Χημικά στοιχεία. Χημικά στοιχεία Τύπος οξύ h2so4

Δομικός τύπος

Αληθινός, εμπειρικός ή ακαθάριστος τύπος: H2SO4

Χημική σύνθεση θειικού οξέος

Μοριακό βάρος: 98,076

Θειικό οξύΤο H 2 SO 4 είναι ένα ισχυρό διβασικό οξύ, που αντιστοιχεί στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης του θείου (+6). Υπό κανονικές συνθήκες, το συμπυκνωμένο θειικό οξύ είναι ένα βαρύ ελαιώδες υγρό, άχρωμο και άοσμο, με ξινή «χαλκώδη» γεύση. Στην τεχνολογία, το θειικό οξύ ονομάζεται τα μείγματά του τόσο με νερό όσο και με θειικό ανυδρίτη SO 3. Εάν η μοριακή αναλογία SO 3: H 2 O είναι μικρότερη από 1, τότε αυτό είναι ένα υδατικό διάλυμα θειικού οξέος, εάν είναι περισσότερο από 1 - ένα διάλυμα SO 3 σε θειικό οξύ (ελαίου).

Ονομα

Στους αιώνες XVIII-XIX, το θείο για την πυρίτιδα παρήχθη από πυρίτες θείου (πυρίτη) σε φυτά βιτριολίου. Το θειικό οξύ εκείνη την εποχή ονομαζόταν "έλαιο βιτριόλης" (κατά κανόνα ήταν κρυσταλλικό ένυδρο, που έμοιαζε με έλαιο σε συνοχή), η προέλευση του ονόματος των αλάτων του (ή μάλλον, κρυσταλλικών υδριτών) - βιτριόλη, είναι προφανώς από εδώ.

Λήψη θειικού οξέος

Βιομηχανική μέθοδος (επαφής).

Στη βιομηχανία, το θειικό οξύ παράγεται με την οξείδωση του διοξειδίου του θείου (θειώδες αέριο που παράγεται κατά την καύση θείου ή θειούχου πυρίτη) σε τριοξείδιο (θειικός ανυδρίτης), που ακολουθείται από την αλληλεπίδραση του SO 3 με το νερό. Το θειικό οξύ που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο ονομάζεται επίσης επαφή (συγκέντρωση 92-94%).

Μέθοδος νιτρώδους (πύργου).

Παλαιότερα το θειικό οξύ λαμβανόταν αποκλειστικά με τη νιτρώδους μέθοδο σε ειδικούς πύργους και το οξύ ονομαζόταν tower acid (συγκέντρωση 75%). Η ουσία αυτής της μεθόδου είναι η οξείδωση του διοξειδίου του θείου με διοξείδιο του αζώτου παρουσία νερού.

Ενας άλλος τρόπος

Σε εκείνες τις σπάνιες περιπτώσεις που το υδρόθειο (H 2 S) εκτοπίζει το θειικό (SO 4 -) από το άλας (με μέταλλα Cu, Ag, Pb, Hg), το θειικό οξύ είναι ένα παραπροϊόν. Τα σουλφίδια αυτών των μετάλλων έχουν την υψηλότερη αντοχή, καθώς και ένα χαρακτηριστικό μαύρο χρώμα.

Φυσικές και φυσικοχημικές ιδιότητες

Ένα πολύ ισχυρό οξύ, στους 18 o C pK a (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K z 1,2 10 -2); μήκη δεσμού στο μόριο S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, γωνία HOSOH 104°, OSO 119°; βράζει, σχηματίζοντας ένα αζεοτροπικό μείγμα (98,3% H 2 SO 4 και 1,7 % H 2 O με σημείο βρασμού 338,8 ° C). Το θειικό οξύ, που αντιστοιχεί σε 100% περιεκτικότητα σε H 2 SO 4, έχει σύνθεση (%): 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. Αναμειγνύεται με νερό και SO 3 σε όλες τις αναλογίες. Σε υδατικά διαλύματα, το θειικό οξύ διασπάται σχεδόν πλήρως σε H 3 O + , HSO 3 + , και 2HSO 4 - . Σχηματίζει υδρίτες H 2 SO 4 nH 2 O, όπου n = 1, 2, 3, 4 και 6,5.

Ελαιο

Τα διαλύματα του θειικού ανυδρίτη SO 3 σε θειικό οξύ ονομάζονται ελαιούχο, σχηματίζουν δύο ενώσεις H 2 SO 4 SO 3 και H 2 SO 4 2 SO 3. Το ελαιόλαδο περιέχει επίσης πυροθειικά οξέα. Το σημείο βρασμού των υδατικών διαλυμάτων θειικού οξέος αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσής του και φτάνει στο μέγιστο σε περιεκτικότητα 98,3% H 2 SO 4 . Το σημείο βρασμού του ελαίου μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε SO 3. Με την αύξηση της συγκέντρωσης των υδατικών διαλυμάτων θειικού οξέος, η συνολική τάση ατμών στα διαλύματα μειώνεται και σε περιεκτικότητα 98,3% H 2 SO 4 φτάνει στο ελάχιστο. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του SO 3 στο ελαιόλαδο, η συνολική τάση ατμών πάνω από αυτό αυξάνεται. Η τάση ατμών σε υδατικά διαλύματα θειικού οξέος και ελαίου μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση:

log p=A-B/T+2,126

οι τιμές των συντελεστών Α και Β εξαρτώνται από τη συγκέντρωση του θειικού οξέος. Ο ατμός πάνω από υδατικά διαλύματα θειικού οξέος αποτελείται από ένα μείγμα υδρατμών, H 2 SO 4 και SO 3, ενώ η σύνθεση του ατμού διαφέρει από τη σύνθεση του υγρού σε όλες τις συγκεντρώσεις θειικού οξέος, εκτός από το αντίστοιχο αζεοτροπικό μείγμα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η διάσταση αυξάνεται. Το ελαιόλαδο H 2 SO 4 ·SO 3 έχει το μέγιστο ιξώδες· με την αύξηση της θερμοκρασίας, το η μειώνεται. Η ηλεκτρική αντίσταση του θειικού οξέος είναι ελάχιστη σε συγκέντρωση SO 3 και 92% H 2 SO 4 και μέγιστη σε συγκέντρωση 84 και 99,8 % H 2 SO 4 . Για το ελαιόλαδο, το ελάχιστο ρ είναι σε συγκέντρωση 10% SO 3 . Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το ρ του θειικού οξέος αυξάνεται. Διηλεκτρική σταθερά 100% θειικού οξέος 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); κρυοσκοπική σταθερά 6,12, εβουλιοσκοπική σταθερά 5,33; ο συντελεστής διάχυσης των ατμών θειικού οξέος στον αέρα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. D = 1,67 10-5T3/2 cm2/s.

Χημικές ιδιότητες

Το θειικό οξύ σε συμπυκνωμένη μορφή όταν θερμαίνεται είναι ένας αρκετά ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Οξειδώνει το HI και μερικώς το HBr σε ελεύθερα αλογόνα. Οξειδώνει πολλά μέταλλα (εξαιρέσεις: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). Στην περίπτωση αυτή, το πυκνό θειικό οξύ ανάγεται σε SO2. Στο κρύο σε πυκνό θειικό οξύ, τα Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba παθητικοποιούνται και οι αντιδράσεις δεν προχωρούν. Με τους ισχυρότερους αναγωγικούς παράγοντες, το πυκνό θειικό οξύ ανάγεται σε S και H 2 S. Το πυκνό θειικό οξύ απορροφά τους υδρατμούς, επομένως χρησιμοποιείται για την ξήρανση αερίων, υγρών και στερεών, για παράδειγμα, σε ξηραντήρες. Ωστόσο, το συμπυκνωμένο H 2 SO 4 ανάγεται μερικώς από το υδρογόνο, γι' αυτό και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ξήρανση. Διασπώντας το νερό από οργανικές ενώσεις και αφήνοντας μαύρο άνθρακα (άνθρακες) ταυτόχρονα, συμπυκνωμένο θειικό οξύ οδηγεί στην ενανθράκωση του ξύλου, της ζάχαρης και άλλων ουσιών. Το αραιωμένο H 2 SO 4 αλληλεπιδρά με όλα τα μέταλλα που βρίσκονται στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων στα αριστερά του υδρογόνου με την απελευθέρωσή του. Οι οξειδωτικές ιδιότητες για το αραιό H 2 SO 4 δεν είναι χαρακτηριστικές. Το θειικό οξύ σχηματίζει δύο σειρές αλάτων: μέτρια - θειικά και όξινα - υδροθειικά, καθώς και εστέρες. Είναι γνωστά το υπεροξομονοθειικό (ή οξύ Caro) H 2 SO 5 και το υπεροξοδιθειικό H 2 S 2 O 8 οξέα. Το θειικό οξύ αντιδρά επίσης με βασικά οξείδια για να σχηματίσει θειικό άλας και νερό. Στις μεταλλουργικές μονάδες, χρησιμοποιείται διάλυμα θειικού οξέος για την αφαίρεση στρώματος οξειδίου μετάλλου από την επιφάνεια μεταλλικών προϊόντων που υποβάλλονται σε ισχυρή θέρμανση κατά τη διαδικασία κατασκευής. Έτσι, το οξείδιο του σιδήρου απομακρύνεται από την επιφάνεια του λαμαρίνας με τη δράση ενός θερμαινόμενου διαλύματος θειικού οξέος. Μια ποιοτική αντίδραση στο θειικό οξύ και τα διαλυτά άλατά του είναι η αλληλεπίδρασή τους με διαλυτά άλατα βαρίου, το οποίο σχηματίζει ένα λευκό ίζημα θειικού βαρίου, αδιάλυτο σε νερό και οξέα, για παράδειγμα.

Εφαρμογή

Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται:

• στην επεξεργασία μεταλλευμάτων, ιδιαίτερα στην εξόρυξη σπάνιων στοιχείων, όπως ουράνιο, ιρίδιο, ζιρκόνιο, όσμιο κ.λπ.
• στην παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων·
• ως ηλεκτρολύτης σε μπαταρίες μολύβδου.
• για τη λήψη διαφόρων ορυκτών οξέων και αλάτων.
• στην παραγωγή χημικών ινών, βαφών, καπνιστών και εκρηκτικών ουσιών·
• στις βιομηχανίες πετρελαίου, μεταλλουργίας, κλωστοϋφαντουργίας, δέρματος και άλλων.
• στη βιομηχανία τροφίμων - εγγεγραμμένο ως πρόσθετο τροφίμων E513 (γαλακτωματοποιητής).
• στη βιομηχανική οργανική σύνθεση σε αντιδράσεις:
• αφυδάτωση (λήψη διαιθυλαιθέρα, εστέρες).
• ενυδάτωση (αιθανόλη από αιθυλένιο).
• σουλφονίωση (συνθετικά απορρυπαντικά και ενδιάμεσα στην παραγωγή βαφών).
• αλκυλίωση (λήψη ισοοκτάνιου, πολυαιθυλενογλυκόλης, καπρολακτάμης) κ.λπ.
• Για την ανάκτηση ρητινών σε φίλτρα στην παραγωγή απεσταγμένου νερού.

Παγκόσμια παραγωγή θειικού οξέος περίπου. 160 εκατομμύρια τόνους ετησίως. Ο μεγαλύτερος καταναλωτής θειικού οξέος είναι η παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων. Για τα φωσφορικά λιπάσματα P 2 O 5, καταναλώνεται κατά μάζα 2,2-3,4 φορές περισσότερο θειικό οξύ και για (NH 4) 2 SO 4 θειικό οξύ το 75% της μάζας του καταναλωμένου (NH 4) 2 SO 4. Ως εκ τούτου, οι μονάδες θειικού οξέος τείνουν να χτίζονται σε συνδυασμό με εγκαταστάσεις για την παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων.

Ιστορικές πληροφορίες

Το θειικό οξύ είναι γνωστό από την αρχαιότητα, που εμφανίζεται στη φύση σε ελεύθερη μορφή, για παράδειγμα, με τη μορφή λιμνών κοντά σε ηφαίστεια. Ίσως η πρώτη αναφορά σε όξινα αέρια που λαμβάνονται από την ασβέστωση της στυπτηρίας ή του θειικού σιδήρου της «πράσινης πέτρας» βρίσκεται σε γραπτά που αποδίδονται στον Άραβα αλχημιστή Jabir ibn Hayyan. Τον 9ο αιώνα, ο Πέρσης αλχημιστής Ar-Razi, φρύνωντας ένα μείγμα θειικού σιδήρου και χαλκού (FeSO 4 7H 2 O και CuSO 4 5H 2 O), έλαβε επίσης ένα διάλυμα θειικού οξέος. Αυτή η μέθοδος τελειοποιήθηκε από τον Ευρωπαίο αλχημιστή Albert Magnus, ο οποίος έζησε τον 13ο αιώνα. Σχέδιο για την παραγωγή θειικού οξέος από θειικό σίδηρο - θερμική αποσύνθεση θειικού σιδήρου (II), ακολουθούμενη από ψύξη του μείγματος. Τα έργα του αλχημιστή Valentine (XIII αιώνας) περιγράφουν μια μέθοδο για την παραγωγή θειικού οξέος με την απορρόφηση αερίου (θειικός ανυδρίτης) που απελευθερώνεται από την καύση ενός μείγματος θείου και σκόνης άλατος με νερό. Στη συνέχεια, αυτή η μέθοδος αποτέλεσε τη βάση του λεγόμενου. μέθοδος «θαλάμου», που πραγματοποιείται σε μικρούς θαλάμους επενδεδυμένους με μόλυβδο, ο οποίος δεν διαλύεται σε θειικό οξύ. Στην ΕΣΣΔ, μια τέτοια μέθοδος υπήρχε μέχρι το 1955. Οι αλχημιστές του 15ου αιώνα γνώριζαν επίσης μια μέθοδο λήψης θειικού οξέος από πυρίτη - θεοπυρίτη, μια φθηνότερη και πιο κοινή πρώτη ύλη από το θείο. Το θειικό οξύ παρήχθη με αυτόν τον τρόπο για 300 χρόνια, σε μικρές ποσότητες σε γυάλινους αποστακτήρες. Στη συνέχεια, λόγω της ανάπτυξης της κατάλυσης, η μέθοδος αυτή αντικατέστησε τη μέθοδο θαλάμου για τη σύνθεση θειικού οξέος. Επί του παρόντος, το θειικό οξύ παράγεται με καταλυτική οξείδωση (σε V 2 O 5) του οξειδίου του θείου (IV) σε οξείδιο του θείου (VI) και με επακόλουθη διάλυση του οξειδίου του θείου (VI) σε θειικό οξύ 70% για να σχηματιστεί ελαίο. Στη Ρωσία, η παραγωγή θειικού οξέος οργανώθηκε για πρώτη φορά το 1805 κοντά στη Μόσχα στην περιοχή Zvenigorod. Το 1913, η Ρωσία κατέλαβε την 13η θέση στον κόσμο στην παραγωγή θειικού οξέος.

Επιπλέον πληροφορίες

Τα μικρότερα σταγονίδια θειικού οξέος μπορούν να σχηματιστούν στη μέση και ανώτερη ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της αντίδρασης υδρατμών και ηφαιστειακής τέφρας που περιέχει μεγάλες ποσότητες θείου. Το προκύπτον εναιώρημα, λόγω του υψηλού albedo των νεφών θειικού οξέος, καθιστά δύσκολο το ηλιακό φως να φτάσει στην επιφάνεια του πλανήτη. Ως εκ τούτου (και επίσης ως αποτέλεσμα ενός μεγάλου αριθμού μικροσκοπικών σωματιδίων ηφαιστειακής τέφρας στην ανώτερη ατμόσφαιρα, που δυσκολεύουν επίσης το ηλιακό φως να φτάσει στον πλανήτη), μπορεί να συμβούν σημαντικές κλιματικές αλλαγές μετά από ιδιαίτερα ισχυρές ηφαιστειακές εκρήξεις. Για παράδειγμα, ως αποτέλεσμα της έκρηξης του ηφαιστείου Ksudach (Χερσόνησος Kamchatka, 1907), μια αυξημένη συγκέντρωση σκόνης στην ατμόσφαιρα παρέμεινε για περίπου 2 χρόνια και παρατηρήθηκαν χαρακτηριστικά αργυρόχρωμα σύννεφα θειικού οξέος ακόμη και στο Παρίσι. Η έκρηξη του ηφαιστείου Pinatubo το 1991, η οποία έστειλε 3 10 7 τόνους θείου στην ατμόσφαιρα, οδήγησε στο γεγονός ότι το 1992 και το 1993 ήταν πολύ πιο κρύα από το 1991 και το 1994.

Πρότυπα

• Θειικό οξύ τεχνικό GOST 2184-77
• Μπαταρία θειικού οξέος. Προδιαγραφές GOST 667-73
• Θειικό οξύ ειδικής καθαρότητας. Προδιαγραφές GOST 1422-78
• Αντιδραστήρια. Θειικό οξύ. Προδιαγραφές GOST 4204-77

Φυσικές ιδιότητες του θειικού οξέος:
Βαρύ ελαιώδες υγρό ("βιτριόλη").
πυκνότητα 1,84 g/cm3; μη πτητικό, εξαιρετικά διαλυτό στο νερό - με ισχυρή θέρμανση. t°pl. = 10,3°C, bp \u003d 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 προσθέσετε οξύ στο νερό και όχι το αντίστροφο, καθώς όταν προστίθεται νερό σε οξύ, πιο ελαφρύ νερό θα βρίσκεται στην επιφάνεια του οξέος, όπου θα συγκεντρωθεί όλη η θερμότητα που απελευθερώνεται.

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)

Ο θρυμματισμένος καθαρός υγρός πυρίτης (θειούχος πυρίτης) χύνεται από πάνω στον κλίβανο για ψήσιμο σε " ρευστοποιημένη κλίνη". Από κάτω (αρχή αντιρροής) διέρχεται αέρας εμπλουτισμένος με οξυγόνο.
Από τον κλίβανο βγαίνει αέριο κλιβάνου, η σύσταση του οποίου είναι: SO 2, O 2, υδρατμοί (ο πυρίτης ήταν υγρός) και τα μικρότερα σωματίδια σκόνης (οξείδιο του σιδήρου). Το αέριο καθαρίζεται από ακαθαρσίες στερεών σωματιδίων (σε κυκλώνα και ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή) και υδρατμούς (σε πύργο ξήρανσης).
Στη 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 πορεία της άμεσης αντίδρασης - αυξημένη πίεση (επειδή η άμεση αντίδραση προχωρά με μείωση του συνολικού όγκου) και θερμοκρασία όχι μεγαλύτερη από 500 C (επειδή η αντίδραση είναι εξώθερμη).

Στον πύργο απορρόφησης, το οξείδιο του θείου (VI) απορροφάται από το πυκνό θειικό οξύ.
Η απορρόφηση νερού 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 αποφύγετε το σχηματισμό νέφους 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, ο δεσμός H - O σπάει εύκολα.

1) Το θειικό οξύ διασπάται σε υδατικό διάλυμα , σχηματίζοντας ένα ιόν υδρογόνου και ένα υπόλειμμα οξέος:
H 2 SO 4 \u003d H + + HSO 4 -;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Συνοπτική εξίσωση:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

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

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

4) Η αλληλεπίδραση του 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 για θειικό ιόν).

Ειδικές ιδιότητες συμπυκνωμένου H 2 SO 4:

1) συμπυκνωμένος θειικό οξύ είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας ; όταν αλληλεπιδρούν με μέταλλα (εκτός από Au, Pt) ανακτούν τα 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: Fe0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+

ενεργό μέταλλο

8 Al + 15 H 2 SO 4 (συμπ.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H 2 S
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 - αποκατάσταση

Μέταλλο ανενεργό

2Bi + 6H 2 SO 4 (συμπ.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO2
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, κατά κανόνα, στη μέγιστη κατάσταση οξείδωσης, το ίδιο μειώνεται 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 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d 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 οδηγεί στην παραγωγή αιθυλενίου:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.

Η απανθράκωση ζάχαρης, κυτταρίνης, 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 \u003d 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Έχει ιστορικό όνομα: έλαιο βιτριόλης. Η μελέτη του οξέος ξεκίνησε στην αρχαιότητα, περιγράφηκε στα γραπτά τους από τον Έλληνα γιατρό Διοσκουρίδη, τον Ρωμαίο φυσιοδίφη Πλίνιο τον Πρεσβύτερο, τους Ισλαμιστές αλχημιστές Geber, Razi και Ibn Sina και άλλους. Στους Σουμέριους υπήρχε ένας κατάλογος βιτριολίου, ο οποίος ταξινομήθηκε ανάλογα με το χρώμα της ουσίας. Σήμερα, η λέξη «βιτριόλη» συνδυάζει κρυσταλλικές ένυδρες ενώσεις δισθενών θειικών μετάλλων.

Τον 17ο αιώνα, ο Γερμανο-Ολλανδός χημικός Johann Glauber έλαβε θειικό οξύ καίγοντας θείο με (KNO3) παρουσία του.Το 1736, ο Joshua Ward (φαρμακοποιός από το Λονδίνο) χρησιμοποίησε αυτή τη μέθοδο στην παραγωγή. Αυτή η περίοδος μπορεί να θεωρηθεί ως σημείο εκκίνησης, όταν άρχισε να παράγεται θειικό οξύ σε μεγάλη κλίμακα. Ο τύπος του (H2SO4), όπως συνήθως πιστεύεται, καθιερώθηκε από τον Σουηδό χημικό Berzelius (1779-1848) λίγο αργότερα.

Ο Berzelius, χρησιμοποιώντας αλφαβητικούς χαρακτήρες (που δηλώνουν χημικά στοιχεία) και δείκτες (που υποδεικνύουν τον αριθμό των ατόμων ενός δεδομένου τύπου σε ένα μόριο), βρήκε ότι ένα μόριο περιέχει 1 άτομο θείου (S), 2 άτομα υδρογόνου (Η) και 4 άτομα οξυγόνου ( Ο). Από τότε έγινε γνωστή η ποιοτική και ποσοτική σύνθεση του μορίου, δηλαδή το θειικό οξύ έχει περιγραφεί στη γλώσσα της χημείας.

Εμφανίζοντας σε γραφική μορφή την αμοιβαία διάταξη των ατόμων σε ένα μόριο και τους χημικούς δεσμούς μεταξύ τους (συνήθως συμβολίζονται με γραμμές), πληροφορεί ότι στο κέντρο του μορίου υπάρχει ένα άτομο θείου, το οποίο συνδέεται με διπλούς δεσμούς με δύο οξυγόνο άτομα. Με τα άλλα δύο άτομα οξυγόνου, σε καθένα από τα οποία συνδέεται ένα άτομο υδρογόνου, το ίδιο άτομο θείου συνδέεται με απλούς δεσμούς.

Ιδιότητες

Το θειικό οξύ είναι ένα ελαφρώς κιτρινωπό ή άχρωμο, παχύρρευστο υγρό, διαλυτό στο νερό σε οποιαδήποτε συγκέντρωση. Είναι ισχυρό ορυκτό και είναι ιδιαίτερα επιθετικό προς τα μέταλλα (το συμπυκνωμένο δεν αλληλεπιδρά με τον σίδηρο χωρίς θέρμανση, αλλά τον παθητικοποιεί), τα πετρώματα, τους ζωικούς ιστούς ή άλλα υλικά. Χαρακτηρίζεται από υψηλή υγροσκοπικότητα και έντονες ιδιότητες ενός ισχυρού οξειδωτικού παράγοντα. Σε θερμοκρασία 10,4 °C, το οξύ στερεοποιείται. Όταν θερμαίνεται στους 300 °C, σχεδόν το 99% του οξέος χάνει θειικό ανυδρίτη (SO3).

Οι ιδιότητές του αλλάζουν ανάλογα με τη συγκέντρωση του υδατικού διαλύματός του. Υπάρχουν κοινές ονομασίες για διαλύματα οξέος. Το αραιωμένο οξύ θεωρείται έως 10%. Μπαταρία - από 29 έως 32%. Σε συγκέντρωση μικρότερη από 75% (όπως ορίζεται στο GOST 2184), ονομάζεται πύργος. Εάν η συγκέντρωση είναι 98%, τότε θα είναι ήδη συμπυκνωμένο θειικό οξύ. Ο τύπος (χημικός ή δομικός) παραμένει αμετάβλητος σε όλες τις περιπτώσεις.

Όταν ο πυκνός θειικός ανυδρίτης διαλύεται σε θειικό οξύ, σχηματίζεται ελαιώδες ή ατμίζον θειικό οξύ, ο τύπος του μπορεί να γραφεί ως εξής: H2S2O7. Το καθαρό οξύ (H2S2O7) είναι ένα στερεό με σημείο τήξης 36°C. Οι αντιδράσεις ενυδάτωσης θειικού οξέος χαρακτηρίζονται από την απελευθέρωση θερμότητας σε μεγάλες ποσότητες.

Ένα αραιό οξύ αντιδρά με μέταλλα, αντιδρώντας με τα οποία εμφανίζει τις ιδιότητες ενός ισχυρού οξειδωτικού παράγοντα. Στην περίπτωση αυτή, το θειικό οξύ ανάγεται, ο τύπος των σχηματιζόμενων ουσιών που περιέχουν ανηγμένο (έως +4, 0 ή -2) άτομο θείου μπορεί να είναι: SO2, S ή H2S.

Αντιδρά με αμέταλλα όπως άνθρακας ή θείο:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Αντιδρά με χλωριούχο νάτριο:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Χαρακτηρίζεται από την αντίδραση ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης ενός ατόμου υδρογόνου συνδεδεμένου με τον δακτύλιο βενζολίου μιας αρωματικής ένωσης από την ομάδα -SO3H.

Παραλαβή

Το 1831 κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας η μέθοδος επαφής για την απόκτηση H2SO4, η οποία είναι σήμερα η κύρια. Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος του θειικού οξέος παράγεται χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο. Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται είναι θειούχο μετάλλευμα (συχνότερα σιδηροπυρίτης FeS2), το οποίο ψήνεται σε ειδικούς κλιβάνους και σχηματίζεται αέριο ψησίματος. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία του αερίου είναι 900 ° C, ψύχεται με θειικό οξύ με συγκέντρωση 70%. Στη συνέχεια, το αέριο καθαρίζεται από τη σκόνη στον κυκλώνα και τον ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή, σε πύργους πλύσης με οξύ με συγκέντρωση 40 και 10% καταλυτικών δηλητηρίων (As2O5 και φθόριο) και σε υγρούς ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστές από όξινο αεροζόλ. Στη συνέχεια, το αέριο ψησίματος που περιέχει 9% διοξείδιο του θείου (SO2) ξηραίνεται και τροφοδοτείται στη συσκευή επαφής. Αφού περάσει από 3 στρώσεις καταλύτη βαναδίου, το SO2 οξειδώνεται σε SO3. Για τη διάλυση του σχηματισμένου θειικού ανυδρίτη, χρησιμοποιείται πυκνό θειικό οξύ. Ο τύπος για ένα διάλυμα θειικού ανυδρίτη (SO3) σε άνυδρο θειικό οξύ είναι H2S2O7. Με αυτή τη μορφή, το ελαιόλαδο σε χαλύβδινες δεξαμενές μεταφέρεται στον καταναλωτή, όπου αραιώνεται στην επιθυμητή συγκέντρωση.

Εφαρμογή

Λόγω των διαφορετικών χημικών ιδιοτήτων του, το H2SO4 έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Στην παραγωγή του ίδιου του οξέος, ως ηλεκτρολύτη σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος, για την κατασκευή διαφόρων καθαριστικών, είναι επίσης ένα σημαντικό αντιδραστήριο στη χημική βιομηχανία. Χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή: αλκοολών, πλαστικών, βαφών, καουτσούκ, αιθέρα, κόλλων, σαπουνιών και απορρυπαντικών, φαρμακευτικών προϊόντων, χαρτοπολτού και χαρτιού, πετρελαιοειδών.

Τα οξέα είναι χημικές ενώσεις που αποτελούνται από άτομα υδρογόνου και όξινα υπολείμματα, για παράδειγμα, SO4, SO3, PO4 κ.λπ. Είναι ανόργανες και οργανικές. Τα πρώτα περιλαμβάνουν υδροχλωρικό, φωσφορικό, σουλφίδιο, νιτρικό, θειικό οξύ. Στο δεύτερο - οξικό, παλμιτικό, μυρμηκικό, στεατικό κ.λπ.

Τι είναι το θειικό οξύ

Αυτό το οξύ αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα υπόλειμμα οξέος SO4. Έχει τον τύπο H2SO4.

Το θειικό οξύ, ή, όπως ονομάζεται επίσης, θειικό, αναφέρεται σε ανόργανα διβασικά οξέα που περιέχουν οξυγόνο. Αυτή η ουσία θεωρείται μια από τις πιο επιθετικές και χημικά ενεργές. Στις περισσότερες χημικές αντιδράσεις, δρα ως οξειδωτικός παράγοντας. Αυτό το οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συμπυκνωμένη ή αραιωμένη μορφή, σε αυτές τις δύο περιπτώσεις έχει ελαφρώς διαφορετικές χημικές ιδιότητες.

Φυσικές ιδιότητες

Το θειικό οξύ υπό κανονικές συνθήκες έχει υγρή κατάσταση, το σημείο βρασμού του είναι περίπου 279,6 βαθμοί Κελσίου, το σημείο πήξης όταν μετατρέπεται σε στερεούς κρυστάλλους είναι περίπου -10 βαθμούς για 100% και περίπου -20 για 95 τοις εκατό.

Το καθαρό 100% θειικό οξύ είναι μια άοσμη και άχρωμη ελαιώδης υγρή ουσία, η οποία έχει σχεδόν διπλάσια πυκνότητα νερού - 1840 kg / m3.

Χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος

Το θειικό οξύ αντιδρά με μέταλλα, τα οξείδια, τα υδροξείδια και τα άλατά τους. Αραιωμένο με νερό σε διάφορες αναλογίες, μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά, οπότε ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις ιδιότητες ενός συμπυκνωμένου και ασθενούς διαλύματος θειικού οξέος ξεχωριστά.

πυκνό διάλυμα θειικού οξέος

Συμπυκνωμένο διάλυμα θεωρείται ένα διάλυμα που περιέχει από 90 τοις εκατό θειικό οξύ. Ένα τέτοιο διάλυμα θειικού οξέος μπορεί να αντιδράσει ακόμη και με ανενεργά μέταλλα, καθώς και με αμέταλλα, υδροξείδια, οξείδια, άλατα. Οι ιδιότητες ενός τέτοιου διαλύματος θειικού οξέος είναι παρόμοιες με εκείνες του συμπυκνωμένου νιτρικού οξέος.

Αλληλεπίδραση με μέταλλα

Κατά τη χημική αντίδραση ενός συμπυκνωμένου διαλύματος θειικού οξέος με μέταλλα που βρίσκονται στα δεξιά του υδρογόνου στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων μετάλλων (δηλαδή με όχι την πιο ενεργή), σχηματίζονται οι ακόλουθες ουσίες: θειικό άλας του μετάλλου με το οποίο λαμβάνει χώρα αλληλεπίδραση, νερό και διοξείδιο του θείου. Τα μέταλλα, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με την οποία σχηματίζονται οι αναφερόμενες ουσίες, περιλαμβάνουν χαλκό (cuprum), υδράργυρο, βισμούθιο, άργυρο (argentum), πλατίνα και χρυσό (aurum).

Αλληλεπίδραση με ανενεργά μέταλλα

Με μέταλλα που βρίσκονται στα αριστερά του υδρογόνου στη σειρά τάσης, το συμπυκνωμένο θειικό οξύ συμπεριφέρεται λίγο διαφορετικά. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας χημικής αντίδρασης, σχηματίζονται οι ακόλουθες ουσίες: θειικό άλας ενός συγκεκριμένου μετάλλου, υδρόθειο ή καθαρό θείο και νερό. Τα μέταλλα με τα οποία λαμβάνει χώρα μια τέτοια αντίδραση περιλαμβάνουν επίσης σίδηρο (φερούμιο), μαγνήσιο, μαγγάνιο, βηρύλλιο, λίθιο, βάριο, ασβέστιο και όλα τα άλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσεων στα αριστερά του υδρογόνου, εκτός από το αλουμίνιο, το χρώμιο, νικέλιο και τιτάνιο - μαζί τους το συμπυκνωμένο θειικό οξύ δεν αντιδρά.

Αλληλεπίδραση με αμέταλλα

Αυτή η ουσία είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, επομένως είναι σε θέση να συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής με αμέταλλα, όπως, για παράδειγμα, άνθρακα (άνθρακας) και θείο. Ως αποτέλεσμα τέτοιων αντιδράσεων, απελευθερώνεται αναγκαστικά νερό. Όταν αυτή η ουσία προστίθεται στον άνθρακα, απελευθερώνεται επίσης διοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του θείου. Και αν προσθέσετε οξύ στο θείο, παίρνετε μόνο διοξείδιο του θείου και νερό. Σε μια τέτοια χημική αντίδραση, το θειικό οξύ παίζει το ρόλο ενός οξειδωτικού παράγοντα.

Αλληλεπίδραση με οργανικές ουσίες

Η ενανθράκωση διακρίνεται μεταξύ των αντιδράσεων του θειικού οξέος με οργανικές ουσίες. Μια τέτοια διαδικασία συμβαίνει όταν μια δεδομένη ουσία συγκρούεται με χαρτί, ζάχαρη, ίνες, ξύλο κ.λπ. Σε αυτή την περίπτωση, ο άνθρακας απελευθερώνεται σε κάθε περίπτωση. Ο άνθρακας που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μπορεί να αλληλεπιδράσει εν μέρει με το θειικό οξύ σε περίσσεια. Η φωτογραφία δείχνει την αντίδραση της ζάχαρης με ένα διάλυμα θειικού οξέος μέσης συγκέντρωσης.

Αντιδράσεις με άλατα

Επίσης, ένα συμπυκνωμένο διάλυμα H2SO4 αντιδρά με ξηρά άλατα. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνει μια τυπική αντίδραση ανταλλαγής, στην οποία σχηματίζεται θειικό μέταλλο, το οποίο υπήρχε στη δομή του άλατος, και ένα οξύ με ένα υπόλειμμα που ήταν στη σύνθεση του άλατος. Ωστόσο, το πυκνό θειικό οξύ δεν αντιδρά με διαλύματα αλάτων.

Αλληλεπίδραση με άλλες ουσίες

Επίσης, αυτή η ουσία μπορεί να αντιδράσει με οξείδια μετάλλων και τα υδροξείδια τους, σε αυτές τις περιπτώσεις συμβαίνουν αντιδράσεις ανταλλαγής, στην πρώτη απελευθερώνεται θειικό μέταλλο και νερό, στη δεύτερη - το ίδιο.

Χημικές ιδιότητες ασθενούς διαλύματος θειικού οξέος

Το αραιό θειικό οξύ αντιδρά με πολλές ουσίες και έχει τις ίδιες ιδιότητες με όλα τα οξέα. Σε αντίθεση με το συμπυκνωμένο, αλληλεπιδρά μόνο με ενεργά μέταλλα, δηλαδή με αυτά που βρίσκονται στα αριστερά του υδρογόνου σε μια σειρά τάσεων. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνει η ίδια αντίδραση υποκατάστασης, όπως στην περίπτωση οποιουδήποτε οξέος. Αυτό απελευθερώνει υδρογόνο. Επίσης, ένα τέτοιο διάλυμα οξέος αλληλεπιδρά με διαλύματα αλάτων, ως αποτέλεσμα της οποίας λαμβάνει χώρα μια αντίδραση ανταλλαγής, που ήδη συζητήθηκε παραπάνω, με οξείδια -όπως τα συμπυκνωμένα, με υδροξείδια - επίσης το ίδιο. Εκτός από τα συνηθισμένα θειικά, υπάρχουν και υδροθειικά, τα οποία είναι το προϊόν της αλληλεπίδρασης υδροξειδίου και θειικού οξέος.

Πώς να μάθετε εάν ένα διάλυμα περιέχει θειικό οξύ ή θειικά άλατα

Για να προσδιορίσετε εάν αυτές οι ουσίες υπάρχουν σε ένα διάλυμα, χρησιμοποιείται μια ειδική ποιοτική αντίδραση για θειικά ιόντα, η οποία σας επιτρέπει να το μάθετε. Συνίσταται στην προσθήκη βαρίου ή των ενώσεων του στο διάλυμα. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να σχηματιστεί ένα λευκό ίζημα (θειικό βάριο), που υποδηλώνει την παρουσία θειικών αλάτων ή θειικού οξέος.

Πώς παράγεται το θειικό οξύ;

Η πιο κοινή μέθοδος βιομηχανικής παραγωγής αυτής της ουσίας είναι η εξαγωγή της από σιδηροπυρίτη. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε τρία στάδια, καθένα από τα οποία συμβαίνει μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση. Ας τα εξετάσουμε. Αρχικά, προστίθεται οξυγόνο στον πυρίτη, με αποτέλεσμα το σχηματισμό οξειδίου του σιδήρου και διοξειδίου του θείου, το οποίο χρησιμοποιείται για περαιτέρω αντιδράσεις. Αυτή η αλληλεπίδραση συμβαίνει σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό ακολουθείται από ένα βήμα στο οποίο, με την προσθήκη οξυγόνου παρουσία ενός καταλύτη, ο οποίος είναι οξείδιο του βαναδίου, λαμβάνεται τριοξείδιο του θείου. Τώρα, στο τελευταίο στάδιο, προστίθεται νερό στην προκύπτουσα ουσία και λαμβάνεται θειικό οξύ. Αυτή είναι η πιο κοινή διαδικασία για τη βιομηχανική εκχύλιση θειικού οξέος, χρησιμοποιείται συχνότερα επειδή ο πυρίτης είναι η πιο προσιτή πρώτη ύλη κατάλληλη για τη σύνθεση της ουσίας που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο. Το θειικό οξύ που λαμβάνεται με μια τέτοια διαδικασία χρησιμοποιείται σε διάφορες βιομηχανίες - τόσο στη χημική βιομηχανία όσο και σε πολλές άλλες, για παράδειγμα, στη διύλιση λαδιού, στην επεξεργασία μεταλλευμάτων κ.λπ. Χρησιμοποιείται επίσης συχνά στην τεχνολογία κατασκευής πολλών συνθετικών ινών.