Ծծմբաթթու_9879. H2so4 մոլեկուլի նկարագրության կառուցվածքը

Ծծմբաթթվի ֆիզիկական հատկությունները.
Ծանր յուղոտ հեղուկ («վիտրիոլ»);
խտությունը 1,84 գ/սմ3; ոչ ցնդող, ջրի մեջ շատ լուծելի - ուժեղ ջեռուցմամբ; t°pl. = 10,3°C, bp \u003d 296 ° C, շատ հիգրոսկոպիկ, ունի ջրահեռացնող հատկություն (թղթի, փայտի, շաքարի ածխացում):

Խոնավեցման ջերմությունն այնքան մեծ է, որ խառնուրդը կարող է եռալ, շաղ տալ և այրվածքներ առաջացնել: Հետևաբար, անհրաժեշտ է ջրի մեջ թթու ավելացնել, և ոչ հակառակը, քանի որ երբ ջուրը ավելացվում է թթվին, թթվի մակերեսին ավելի թեթև ջուր կլինի, որտեղ կկենտրոնանա արձակված ողջ ջերմությունը։

Ծծմբաթթվի արդյունաբերական արտադրություն (կոնտակտային մեթոդ).

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 (օլեում)

Մանրացված մաքրված թաց պիրիտը (ծծմբի պիրիտը) վերևից լցվում է վառարան՝ կրակելու համար: հեղուկացված մահճակալ«. Ներքևից (հակահոսքի սկզբունք) անցնում է թթվածնով հարստացված օդ։
Վառարանից դուրս է գալիս վառարանի գազը, որի բաղադրությունն է՝ SO 2, O 2, ջրի գոլորշի (պիրիտը թաց էր) և մոխրի ամենափոքր մասնիկները (երկաթի օքսիդ)։ Գազը մաքրվում է պինդ մասնիկների կեղտից (ցիկլոնում և էլեկտրաստատիկ տեղումներ) և ջրային գոլորշիներից (չորացող աշտարակում):
Կոնտակտային ապարատում ծծմբի երկօքսիդը օքսիդացվում է V 2 O 5 կատալիզատորի միջոցով (վանադիումի պենտօքսիդ) ռեակցիայի արագությունը մեծացնելու համար։ Մեկ օքսիդի մյուսին օքսիդացման գործընթացը շրջելի է։ Հետևաբար, ընտրվում են ուղիղ ռեակցիայի ընթացքի օպտիմալ պայմանները՝ ավելացված ճնշում (քանի որ ուղղակի ռեակցիան ընթանում է ընդհանուր ծավալի նվազմամբ) և 500 C-ից ոչ բարձր ջերմաստիճան (քանի որ ռեակցիան էկզոթերմիկ է):

Կլանման աշտարակում ծծմբի օքսիդը (VI) ներծծվում է խտացված ծծմբաթթվի միջոցով:
Ջրի կլանումը չի օգտագործվում, քանի որ ծծմբի օքսիդը ջրի մեջ լուծվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ, ուստի ստացված ծծմբաթթուն եռում է և վերածվում գոլորշու։ Ծծմբաթթվի մշուշի առաջացումից խուսափելու համար օգտագործեք 98% խտացված ծծմբաթթու: Ծծմբի օքսիդը շատ լավ լուծվում է նման թթուում՝ առաջացնելով օլեում՝ H 2 SO 4 nSO 3

Ծծմբաթթվի քիմիական հատկությունները.

H 2 SO 4-ը ուժեղ երկհիմնաթթու է, ամենաուժեղ հանքային թթուներից մեկը, բարձր բևեռականության պատճառով H - O կապը հեշտությամբ կոտրվում է:

1) Ծծմբաթթուն տարանջատվում է ջրային լուծույթում , առաջացնելով ջրածնի իոն և թթվային մնացորդ.
H 2 SO 4 \u003d H + + HSO 4 -;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Ամփոփիչ հավասարում.
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

2) Ծծմբաթթվի փոխազդեցությունը մետաղների հետ:
Նոսրած ծծմբաթթուն լուծում է մետաղները միայն ջրածնի ձախ լարման շարքում.
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razb) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Ծծմբաթթվի փոխազդեցությունհիմնական օքսիդներով.
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Ծծմբաթթվի փոխազդեցությունըհիդրօքսիդներ:
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) Փոխանակման ռեակցիաները աղերի հետ.
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
BaSO 4-ի սպիտակ նստվածքի ձևավորումը (թթուներում չլուծվող) օգտագործվում է ծծմբաթթվի և լուծվող սուլֆատների հայտնաբերման համար (որակական ռեակցիա սուլֆատ իոնի համար):

Խտացված H 2 SO 4-ի հատուկ հատկություններ.

1) կենտրոնացված ծծմբաթթուն է ուժեղ օքսիդացնող նյութ ; մետաղների հետ շփվելիս (բացի Au, Pt) վերականգնվում են S +4 O 2, S 0 կամ H 2 S -2՝ կախված մետաղի ակտիվությունից: Առանց տաքացման, այն չի արձագանքում Fe, Al, Cr - պասիվացում: Փոփոխական վալենտություն ունեցող մետաղների հետ փոխազդելիս վերջիններս օքսիդանում են բարձր օքսիդացման վիճակներին քան նոսր թթվի լուծույթի դեպքում. Fe0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+

ակտիվ մետաղ

8 Al + 15 H 2 SO 4 (կոնկրետ) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 Հ 2 Ս
4│2Ալ 0 – 6 ե- → 2Al 3+ - օքսիդացում
3│ S 6+ + 8e → S 2– վերականգնում

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

Միջին ակտիվության մետաղ

2Cr + 4 H 2 SO 4 (կոնկրետ) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + Ս
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - օքսիդացում
1│ S 6+ + 6e → S 0 - վերականգնում

Մետաղը ոչ ակտիվ է

2Bi + 6H 2 SO 4 (կոնկրետ) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - օքսիդացում
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - վերականգնում

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

2) Խտացված ծծմբաթթուն օքսիդացնում է որոշ ոչ մետաղներ, որպես կանոն, մինչև առավելագույն օքսիդացման աստիճան, այն ինքնին վերածվում է.S+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (կոնկրետ) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (conc) → 3SO 2 + 2H 2 O

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

3) բարդ նյութերի օքսիդացում.
Ծծմբաթթուն օքսիդացնում է HI-ն և HBr-ը՝ վերածելով ազատ հալոգենների.
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
Խտացված ծծմբաթթուն չի կարող քլորիդ իոնները օքսիդացնել մինչև ազատ քլոր, ինչը հնարավորություն է տալիս փոխանակման ռեակցիայի միջոցով ստանալ HCl.
NaCl + H 2 SO 4 (կոնց.) = NaHSO 4 + HCl

Ծծմբաթթուն հեռացնում է քիմիապես կապված ջուրը հիդրօքսիլ խմբեր պարունակող օրգանական միացություններից: Էթիլային սպիրտի ջրազրկումը խտացված ծծմբաթթվի առկայության դեպքում հանգեցնում է էթիլենի արտադրությանը.
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O:

Շաքարի, ցելյուլոզայի, օսլայի և այլ ածխաջրերի ածխաջրացումը ծծմբաթթվի հետ շփման ժամանակ բացատրվում է նաև դրանց ջրազրկմամբ.
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 \u003d 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2:

Չնոսրացված ծծմբաթթուն կովալենտային միացություն է։

Մոլեկուլում ծծմբական թթուն քառասյուն կերպով շրջապատված է թթվածնի չորս ատոմներով, որոնցից երկուսը հիդրօքսիլ խմբերի մաս են կազմում։ S–O կապերը կրկնակի են, իսկ S–OH կապերը միայնակ են։

Անգույն, սառույցի նմանվող բյուրեղներն ունեն շերտավոր կառուցվածք. յուրաքանչյուր H 2 SO 4 մոլեկուլ կապված է չորս հարևան ուժեղ ջրածնային կապերի հետ՝ կազմելով մեկ տարածական շրջանակ։

Հեղուկ ծծմբաթթվի կառուցվածքը նման է պինդի կառուցվածքին, միայն տարածական շրջանակի ամբողջականությունը կոտրված է։

Ծծմբաթթվի ֆիզիկական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում ծծմբաթթուն ծանր յուղոտ հեղուկ է, անգույն և առանց հոտի։ Ճարտարագիտության մեջ ծծմբական թթուն կոչվում է իր խառնուրդները ինչպես ջրի, այնպես էլ ծծմբային անհիդրիդով: Եթե ​​SO 3: H 2 O-ի մոլային հարաբերակցությունը 1-ից փոքր է, ապա սա ծծմբաթթվի ջրային լուծույթ է, եթե 1-ից ավելի, ապա SO 3 լուծույթ է ծծմբաթթվի մեջ:

100% H 2 SO 4 բյուրեղանում է 10,45 °C ջերմաստիճանում; Տ bp = 296,2 °C; խտությունը 1.98 գ/սմ 3: H 2 SO 4-ը խառնվում է H 2 O-ի և SO 3-ի հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ՝ առաջացնելով հիդրատներ, խոնավացման ջերմությունն այնքան մեծ է, որ խառնուրդը կարող է եռալ, շաղ տալ և առաջացնել այրվածքներ: Հետևաբար, անհրաժեշտ է ջրի մեջ թթու ավելացնել, և ոչ հակառակը, քանի որ երբ ջուրը ավելացվում է թթվին, թթվի մակերեսին ավելի թեթև ջուր կլինի, որտեղ կկենտրոնանա արձակված ողջ ջերմությունը։

Մինչև 70% H 2 SO 4 պարունակող ծծմբաթթվի ջրային լուծույթները տաքացնելով և եռացնելով, գոլորշիների փուլ դուրս է գալիս միայն ջրի գոլորշի: Ծծմբաթթվի գոլորշիները նույնպես հայտնվում են ավելի խտացված լուծույթների վերևում։

Կառուցվածքային առանձնահատկությունների և անոմալիաների առումով հեղուկ ծծմբաթթուն նման է ջրին։ Ահա ջրածնային կապերի նույն համակարգը, գրեթե նույն տարածական շրջանակը։

Ծծմբաթթվի քիմիական հատկությունները

Ծծմբաթթուն ամենաուժեղ հանքային թթուներից մեկն է, որի բարձր բևեռականության պատճառով H-O կապը հեշտությամբ կոտրվում է:

Ծծմբաթթուն տարանջատվում է ջրային լուծույթում , առաջացնելով ջրածնի իոն և թթվային մնացորդ.

H 2 SO 4 \u003d H + + HSO 4 -;

HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.

Ամփոփիչ հավասարում.

H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

Ցույց է տալիս թթուների հատկությունները , փոխազդում է մետաղների, մետաղների օքսիդների, հիմքերի և աղերի հետ։

Նոսրած ծծմբական թթուն չի ցուցաբերում օքսիդացնող հատկություն, երբ այն փոխազդում է մետաղների հետ, ջրածինը և մետաղը պարունակող աղը օքսիդացման ամենացածր վիճակում ազատվում են: Սառը ժամանակ թթուն իներտ է մետաղների նկատմամբ, ինչպիսիք են երկաթը, ալյումինը և նույնիսկ բարիումը:

Խտացված թթունն ունի օքսիդացնող հատկություն։ Պարզ նյութերի խտացված ծծմբաթթվի հետ փոխազդեցության հնարավոր արտադրանքները բերված են աղյուսակում: Ցուցադրված է վերականգնող արտադրանքի կախվածությունը թթվի կոնցենտրացիայից և մետաղի ակտիվության աստիճանից. որքան ակտիվ է մետաղը, այնքան ավելի խորն է նվազեցնում ծծմբաթթվի սուլֆատ իոնը։

Փոխազդեցություն օքսիդների հետ.

CaO + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 \u003d H 2 O:

Փոխազդեցություն հիմքերի հետ.

2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O:

Փոխազդեցություն աղերի հետ.

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

Օքսիդացնող հատկություններ

Ծծմբաթթուն օքսիդացնում է HI-ն և HBr-ը՝ վերածելով ազատ հալոգենների.

H 2 SO 4 + 2HI \u003d I 2 + 2H 2 O + SO 2:

Ծծմբաթթուն հեռացնում է քիմիապես կապված ջուրը հիդրօքսիլ խմբեր պարունակող օրգանական միացություններից: Էթիլային սպիրտի ջրազրկումը խտացված ծծմբաթթվի առկայության դեպքում հանգեցնում է էթիլենի արտադրությանը.

C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O:

Շաքարի, ցելյուլոզայի, օսլայի և այլ ածխաջրերի ածխաջրացումը ծծմբաթթվի հետ շփման ժամանակ բացատրվում է նաև դրանց ջրազրկմամբ.

C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 \u003d 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2:

Ցանկացած թթու բարդ նյութ է, որի մոլեկուլը պարունակում է մեկ կամ մի քանի ջրածնի ատոմ և թթվային մնացորդ։

Ծծմբաթթվի բանաձևը H2SO4 է: Հետևաբար, ծծմբաթթվի մոլեկուլի կազմը ներառում է ջրածնի երկու ատոմ և թթվային մնացորդ SO4։

Ծծմբաթթուն առաջանում է, երբ ծծմբի օքսիդը փոխազդում է ջրի հետ

SO3+H2O -> H2SO4

Մաքուր 100% ծծմբաթթուն (մոնոհիդրատ) ծանր հեղուկ է, յուղի պես մածուցիկ, անգույն և անհոտ, թթու «պղնձի» համով։ Արդեն +10 ° C ջերմաստիճանում այն ​​ամրանում է և վերածվում բյուրեղային զանգվածի։

Խտացված ծծմբաթթուն պարունակում է մոտավորապես 95% H2SO4: Եվ սառչում է -20 ° C-ից ցածր ջերմաստիճանում:

Փոխազդեցություն ջրի հետ

Ծծմբաթթուն շատ լուծելի է ջրում՝ խառնվելով դրա հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ։ Սա մեծ քանակությամբ ջերմություն է թողնում:

Ծծմբաթթուն ունակ է կլանել օդից ջրի գոլորշին: Այս հատկությունը օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ գազերի չորացման համար։ Գազերը չորանում են՝ դրանք ծծմբաթթվով հատուկ տարաներով անցնելով։ Իհարկե, այս մեթոդը կարող է օգտագործվել միայն այն գազերի համար, որոնք չեն արձագանքում դրա հետ։

Հայտնի է, որ երբ ծծմբաթթուն շփվում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի, հատկապես ածխաջրերի հետ, այդ նյութերը ածխանում են։ Բանն այն է, որ ածխաջրերը, ինչպես ջուրը, պարունակում են և՛ ջրածին, և՛ թթվածին: Ծծմբաթթուն խլում է նրանց այդ տարրերը: Մնում է ածուխ։

H2SO4 ջրային լուծույթում լակմուսի և մեթիլ նարնջի ցուցիչները կարմիր են դառնում, ինչը ցույց է տալիս, որ այս լուծույթն ունի թթու համ։

Փոխազդեցություն մետաղների հետ

Ինչպես ցանկացած այլ թթու, ծծմբաթթուն ի վիճակի է իր մոլեկուլում ջրածնի ատոմները փոխարինել մետաղի ատոմներով։ Այն փոխազդում է գրեթե բոլոր մետաղների հետ։

նոսր ծծմբաթթուփոխազդում է մետաղների հետ սովորական թթվի նման: Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է SO4 թթվային մնացորդով և ջրածնով աղ։

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Ա խտացված ծծմբաթթուշատ ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Այն օքսիդացնում է բոլոր մետաղները՝ անկախ լարման շարքում նրանց դիրքից։ Իսկ մետաղների հետ փոխազդելիս այն ինքնին վերածվում է SO2-ի։ Ջրածինը չի ազատվում:

Сu + 2 H2SO4 (կոնկ) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (conc) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Բայց ոսկին, երկաթը, ալյումինը, պլատինի խմբի մետաղները ծծմբաթթվի մեջ չեն օքսիդանում։ Հետեւաբար, ծծմբաթթուն տեղափոխվում է պողպատե տանկերով:

Ծծմբաթթվի աղերը, որոնք ստացվում են նման ռեակցիաների արդյունքում, կոչվում են սուլֆատներ։ Նրանք անգույն են և հեշտությամբ բյուրեղանում են։ Նրանցից ոմանք ջրի մեջ շատ լուծելի են: Միայն CaSO4-ը և PbSO4-ն են քիչ լուծվող: BaSO4-ը գրեթե չի լուծվում ջրում:

Փոխազդեցություն հիմքերի հետ

Թթվի ռեակցիան հիմքի հետ կոչվում է չեզոքացման ռեակցիա։ Ծծմբաթթվի չեզոքացման ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է SO4 թթվային մնացորդ եւ ջուր H2O պարունակող աղ։

Ծծմբաթթվի չեզոքացման ռեակցիաների օրինակներ.

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Ծծմբաթթուն մտնում է չեզոքացման ռեակցիա ինչպես լուծելի, այնպես էլ չլուծվող հիմքերով:

Քանի որ ծծմբաթթվի մոլեկուլում կա ջրածնի երկու ատոմ, և այն չեզոքացնելու համար անհրաժեշտ է երկու հիմք, այն պատկանում է երկհիմն թթուներին։

Փոխազդեցությունը հիմնական օքսիդների հետ

Դպրոցական քիմիայի դասընթացից գիտենք, որ օքսիդները կոչվում են բարդ նյութեր, որոնք ներառում են երկու քիմիական տարր, որոնցից մեկը թթվածինն է օքսիդացման վիճակում -2։ Հիմնական օքսիդները կոչվում են 1, 2 և որոշ 3 վալենտային մետաղների օքսիդներ: Հիմնական օքսիդների օրինակներ՝ Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO:

Հիմնական օքսիդներով ծծմբաթթուն մտնում է չեզոքացման ռեակցիա: Նման ռեակցիայի արդյունքում, ինչպես հիմքերի հետ ռեակցիայի ժամանակ, առաջանում են աղ և ջուր։ Աղը պարունակում է SO4 թթվային մնացորդ:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Աղի փոխազդեցություն

Ծծմբաթթուն փոխազդում է ավելի թույլ կամ ցնդող թթուների աղերի հետ՝ հեռացնելով այդ թթուները դրանցից։ Այս ռեակցիայի արդյունքում SO4 թթվային մնացորդով աղ և թթու

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Ծծմբաթթվի և դրա միացությունների օգտագործումը

Բարիումի շիլա BaSO4-ն ի վիճակի է հետաձգել ռենտգենյան ճառագայթները։ Լցնելով այն մարդու մարմնի խոռոչ օրգաններով, ռադիոլոգները հետազոտում են դրանք։

Բժշկության և շինարարության մեջ լայնորեն կիրառվում է բնական գիպսը CaSO4 * 2H2O, կալցիումի սուլֆատ հիդրատը։ Գլաուբերի աղը Na2SO4 * 10H2O օգտագործվում է բժշկության և անասնաբուժության մեջ, քիմիական արդյունաբերության մեջ՝ սոդայի և ապակու արտադրության համար։ Պղնձի սուլֆատ CuSO4 * 5H2O հայտնի է այգեպաններին և գյուղատնտեսներին, ովքեր օգտագործում են այն վնասատուների և բույսերի հիվանդությունների դեմ պայքարելու համար:

Ծծմբաթթուն լայնորեն կիրառվում է տարբեր արդյունաբերություններում՝ քիմիական, մետաղամշակման, նավթի, տեքստիլ, կաշվի և այլն: