Θειικό οξύ_9879. Δομή του μορίου H2so4 περιγραφή

Φυσικές ιδιότητες του θειικού οξέος:
Βαρύ ελαιώδες υγρό («έλαιο βιτριολίου»).
πυκνότητα 1,84 g/cm3; μη πτητικό, εξαιρετικά διαλυτό στο νερό - με ισχυρή θέρμανση. t°pl. = 10,3°C, t° βρασμό. = 296°C, πολύ υγροσκοπικό, έχει ιδιότητες αφαίρεσης νερού (απανθράκωση χαρτιού, ξύλου, ζάχαρης).

Η θερμότητα της ενυδάτωσης είναι τόσο μεγάλη που το μείγμα μπορεί να βράσει, να πιτσιλίσει και να προκαλέσει εγκαύματα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να προστεθεί οξύ στο νερό και όχι το αντίστροφο, καθώς όταν προστίθεται νερό σε οξύ, το πιο ελαφρύ νερό θα καταλήξει στην επιφάνεια του οξέος, όπου θα συγκεντρωθεί όλη η θερμότητα που παράγεται.

Βιομηχανική παραγωγή θειικού οξέος (μέθοδος επαφής):

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 (ελαίου)

Θρυμματισμένος, καθαρισμένος, υγρός πυρίτης (θειούχος πυρίτης) χύνεται στον κλίβανο από πάνω για ψήσιμο». ρευστοποιημένη κλίνη". Αέρας εμπλουτισμένος με οξυγόνο διέρχεται από κάτω (αρχή αντιρροής).
Από τον κλίβανο βγαίνει αέριο κλιβάνου, η σύνθεση του οποίου είναι: SO 2, O 2, υδρατμοί (ο πυρίτης ήταν υγρός) και μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης (οξείδιο του σιδήρου). Το αέριο καθαρίζεται από ακαθαρσίες στερεών σωματιδίων (σε κυκλώνα και ηλεκτρικό κατακρημνιστή) και υδρατμούς (σε πύργο ξήρανσης).
Σε μια συσκευή επαφής, το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη V 2 O 5 (πεντοξείδιο του βαναδίου) για να αυξηθεί ο ρυθμός αντίδρασης. Η διαδικασία οξείδωσης ενός οξειδίου σε άλλο είναι αναστρέψιμη. Επομένως, επιλέγονται οι βέλτιστες συνθήκες για την άμεση αντίδραση - αυξημένη πίεση (καθώς η άμεση αντίδραση συμβαίνει με μείωση του συνολικού όγκου) και θερμοκρασία όχι μεγαλύτερη από 500 C (καθώς η αντίδραση είναι εξώθερμη).

Στον πύργο απορρόφησης, το οξείδιο του θείου (VI) απορροφάται από το πυκνό θειικό οξύ.
Η απορρόφηση από το νερό δεν χρησιμοποιείται, επειδή το οξείδιο του θείου διαλύεται στο νερό με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας, οπότε το θειικό οξύ που προκύπτει βράζει και μετατρέπεται σε ατμό. Για να αποτρέψετε το σχηματισμό ομίχλης θειικού οξέος, χρησιμοποιήστε 98% πυκνό θειικό οξύ. Το οξείδιο του θείου διαλύεται πολύ καλά σε ένα τέτοιο οξύ, σχηματίζοντας ελαιόλαδο: H 2 SO 4 nSO 3

Χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος:

Το H 2 SO 4 είναι ένα ισχυρό διβασικό οξύ, ένα από τα ισχυρότερα ορυκτά οξέα· λόγω της υψηλής πολικότητας του, ο δεσμός H – O σπάει εύκολα.

1) Το θειικό οξύ διασπάται σε υδατικό διάλυμα , σχηματίζοντας ένα ιόν υδρογόνου και ένα όξινο υπόλειμμα:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
Συνοπτική εξίσωση:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .

2) Αλληλεπίδραση θειικού οξέος με μέταλλα:
Το αραιό θειικό οξύ διαλύει μόνο μέταλλα στη σειρά τάσης στα αριστερά του υδρογόνου:
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (αραιωμένο) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Αντίδραση θειικού οξέοςμε βασικά οξείδια:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Αντίδραση θειικού οξέος μευδροξείδια:
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) Αντιδράσεις ανταλλαγής με άλατα:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ο σχηματισμός λευκού ιζήματος BaSO 4 (αδιάλυτο σε οξέα) χρησιμοποιείται για την ανίχνευση θειικού οξέος και διαλυτών θειικών αλάτων (ποιοτική αντίδραση σε θειικό ιόν).

Ειδικές ιδιότητες συμπυκνωμένου H 2 SO 4:

1) Συμπυκνωμένος θειικό οξύ είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας ; όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα (εκτός Au, Pt), μειώνεται σε S +4 O 2, S 0 ή H 2 S -2 ανάλογα με τη δραστηριότητα του μετάλλου. Χωρίς θέρμανση, δεν αντιδρά με Fe, Al, Cr - παθητικοποίηση. Όταν αλληλεπιδρούν με μέταλλα με μεταβλητό σθένος, τα τελευταία οξειδώνονται σε υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης παρά στην περίπτωση διαλύματος αραιού οξέος: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+

Ενεργό μέταλλο

8 Al + 15 H 2 SO 4 (συμπ.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 μι— → 2Al 3+ — οξείδωση
3│ S 6+ + 8e → S 2– ανάκτηση

4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Μέταλλο μέτριας δραστικότητας

2Cr + 4 H 2 SO 4 (συμπ.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + μικρό
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - οξείδωση
1│ S 6+ + 6e → S 0 – ανάκτηση

Μέταλλο χαμηλής ενεργότητας

2Bi + 6H 2 SO 4 (συμπ.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 ΛΟΙΠΟΝ 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – οξείδωση
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - ανάκτηση

2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

2) Το πυκνό θειικό οξύ οξειδώνει ορισμένα αμέταλλα, συνήθως στη μέγιστη κατάσταση οξείδωσης, και το ίδιο ανάγεται σεS+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (συμπ.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (συμπ.) → 3SO 2 + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (συμπ.) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Οξείδωση σύνθετων ουσιών:
Το θειικό οξύ οξειδώνει τα HI και HBr σε ελεύθερα αλογόνα:
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
Το πυκνό θειικό οξύ δεν μπορεί να οξειδώσει τα ιόντα χλωρίου σε ελεύθερο χλώριο, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη HCl με την αντίδραση ανταλλαγής:
NaCl + H 2 SO 4 (συμπ.) = NaHSO 4 + HCl

Το θειικό οξύ αφαιρεί το χημικά δεσμευμένο νερό από οργανικές ενώσεις που περιέχουν υδροξυλομάδες. Η αφυδάτωση της αιθυλικής αλκοόλης παρουσία πυκνού θειικού οξέος παράγει αιθυλένιο:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Η απανθράκωση της ζάχαρης, της κυτταρίνης, του αμύλου και άλλων υδατανθράκων κατά την επαφή με το θειικό οξύ εξηγείται επίσης από την αφυδάτωση τους:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Το μη αραιωμένο θειικό οξύ είναι μια ομοιοπολική ένωση.

Στο μόριο, το θειικό οξύ περιβάλλεται τετραεδρικά από τέσσερα άτομα οξυγόνου, δύο από τα οποία αποτελούν μέρος των ομάδων υδροξυλίου. Οι δεσμοί S–O είναι διπλοί και οι δεσμοί S–OH είναι απλοί.

Οι άχρωμοι κρύσταλλοι που μοιάζουν με πάγο έχουν μια στρωματοποιημένη δομή: κάθε μόριο H 2 SO 4 συνδέεται με τέσσερις γειτονικούς ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου, σχηματίζοντας ένα ενιαίο χωρικό πλαίσιο.

Η δομή του υγρού θειικού οξέος είναι παρόμοια με τη δομή του στερεού, μόνο η ακεραιότητα του χωρικού πλαισίου έχει σπάσει.

Φυσικές ιδιότητες του θειικού οξέος

Υπό κανονικές συνθήκες, το θειικό οξύ είναι ένα βαρύ, λιπαρό υγρό χωρίς χρώμα ή οσμή. Στην τεχνολογία, το θειικό οξύ είναι ένα μείγμα νερού και θειικού ανυδρίτη. Εάν η μοριακή αναλογία SO 3: H 2 O είναι μικρότερη από 1, τότε πρόκειται για υδατικό διάλυμα θειικού οξέος· εάν είναι μεγαλύτερη από 1, είναι διάλυμα SO 3 σε θειικό οξύ.

100% H2SO4 κρυσταλλώνεται στους 10,45°C. Τ kip = 296,2 °C; πυκνότητα 1,98 g/cm3. Το H 2 SO 4 αναμιγνύεται με το H 2 O και το SO 3 σε οποιαδήποτε αναλογία για να σχηματίσει ένυδρα· η θερμότητα της ενυδάτωσης είναι τόσο υψηλή που το μείγμα μπορεί να βράσει, να πιτσιλίσει και να προκαλέσει εγκαύματα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να προστεθεί οξύ στο νερό και όχι το αντίστροφο, καθώς όταν προστίθεται νερό σε οξύ, το πιο ελαφρύ νερό θα καταλήξει στην επιφάνεια του οξέος, όπου θα συγκεντρωθεί όλη η θερμότητα που παράγεται.

Όταν θερμαίνονται και βράζονται υδατικά διαλύματα θειικού οξέος που περιέχουν έως και 70% H 2 SO 4, μόνο υδρατμοί απελευθερώνονται στη φάση ατμού. Ο ατμός θειικού οξέος εμφανίζεται επίσης πάνω από πιο συμπυκνωμένα διαλύματα.

Όσον αφορά τα δομικά χαρακτηριστικά και τις ανωμαλίες, το υγρό θειικό οξύ είναι παρόμοιο με το νερό. Υπάρχει το ίδιο σύστημα δεσμών υδρογόνου, σχεδόν το ίδιο χωρικό πλαίσιο.

Χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος

Το θειικό οξύ είναι ένα από τα ισχυρότερα ορυκτά οξέα· λόγω της υψηλής πολικότητας του, ο δεσμός H–O σπάει εύκολα.

Το θειικό οξύ διασπάται σε υδατικό διάλυμα , σχηματίζοντας ένα ιόν υδρογόνου και ένα όξινο υπόλειμμα:

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;

HSO 4 - = H + + SO 4 2- .

Συνοπτική εξίσωση:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .

Δείχνει ιδιότητες οξέων , αντιδρά με μέταλλα, οξείδια μετάλλων, βάσεις και άλατα.

Το αραιό θειικό οξύ δεν παρουσιάζει οξειδωτικές ιδιότητες· όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα, απελευθερώνεται υδρογόνο και ένα άλας που περιέχει το μέταλλο στη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης. Στο κρύο, το οξύ είναι αδρανές προς μέταλλα όπως ο σίδηρος, το αλουμίνιο, ακόμη και το βάριο.

Το συμπυκνωμένο οξύ έχει οξειδωτικές ιδιότητες. Πιθανά προϊόντα της αλληλεπίδρασης απλών ουσιών με πυκνό θειικό οξύ δίνονται στον πίνακα. Δείχνεται η εξάρτηση του προϊόντος αναγωγής από τη συγκέντρωση οξέος και τον βαθμό δραστικότητας του μετάλλου: όσο πιο ενεργό είναι το μέταλλο, τόσο πιο βαθιά μειώνει το θειικό ιόν του θειικού οξέος.

Αλληλεπίδραση με οξείδια:

CaO + H 2 SO 4 = CaSO 4 = H 2 O.

Αλληλεπίδραση με βάσεις:

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

Αλληλεπίδραση με άλατα:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Οξειδωτικές ιδιότητες

Το θειικό οξύ οξειδώνει τα HI και HBr σε ελεύθερα αλογόνα:

H 2 SO 4 + 2HI = I 2 + 2H 2 O + SO 2.

Το θειικό οξύ αφαιρεί το χημικά δεσμευμένο νερό από οργανικές ενώσεις που περιέχουν υδροξυλομάδες. Η αφυδάτωση της αιθυλικής αλκοόλης παρουσία πυκνού θειικού οξέος παράγει αιθυλένιο:

C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Η απανθράκωση της ζάχαρης, της κυτταρίνης, του αμύλου και άλλων υδατανθράκων κατά την επαφή με το θειικό οξύ εξηγείται επίσης από την αφυδάτωση τους:

C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Οποιοδήποτε οξύ είναι μια σύνθετη ουσία της οποίας το μόριο περιέχει ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου και ένα υπόλειμμα οξέος.

Ο τύπος του θειικού οξέος είναι H2SO4. Κατά συνέπεια, το μόριο θειικού οξέος περιέχει δύο άτομα υδρογόνου και το όξινο υπόλειμμα SO4.

Το θειικό οξύ σχηματίζεται όταν το οξείδιο του θείου αντιδρά με το νερό

SO3+H2O -> H2SO4

Το καθαρό 100% θειικό οξύ (μονοένυδρο) είναι ένα βαρύ υγρό, παχύρρευστο σαν λάδι, άχρωμο και άοσμο, με όξινη γεύση «χαλκού». Ήδη σε θερμοκρασία +10 ° C σκληραίνει και μετατρέπεται σε κρυσταλλική μάζα.

Το πυκνό θειικό οξύ περιέχει περίπου 95% H2SO4. Και σκληραίνει σε θερμοκρασίες κάτω των -20°C.

Αλληλεπίδραση με το νερό

Το θειικό οξύ διαλύεται καλά στο νερό, ανακατεύοντας με αυτό σε οποιαδήποτε αναλογία. Αυτό απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας.

Το θειικό οξύ μπορεί να απορροφήσει υδρατμούς από τον αέρα. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την ξήρανση αερίων. Τα αέρια ξηραίνονται περνώντας τα από ειδικά δοχεία με θειικό οξύ. Φυσικά, αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για εκείνα τα αέρια που δεν αντιδρούν με αυτήν.

Είναι γνωστό ότι όταν το θειικό οξύ έρχεται σε επαφή με πολλές οργανικές ουσίες, ιδιαίτερα με υδατάνθρακες, οι ουσίες αυτές απανθρακώνονται. Το γεγονός είναι ότι οι υδατάνθρακες, όπως και το νερό, περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο. Το θειικό οξύ αφαιρεί αυτά τα στοιχεία από αυτά. Αυτό που μένει είναι κάρβουνο.

Σε ένα υδατικό διάλυμα H2SO4, οι δείκτες λυχνία και πορτοκαλί μεθυλίου γίνονται κόκκινοι, γεγονός που δείχνει ότι το διάλυμα αυτό έχει ξινή γεύση.

Αλληλεπίδραση με μέταλλα

Όπως κάθε άλλο οξύ, το θειικό οξύ είναι ικανό να αντικαταστήσει τα άτομα υδρογόνου με άτομα μετάλλου στο μόριό του. Αλληλεπιδρά με όλα σχεδόν τα μέταλλα.

Αραιωμένο θειικό οξύαντιδρά με μέταλλα σαν ένα συνηθισμένο οξύ. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζεται ένα άλας με όξινο υπόλειμμα SO4 και υδρογόνο.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

ΕΝΑ συμπυκνωμένο θειικό οξύείναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Οξειδώνει όλα τα μέταλλα, ανεξάρτητα από τη θέση τους στη σειρά τάσης. Και όταν αντιδρά με μέταλλα, το ίδιο ανάγεται σε SO2. Δεν απελευθερώνεται υδρογόνο.

Сu + 2 H2SO4 (συμπ.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (συμπ.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Αλλά τα μέταλλα της ομάδας χρυσού, σιδήρου, αλουμινίου και πλατίνας δεν οξειδώνονται στο θειικό οξύ. Επομένως, το θειικό οξύ μεταφέρεται σε χαλύβδινες δεξαμενές.

Τα άλατα θειικού οξέος που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα τέτοιων αντιδράσεων ονομάζονται θειικά. Είναι άχρωμα και κρυσταλλώνονται εύκολα. Μερικά από αυτά είναι πολύ διαλυτά στο νερό. Μόνο το CaSO4 και το PbSO4 είναι ελαφρώς διαλυτά. Το BaSO4 είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό.

Αλληλεπίδραση με βάσεις

Η αντίδραση μεταξύ οξέων και βάσεων ονομάζεται αντίδραση εξουδετέρωσης. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης εξουδετέρωσης του θειικού οξέος, σχηματίζεται ένα άλας που περιέχει το υπόλειμμα οξέος SO4 και νερό H2O.

Παραδείγματα αντιδράσεων εξουδετέρωσης θειικού οξέος:

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Το θειικό οξύ αντιδρά με εξουδετέρωση τόσο με διαλυτές όσο και με αδιάλυτες βάσεις.

Δεδομένου ότι το μόριο θειικού οξέος έχει δύο άτομα υδρογόνου και απαιτούνται δύο βάσεις για την εξουδετέρωση του, ταξινομείται ως διβασικό οξύ.

Αλληλεπίδραση με βασικά οξείδια

Από το μάθημα της σχολικής χημείας γνωρίζουμε ότι τα οξείδια είναι σύνθετες ουσίες που περιέχουν δύο χημικά στοιχεία, ένα εκ των οποίων είναι το οξυγόνο σε κατάσταση οξείδωσης -2. Τα βασικά οξείδια ονομάζονται οξείδια μετάλλων 1, 2 και περίπου 3 σθένους. Παραδείγματα βασικών οξειδίων: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.

Το θειικό οξύ αντιδρά με βασικά οξείδια σε μια αντίδραση εξουδετέρωσης. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, όπως και στην αντίδραση με βάσεις, σχηματίζεται αλάτι και νερό. Το αλάτι περιέχει το όξινο υπόλειμμα SO4.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Αλληλεπίδραση με άλατα

Το θειικό οξύ αντιδρά με άλατα ασθενέστερων ή πτητικών οξέων, εκτοπίζοντας αυτά τα οξέα από αυτά. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται ένα άλας με ένα όξινο υπόλειμμα SO4 και ένα οξύ

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Εφαρμογή θειικού οξέος και των ενώσεων του

Ο χυλός βαρίου BaSO4 είναι ικανός να μπλοκάρει τις ακτίνες Χ. Γεμίζοντας με αυτό τα κούφια όργανα του ανθρώπινου σώματος, οι ακτινολόγοι τα εξετάζουν.

Στην ιατρική και τις κατασκευές, ο φυσικός γύψος CaSO4 * 2H2O και ο κρυσταλλικός ένυδρος θειικός ασβέστιος χρησιμοποιούνται ευρέως. Το αλάτι Glauber Na2SO4 * 10H2O χρησιμοποιείται στην ιατρική και την κτηνιατρική, στη χημική βιομηχανία - για την παραγωγή σόδας και γυαλιού. Ο θειικός χαλκός CuSO4 * 5H2O είναι γνωστός στους κηπουρούς και τους γεωπόνους, οι οποίοι το χρησιμοποιούν για την καταπολέμηση των παρασίτων και των φυτικών ασθενειών.

Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες: χημική, μεταλλουργία, λάδι, κλωστοϋφαντουργία, δέρμα και άλλες.