خواص فیزیکی اسید سولفوریک:
مایع روغنی سنگین ("روغن ویتریول")؛
چگالی 1.84 گرم بر سانتی متر مکعب; غیر فرار، بسیار محلول در آب - با حرارت قوی؛ t°pl. = 10.3 درجه سانتیگراد، درجه جوش. = 296 درجه سانتیگراد، بسیار رطوبت گیر، دارای خاصیت حذف آب (زغال کردن کاغذ، چوب، شکر).
گرمای هیدراتاسیون آنقدر زیاد است که مخلوط می تواند بجوشد، پاشیده شود و باعث سوختگی شود. بنابراین لازم است اسید به آب اضافه شود و نه برعکس، زیرا وقتی آب به اسید اضافه می شود، آب سبک تری روی سطح اسید قرار می گیرد و تمام گرمای تولید شده در آنجا متمرکز می شود.
تولید صنعتی اسید سولفوریک (روش تماسی):
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 (اولیوم)
پیریت خرد شده، خالص شده و مرطوب (گوگرد پیریت) برای پختن در کوره در بالا ریخته می شود. بستر سیال". هوای غنی شده با اکسیژن از پایین عبور می کند (اصل ضد جریان).
گاز کوره از کوره خارج می شود که ترکیب آن عبارت است از: SO 2، O 2، بخار آب (پیریت مرطوب بود) و ذرات ریز خاکستر (اکسید آهن). گاز از ناخالصی های ذرات جامد (در یک سیکلون و رسوب دهنده الکتریکی) و بخار آب (در برج خشک کن) خالص می شود.
در یک دستگاه تماسی، دی اکسید گوگرد با استفاده از کاتالیزور V 2 O 5 (پنتوکسید وانادیم) برای افزایش سرعت واکنش اکسید می شود. فرآیند اکسیداسیون یک اکسید به اکسید دیگر برگشت پذیر است. بنابراین، شرایط بهینه برای واکنش مستقیم انتخاب می شود - افزایش فشار (از آنجایی که واکنش مستقیم با کاهش حجم کل رخ می دهد) و دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد (از آنجایی که واکنش گرمازا است).
در برج جذب، اکسید گوگرد (VI) توسط اسید سولفوریک غلیظ جذب می شود.
از جذب توسط آب استفاده نمی شود، زیرا اکسید گوگرد با آزاد شدن مقدار زیادی گرما در آب حل می شود، بنابراین اسید سولفوریک حاصل می جوشد و به بخار تبدیل می شود. برای جلوگیری از تشکیل مه اسید سولفوریک از اسید سولفوریک غلیظ 98 درصد استفاده کنید. اکسید گوگرد به خوبی در چنین اسیدی حل می شود و اولئوم را تشکیل می دهد: H 2 SO 4 nSO 3
خواص شیمیایی اسید سولفوریک:
H 2 SO 4 یک اسید دی بازیک قوی، یکی از قوی ترین اسیدهای معدنی است که به دلیل قطبیت بالا، پیوند H-O به راحتی شکسته می شود.
1)
اسید سولفوریک در محلول آبی تجزیه می شود
، تشکیل یون هیدروژن و پسماند اسیدی:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
معادله خلاصه:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .
2) برهمکنش اسید سولفوریک با فلزات:
اسید سولفوریک رقیق فقط فلزات سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن را حل می کند:
روی 0 + H 2 + 1 SO 4 (رقیق شده) → روی + 2 SO 4 + H 2
3)
واکنش اسید سولفوریکبا اکسیدهای اساسی:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
واکنش اسید سولفوریک باهیدروکسیدها:
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)
واکنش های مبادله با نمک ها:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
از تشکیل رسوب سفید BaSO 4 (غیر محلول در اسیدها) برای تشخیص اسید سولفوریک و سولفات های محلول (واکنش کیفی به یون سولفات) استفاده می شود.
خواص ویژه H 2 SO 4 غلیظ:
1) متمرکز شده است اسید سولفوریک است عامل اکسید کننده قوی ; هنگام تعامل با فلزات (به جز Au، Pt)، بسته به فعالیت فلز به S +4 O 2، S 0 یا H 2 S -2 کاهش می یابد. بدون گرم کردن، با Fe، Al، Cr - غیرفعال شدن واکنش نمی دهد. هنگام تعامل با فلزات با ظرفیت متغیر، دومی اکسید می شود به حالت های اکسیداسیون بالاتر نسبت به محلول اسید رقیق: Fe 0→ Fe 3+، Cr 0→ Cr 3+، Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
فلز فعال
8 Al + 15 H 2 SO 4 (conc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 - 6 ه— → 2Al 3+ — اکسیداسیون
3│ S 6+ + 8e → S 2– بازیابی
4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
فلز با فعالیت متوسط
2Cr + 4 H 2 SO 4 (conc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + اس
1│ 2Cr 0 – 6e → 2Cr 3+ - اکسیداسیون
1│ S 6 + + 6e → S 0 - بازیابی
فلز کم فعال
2Bi + 6H 2 SO 4 (conc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – اکسیداسیون
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - بازیابی
2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) اسید سولفوریک غلیظ برخی از غیر فلزات را معمولاً تا حداکثر حالت اکسیداسیون اکسید می کند و خود به آن کاهش می یابد.S+4O2:
C + 2H 2 SO 4 (conc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H 2 SO 4 (conc) → 3SO 2 + 2H 2 O
2P+ 5H 2 SO 4 (conc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O
3) اکسیداسیون مواد پیچیده:
اسید سولفوریک HI و HBr را به هالوژن های آزاد اکسید می کند:
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
اسید سولفوریک غلیظ نمی‌تواند یون‌های کلرید را به کلر آزاد اکسید کند، که این امر به دست آوردن HCl با واکنش تبادلی را ممکن می‌سازد:
NaCl + H 2 SO 4 (conc.) = NaHSO 4 + HCl
اسید سولفوریک آب متصل به شیمیایی را از ترکیبات آلی حاوی گروه های هیدروکسیل حذف می کند. کم آبی اتیل الکل در حضور اسید سولفوریک غلیظ باعث تولید اتیلن می شود:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
زغال‌شدن قند، سلولز، نشاسته و سایر کربوهیدرات‌ها در تماس با اسید سولفوریک نیز با کم‌آبی آنها توضیح داده می‌شود:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
اسید سولفوریک رقیق نشده یک ترکیب کووالانسی است.
در مولکول، اسید سولفوریک به صورت چهار وجهی توسط چهار اتم اکسیژن احاطه شده است که دو اتم آن بخشی از گروه های هیدروکسیل هستند. پیوندهای S-O دوتایی هستند و پیوندهای S-OH تک هستند.
کریستال های بی رنگ و یخ مانند ساختار لایه ای دارند: هر مولکول H 2 SO 4 به چهار پیوند هیدروژنی قوی مجاور متصل است و یک چارچوب فضایی واحد را تشکیل می دهد.
ساختار اسید سولفوریک مایع شبیه به ساختار جامد است، فقط یکپارچگی چارچوب فضایی شکسته شده است.
خواص فیزیکی اسید سولفوریک
در شرایط عادی، اسید سولفوریک یک مایع سنگین و روغنی بدون رنگ یا بو است. در فناوری، اسید سولفوریک مخلوطی از آب و انیدرید سولفوریک است. اگر نسبت مولی SO 3: H 2 O کمتر از 1 باشد، محلول آبی اسید سولفوریک است و اگر بیشتر از 1 باشد، محلول SO 3 در اسید سولفوریک است.
100% H 2 SO 4 در 10.45 درجه سانتیگراد متبلور می شود. تیکیپ = 296.2 درجه سانتی گراد; چگالی 1.98 گرم بر سانتی متر مکعب H 2 SO 4 با H 2 O و SO 3 به هر نسبتی مخلوط می شود تا هیدرات تشکیل دهد ؛ گرمای هیدراتاسیون آنقدر زیاد است که مخلوط می تواند بجوشد ، پاشیده شود و باعث سوختگی شود. بنابراین لازم است اسید به آب اضافه شود و نه برعکس، زیرا وقتی آب به اسید اضافه می شود، آب سبک تری روی سطح اسید قرار می گیرد و تمام گرمای تولید شده در آنجا متمرکز می شود.
هنگامی که محلول های آبی اسید سولفوریک حاوی تا 70 درصد H 2 SO 4 گرم و جوشانده می شوند، تنها بخار آب به فاز بخار آزاد می شود. بخار اسید سولفوریک نیز در بالای محلول های غلیظ تر ظاهر می شود.
از نظر ویژگی های ساختاری و ناهنجاری ها، اسید سولفوریک مایع شبیه آب است. همان سیستم پیوندهای هیدروژنی، تقریباً همان چارچوب فضایی وجود دارد.
خواص شیمیایی اسید سولفوریک
اسید سولفوریک یکی از قوی ترین اسیدهای معدنی است که به دلیل قطبیت بالا، پیوند H–O به راحتی شکسته می شود.
اسید سولفوریک در محلول آبی تجزیه می شود ، تشکیل یون هیدروژن و پسماند اسیدی:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
معادله خلاصه:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .
خواص اسیدها را نشان می دهد ، با فلزات، اکسیدهای فلزی، بازها و نمک ها واکنش می دهد.
اسید سولفوریک رقیق خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان نمی دهد، هنگامی که با فلزات برهمکنش می کند، هیدروژن و نمک حاوی فلز در کمترین حالت اکسیداسیون آزاد می شوند. در سرما، اسید نسبت به فلزاتی مانند آهن، آلومینیوم و حتی باریم بی اثر است.
اسید غلیظ دارای خواص اکسید کننده است. محصولات احتمالی برهمکنش مواد ساده با اسید سولفوریک غلیظ در جدول آورده شده است. وابستگی محصول احیا به غلظت اسید و درجه فعالیت فلز نشان داده شده است: هرچه فلز فعال تر باشد، یون سولفات اسید سولفوریک را عمیق تر کاهش می دهد.
برهمکنش با اکسیدها:
CaO + H 2 SO 4 = CaSO 4 = H 2 O.
تعامل با پایه ها:
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
تداخل با نمک ها:
Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.
خواص اکسیداتیو
اسید سولفوریک HI و HBr را به هالوژن های آزاد اکسید می کند:
H 2 SO 4 + 2HI = I 2 + 2H 2 O + SO 2.
اسید سولفوریک آب متصل به شیمیایی را از ترکیبات آلی حاوی گروه های هیدروکسیل حذف می کند. کم آبی اتیل الکل در حضور اسید سولفوریک غلیظ باعث تولید اتیلن می شود:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
زغال‌شدن قند، سلولز، نشاسته و سایر کربوهیدرات‌ها در تماس با اسید سولفوریک نیز با کم‌آبی آنها توضیح داده می‌شود:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
هر اسید یک ماده پیچیده است که مولکول آن حاوی یک یا چند اتم هیدروژن و یک باقیمانده اسید است.
فرمول اسید سولفوریک H2SO4 است. در نتیجه، مولکول اسید سولفوریک حاوی دو اتم هیدروژن و باقیمانده اسیدی SO4 است.
اسید سولفوریک زمانی تشکیل می شود که اکسید گوگرد با آب واکنش می دهد
SO3+H2O -> H2SO4
اسید سولفوریک 100% خالص (مونوهیدرات) مایعی سنگین، چسبناک مانند روغن، بی رنگ و بی بو، با طعم ترش "مس" است. قبلاً در دمای +10 درجه سانتیگراد سخت می شود و به یک توده کریستالی تبدیل می شود.
اسید سولفوریک غلیظ حاوی تقریباً 95٪ H2SO4 است. و در دمای زیر 20- درجه سانتی گراد سخت می شود.
تعامل با آب
اسید سولفوریک به خوبی در آب حل می شود و به هر نسبت با آن مخلوط می شود. این مقدار زیادی گرما آزاد می کند.
اسید سولفوریک می تواند بخار آب را از هوا جذب کند. این خاصیت در صنعت برای خشک کردن گازها استفاده می شود. گازها با عبور از ظروف مخصوص با اسید سولفوریک خشک می شوند. البته این روش فقط برای گازهایی قابل استفاده است که با آن واکنشی ندارند.
مشخص است که وقتی اسید سولفوریک با بسیاری از مواد آلی به ویژه کربوهیدرات ها تماس پیدا می کند، این مواد زغال می شوند. واقعیت این است که کربوهیدرات ها نیز مانند آب حاوی هیدروژن و اکسیژن هستند. اسید سولفوریک این عناصر را از آنها می گیرد. آنچه باقی می ماند زغال سنگ است.
در محلول آبی H2SO4 نشانگرهای تورنسل و متیل نارنجی قرمز می شوند که نشان دهنده طعم ترش این محلول است.
تعامل با فلزات
مانند هر اسید دیگری، اسید سولفوریک قادر است اتم های هیدروژن را با اتم های فلزی در مولکول خود جایگزین کند. تقریباً با تمام فلزات تعامل دارد.
اسید سولفوریک رقیق شدهمانند یک اسید معمولی با فلزات واکنش می دهد. در نتیجه واکنش، نمکی با باقیمانده اسیدی SO4 و هیدروژن تشکیل می شود.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
آ اسید سولفوریک غلیظیک عامل اکسید کننده بسیار قوی است. تمام فلزات را بدون توجه به موقعیت آنها در سری ولتاژ اکسید می کند. و هنگام واکنش با فلزات، خود به SO2 کاهش می یابد. هیدروژن آزاد نمی شود.
Сu + 2 H2SO4 (conc) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (conc) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
اما فلزات گروه طلا، آهن، آلومینیوم و پلاتین در اسید سولفوریک اکسید نمی شوند. بنابراین اسید سولفوریک در مخازن فولادی حمل می شود.
نمک های اسید سولفوریک که در نتیجه چنین واکنش هایی به دست می آیند، سولفات نامیده می شوند. آنها بی رنگ هستند و به راحتی متبلور می شوند. برخی از آنها در آب بسیار محلول هستند. فقط CaSO4 و PbSO4 کمی محلول هستند. BaSO4 تقریباً در آب نامحلول است.
تعامل با پایه ها
واکنش بین اسیدها و بازها واکنش خنثی سازی نامیده می شود. در نتیجه واکنش خنثی سازی اسید سولفوریک، نمکی حاوی باقیمانده اسید SO4 و آب H2O تشکیل می شود.
نمونه هایی از واکنش های خنثی سازی اسید سولفوریک:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
اسید سولفوریک با خنثی سازی با بازهای محلول و نامحلول واکنش می دهد.
از آنجایی که مولکول اسید سولفوریک دارای دو اتم هیدروژن است و برای خنثی کردن آن به دو باز نیاز است، به عنوان یک اسید دوبازیک طبقه بندی می شود.
برهمکنش با اکسیدهای اساسی
از درس شیمی مدرسه می دانیم که اکسیدها مواد پیچیده ای هستند که حاوی دو عنصر شیمیایی هستند که یکی از آنها اکسیژن در حالت اکسیداسیون -2 است. اکسیدهای پایه را اکسیدهای فلزات 1، 2 و 3 ظرفیتی می نامند. نمونه هایی از اکسیدهای اساسی: Li2O، Na2O، CuO، Ag2O، MgO، CaO، FeO، NiO.
اسید سولفوریک در یک واکنش خنثی سازی با اکسیدهای بازی واکنش می دهد. در نتیجه این واکنش، مانند واکنش با بازها، نمک و آب تشکیل می شود. نمک حاوی باقیمانده اسیدی SO4 است.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
تعامل با نمک ها
اسید سولفوریک با نمک های اسیدهای ضعیف تر یا فرار واکنش می دهد و این اسیدها را از آنها جدا می کند. در نتیجه این واکنش نمکی با باقیمانده اسیدی SO4 و اسیدی تشکیل می شود
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
کاربرد اسید سولفوریک و ترکیبات آن
فرنی باریم BaSO4 قادر به جلوگیری از اشعه ایکس است. رادیولوژیست ها اعضای توخالی بدن انسان را با آن پر می کنند.
در پزشکی و ساخت و ساز، گچ طبیعی CaSO4 * 2H2O و هیدرات کریستالی سولفات کلسیم به طور گسترده ای استفاده می شود. نمک گلوبر Na2SO4 * 10H2O در پزشکی و دامپزشکی، در صنایع شیمیایی - برای تولید سودا و شیشه استفاده می شود. سولفات مس CuSO4 * 5H2O برای باغداران و کشاورزان شناخته شده است که از آن برای مبارزه با آفات و بیماری های گیاهی استفاده می کنند.
اسید سولفوریک به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود: شیمیایی، فلزکاری، نفت، نساجی، چرم و غیره.
