz jako činidla odstraňujícího vodu je katalyzátor. Tak pojď výbušniny, pryskyřice, čisticí a mycí prostředky, nylon, polypropylen a ethylen, barviva, chemická vlákna, estery a další sloučeniny.
5. Používá se ve filtrech na čištění vody a výrobu destilované vody.
6. Aplikováno při těžbě a zpracování vzácných prvků z rudy.

Také hodně kyseliny sírové vede k laboratornímu výzkumu, kde se získávají místními metodami.