Strukturna formula
Istina, empirijska ili gruba formula: H2SO4
Hemijski sastav sumporne kiseline
Molekulska težina: 98.076
Sumporna kiselina H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina, koja odgovara najvišem stepenu oksidacije sumpora (+6). U normalnim uslovima, koncentrovana sumporna kiselina je teška uljasta tečnost, bez boje i mirisa, kiselog "bakarnog" ukusa. U tehnologiji se sumporna kiselina naziva mješavina s vodom i sumpornim anhidridom SO 3. Ako je molarni odnos SO 3 : H 2 O manji od 1, onda je to vodeni rastvor sumporne kiseline, ako je veći od 1, to je rastvor SO 3 u sumpornoj kiselini (oleum).
Ime
U 18.-19. stoljeću sumpor za barut se proizvodio od sumpornog pirita (pirita) u fabrikama vitriola. Sumporna kiselina se u to vrijeme zvala "ulje vitriola" (u pravilu je to bio kristalni hidrat, konzistencije koji podsjeća na ulje), očito otuda potiče naziv njenih soli (tačnije, kristalnih hidrata) - vitriol .
Priprema sumporne kiseline
Industrijska (kontaktna) metoda
U industriji se sumporna kiselina proizvodi oksidacijom sumpor-dioksida (plinovina sumpor-dioksida koja nastaje pri sagorijevanju sumpora ili sumpornih pirita) u trioksid (sumporni anhidrid), nakon čega slijedi reakcija SO 3 s vodom. Sumporna kiselina dobijena ovom metodom naziva se i kontaktna kiselina (koncentracija 92-94%).
Metoda nitroze (tornja).
Ranije se sumporna kiselina proizvodila isključivo azotnom metodom u posebnim tornjevima, a kiselina se zvala toranjska kiselina (koncentracija 75%). Suština ove metode je oksidacija sumpor-dioksida azot-dioksidom u prisustvu vode.
Drugi način
U onim rijetkim slučajevima kada sumporovodik (H 2 S) istiskuje sulfat (SO 4 -) iz soli (sa metalima Cu, Ag, Pb, Hg), nusproizvod je sumporna kiselina. Sulfidi ovih metala imaju najveću čvrstoću, kao i prepoznatljivu crnu boju.
Fizička i fizičko-hemijska svojstva
Vrlo jaka kiselina, na 18 o C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 10 -2); dužine veze u molekulu S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH ugao 104°, OSO 119°; ključa, formirajući azeotropnu smešu (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O sa tačkom ključanja od 338,8 o C). Sumporna kiselina koja odgovara 100% sadržaja H 2 SO 4 ima sastav (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2 O 7, - 0,04, HS 2 O 7 - - 0,05. Može se mešati sa vodom i SO 3 u svim razmerama. U vodenim rastvorima, sumporna kiselina se gotovo potpuno disocira na H 3 O +, HSO 3 + i 2HSO 4 -. Formira hidrate H 2 SO 4 ·nH 2 O, gdje je n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.
Oleum
Rastvori sumpornog anhidrida SO 3 u sumpornoj kiselini nazivaju se oleum; oni tvore dva jedinjenja H 2 SO 4 ·SO 3 i H 2 SO 4 ·2SO 3. Oleum također sadrži pirosumpornu kiselinu. Tačka ključanja vodenih rastvora sumporne kiseline raste sa povećanjem njene koncentracije i dostiže maksimum pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4. Tačka ključanja oleuma opada sa povećanjem sadržaja SO3. Kako koncentracija vodenih rastvora sumporne kiseline raste, ukupni pritisak pare iznad rastvora opada i dostiže minimum pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4. Kako koncentracija SO 3 u oleumu raste, ukupni pritisak pare iznad njega raste. Pritisak pare nad vodenim rastvorima sumporne kiseline i oleuma može se izračunati pomoću jednačine:
log p=A-B/T+2,126
vrijednosti koeficijenata A i B ovise o koncentraciji sumporne kiseline. Para nad vodenim rastvorima sumporne kiseline sastoji se od mešavine vodene pare, H 2 SO 4 i SO 3, a sastav pare se razlikuje od sastava tečnosti kod svih koncentracija sumporne kiseline, osim za odgovarajuću azeotropnu smešu. Kako temperatura raste, disocijacija se povećava. Oleum H2SO4·SO3 ima maksimalnu viskoznost, s porastom temperature η opada. Električni otpor sumporne kiseline je minimalan pri koncentraciji SO 3 i 92 % H 2 SO 4 a maksimalni pri koncentraciji od 84 i 99,8 % H 2 SO 4. Za oleum, minimalni ρ je pri koncentraciji od 10% SO 3. Sa povećanjem temperature, ρ sumporne kiseline raste. Dielektrična konstanta 100% sumporne kiseline 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krioskopska konstanta 6,12, ebulioskopska konstanta 5,33; koeficijent difuzije para sumporne kiseline u vazduhu varira u zavisnosti od temperature; D = 1,67·10⁻⁵T3/2 cm²/s.
Hemijska svojstva
Sumporna kiselina u koncentriranom obliku kada se zagrije prilično je jako oksidacijsko sredstvo. Oksidira HI i djelimično HBr u slobodne halogene. Oksidira mnoge metale (izuzeci: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). U tom slučaju, koncentrirana sumporna kiselina se reducira na SO2. Na hladnoći u koncentrovanoj sumpornoj kiselini se pasiviziraju Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba i ne dolazi do reakcija. Najmoćniji redukcioni agensi redukuju koncentriranu sumpornu kiselinu na S i H 2 S. Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru, pa se koristi za sušenje gasova, tečnosti i čvrstih materija, na primer, u eksikatorima. Međutim, koncentrirani H 2 SO 4 djelimično se reducira vodonikom, zbog čega se ne može koristiti za njegovo sušenje. Odvajanjem vode od organskih spojeva i ostavljanjem crnog ugljika (drveni ugljen), koncentrirana sumporna kiselina dovodi do ugljenisanja drveta, šećera i drugih tvari. Razrijeđeni H 2 SO 4 svojim oslobađanjem stupa u interakciju sa svim metalima koji se nalaze u elektrohemijskom nizu napona lijevo od vodonika. Oksidirajuća svojstva razrijeđenog H 2 SO 4 su nekarakteristična. Sumporna kiselina formira dvije serije soli: srednje - sulfate i kisele - hidrosulfate, kao i estre. Poznate su peroksomonosumporna (ili karo kiselina) H 2 SO 5 i peroksodisumporna H 2 S 2 O 8 kiseline. Sumporna kiselina također reaguje sa bazičnim oksidima i formira sulfat i vodu. U postrojenjima za obradu metala otopina sumporne kiseline koristi se za uklanjanje sloja metalnog oksida sa površine metalnih proizvoda koji su tokom procesa proizvodnje podvrgnuti visokoj toplini. Tako se oksid željeza uklanja s površine željeznog lima djelovanjem zagrijane otopine sumporne kiseline. Kvalitativna reakcija na sumpornu kiselinu i njene rastvorljive soli je njihova interakcija sa rastvorljivim solima barijuma, što rezultira stvaranjem belog taloga barijum sulfata, nerastvorljivog u vodi i kiselinama, na primer.
Aplikacija
Sumporna kiselina se koristi:
- u preradi rude, posebno u ekstrakciji retkih elemenata, uključujući uranijum, iridijum, cirkonijum, osmijum, itd.;
- u proizvodnji mineralnih đubriva;
- kao elektrolit u olovnim baterijama;
- za dobijanje raznih mineralnih kiselina i soli;
- u proizvodnji hemijskih vlakana, boja, dima i eksploziva;
- u naftnoj, metaloprerađivačkoj, tekstilnoj, kožnoj i drugim industrijama;
- u prehrambenoj industriji - registrovan kao aditiv za hranu E513 (emulgator);
- u industrijskoj organskoj sintezi u reakcijama:
- dehidracija (proizvodnja dietil etera, estera);
- hidratacija (etanol iz etilena);
- sulfoniranje (sintetski deterdženti i međuproizvodi u proizvodnji boja);
- alkilacija (proizvodnja izooktana, polietilen glikola, kaprolaktama) itd.
- Za restauraciju smola u filterima u proizvodnji destilovane vode.
Svjetska proizvodnja sumporne kiseline iznosi cca. 160 miliona tona godišnje. Najveći potrošač sumporne kiseline je proizvodnja mineralnih đubriva. P 2 O 5 fosforna đubriva troše 2,2-3,4 puta više mase sumporne kiseline, a (NH 4) 2 SO 4 sumporna kiselina troši 75% mase utrošene (NH 4) 2 SO 4. Stoga imaju tendenciju da grade fabrike sumporne kiseline u sprezi sa fabrikama za proizvodnju mineralnih đubriva.
Istorijski podaci
Sumporna kiselina je poznata još od antike, javlja se u prirodi u slobodnom obliku, na primjer, u obliku jezera u blizini vulkana. Možda se prvi spomen kiselih plinova dobivenih kalcinacijom stipse ili željeznog sulfata "zelenog kamena" nalazi u spisima koji se pripisuju arapskom alhemičaru Džabiru ibn Hajanu. U 9. veku, perzijski alhemičar Ar-Razi, kalcinišući mešavinu gvožđa i bakar sulfata (FeSO 4 7H 2 O i CuSO 4 5H 2 O), takođe je dobio rastvor sumporne kiseline. Ovu metodu je usavršio evropski alhemičar Albert Magnus, koji je živeo u 13. veku. Šema za proizvodnju sumporne kiseline iz željeznog sulfata - termička razgradnja željeznog (II) sulfata, nakon čega slijedi hlađenje smjese. Radovi alhemičara Valentina (XIII vek) opisuju metodu proizvodnje sumporne kiseline apsorpcijom gasa (sumpornog anhidrida) koji se oslobađa spaljivanjem mešavine praha sumpora i salitre sa vodom. Nakon toga, ova metoda je formirala osnovu tzv. "komorna" metoda, koja se izvodi u malim komorama obloženim olovom, koje se ne otapa u sumpornoj kiselini. U SSSR-u je takav metod postojao do 1955. Alhemičari 15. vijeka poznavali su i metodu dobijanja sumporne kiseline iz pirita - sumpornog pirita, jeftinije i uobičajenije sirovine od sumpora. Sumporna kiselina se na ovaj način proizvodila 300 godina, u malim količinama u staklenim retortama. Nakon toga, u vezi s razvojem katalize, ova metoda je zamijenila komornu metodu za sintezu sumporne kiseline. Trenutno se sumporna kiselina proizvodi katalitičkom oksidacijom (na V 2 O 5) sumpor oksida (IV) u sumporov oksid (VI), a zatim otapanjem sumpornog oksida (VI) u 70% sumporne kiseline da bi se formirao oleum. U Rusiji je proizvodnja sumporne kiseline prvi put organizovana 1805. godine u blizini Moskve u okrugu Zvenigorod. Godine 1913. Rusija je bila na 13. mjestu u svijetu po proizvodnji sumporne kiseline.
Dodatne informacije
Sitne kapljice sumporne kiseline mogu se formirati u srednjim i gornjim slojevima atmosfere kao rezultat reakcije vodene pare i vulkanskog pepela koji sadrži velike količine sumpora. Nastala suspenzija, zbog visokog albeda oblaka sumporne kiseline, otežava sunčevoj svjetlosti da dopre do površine planete. Stoga (a i kao rezultat velikog broja sićušnih čestica vulkanskog pepela u gornjim slojevima atmosfere, koje također ometaju pristup sunčevoj svjetlosti planeti), mogu doći do značajnih klimatskih promjena nakon posebno jakih vulkanskih erupcija. Na primjer, kao rezultat erupcije vulkana Ksudach (poluotok Kamčatka, 1907.), povećana koncentracija prašine u atmosferi zadržala se oko 2 godine, a karakteristični srebrnasti oblaci sumporne kiseline uočeni su čak i u Parizu. Eksplozija vulkana Pinatubo 1991. godine, koja je poslala 3 10 7 tona sumpora u atmosferu, dovela je do toga da su 1992. i 1993. godine bile mnogo hladnije od 1991. i 1994. godine.
Standardi
- Tehnička sumporna kiselina GOST 2184-77
- Sumporna kiselina iz akumulatora. Tehničke specifikacije GOST 667-73
- Sumporna kiselina posebne čistoće. Tehničke specifikacije GOST 1422-78
- Reagensi. Sumporna kiselina. Tehničke specifikacije GOST 4204-77
Fizička svojstva sumporne kiseline:
Teška uljasta tečnost („ulje vitriola“);
gustina 1,84 g/cm3; nehlapljiv, vrlo topljiv u vodi - uz jako zagrijavanje; t°pl. = 10,3°C, t° ključanja. \u003d 296 ° C, vrlo higroskopan, ima svojstva uklanjanja vode (ugljenje papira, drveta, šećera).
Toplota hidratacije je tolika da smjesa može proključati, prskati i uzrokovati opekotine. Stoga je potrebno dodati kiselinu u vodu, a ne obrnuto, jer kada se voda doda kiselini, lakša voda će završiti na površini kiseline, gdje će se koncentrirati sva stvorena toplina.
Industrijska proizvodnja sumporne kiseline (kontaktna metoda):
1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3
3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (oleum)
Zdrobljeni pročišćeni vlažni pirit (sumporni pirit) se sipa odozgo u peć za pečenje u " fluidizovani sloj". Vazduh obogaćen kiseonikom prolazi odozdo (princip protivtoka).
Iz peći izlazi plin iz peći, čiji je sastav: SO 2, O 2, vodena para (pirit je bio mokar) i najsitnije čestice pepela (gvozdeni oksid). Gas se prečišćava od nečistoća čvrstih čestica (u ciklonu i elektrofilteru) i vodene pare (u tornju za sušenje).
U kontaktnom aparatu, sumpor dioksid se oksidira pomoću V 2 O 5 katalizatora (vanadijev pentoksid) kako bi se povećala brzina reakcije. Proces oksidacije jednog oksida u drugi je reverzibilan. Zbog toga se biraju optimalni uslovi za tok direktne reakcije - povišen pritisak (jer direktna reakcija teče smanjenjem ukupnog volumena) i temperatura ne viša od 500 C (jer je reakcija egzotermna).
U apsorpcionom tornju, sumpor oksid (VI) se apsorbuje koncentrovanom sumpornom kiselinom.
Apsorpcija vode se ne koristi, jer se sumporov oksid otapa u vodi uz oslobađanje velike količine toplote, pa nastala sumporna kiselina ključa i pretvara se u paru. Kako biste izbjegli stvaranje magle sumporne kiseline, koristite 98% koncentriranu sumpornu kiselinu. Sumporov oksid se vrlo dobro rastvara u takvoj kiselini, formirajući oleum: H 2 SO 4 nSO 3
Hemijska svojstva sumporne kiseline:
H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina, jedna od najjačih mineralnih kiselina, zbog visokog polariteta, H - O veza se lako prekida.
1)
Sumporna kiselina disocira u vodenom rastvoru
tvoreći vodikov ion i kiseli ostatak:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
Sumarna jednadžba:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .
2) Interakcija sumporne kiseline sa metalima:
Razrijeđena sumporna kiselina otapa samo metale u nizu napona lijevo od vodonika:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razrijeđen) → Zn +2 SO 4 + H 2
3)
Reakcija sumporne kiselinesa osnovnim oksidima:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Reakcija sumporne kiseline sahidroksidi:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O
5)
Reakcije razmjene sa solima:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Formiranje bijelog taloga BaSO 4 (nerastvorljivog u kiselinama) koristi se za detekciju sumporne kiseline i rastvorljivih sulfata (kvalitativne reakcije na sulfatni jon).
Posebna svojstva koncentrovanog H 2 SO 4:
1) Koncentrirano sumporna kiselina je jak oksidant ; pri interakciji sa metalima (osim Au, Pt) svodi se na S +4 O 2, S 0 ili H 2 S -2 u zavisnosti od aktivnosti metala. Bez zagrevanja ne reaguje sa Fe, Al, Cr - pasivacijom. U interakciji s metalima promjenjive valencije, potonji oksidiraju do viših oksidacionih stanja nego u slučaju razrijeđene otopine kiseline: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+
Aktivni metal
8 Al + 15 H 2 SO 4 (konc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 e— → 2Al 3+ — oksidacija
3│ S 6+ + 8e → S 2– oporavak
4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Metal srednje aktivnosti
2Cr + 4 H 2 SO 4 (konc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - oksidacija
1│ S 6+ + 6e → S 0 – oporavak
Niskoaktivni metal
2Bi + 6H 2 SO 4 (konc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oksidacija
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - oporavak
2Ag + 2H 2 SO 4 →Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Koncentrirana sumporna kiselina oksidira neke nemetale, po pravilu, do maksimalnog oksidacijskog stanja, sama se reducira naS+4O2:
C + 2H 2 SO 4 (konc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H 2 SO 4 (konc) → 3SO 2 + 2H 2 O
2P+ 5H 2 SO 4 (konc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O
3) Oksidacija složenih supstanci:
Sumporna kiselina oksidira HI i HBr u slobodne halogene:
2 KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Koncentrirana sumporna kiselina ne može oksidirati kloridne ione u slobodni klor, što omogućava dobivanje HCl reakcijom izmjene:
NaCl + H 2 SO 4 (konc.) = NaHSO 4 + HCl
Sumporna kiselina uklanja hemijski vezanu vodu iz organskih jedinjenja koja sadrže hidroksilne grupe. Dehidracija etil alkohola u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline proizvodi etilen:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.
Pougljenje šećera, celuloze, škroba i drugih ugljikohidrata u kontaktu sa sumpornom kiselinom objašnjava se i njihovom dehidracijom:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
Ima istorijsko ime: ulje vitriola. Proučavanje kiseline počelo je u antičko doba; grčki liječnik Dioscorides, rimski prirodnjak Plinije Stariji, islamski alhemičari Geber, Razi i Ibn Sina i drugi opisali su je u svojim djelima. Kod Sumerana je postojao spisak vitriola, koji su klasifikovani prema boji supstance. Danas, riječ "vitriol" spaja kristalne hidrate dvovalentnih metalnih sulfata.
U 17. veku, nemačko-holandski hemičar Johan Glauber pripremio je sumpornu kiselinu sagorevanjem sumpora sa (KNO3) u prisustvu 1736. godine Joshua Ward (farmaceut iz Londona) koristio je ovu metodu u proizvodnji. Ovo vrijeme se može smatrati početnom točkom kada se sumporna kiselina počela proizvoditi u velikim razmjerima. Njegovu formulu (H2SO4), kako se obično vjeruje, ustanovio je švedski hemičar Berzelius (1779-1848) nešto kasnije.
Berzelius je, koristeći abecedne simbole (koji označavaju hemijske elemente) i niže digitalne indekse (koji označavaju broj atoma date vrste u molekuli), ustanovio da jedna molekula sadrži 1 atom sumpora (S), 2 atoma vodika (H) i 4 atoma kiseonika atomi (O). Od tada je postao poznat kvalitativni i kvantitativni sastav molekula, odnosno sumporna kiselina je opisana jezikom hemije.
Prikazujući u grafičkom obliku relativni raspored atoma u molekuli i kemijske veze između njih (obično se označavaju linijama), obavještava da se u središtu molekule nalazi atom sumpora, koji je povezan dvostrukim vezama sa dva atoma kiseonika. Sa druga dva atoma kisika, od kojih svaki ima vezan atom vodika, isti atom sumpora je povezan jednostrukim vezama.
Svojstva
Sumporna kiselina je blago žućkasta ili bezbojna, viskozna tekućina, rastvorljiva u vodi u bilo kojoj koncentraciji. Snažan je mineral i vrlo je agresivan prema metalima (koncentrirano ne stupa u interakciju sa željezom bez zagrijavanja, već ga pasivizira), stijenama, životinjskim tkivima ili drugim materijalima. Odlikuje se visokom higroskopnošću i izraženim svojstvima jakog oksidacionog sredstva. Na temperaturi od 10,4 °C kiselina se stvrdnjava. Kada se zagrije na 300 °C, gotovo 99% kiseline gubi sumporni anhidrid (SO3).
Njegova svojstva variraju ovisno o koncentraciji vodene otopine. Postoje uobičajeni nazivi za kisele otopine. Do 10% kiseline se smatra razblaženim. Baterija - od 29 do 32%. Kada je koncentracija manja od 75% (kako je utvrđeno u GOST 2184), naziva se toranj. Ako je koncentracija 98%, onda će to već biti koncentrirana sumporna kiselina. Formula (hemijska ili strukturna) ostaje nepromenjena u svim slučajevima.
Kada se koncentrirani sumporni anhidrid otopi u sumpornoj kiselini, nastaje oleum ili dimlja sumporna kiselina; njegova formula se može napisati na sljedeći način: H2S2O7. Čista kiselina (H2S2O7) je čvrsta supstanca sa tačkom topljenja od 36 °C. Reakcije hidratacije sumporne kiseline karakteriziraju oslobađanje topline u velikim količinama.
Razrijeđena kiselina reagira s metalima, reagirajući s kojima pokazuje svojstva jakog oksidacijskog sredstva. U tom slučaju se redukuje sumporna kiselina; formula formiranih supstanci koje sadrže redukovani (na +4, 0 ili -2) atom sumpora može biti: SO2, S ili H2S.
Reaguje s nemetalima kao što su ugljik ili sumpor:
2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O
Reaguje sa natrijum hloridom:
H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl
Karakterizira ga reakcija elektrofilne supstitucije atoma vodika vezanog za benzenski prsten aromatičnog jedinjenja grupom -SO3H.
Potvrda
1831. patentirana je kontaktna metoda za proizvodnju H2SO4, koja je trenutno glavna metoda. Danas se većina sumporne kiseline proizvodi ovom metodom. Sirovina koja se koristi je sulfidna ruda (obično željezni pirit FeS2), koja se spaljuje u posebnim pećima, čime se proizvodi plin za pečenje. Budući da je temperatura plina 900 °C, on se hladi sumpornom kiselinom u koncentraciji od 70%. Zatim se gas čisti od prašine u ciklonu i elektrofilteru, u tornjevima za pranje kiselinom sa koncentracijom 40 i 10% katalitičkih otrova (As2O5 i fluor), a u vlažnim elektrofilterima od kiselog aerosola. Zatim se plin za pečenje koji sadrži 9% sumpordioksida (SO2) suši i dovodi u kontaktni aparat. Nakon prolaska kroz 3 sloja vanadij katalizatora, SO2 se oksidira u SO3. Koncentrirana sumporna kiselina se koristi za otapanje rezultirajućeg sumpornog anhidrida. Formula za rastvor sumpornog anhidrida (SO3) u bezvodnoj sumpornoj kiselini je H2S2O7. U ovom obliku, oleum se u čeličnim rezervoarima transportuje do potrošača, gdje se razrjeđuje do željene koncentracije.
Aplikacija
Zbog svojih različitih hemijskih svojstava, H2SO4 ima širok spektar primena. U proizvodnji same kiseline, kao elektrolita u olovnim baterijama, za proizvodnju raznih sredstava za čišćenje, važan je reagens i u hemijskoj industriji. Takođe se koristi u proizvodnji: alkohola, plastike, boja, gume, etera, lepkova, sapuna i deterdženata, farmaceutskih proizvoda, celuloze i papira, naftnih derivata.
Kiseline su hemijska jedinjenja koja se sastoje od atoma vodonika i kiselih ostataka, na primer, SO4, SO3, PO4, itd. One su neorganske i organske. Prvi uključuju hlorovodoničnu, fosfornu, sulfidnu, azotnu i sumpornu kiselinu. Drugi uključuju octenu kiselinu, palmitinsku kiselinu, mravlju kiselinu, stearinsku kiselinu itd.
Šta je sumporna kiselina
Ova kiselina se sastoji od dva atoma vodika i kiselog ostatka SO4. Ima formulu H2SO4.
Sumporna kiselina ili, kako je još nazivaju, sulfatna kiselina, odnosi se na neorganske dvobazne kiseline koje sadrže kisik. Ova tvar se smatra jednom od najagresivnijih i kemijski aktivnih. U većini kemijskih reakcija djeluje kao oksidant. Ova kiselina se može koristiti u koncentrovanom ili razblaženom obliku, u kom slučaju ima malo drugačija hemijska svojstva.
Fizička svojstva
Sumporna kiselina u normalnim uslovima je tečna, njena tačka ključanja je približno 279,6 stepeni Celzijusa, tačka smrzavanja kada se pretvori u čvrste kristale je oko -10 stepeni za sto procenata i oko -20 za 95 procenata.
Čista stopostotna sulfatna kiselina je bezmirisna, bezbojna, uljasta tečna supstanca koja ima skoro duplo veću gustinu od vode - 1840 kg/m3.
Hemijska svojstva sulfatne kiseline
Sumporna kiselina reagira s metalima, njihovim oksidima, hidroksidima i solima. Razrijeđen s vodom u različitim omjerima, može se ponašati različito, pa pogledajmo pobliže svojstva koncentriranih i slabih otopina sumporne kiseline zasebno.
Koncentrovani rastvor sumporne kiseline
Otopina koja sadrži najmanje 90 posto sulfatne kiseline smatra se koncentrovanom. Takva otopina sumporne kiseline može reagirati čak i sa nisko aktivnim metalima, kao i s nemetalima, hidroksidima, oksidima i solima. Svojstva takvog rastvora sulfatne kiseline su slična onima koncentrovane nitratne kiseline.
Interakcija sa metalima
Prilikom hemijske reakcije koncentrisanog rastvora sulfatne kiseline sa metalima koji se nalaze desno od vodonika u elektrohemijskom naponskom nizu metala (dakle, sa ne najaktivnijim), nastaju sledeće supstance: sulfat metala sa kojim dolazi do interakcije vode i sumpor-dioksida. U metale, kao rezultat interakcije sa kojima nastaju navedene supstance, spadaju bakar (kuprum), živa, bizmut, srebro (argentum), platina i zlato (aurum).
Interakcija sa neaktivnim metalima
Kod metala koji su lijevo od vodonika u naponskom nizu, koncentrirana sumporna kiselina se ponaša malo drugačije. Kao rezultat ove kemijske reakcije nastaju sljedeće tvari: sulfat određenog metala, sumporovodik ili čisti sumpor i voda. Metali sa kojima se odvija slična reakcija su i gvožđe (ferum), magnezijum, mangan, berilijum, litijum, barijum, kalcijum i svi drugi koji su u naponskom nizu levo od vodonika, osim aluminijuma, hroma, nikla i titana - s njima koncentrirana sulfatna kiselina ne stupa u interakciju.
Interakcija sa nemetalima
Ova tvar je jako oksidacijsko sredstvo, pa je sposobna sudjelovati u redoks kemijskim reakcijama s nemetalima, kao što su, na primjer, ugljik (ugljik) i sumpor. Kao rezultat takvih reakcija, voda se nužno oslobađa. Kada se ova tvar doda ugljiku, također se oslobađaju ugljični dioksid i sumpor dioksid. A ako dodate kiselinu u sumpor, dobijate samo sumpor dioksid i vodu. U takvoj hemijskoj reakciji, sulfatna kiselina igra ulogu oksidacionog sredstva.
Interakcija sa organskim supstancama
Među reakcijama sumporne kiseline s organskim tvarima može se razlikovati ugljenisanje. Ovaj proces nastaje kada se ova supstanca sudari sa papirom, šećerom, vlaknima, drvetom itd. U tom slučaju se u svakom slučaju oslobađa ugljenik. Ugljik koji nastaje tokom reakcije može djelomično reagirati sa sumpornom kiselinom ako je u višku. Fotografija prikazuje reakciju šećera s otopinom sulfatne kiseline srednje koncentracije.
Reakcije sa solima
Takođe, koncentrovani rastvor H2SO4 reaguje sa suvim solima. U tom slučaju dolazi do standardne reakcije izmjene u kojoj nastaju metalni sulfat koji je bio prisutan u strukturi soli i kiselina sa ostatkom koja je bila u soli. Međutim, koncentrirana sumporna kiselina ne reagira s otopinama soli.
Interakcija sa drugim supstancama
Također, ova tvar može reagirati s oksidima metala i njihovim hidroksidima, u tim slučajevima dolazi do reakcija izmjene, u prvom se oslobađaju metalni sulfat i voda, u drugom - isto.
Hemijska svojstva slabe otopine sulfatne kiseline
Razrijeđena sumporna kiselina reagira s mnogim tvarima i ima ista svojstva kao i sve kiseline. On, za razliku od koncentriranog metala, stupa u interakciju samo s aktivnim metalima, odnosno onima koji su lijevo od vodonika u naponskom nizu. U ovom slučaju dolazi do iste reakcije supstitucije kao u slučaju bilo koje kiseline. Ovo oslobađa vodonik. Također, takva otopina kiseline stupa u interakciju s otopinama soli, što rezultira reakcijom izmjene, o kojoj je već bilo riječi, s oksidima - istim kao i koncentrirani, s hidroksidima - također istim. Osim običnih sulfata, postoje i hidrosulfati, koji su produkt interakcije hidroksida i sumporne kiseline.
Kako odrediti sadrži li otopina sumpornu kiselinu ili sulfate
Da bi se utvrdilo jesu li ove tvari prisutne u otopini, koristi se posebna kvalitativna reakcija na sulfatne ione, što omogućava saznanje. Sastoji se od dodavanja barija ili njegovih spojeva u otopinu. To može rezultirati bijelim talogom (barijum sulfat), što ukazuje na prisustvo sulfata ili sumporne kiseline.
Kako se proizvodi sumporna kiselina?
Najčešći način industrijske proizvodnje ove supstance je ekstrakcija iz željeznog pirita. Ovaj proces se odvija u tri faze, od kojih svaka uključuje određenu hemijsku reakciju. Hajde da ih razmotrimo. Najprije se piritu dodaje kisik, što rezultira stvaranjem ferum-oksida i sumpor-dioksida, koji se koristi za dalje reakcije. Ova interakcija se dešava na visokoj temperaturi. Slijedi faza u kojoj se sumpor trioksid dobija dodavanjem kiseonika u prisustvu katalizatora, a to je vanadijev oksid. Sada, u posljednjoj fazi, u nastalu tvar se dodaje voda i dobije se sulfatna kiselina. Ovo je najčešći postupak za industrijsku ekstrakciju sulfatne kiseline, najčešće se koristi jer je pirit najpristupačnija sirovina pogodna za sintezu tvari opisane u ovom članku. Sumporna kiselina dobijena ovim postupkom koristi se u raznim oblastima industrije - kako u hemijskoj tako i u mnogim drugim, na primjer, u preradi nafte, preradi rude, itd. Njena upotreba je također često predviđena u tehnologiji proizvodnje mnogih sintetičkih vlakana .
