Struktuurivalem
Tõene, empiiriline või brutovalem: H2SO4
Väävelhappe keemiline koostis
Molekulmass: 98,076
Väävelhape H 2 SO 4 on tugev kahealuseline hape, mis vastab väävli kõrgeimale oksüdatsiooniastmele (+6). Normaaltingimustes on kontsentreeritud väävelhape raske, õline vedelik, värvitu ja lõhnatu, hapu "vase" maitsega. Tehnoloogias nimetatakse väävelhapet selle seguks nii vee kui ka väävelhappe anhüdriidiga SO 3. Kui SO 3:H 2 O molaarsuhe on väiksem kui 1, siis on tegemist väävelhappe vesilahusega, kui üle 1, siis SO 3 lahusega väävelhappes (oleumis).
Nimi
18.-19. sajandil toodeti vitrioolitehastes väävelpüriidist (püriidist) püssirohu väävlit. Väävelhapet kutsuti sel ajal "vitriooliõliks" (reeglina oli see kristalne hüdraat, konsistentsiga, mis meenutas õli), ilmselt sellest ka selle soolade (või õigemini kristalsete hüdraatide) nimetus - vitriool. .
Väävelhappe valmistamine
Tööstuslik (kontakt)meetod
Tööstuses toodetakse väävelhapet vääveldioksiidi (väävli või väävelpüriitide põlemisel tekkiva vääveldioksiidi) oksüdeerimisel trioksiidiks (väävelanhüdriidiks), millele järgneb SO 3 reaktsioon veega. Selle meetodiga saadud väävelhapet nimetatakse ka kontakthappeks (kontsentratsioon 92-94%).
Nitroosi (torni) meetod
Varem toodeti väävelhapet eranditult lämmastikmeetodil spetsiaalsetes tornides ja hapet nimetati tornihappeks (kontsentratsioon 75%). Selle meetodi põhiolemus on vääveldioksiidi oksüdeerimine lämmastikdioksiidiga vee juuresolekul.
Teine tee
Nendel harvadel juhtudel, kui vesiniksulfiid (H 2 S) tõrjub soolast välja sulfaadi (SO 4 -) (koos metallidega Cu, Ag, Pb, Hg), on kõrvalsaaduseks väävelhape. Nende metallide sulfiididel on suurim tugevus ja iseloomulik must värv.
Füüsikalised ja füüsikalis-keemilised omadused
Väga tugev hape, 18 o C juures pK a (1) = -2,8, pKa (2) = 1,92 (K z 1,2 10 -2); sideme pikkused molekulis S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH nurk 104°, OSO 119°; keeb, moodustades aseotroopse segu (98,3% H 2 SO 4 ja 1,7% H 2 O keemistemperatuuriga 338,8 o C). 100% H 2 SO 4 sisaldusele vastav väävelhape on koostisega (%): 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. Seguneb kõigis vahekordades vee ja SO 3 -ga. Vesilahustes dissotsieerub väävelhape peaaegu täielikult H 3 O +, HSO 3 + ja 2HSO 4 -. Moodustab hüdraate H 2 SO 4 · nH 2 O, kus n = 1, 2, 3, 4 ja 6,5.
Oleum
Väävelhappe anhüdriidi SO 3 lahuseid väävelhappes nimetatakse oleumiks, need moodustavad kaks ühendit H 2 SO 4 · SO 3 ja H 2 SO 4 · 2SO 3. Oleum sisaldab ka püroväävelhappeid. Väävelhappe vesilahuste keemistemperatuur tõuseb selle kontsentratsiooni suurenedes ja saavutab maksimumi 98,3% H 2 SO 4 sisaldusega. Ooleumi keemistemperatuur langeb SO3 sisalduse suurenemisega. Väävelhappe vesilahuste kontsentratsiooni suurenedes langeb auru üldrõhk lahuste kohal ja jõuab miinimumini 98,3% H 2 SO 4 sisalduse juures. Kui SO 3 kontsentratsioon oleumis suureneb, suureneb kogu aururõhk selle kohal. Väävelhappe ja oleumi vesilahuste aururõhu saab arvutada järgmise võrrandi abil:
log p=A-B/T+2,126
koefitsientide A ja B väärtused sõltuvad väävelhappe kontsentratsioonist. Väävelhappe vesilahuste kohal olev aur koosneb veeauru, H 2 SO 4 ja SO 3 segust ning auru koostis erineb vedeliku koostisest kõigil väävelhappe kontsentratsioonidel, välja arvatud vastav aseotroopne segu. Temperatuuri tõustes dissotsiatsioon suureneb. Oleum H2SO4·SO3 on maksimaalse viskoossusega, temperatuuri tõustes η väheneb. Väävelhappe elektritakistus on minimaalne SO 3 ja 92% H 2 SO 4 kontsentratsioonil ning maksimaalne kontsentratsioonil 84 ja 99,8% H 2 SO 4. Oleumi puhul on minimaalne ρ kontsentratsioonil 10% SO 3. Temperatuuri tõustes suureneb väävelhappe ρ. 100% väävelhappe dielektriline konstant 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krüoskoopiline konstant 6,12, ebullioskoopiline konstant 5,33; väävelhappe aurude difusioonikoefitsient õhus varieerub sõltuvalt temperatuurist; D = 1,67·10-⁻⁵T3/2 cm²/s.
Keemilised omadused
Väävelhape kontsentreeritud kujul on kuumutamisel üsna tugev oksüdeerija. Oksüdeerib HI ja osaliselt HBr vabadeks halogeenideks. Oksüdeerib paljusid metalle (erandid: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). Sel juhul redutseeritakse kontsentreeritud väävelhape SO2-ks. Külmas kontsentreeritud väävelhappes passiveeritakse Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba ja reaktsioone ei toimu. Kõige võimsamad redutseerivad ained redutseerivad kontsentreeritud väävelhappe S-ks ja H 2 S-ks. Kontsentreeritud väävelhape neelab veeauru, mistõttu kasutatakse seda gaaside, vedelike ja tahkete ainete kuivatamiseks näiteks eksikaatorites. Kontsentreeritud H 2 SO 4 aga taandub osaliselt vesiniku toimel, mistõttu ei saa seda kasutada kuivatamiseks. Lõhestades vett orgaanilistest ühenditest ja jättes maha musta süsiniku (süsi), põhjustab kontsentreeritud väävelhape puidu, suhkru ja muude ainete söestumist. Lahjendatud H 2 SO 4 interakteerub selle vabanemisega kõigi metallidega, mis asuvad elektrokeemilises pingereas vesinikust vasakul. Lahjendatud H 2 SO 4 oksüdeerivad omadused ei ole iseloomulikud. Väävelhape moodustab kaks soolade seeriat: keskmised - sulfaadid ja happelised - hüdrosulfaadid, samuti estrid. Tuntud on peroksomonoväävelhape (või Caro acid) H 2 SO 5 ja peroksodiväävelhape H 2 S 2 O 8. Väävelhape reageerib ka aluseliste oksiididega, moodustades sulfaadi ja vee. Metallitöötlemistehastes kasutatakse väävelhappe lahust metalloksiidikihi eemaldamiseks metalltoodete pinnalt, mis on tootmisprotsessi käigus kõrge kuumuse käes. Seega eemaldatakse raudoksiid lehtraua pinnalt kuumutatud väävelhappelahuse toimel. Kvalitatiivne reaktsioon väävelhappele ja selle lahustuvatele sooladele on nende interaktsioon lahustuvate baariumisooladega, mille tulemusena moodustub valge baariumsulfaadi sade, mis ei lahustu näiteks vees ja hapetes.
Rakendus
Väävelhapet kasutatakse:
- maagi töötlemisel, eriti haruldaste elementide, sealhulgas uraani, iriidiumi, tsirkooniumi, osmiumi jne ekstraheerimisel;
- mineraalväetiste tootmisel;
- elektrolüüdina pliiakudes;
- erinevate mineraalhapete ja soolade saamiseks;
- keemiliste kiudude, värvainete, suitsu moodustavate ja lõhkeainete tootmisel;
- õli-, metalli-, tekstiili-, naha- ja muudes tööstusharudes;
- toiduainetööstuses - registreeritud toidu lisaainena E513 (emulgaator);
- tööstuslikus orgaanilises sünteesis reaktsioonides:
- dehüdratsioon (dietüüleetri, estrite tootmine);
- hüdratsioon (etüleenist etanool);
- sulfoneerimine (sünteetilised detergendid ja vahesaadused värvainete tootmisel);
- alküülimine (isooktaani, polüetüleenglükooli, kaprolaktaami tootmine) jne.
- Vaikude taastamiseks filtrites destilleeritud vee tootmisel.
Väävelhappe tootmine maailmas on ca. 160 miljonit tonni aastas. Suurim väävelhappe tarbija on mineraalväetiste tootmine. P 2 O 5 fosforväetised tarbivad 2,2–3,4 korda rohkem väävelhapet ja (NH 4) 2 SO 4 väävelhape 75% tarbitava (NH 4) 2 SO 4 massist. Seetõttu kipuvad nad rajama väävelhappetehaseid koos mineraalväetiste tootmise tehastega.
Ajalooline teave
Väävelhape on tuntud juba iidsetest aegadest, esinedes looduses vabal kujul, näiteks järvedena vulkaanide läheduses. Võib-olla on esimene mainimine happeliste gaaside kohta, mis tekivad maarja või "rohelise kivi" raudsulfaadi kaltsineerimisel, araabia alkeemikule Jabir ibn Hayyanile omistatud kirjutistes. Pärsia alkeemik Ar-Razi sai 9. sajandil raua ja vasksulfaadi (FeSO 4 7H 2 O ja CuSO 4 5H 2 O) segu kaltsineerimisel ka väävelhappe lahuse. Seda meetodit täiustas Euroopa alkeemik Albert Magnus, kes elas 13. sajandil. Raud(II)sulfaadist väävelhappe tootmise skeem on raud(II)sulfaadi termiline lagundamine, millele järgneb segu jahutamine. Alkeemik Valentini (13. sajand) töödes kirjeldatakse väävelhappe tootmise meetodit väävli- ja nitraadipulbrite segu veega põletamisel vabaneva gaasi (väävelanhüdriidi) absorbeerimise teel. Järgnevalt pani see meetod aluse nn. "kamber" meetod, mis viiakse läbi väikestes kambrites, mis on vooderdatud pliiga, mis ei lahustu väävelhappes. NSV Liidus kehtis see meetod aastani 1955. 15. sajandi alkeemikud teadsid ka meetodit väävelhappe tootmiseks püriidist - väävelpüriiti, mis on väävlist odavam ja levinum tooraine. Väävelhapet on sel viisil toodetud 300 aastat, väikestes kogustes klaasretortides. Hiljem, seoses katalüüsi arendamisega, asendas see meetod väävelhappe sünteesi kambermeetodi. Praegu toodetakse väävelhapet vääveloksiidi (IV) katalüütilisel oksüdeerimisel (V 2 O 5-l) vääveloksiidiks (VI) ja sellele järgneval vääveloksiidi (VI) lahustamisel 70% väävelhappes, moodustades ooleumi. Venemaal korraldati väävelhappe tootmine esmakordselt 1805. aastal Moskva lähedal Zvenigorodi rajoonis. 1913. aastal oli Venemaa väävelhappe tootmises maailmas 13. kohal.
Lisainformatsioon
Veeauru ja suures koguses väävlit sisaldava vulkaanilise tuha reageerimisel võivad atmosfääri kesk- ja ülemistesse kihtidesse tekkida väikesed väävelhappe tilgad. Tekkiv suspensioon raskendab väävelhappepilvede kõrge albeedo tõttu päikesevalguse jõudmist planeedi pinnale. Seetõttu (ja ka atmosfääri ülakihtides leiduvate pisikeste vulkaanilise tuha osakeste suure hulga tõttu, mis samuti takistavad päikesevalguse ligipääsu planeedile) võivad pärast eriti tugevaid vulkaanipurskeid toimuda olulisi kliimamuutusi. Näiteks Ksudachi vulkaani (Kamtšatka poolsaar, 1907) purske tagajärjel püsis tolmu suurenenud kontsentratsioon atmosfääris umbes 2 aastat ja iseloomulikke väävelhappepilvi täheldati isegi Pariisis. Pinatubo mäe plahvatus 1991. aastal, mille käigus paiskus atmosfääri 3 × 10 7 tonni väävlit, tõi kaasa 1992. ja 1993. aasta tunduvalt külmema temperatuuri kui 1991. ja 1994. aastal.
Standardid
- Tehniline väävelhape GOST 2184-77
- Aku väävelhape. Tehnilised kirjeldused GOST 667-73
- Erilise puhtusega väävelhape. Tehnilised kirjeldused GOST 1422-78
- Reaktiivid. Väävelhape. Tehnilised kirjeldused GOST 4204-77
Väävelhappe füüsikalised omadused:
Raske õline vedelik ("vitrioliõli");
tihedus 1,84 g/cm3; mittelenduv, vees hästi lahustuv - tugeva kuumutamisega; t°pl. = 10,3 °C, t° keema. = 296°C, väga hügroskoopne, vett eemaldavate omadustega (paberi, puidu, suhkru söestumine).
Niisutussoojus on nii suur, et segu võib keema minna, pritsida ja põhjustada põletusi. Seetõttu tuleb veele lisada hapet, mitte vastupidi, kuna happele vee lisamisel satub happe pinnale kergem vesi, kuhu koondub kogu tekkiv soojus.
Väävelhappe tööstuslik tootmine (kontaktmeetod):
1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
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)
Purustatud, puhastatud, märg püriit (väävelpüriit) valatakse ahju peale põletamiseks. keevkiht". Altpoolt juhitakse hapnikuga rikastatud õhku (vastuvoolu põhimõte).
Ahjust väljub ahjugaas, mille koostis on: SO 2, O 2, veeaur (püriit oli märg) ja tuha (raudoksiid) pisikesed osakesed. Gaas puhastatakse tahkete osakeste lisanditest (tsüklonis ja elektrifiltris) ja veeaurust (kuivatustornis).
Kontaktseadmes oksüdeeritakse vääveldioksiid reaktsioonikiiruse suurendamiseks katalüsaatori V 2 O 5 (vanaadiumpentoksiid) abil. Ühe oksiidi oksüdeerumisprotsess teiseks on pöörduv. Seetõttu valitakse otsese reaktsiooni jaoks optimaalsed tingimused - suurenenud rõhk (kuna otsene reaktsioon toimub kogumahu vähenemisega) ja temperatuur mitte üle 500 C (kuna reaktsioon on eksotermiline).
Absorptsioonitornis neelab vääveloksiid (VI) kontsentreeritud väävelhappega.
Veega imendumist ei kasutata, kuna vääveloksiid lahustub vees suure soojushulga vabanemisega, mistõttu tekkinud väävelhape keeb ja muutub auruks. Väävelhappe udu tekke vältimiseks kasutage 98% kontsentreeritud väävelhapet. Vääveloksiid lahustub sellises happes väga hästi, moodustades oleumi: H 2 SO 4 nSO 3
Väävelhappe keemilised omadused:
H 2 SO 4 on tugev kahealuseline hape, üks tugevamaid mineraalhappeid, mille kõrge polaarsuse tõttu puruneb H-O side kergesti.
1)
Väävelhape dissotsieerub vesilahuses
, moodustades vesinikuiooni ja happelise jäägi:
H2S04 = H+ + HSO4-;
HS04- = H+ + SO42-.
Kokkuvõttev võrrand:
H2S04 = 2H+ + SO42-.
2) Väävelhappe interaktsioon metallidega:
Lahjendatud väävelhape lahustab ainult vesinikust vasakul asuvas pingereas olevad metallid:
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (lahjendatud) → Zn + 2 SO 4 + H 2
3)
Väävelhappe reaktsioonaluseliste oksiididega:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Väävelhappe reaktsioon kooshüdroksiidid:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
5)
Vahetusreaktsioonid sooladega:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Väävelhappe ja lahustuvate sulfaatide tuvastamiseks (kvalitatiivne reaktsioon sulfaadioonile) kasutatakse valge BaSO 4 sademe moodustumist (hapetes lahustumatu).
Kontsentreeritud H 2 SO 4 eriomadused:
1) Keskendunud väävelhape on tugev oksüdeerija ; kokkupuutel metallidega (v.a Au, Pt) redutseeritakse see sõltuvalt metalli aktiivsusest S +4 O 2, S 0 või H 2 S -2. Ilma kuumutamiseta ei reageeri Fe, Al, Cr - passiveerimine. Muutuva valentsiga metallidega suhtlemisel viimased oksüdeeruvad kõrgematele oksüdatsiooniastmetele kui lahjendatud happelahuse puhul: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
Aktiivne metall
8 Al + 15 H2SO4 (konts.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0–6 e— → 2Al 3+ — oksüdatsioon
3│ S 6+ + 8e → S 2– taastumine
4Mg + 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Keskmise aktiivsusega metall
2Cr + 4 H 2 SO 4 (konts.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - oksüdatsioon
1│ S 6+ + 6e → S 0 – taastumine
Madala aktiivsusega metall
2Bi + 6H2SO4 (konts.) → Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oksüdatsioon
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - taastumine
2Ag + 2H 2SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Kontsentreeritud väävelhape oksüdeerib mõned mittemetallid, tavaliselt maksimaalse oksüdatsiooniastmeni, ja taandub iseS+4O2:
C + 2H 2SO 4 (konts.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H2SO4 (konts.) → 3SO2 + 2H2O
2P+ 5H2SO4 (konts.) → 5SO2 + 2H3PO4 + 2H2O
3) Keeruliste ainete oksüdatsioon:
Väävelhape oksüdeerib HI ja HBr vabadeks halogeenideks:
2 KBr + 2H 2SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2 H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2 H 2 O
Kontsentreeritud väävelhape ei saa oksüdeerida kloriidioone vabaks klooriks, mis võimaldab vahetusreaktsioonil saada HCl-i:
NaCl + H2SO4 (konts.) = NaHS04 + HCl
Väävelhape eemaldab hüdroksüülrühmi sisaldavatest orgaanilistest ühenditest keemiliselt seotud vee. Etüülalkoholi dehüdratsioon kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul annab etüleeni:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
Suhkru, tselluloosi, tärklise ja teiste süsivesikute söestumine kokkupuutel väävelhappega on seletatav ka nende dehüdratsiooniga:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2 + 6CO2.
Sellel on ajalooline nimi: vitrioliõli. Hapet uuriti iidsetel aegadel; seda kirjeldasid oma töödes Kreeka arst Dioscorides, Rooma loodusteadlane Plinius Vanem, islami alkeemikud Geber, Razi ja Ibn Sina jt. Sumeritel oli nimekiri vitrioolidest, mis klassifitseeriti aine värvuse järgi. Tänapäeval ühendab sõna "vitriool" kahevalentse metallsulfaadi kristalseid hüdraate.
17. sajandil valmistas Saksa-Hollandi keemik Johann Glauber väävelhapet, põletades väävli (KNO3) juuresolekul 1736. aastal kasutas Joshua Ward (Londoni apteeker) seda meetodit tootmises. Seda aega võib pidada alguspunktiks, mil hakati väävelhapet massiliselt tootma. Selle valemi (H2SO4), nagu tavaliselt arvatakse, kehtestas Rootsi keemik Berzelius (1779-1848) veidi hiljem.
Berzelius, kasutades tähestikulisi sümboleid (tähistab keemilisi elemente) ja madalamaid digitaalseid indekseid (mis näitab teatud tüüpi aatomite arvu molekulis), tegi kindlaks, et üks molekul sisaldab 1 väävliaatomit (S), 2 vesinikuaatomit (H) ja 4 hapnikuaatomit. aatomid (O ). Sellest ajast saadik sai teada molekuli kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, see tähendab, et väävelhapet kirjeldati keemia keeles.
Näidates graafilisel kujul aatomite suhtelist paigutust molekulis ja nendevahelisi keemilisi sidemeid (neid tähistatakse tavaliselt joontega), annab see teada, et molekuli keskmes on väävliaatom, mis on kaksiksidemega ühendatud kahe aatomiga. hapniku aatomid. Ülejäänud kahe hapnikuaatomiga, millest igaühega on seotud vesinikuaatom, on sama väävliaatom ühendatud üksiksidemetega.
Omadused
Väävelhape on kergelt kollakas või värvitu viskoosne vedelik, mis lahustub vees mis tahes kontsentratsioonis. See on tugev mineraal ja on väga agressiivne metallide (kontsentreeritud ei suhtle rauaga kuumutamata, vaid passiveerib seda), kivimite, loomsete kudede või muude materjalide suhtes. Seda iseloomustab kõrge hügroskoopsus ja tugeva oksüdeeriva aine väljendunud omadused. Temperatuuril 10,4 °C hape tahkub. Kuumutamisel 300 °C-ni kaotab peaaegu 99% happest väävelanhüdriidi (SO3).
Selle omadused muutuvad sõltuvalt vesilahuse kontsentratsioonist. Happelahustel on üldnimetused. Lahjendatud hapet loetakse kuni 10%. Aku - 29 kuni 32%. Kontsentratsioonil alla 75% (nagu on kehtestatud GOST 2184-s) nimetatakse seda torniks. Kui kontsentratsioon on 98%, siis on see juba kontsentreeritud väävelhape. Valem (keemiline või struktuurne) jääb kõigil juhtudel muutumatuks.
Kontsentreeritud väävelanhüdriidi lahustamisel väävelhappes moodustub ooleum ehk suitsev väävelhape, mille valemi saab kirjutada järgmiselt: H2S2O7. Puhas hape (H2S2O7) on tahke aine sulamistemperatuuriga 36 °C. Väävelhappe hüdratatsioonireaktsioone iseloomustab soojuse eraldumine suurtes kogustes.
Lahjendatud hape reageerib metallidega, reageerides nendega, millel on tugeva oksüdeeriva aine omadused. Sel juhul redutseeritakse väävelhape; redutseeritud (+4, 0 või -2) väävliaatomit sisaldavate moodustunud ainete valem võib olla: SO2, S või H2S.
Reageerib mittemetallidega nagu süsinik või väävel:
2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O
Reageerib naatriumkloriidiga:
H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl
Seda iseloomustab aromaatse ühendi benseenitsükliga seotud vesinikuaatomi elektrofiilse asendusreaktsioon -SO3H rühmaga.
Kviitung
1831. aastal patenteeriti H2SO4 tootmise kontaktmeetod, mis on praegu peamine. Tänapäeval toodetakse seda meetodit kasutades enamik väävelhapet. Toorainena kasutatakse sulfiidmaaki (tavaliselt raudpüriiti FeS2), mida põletatakse spetsiaalsetes ahjudes, millest tekib röstgaas. Kuna gaasi temperatuur on 900 °C, jahutatakse seda 70% kontsentratsiooniga väävelhappega. Seejärel puhastatakse gaas tolmust tsüklonis ja elektrostaatilises filtris, pesutornides happega, mille kontsentratsioon on 40 ja 10% katalüütiliste mürkidega (As2O5 ja fluor), ning märgades elektrostaatilises filtris happeaerosoolist. Järgmisena kuivatatakse 9% vääveldioksiidi (SO2) sisaldav röstigaas ja juhitakse kontaktseadmesse. Pärast 3 vanaadiumkatalüsaatori kihi läbimist oksüdeeritakse SO2 SO3-ks. Saadud väävelanhüdriidi lahustamiseks kasutatakse kontsentreeritud väävelhapet. Väävelanhüdriidi (SO3) lahuse valem veevabas väävelhappes on H2S2O7. Sellisel kujul transporditakse oleum terasmahutites tarbijale, kus see lahjendatakse soovitud kontsentratsioonini.
Rakendus
Erinevate keemiliste omaduste tõttu on H2SO4-l lai valik rakendusi. Happe enda tootmisel pliiakude elektrolüüdina, erinevate puhastusvahendite valmistamisel, on see ka oluline reagent keemiatööstuses. Seda kasutatakse ka järgmiste toodete tootmisel: alkoholid, plastid, värvained, kummi, eeter, liimid, seebid ja pesuvahendid, farmaatsiatooted, tselluloos ja paber, naftatooted.
Happed on keemilised ühendid, mis koosnevad vesinikuaatomitest ja happelistest jääkidest, näiteks SO4, SO3, PO4 jne. Need on anorgaanilised ja orgaanilised. Esimesed hõlmavad vesinikkloriid-, fosfor-, sulfiid-, lämmastik- ja väävelhapet. Teisele - äädikhape, palmitiinhape, sipelghape, steariin jne.
Mis on väävelhape
See hape koosneb kahest vesinikuaatomist ja happejäägist SO4. Selle valem on H2SO4.
Väävelhape või, nagu seda nimetatakse ka, sulfaathape, viitab anorgaanilistele hapnikku sisaldavatele kahealuselistele hapetele. Seda ainet peetakse üheks agressiivsemaks ja keemiliselt aktiivsemaks. Enamikus keemilistes reaktsioonides toimib see oksüdeeriva ainena. Seda hapet saab kasutada kontsentreeritud või lahjendatud kujul, sel juhul on sellel veidi erinevad keemilised omadused.
Füüsikalised omadused
Väävelhape on tavatingimustes vedel, selle keemistemperatuur on ligikaudu 279,6 kraadi Celsiuse järgi, külmumistemperatuur tahketeks kristallideks muutumisel on saja protsendi puhul umbes -10 kraadi ja 95 protsendi puhul umbes -20 kraadi.
Puhas sajaprotsendiline sulfaathape on lõhnatu, värvitu õline vedel aine, mille tihedus on peaaegu kaks korda suurem kui vee tihedus – 1840 kg/m3.
Sulfaathappe keemilised omadused
Väävelhape reageerib metallide, nende oksiidide, hüdroksiidide ja sooladega. Erinevates vahekordades veega lahjendatuna võib see käituda erinevalt, seega vaatleme kontsentreeritud ja nõrkade väävelhappe lahuste omadusi eraldi.
Kontsentreeritud väävelhappe lahus
Lahust, mis sisaldab vähemalt 90 protsenti sulfaathapet, loetakse kontsentreerituks. Selline väävelhappe lahus on võimeline reageerima isegi madala aktiivsusega metallide, aga ka mittemetallide, hüdroksiidide, oksiidide ja sooladega. Sellise sulfaathappe lahuse omadused on sarnased kontsentreeritud nitraathappe omadega.
Koostoime metallidega
Sulfaathappe kontsentreeritud lahuse keemilisel reaktsioonil metallidega, mis asuvad vesinikust paremal metallide elektrokeemilises pingereas (st mitte kõige aktiivsematega), tekivad järgmised ained: metalli sulfaat, millega koos. interaktsioon toimub, vesi ja vääveldioksiid. Metallid, millega koostoimel loetletud ained tekivad, on vask (cuprum), elavhõbe, vismut, hõbe (argentum), plaatina ja kuld (aurum).
Koostoime mitteaktiivsete metallidega
Metallidega, mis on pingereas vesinikust vasakul, käitub kontsentreeritud väävelhape veidi teisiti. Sellise keemilise reaktsiooni tulemusena tekivad järgmised ained: teatud metalli sulfaat, vesiniksulfiid või puhas väävel ja vesi. Metallid, millega selline reaktsioon toimub, on ka raud (ferum), magneesium, mangaan, berüllium, liitium, baarium, kaltsium ja kõik teised, mis on pingereas vesinikust vasakul, välja arvatud alumiinium, kroom, nikkel ja titaan - nendega kontsentreeritud sulfaathape ei suhtle.
Koostoime mittemetallidega
See aine on tugev oksüdeerija, seetõttu on see võimeline osalema keemilistes redoksreaktsioonides mittemetallidega, nagu näiteks süsinik (süsinik) ja väävel. Selliste reaktsioonide tulemusena eraldub tingimata vett. Selle aine lisamisel süsinikule eraldub ka süsinikdioksiid ja vääveldioksiid. Ja kui lisate väävlile hapet, saate ainult vääveldioksiidi ja vett. Sellises keemilises reaktsioonis mängib sulfaathape oksüdeeriva aine rolli.
Koostoime orgaaniliste ainetega
Karboniseerumist saab eristada väävelhappe reaktsioonidest orgaaniliste ainetega. Selline protsess toimub siis, kui antud aine põrkub kokku paberi, suhkru, kiudude, puiduga jne. Sel juhul eraldub süsinik igal juhul. Reaktsiooni käigus moodustunud süsinik võib osaliselt interakteeruda liigses koguses väävelhappega. Foto näitab suhkru reaktsiooni keskmise kontsentratsiooniga sulfaathappe lahusega.
Reaktsioonid sooladega
Samuti reageerib kontsentreeritud H2SO4 lahus kuivade sooladega. Sel juhul toimub standardne vahetusreaktsioon, mille käigus moodustub metallsulfaat, mis oli soola struktuuris, ja hape koos jäägiga, mis oli soola koostises. Kontsentreeritud väävelhape ei reageeri aga soolalahustega.
Koostoimed teiste ainetega
Samuti võib see aine reageerida metallioksiidide ja nende hüdroksiididega, nendel juhtudel toimuvad vahetusreaktsioonid, millest esimeses eraldub metallsulfaat ja vesi, teises - sama.
Nõrga sulfaathappe lahuse keemilised omadused
Lahjendatud väävelhape reageerib paljude ainetega ja sellel on samad omadused nagu kõigil hapetel. Erinevalt kontsentreeritud metallist interakteerub see ainult aktiivsete metallidega, st nendega, mis on pingereas vesinikust vasakul. Sel juhul toimub sama asendusreaktsioon, mis iga happe puhul. See vabastab vesinikku. Samuti interakteerub selline happelahus soolalahustega, mille tulemuseks on vahetusreaktsioon, millest on juba eespool juttu, oksiididega - sama, mis kontsentreeritud lahusega, ja hüdroksiididega - samuti sama. Lisaks tavalistele sulfaatidele on olemas ka hüdrosulfaate, mis on hüdroksiidi ja väävelhappe koosmõju produkt.
Kuidas teha kindlaks, kas lahus sisaldab väävelhapet või sulfaate
Et teha kindlaks, kas need ained lahuses sisalduvad, kasutatakse spetsiaalset kvalitatiivset reaktsiooni sulfaadiioonidele, mis võimaldab välja selgitada. See koosneb baariumi või selle ühendite lisamisest lahusele. Selle tulemusena võib tekkida valge sade (baariumsulfaat), mis näitab sulfaatide või väävelhappe olemasolu.
Kuidas väävelhapet toodetakse?
Selle aine kõige levinum tööstusliku tootmise meetod on selle ekstraheerimine raudpüriidist. See protsess toimub kolmes etapis, millest igaüks hõlmab spetsiifilist keemilist reaktsiooni. Vaatame neid. Esiteks lisatakse püriidile hapnikku, mille tulemusena moodustub ferumoksiid ja vääveldioksiid, mida kasutatakse edasisteks reaktsioonideks. See interaktsioon toimub kõrgel temperatuuril. Järgmine on etapp, kus vääveltrioksiid saadakse hapniku lisamisega katalüsaatori, milleks on vanaadiumoksiid, juuresolekul. Nüüd, viimases etapis, lisatakse saadud ainele vesi ja saadakse sulfaathape. See on kõige levinum protsess sulfaathappe tööstuslikuks ekstraheerimiseks, seda kasutatakse kõige sagedamini, kuna püriit on kõige kättesaadavam tooraine, mis sobib käesolevas artiklis kirjeldatud aine sünteesiks. Selle protsessi käigus saadud väävelhapet kasutatakse erinevates tööstusharudes – nii keemias kui ka paljudes teistes, näiteks nafta rafineerimisel, maagi töötlemisel jne. Selle kasutamine on sageli ette nähtud ka paljude sünteetiliste kiudude tootmistehnoloogias. .
