Կառուցվածքային բանաձեւ
Ճշմարիտ, էմպիրիկ կամ կոպիտ բանաձև. H2SO4
Ծծմբաթթվի քիմիական կազմը
Մոլեկուլային քաշը՝ 98,076
Ծծմբաթթու H 2 SO 4-ը ուժեղ երկհիմնական թթու է, որը համապատասխանում է ծծմբի ամենաբարձր օքսիդացման վիճակին (+6): Նորմալ պայմաններում խտացված ծծմբաթթուն ծանր, յուղոտ հեղուկ է, անգույն և անհոտ, թթու «պղնձի» համով: Տեխնոլոգիայում ծծմբաթթուն կոչվում է դրա խառնուրդ ինչպես ջրի, այնպես էլ ծծմբային անհիդրիդ SO 3-ի հետ: Եթե SO 3: H 2 O-ի մոլային հարաբերակցությունը 1-ից փոքր է, ապա դա ծծմբաթթվի ջրային լուծույթ է, եթե 1-ից մեծ է՝ SO 3 լուծույթ ծծմբաթթվի մեջ (օլեում):
Անուն
18-19-րդ դարերում վառոդի համար ծծումբը արտադրվում էր ծծմբի պիրիտից (պիրիտից) վիտրիոլի գործարաններում։ Ծծմբաթթուն այն ժամանակ կոչվում էր «վիտրիոլի յուղ» (որպես կանոն, դա բյուրեղային հիդրատ էր, նավթը հիշեցնող հետևողականությամբ), ակնհայտորեն այստեղից էլ ծագում է դրա աղերի (ավելի ճիշտ՝ բյուրեղային հիդրատների) անվանումը՝ վիտրիոլ։ .
Ծծմբաթթվի պատրաստում
Արդյունաբերական (կոնտակտային) մեթոդ
Արդյունաբերության մեջ ծծմբաթթուն արտադրվում է ծծմբի երկօքսիդի (ծծմբի երկօքսիդի գազ, որը ձևավորվում է ծծմբի կամ ծծմբի պիրիտների այրման ժամանակ) եռօքսիդի (ծծմբի անհիդրիդ) օքսիդացման արդյունքում, որին հաջորդում է SO 3-ի արձագանքը ջրի հետ։ Այս մեթոդով ստացված ծծմբաթթուն կոչվում է նաև կոնտակտային թթու (խտությունը 92-94%)։
Նիտրոզի (աշտարակի) մեթոդ
Նախկինում ծծմբաթթուն արտադրվում էր բացառապես ազոտային մեթոդով հատուկ աշտարակներում, իսկ թթուն կոչվում էր աշտարակաթթու (խտությունը 75%)։ Այս մեթոդի էությունը ծծմբի երկօքսիդի օքսիդացումն է ազոտի երկօքսիդով ջրի ներկայությամբ։
Մեկ այլ ճանապարհ
Այն հազվագյուտ դեպքերում, երբ ջրածնի սուլֆիդը (H 2 S) տեղահանում է սուլֆատը (SO 4 -) աղից (Cu, Ag, Pb, Hg մետաղների հետ), կողմնակի արտադրանքը ծծմբաթթուն է։ Այս մետաղների սուլֆիդներն ունեն ամենաբարձր ամրությունը, ինչպես նաև առանձնահատուկ սև գույնը:
Ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական հատկություններ
Շատ ուժեղ թթու, 18 o C-ում pK a (1) = −2.8, pK a (2) = 1.92 (K z 1.2 10 -2); կապի երկարությունները մոլեկուլում S=O 0,143 նմ, S-OH 0,154 նմ, HOSOH անկյուն 104°, OSO 119°; եռում է՝ առաջացնելով ազեոտրոպ խառնուրդ (98,3% H 2 SO 4 և 1,7 % H 2 O 338,8 o C եռման կետով)։ 100% H 2 SO 4 պարունակությանը համապատասխանող ծծմբաթթուն ունի բաղադրություն (%). 7, - 0.04, HS 2 O 7 - - 0.05: Բոլոր համամասնություններով խառնվում է ջրի և SO 3-ի հետ: Ջրային լուծույթներում ծծմբաթթուն գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում է H 3 O +, HSO 3 + և 2HSO 4 -: Ձևավորում է հիդրատներ H 2 SO 4 ·nH 2 O, որտեղ n = 1, 2, 3, 4 և 6.5:
Օլեում
Ծծմբաթթվի մեջ ծծմբային անհիդրիդի SO 3 լուծույթները կոչվում են օլեում, դրանք առաջացնում են երկու միացություններ H 2 SO 4 · SO 3 և H 2 SO 4 · 2SO 3: Օլեումը պարունակում է նաև պիրոսուլֆուրական թթուներ։ Ծծմբաթթվի ջրային լուծույթների եռման կետը մեծանում է կոնցենտրացիայի ավելացման հետ և հասնում է առավելագույնի 98,3% H 2 SO 4 պարունակության դեպքում: Օլեումի եռման կետը նվազում է SO3 պարունակության ավելացման հետ: Քանի որ ծծմբաթթվի ջրային լուծույթների կոնցենտրացիան մեծանում է, լուծույթներից բարձր գոլորշիների ընդհանուր ճնշումը նվազում է և հասնում է նվազագույնի 98,3% H 2 SO 4 պարունակության դեպքում: Քանի որ SO 3-ի կոնցենտրացիան օլեումում մեծանում է, դրա վերևում գտնվող ընդհանուր գոլորշու ճնշումը մեծանում է: Ծծմբաթթվի և օլեումի ջրային լուծույթների վրա գոլորշիների ճնշումը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով հավասարումը.
log p=A-B/T+2.126
A և B գործակիցների արժեքները կախված են ծծմբաթթվի կոնցենտրացիայից: Ծծմբաթթվի ջրային լուծույթների վրայից գոլորշին կազմված է ջրային գոլորշու, H 2 SO 4 և SO 3 խառնուրդից, և գոլորշու բաղադրությունը տարբերվում է հեղուկի բաղադրությունից ծծմբաթթվի բոլոր կոնցենտրացիաներում, բացառությամբ համապատասխան ազեոտրոպ խառնուրդի: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիսոցիացիան մեծանում է: Oleum H2SO4·SO3-ն ունի առավելագույն մածուցիկություն, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ η-ն նվազում է: Ծծմբաթթվի էլեկտրական դիմադրությունը նվազագույն է SO 3 և 92% H 2 SO 4 կոնցենտրացիայի դեպքում և առավելագույնը 84 և 99,8% H 2 SO 4 կոնցենտրացիաներում: Օլեումի համար նվազագույն ρ-ը 10% SO 3 կոնցենտրացիայի դեպքում է: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ծծմբաթթվի ρ ավելանում է։ 100% ծծմբաթթվի դիէլեկտրական հաստատուն 101 (298.15 K), 122 (281.15 K); կրիոսկոպիկ հաստատուն 6.12, էբուլյոսկոպիկ հաստատուն 5.33; օդում ծծմբաթթվի գոլորշու դիֆուզիայի գործակիցը տատանվում է կախված ջերմաստիճանից. D = 1,67·10-5T3/2 սմ²/վ:
Քիմիական հատկություններ
Ծծմբաթթուն խտացված վիճակում, երբ տաքացվում է, բավականին ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Օքսիդացնում է HI-ն և մասամբ HBr-ը՝ վերածելով ազատ հալոգենների: Օքսիդացնում է բազմաթիվ մետաղներ (բացառություններ՝ Au, Pt, Ir, Rh, Ta.)։ Այս դեպքում խտացված ծծմբաթթուն կրճատվում է մինչև SO 2: Խիտ ծծմբաթթուում ցրտին Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba պասիվացվում են և ռեակցիաներ չեն առաջանում։ Ամենահզոր վերականգնող նյութերը խտացված ծծմբաթթուն իջեցնում են S և H 2 S: Խիտ ծծմբաթթուն կլանում է ջրի գոլորշիները, ուստի այն օգտագործվում է գազերի, հեղուկների և պինդ նյութերի չորացման համար, օրինակ՝ չորացուցիչներում: Այնուամենայնիվ, խտացված H 2 SO 4-ը մասամբ կրճատվում է ջրածնով, ինչի պատճառով այն չի կարող օգտագործվել այն չորացնելու համար: Ջուրը պառակտելով օրգանական միացություններից և թողնելով սև ածխածին (ածուխ), խտացված ծծմբաթթուն հանգեցնում է փայտի, շաքարի և այլ նյութերի ածխացմանը: Նոսրած H 2 SO 4-ը փոխազդում է ջրածնի ձախ էլեկտրաքիմիական լարման շարքում գտնվող բոլոր մետաղների հետ իր արտազատմամբ: Նոսրացած H 2 SO 4-ի օքսիդացնող հատկությունները բնորոշ չեն: Ծծմբաթթուն ձևավորում է երկու շարք աղեր՝ միջին - սուլֆատներ և թթվային - հիդրոսուլֆատներ, ինչպես նաև էսթերներ։ Հայտնի են պերօքսոմոնսուլֆուրային (կամ կարոտաթթու) H 2 SO 5 և պերօքսոդծծմբային H 2 S 2 O 8 թթուներ։ Ծծմբաթթուն նաև փոխազդում է հիմնական օքսիդների հետ՝ առաջացնելով սուլֆատ և ջուր։ Մետաղագործական գործարաններում ծծմբաթթվի լուծույթը օգտագործվում է մետաղական արտադրանքի մակերեւույթից մետաղի օքսիդի շերտը հանելու համար, որոնք արտադրական գործընթացի ընթացքում ենթարկվում են բարձր ջերմության: Այսպիսով, երկաթի օքսիդը հեռացվում է թիթեղային երկաթի մակերևույթից ծծմբաթթվի տաքացված լուծույթի ազդեցությամբ: Ծծմբաթթվի և դրա լուծվող աղերի նկատմամբ որակական ռեակցիան նրանց փոխազդեցությունն է լուծվող բարիումի աղերի հետ, ինչը հանգեցնում է բարիումի սուլֆատի սպիտակ նստվածքի ձևավորմանը, որը, օրինակ, ջրում և թթուներում չի լուծվում:
Դիմում
Ծծմբաթթուն օգտագործվում է.
- հանքաքարի վերամշակման մեջ, հատկապես հազվագյուտ տարրերի արդյունահանման մեջ, այդ թվում՝ ուրան, իրիդիում, ցիրկոնիում, օսմիում և այլն;
- հանքային պարարտանյութերի արտադրության մեջ;
- որպես էլեկտրոլիտ կապարի մարտկոցներում;
- տարբեր հանքային թթուներ և աղեր ստանալու համար.
- քիմիական մանրաթելերի, ներկերի, ծուխ առաջացնող և պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ.
- նավթի, մետաղամշակման, տեքստիլ, կաշվի և այլ արդյունաբերություններում.
- սննդի արդյունաբերության մեջ - գրանցված է որպես սննդային հավելում E513 (էմուլգատոր);
- Արդյունաբերական օրգանական սինթեզում ռեակցիաներում.
- ջրազրկում (դիէթիլ եթերի, էսթերների արտադրություն);
- խոնավացում (էթանոլ էթիլենից);
- սուլֆոնացիա (սինթետիկ լվացող միջոցներ և միջանկյալներ ներկերի արտադրության մեջ);
- ալկիլացում (իզոոկտանի, պոլիէթիլեն գլիկոլի, կապրոլակտամի արտադրություն) և այլն։
- Թորած ջրի արտադրության մեջ ֆիլտրերում խեժերի վերականգնման համար:
Ծծմբաթթվի համաշխարհային արտադրությունը մոտ. տարեկան 160 մլն տոննա։ Ծծմբաթթվի ամենամեծ սպառողը հանքային պարարտանյութերի արտադրությունն է։ P 2 O 5 ֆոսֆորային պարարտանյութերը սպառում են 2,2-3,4 անգամ ավելի շատ ծծմբական թթու, իսկ (NH 4) 2 SO 4 ծծմբաթթուն սպառում է սպառված (NH 4) 2 SO 4 զանգվածի 75%-ը։ Ուստի նրանք հակված են հանքային պարարտանյութերի արտադրության գործարանների հետ համատեղ ծծմբաթթվի գործարաններ կառուցել:
Պատմական տեղեկություններ
Ծծմբաթթուն հայտնի է հին ժամանակներից, որը բնության մեջ հանդիպում է ազատ ձևով, օրինակ՝ հրաբուխների մոտ գտնվող լճերի տեսքով։ Թերևս առաջին հիշատակումը թթվային գազերի մասին, որոնք առաջանում են «կանաչ քարի» շիբի կամ երկաթի սուլֆատի կալցինացման արդյունքում, կարելի է գտնել արաբ ալքիմիկոս Ջաբիր իբն Հայյանին վերագրվող գրվածքներում։ 9-րդ դարում պարսիկ ալքիմիկոս Ար-Ռազին, կալցացնելով երկաթի և պղնձի սուլֆատի խառնուրդը (FeSO 4 7H 2 O և CuSO 4 5H 2 O), ստացել է նաև ծծմբաթթվի լուծույթ։ Այս մեթոդը կատարելագործել է եվրոպացի ալքիմիկոս Ալբերտ Մագնուսը, ով ապրել է 13-րդ դարում։ Երկաթի սուլֆատից ծծմբաթթվի ստացման սխեման երկաթի (II) սուլֆատի ջերմային տարրալուծումն է, որին հաջորդում է խառնուրդի սառեցումը: Ալքիմիկոս Վալենտինի (13-րդ դար) աշխատությունները նկարագրում են ծծմբաթթվի ստացման մեթոդ՝ կլանելով գազը (ծծմբային անհիդրիդ), որը թողարկվում է ծծմբի և նիտրատային փոշիների խառնուրդը ջրով այրելով։ Հետագայում այս մեթոդը հիմք հանդիսացավ այսպես կոչված. «Խցիկ» մեթոդ, որն իրականացվում է կապարով պատված փոքր խցերում, որը չի լուծվում ծծմբաթթվի մեջ: ԽՍՀՄ-ում այս մեթոդը գոյություն է ունեցել մինչև 1955 թվականը: 15-րդ դարի ալքիմիկոսները նաև գիտեին պիրիտից ծծմբաթթվի ստացման մեթոդ՝ ծծմբի պիրիտը, որն ավելի էժան և տարածված հումք է, քան ծծումբը: Այս եղանակով ծծմբաթթուն արտադրվում է 300 տարի՝ փոքր քանակությամբ ապակյա պահեստներում։ Հետագայում, կատալիզի զարգացման հետ կապված, այս մեթոդը փոխարինեց ծծմբաթթվի սինթեզի խցիկ մեթոդին։ Ներկայումս ծծմբաթթուն արտադրվում է ծծմբի օքսիդի (IV) կատալիտիկ օքսիդացման միջոցով (IV) ծծմբի օքսիդի (VI) և ծծմբի օքսիդի (VI) 70% ծծմբաթթվի լուծարման արդյունքում՝ օլեում ձևավորելու համար: Ռուսաստանում ծծմբաթթվի արտադրությունն առաջին անգամ կազմակերպվել է 1805 թվականին Մոսկվայի մերձակայքում՝ Զվենիգորոդի շրջանում։ 1913 թվականին Ռուսաստանը ծծմբաթթվի արտադրությամբ աշխարհում զբաղեցրել է 13-րդ տեղը։
լրացուցիչ տեղեկություն
Ծծմբաթթվի փոքր կաթիլները կարող են առաջանալ մթնոլորտի միջին և վերին շերտերում ջրի գոլորշու և մեծ քանակությամբ ծծումբ պարունակող հրաբխային մոխրի ռեակցիայի արդյունքում: Ստացված կախոցը, ծծմբաթթվային ամպերի բարձր ալբեդոյի պատճառով, դժվարացնում է արևի լույսը մոլորակի մակերեսին հասնելը։ Հետևաբար (և նաև մթնոլորտի վերին մասում հրաբխային մոխրի մանր մասնիկների մեծ քանակի հետևանքով, որոնք նույնպես խոչընդոտում են արևի լույսի մուտքը մոլորակ), կլիմայի զգալի փոփոխություններ կարող են տեղի ունենալ հատկապես ուժեղ հրաբխային ժայթքումներից հետո: Օրինակ, Կսուդաչ հրաբխի (Կամչատկա թերակղզի, 1907) ժայթքման արդյունքում մթնոլորտում փոշու ավելացված կոնցենտրացիան մնաց մոտ 2 տարի, և ծծմբաթթվի բնորոշ գիշերային ամպեր նկատվեցին նույնիսկ Փարիզում: 1991 թվականին Պինատուբո լեռան պայթյունը, որը մթնոլորտ արտանետեց 3 × 10 7 տոննա ծծումբ, հանգեցրեց նրան, որ 1992 և 1993 թվականները զգալիորեն ավելի ցուրտ էին, քան 1991 և 1994 թվականները:
Ստանդարտներ
- Տեխնիկական ծծմբաթթու ԳՕՍՏ 2184-77
- Մարտկոցի ծծմբաթթու: Տեխնիկական բնութագրեր ԳՕՍՏ 667-73
- Հատուկ մաքրության ծծմբաթթու: Տեխնիկական բնութագրեր ԳՕՍՏ 1422-78
- Ռեակտիվներ. Ծծմբաթթու. Տեխնիկական բնութագրեր ԳՕՍՏ 4204-77
Ծծմբաթթվի ֆիզիկական հատկությունները.
Ծանր յուղոտ հեղուկ («վիտրիոլի յուղ»);
խտությունը 1,84 գ/սմ3; ոչ ցնդող, ջրի մեջ շատ լուծելի - ուժեղ ջեռուցմամբ; t°pl. = 10,3°C, t°եռ. = 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, ավելի թեթև ջուրը կհայտնվի թթվի մակերեսին, որտեղ կկենտրոնանա առաջացած 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 պիրիտ) լցվում է վերևում գտնվող վառարանի մեջ՝ թրծելու համար: հեղուկացված մահճակալ«. Ներքևից անցնում է թթվածնով հարստացված օդը (հակահոսքի սկզբունք)։
Վառարանից դուրս է գալիս վառարանի գազը, որի բաղադրությունն է՝ SO 2, O 2, ջրի գոլորշի (պիրիտը թաց էր) և մոխրի մանր մասնիկներ (երկաթի օքսիդ)։ Գազը մաքրվում է պինդ մասնիկների կեղտից (ցիկլոնում և էլեկտրական նստվածքում) 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 ուղղակի ռեակցիայի օպտիմալ պայմաններ՝ ավելացված ճնշում (քանի որ ուղղակի ռեակցիան տեղի է ունենում 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 կողմից կլանումը չի օգտագործվում, քանի որ ծծմբի օքսիդը ջրի մեջ լուծվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ, ուստի ստացված ծծմբաթթուն եռում է և վերածվում գոլորշու։ Ծծմբաթթվի մառախուղի առաջացումը կանխելու 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 երկհիմնական թթու է, ամենաուժեղ հանքային թթուներից մեկը, որի 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 = H + + HSO 4 -;
HSO 4 - = H + + SO 4 2-.
Ամփոփիչ հավասարում.
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-.
2) Ծծմբաթթվի փոխազդեցությունը մետաղների հետ:
Նոսրած ծծմբաթթուն լուծում է միայն մետաղները ջրածնի ձախ լարման շարքում.
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (նոսրացված) → Zn +2 SO 4 + H 2
3)
Ծծմբաթթվի արձագանքըհիմնական օքսիդներով.
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Ծծմբաթթվի արձագանքըհիդրօքսիդներ:
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 (թթուներում չլուծվող) սպիտակ նստվածքի ձևավորումն օգտագործվում է ծծմբաթթվի և լուծվող սուլֆատների հայտնաբերման համար (որակական ռեակցիա սուլֆատ իոնին):
Խտացված H 2 SO 4-ի հատուկ հատկություններ.
1) Կենտրոնացված ծծմբաթթուն է ուժեղ օքսիդացնող նյութ ; մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ (բացի Au, Pt) այն կրճատվում է մինչև 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. Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
Ակտիվ մետաղ
8 Al + 15 H 2 SO 4 (կոնկրետ) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
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
Ցածր ակտիվ մետաղ
2Bi + 6H 2 SO 4 (կոնկրետ) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
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, սովորաբար հասնելով առավելագույն օքսիդացման վիճակի, և ինքնին վերածվում էS+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 = 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
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 առաջացնում է էթիլեն.
C 2 H 5 OH = 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 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2:
Այն ունի պատմական անվանում՝ վիտրիոլի յուղ։ Թթվի ուսումնասիրությունը սկսվել է հին ժամանակներում, հույն բժիշկ Դիոսկորիդեսը, հռոմեացի բնագետ Պլինիոս Ավագը, իսլամական ալքիմիկոսներ Գեբերը, Ռազին և Իբն Սինան և այլք նկարագրել են այն իրենց աշխատություններում: Շումերների մոտ կար վիտրիոլների ցանկ, որոնք դասակարգվում էին ըստ նյութի գույնի։ Մեր օրերում «վիտրիոլ» բառը միավորում է երկվալենտ մետաղների սուլֆատների բյուրեղային հիդրատները:
17-րդ դարում գերմանացի-հոլանդացի քիմիկոս Յոհան Գլաուբերը ծծմբաթթու պատրաստեց՝ ծծումբը այրելով (KNO3) ներկայությամբ 1736 թվականին Ջոշուա Ուարդը (դեղագործ Լոնդոնից) այս մեթոդն օգտագործեց արտադրության մեջ: Այս ժամանակը կարելի է համարել այն մեկնակետը, երբ ծծմբական թթուն սկսեց արտադրվել մեծ մասշտաբով։ Նրա բանաձևը (H2SO4), ինչպես ընդունված է ենթադրել, հաստատվել է շվեդ քիմիկոս Բերզելիուսի (1779-1848) կողմից մի փոքր ուշ։
Բերզելիուսը, օգտագործելով այբբենական նշաններ (նշելով քիմիական տարրերը) և ավելի ցածր թվային ինդեքսներ (նշելով տվյալ տեսակի ատոմների քանակը մոլեկուլում), հաստատեց, որ մեկ մոլեկուլը պարունակում է 1 ծծմբի ատոմ (S), ջրածնի 2 ատոմ (H) և 4 թթվածին։ ատոմներ (O ). Այդ ժամանակվանից հայտնի դարձավ մոլեկուլի որակական և քանակական բաղադրությունը, այսինքն՝ քիմիայի լեզվով նկարագրվեց ծծմբաթթուն։
Գրաֆիկական ձևով ցույց տալով մոլեկուլում ատոմների հարաբերական դասավորությունը և նրանց միջև եղած քիմիական կապերը (դրանք սովորաբար նշվում են գծերով), հայտնում է, որ մոլեկուլի կենտրոնում կա ծծմբի ատոմ, որը միացված է կրկնակի կապերով երկուսի հետ։ թթվածնի ատոմներ. Մնացած երկու թթվածնի ատոմների հետ, որոնցից յուրաքանչյուրում կցված է ջրածնի ատոմ, նույն ծծմբի ատոմը միացված է միայնակ կապերով։
Հատկություններ
Ծծմբաթթուն թեթևակի դեղնավուն կամ անգույն, մածուցիկ հեղուկ է, որը լուծելի է ջրի մեջ ցանկացած կոնցենտրացիայի դեպքում: Այն ուժեղ հանքանյութ է և խիստ ագրեսիվ է մետաղների (խտացված երկաթի հետ առանց տաքացման չի փոխազդում, այլ պասիվացնում է), ապարների, կենդանական հյուսվածքների կամ այլ նյութերի նկատմամբ։ Այն բնութագրվում է բարձր հիգրոսկոպիկությամբ և ուժեղ օքսիդացնող նյութի ընդգծված հատկություններով։ 10,4 °C ջերմաստիճանում թթուն պնդանում է։ Երբ տաքացվում է մինչև 300 °C, թթվի գրեթե 99%-ը կորցնում է ծծմբային անհիդրիդը (SO3):
Նրա հատկությունները տարբեր են՝ կախված նրա ջրային լուծույթի կոնցենտրացիայից։ Կան թթվային լուծույթների ընդհանուր անվանումներ. Մինչեւ 10% թթու համարվում է նոսր: Մարտկոց - 29-ից 32%: Երբ կոնցենտրացիան 75%-ից պակաս է (ինչպես սահմանված է ԳՕՍՏ 2184-ում), այն կոչվում է աշտարակ: Եթե կոնցենտրացիան 98 տոկոս է, ապա դա արդեն կլինի խտացված ծծմբաթթու։ Բանաձևը (քիմիական կամ կառուցվածքային) բոլոր դեպքերում մնում է անփոփոխ:
Խտացված ծծմբային անհիդրիդը ծծմբաթթվի մեջ լուծելիս առաջանում է օլեում կամ գոլորշիացած ծծմբաթթու, որի բանաձևը կարելի է գրել հետևյալ կերպ՝ H2S2O7. Մաքուր թթուն (H2S2O7) պինդ նյութ է, որի հալման ջերմաստիճանը 36 °C է։ Ծծմբաթթվի հիդրացիոն ռեակցիաները բնութագրվում են մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ։
Նոսրացած թթուն փոխազդում է մետաղների հետ՝ արձագանքելով, որոնց հետ այն ցույց է տալիս ուժեղ օքսիդացնող նյութի հատկություններ։ Այս դեպքում ծծմբաթթուն կրճատվում է, առաջացած նյութերի բանաձևը, որը պարունակում է կրճատված (մինչև +4, 0 կամ -2) ծծմբի ատոմ կարող է լինել՝ SO2, S կամ H2S։
Փոխազդում է ոչ մետաղների հետ, ինչպիսիք են ածխածինը կամ ծծումբը.
2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O
Փոխազդում է նատրիումի քլորիդի հետ.
H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl
Բնութագրվում է անուշաբույր միացության բենզոլային օղակին կցված ջրածնի ատոմի էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիայով -SO3H խմբի կողմից։
Անդորրագիր
1831 թվականին արտոնագրվել է H2SO4-ի արտադրության կոնտակտային մեթոդը, որը ներկայումս հիմնականն է։ Այսօր ծծմբաթթվի մեծ մասը արտադրվում է այս մեթոդով: Օգտագործված հումքը սուլֆիդային հանքաքարն է (սովորաբար երկաթի պիրիտ FeS2), որը թրծվում է հատուկ վառարաններում, որից առաջանում է բովող գազ։ Քանի որ գազի ջերմաստիճանը 900 °C է, այն սառչում են 70% կոնցենտրացիայով ծծմբաթթվով։ Այնուհետև գազը մաքրվում է փոշուց ցիկլոնում և էլեկտրաստատիկ տեղում, լվացման աշտարակներում՝ կատալիտիկ թույների 40 և 10% կոնցենտրացիայով թթվով (As2O5 և ֆտոր), իսկ թաց էլեկտրաստատիկ նստիչներում՝ թթվային աերոզոլից։ Այնուհետև 9% ծծմբի երկօքսիդ (SO2) պարունակող բովող գազը չորանում է և սնվում կոնտակտային ապարատի մեջ: Վանադիումի կատալիզատորի 3 շերտերով անցնելուց հետո SO2-ը օքսիդացվում է SO3-ի։ Ստացված ծծմբային անհիդրիդը լուծարելու համար օգտագործվում է խտացված ծծմբաթթու։ Անջուր ծծմբաթթվի մեջ ծծմբային անհիդրիդի (SO3) լուծույթի բանաձեւը H2S2O7 է: Այս ձևով օլեումը պողպատե տանկերով տեղափոխվում է սպառող, որտեղ այն նոսրացվում է մինչև ցանկալի կոնցենտրացիան:
Դիմում
Իր տարբեր քիմիական հատկությունների շնորհիվ H2SO4-ն ունի կիրառությունների լայն շրջանակ: Ինքնին թթվի արտադրության մեջ, որպես կապարաթթվային մարտկոցների էլեկտրոլիտ, տարբեր մաքրող միջոցների արտադրության համար, այն նաև կարևոր ռեագենտ է քիմիական արդյունաբերության մեջ: Այն նաև օգտագործվում է սպիրտների, պլաստմասսաների, ներկանյութերի, կաուչուկի, եթերների, սոսինձների, օճառների և լվացող միջոցների, դեղագործական արտադրանքի, ցելյուլոզայի և թղթի, նավթամթերքների արտադրության մեջ:
Թթուները քիմիական միացություններ են, որոնք բաղկացած են ջրածնի ատոմներից և թթվային մնացորդներից, օրինակ՝ SO4, SO3, PO4 և այլն։ Դրանք անօրգանական են և օրգանական։ Առաջինները ներառում են հիդրոքլորային, ֆոսֆորի, սուլֆիդային, ազոտային և ծծմբաթթու: Երկրորդները ներառում են քացախաթթու, palmitic թթու, մրջնաթթու, ստեարաթթու և այլն:
Ինչ է ծծմբաթթուն
Այս թթուն բաղկացած է երկու ջրածնի ատոմներից և SO4 թթվային մնացորդից։ Այն ունի H2SO4 բանաձև:
Ծծմբաթթուն կամ, ինչպես նաև կոչվում է, սուլֆատաթթու, վերաբերում է թթվածին պարունակող անօրգանական երկհիմն թթուներին: Այս նյութը համարվում է ամենաագրեսիվ և քիմիապես ակտիվներից մեկը։ Քիմիական ռեակցիաների մեծ մասում այն հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ։ Այս թթուն կարող է օգտագործվել խտացված կամ նոսր վիճակում, որի դեպքում այն ունի մի փոքր տարբեր քիմիական հատկություններ:
Ֆիզիկական հատկություններ
Ծծմբաթթուն նորմալ պայմաններում հեղուկ է, նրա եռման ջերմաստիճանը մոտավորապես 279,6 աստիճան է Ցելսիուսի, սառեցման կետը, երբ այն վերածվում է պինդ բյուրեղների, մոտավորապես -10 աստիճան է հարյուր տոկոսի համար և մոտ -20՝ 95 տոկոսի համար:
Մաքուր հարյուր տոկոս սուլֆատաթթուն անհոտ, անգույն, յուղոտ հեղուկ նյութ է, որն ունի ջրի գրեթե կրկնակի խտություն՝ 1840 կգ/մ3։
Սուլֆատ թթվի քիմիական հատկությունները
Ծծմբաթթուն փոխազդում է մետաղների, դրանց օքսիդների, հիդրօքսիդների և աղերի հետ։ Տարբեր համամասնություններով ջրով նոսրացված, այն կարող է տարբեր կերպ վարվել, ուստի եկեք առանձին-առանձին մանրամասն նայենք ծծմբաթթվի խտացված և թույլ լուծույթների հատկություններին:
Խտացված ծծմբաթթվի լուծույթ
Առնվազն 90 տոկոս սուլֆատաթթու պարունակող լուծույթը համարվում է խտացված: Ծծմբաթթվի նման լուծույթն ընդունակ է արձագանքել նույնիսկ ցածր ակտիվ մետաղների, ինչպես նաև ոչ մետաղների, հիդրօքսիդների, օքսիդների և աղերի հետ։ Սուլֆատաթթվի նման լուծույթի հատկությունները նման են կենտրոնացված նիտրատաթթվի հատկություններին։
Փոխազդեցություն մետաղների հետ
Սուլֆատ թթվի խտացված լուծույթի քիմիական ռեակցիայի ժամանակ մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում (այսինքն՝ ոչ ամենաակտիվների հետ) ջրածնից աջ տեղակայված մետաղների հետ առաջանում են հետևյալ նյութերը՝ մետաղի սուլֆատ, որով. փոխազդեցությունը տեղի է ունենում, ջուր և ծծմբի երկօքսիդ: Մետաղները, որոնց հետ առաջանում են թվարկված նյութերը, ներառում են պղինձ (cuprum), սնդիկ, բիսմութ, արծաթ (argentum), պլատին և ոսկի (aurum):
Փոխազդեցություն ոչ ակտիվ մետաղների հետ
Մետաղների դեպքում, որոնք գտնվում են լարման շարքի ջրածնից ձախ կողմում, խտացված ծծմբաթթուն իրեն մի փոքր այլ կերպ է պահում: Այս քիմիական ռեակցիայի արդյունքում առաջանում են հետևյալ նյութերը՝ որոշակի մետաղի սուլֆատ, ջրածնի սուլֆիդ կամ մաքուր ծծումբ և ջուր։ Մետաղները, որոնց հետ տեղի է ունենում նմանատիպ ռեակցիա, ներառում են նաև երկաթ (ֆերում), մագնեզիում, մանգան, բերիլիում, լիթիում, բարիում, կալցիում և բոլոր մյուսները, որոնք գտնվում են ջրածնի ձախ լարման շարքում, բացառությամբ ալյումինի, քրոմի, նիկելի և տիտանի. նրանց հետ խտացված սուլֆատ թթուն չի փոխազդում:
Փոխազդեցություն ոչ մետաղների հետ
Այս նյութը ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, ուստի այն ի վիճակի է մասնակցել ոչ մետաղների հետ ռեդոքս քիմիական ռեակցիաներին, ինչպիսիք են, օրինակ, ածխածինը (ածխածինը) և ծծումբը: Նման ռեակցիաների արդյունքում ջուրն անպայմանորեն բաց է թողնվում։ Երբ այս նյութը ավելացվում է ածխածնի մեջ, ածխածնի երկօքսիդը և ծծմբի երկօքսիդը նույնպես ազատվում են: Իսկ եթե ծծմբին ավելացնեք թթու, ապա ստացվում է միայն ծծմբի երկօքսիդ և ջուր։ Նման քիմիական ռեակցիայի ժամանակ սուլֆատաթթուն խաղում է օքսիդացնող նյութի դեր։
Փոխազդեցություն օրգանական նյութերի հետ
Օրգանական նյութերի հետ ծծմբաթթվի ռեակցիաներից կարելի է առանձնացնել ածխացումը։ Այս գործընթացը տեղի է ունենում, երբ այս նյութը բախվում է թղթի, շաքարավազի, մանրաթելերի, փայտի և այլնի հետ: Այս դեպքում ածխածինը ամեն դեպքում արտազատվում է: Ռեակցիայի ընթացքում ձևավորված ածխածինը կարող է մասամբ արձագանքել ծծմբաթթվի հետ, եթե այն գերազանցում է: Լուսանկարում ներկայացված է շաքարի ռեակցիան միջին կոնցենտրացիայի սուլֆատաթթվի լուծույթով։
Ռեակցիաներ աղերի հետ
Նաև H2SO4-ի խտացված լուծույթը փոխազդում է չոր աղերի հետ։ Այս դեպքում տեղի է ունենում փոխանակման ստանդարտ ռեակցիա, որի ժամանակ առաջանում են մետաղի սուլֆատը, որը առկա է աղի կառուցվածքում և թթուն այն մնացորդի հետ, որը եղել է աղի մեջ։ Այնուամենայնիվ, խտացված ծծմբաթթուն չի փոխազդում աղի լուծույթների հետ:
Փոխազդեցություն այլ նյութերի հետ
Նաև այս նյութը կարող է փոխազդել մետաղների օքսիդների և դրանց հիդրօքսիդների հետ, այս դեպքերում տեղի են ունենում փոխանակման ռեակցիաներ, առաջինում մետաղի սուլֆատը և ջուրը ազատվում են, երկրորդում՝ նույնը:
Սուլֆատաթթվի թույլ լուծույթի քիմիական հատկությունները
Նոսրած ծծմբաթթուն փոխազդում է բազմաթիվ նյութերի հետ և ունի նույն հատկությունները, ինչ բոլոր թթուները: Այն, ի տարբերություն կենտրոնացված մետաղի, փոխազդում է միայն ակտիվ մետաղների հետ, այսինքն՝ նրանց, որոնք գտնվում են լարման շարքի ջրածնից ձախ։ Այս դեպքում տեղի է ունենում նույն փոխարինման ռեակցիան, ինչ ցանկացած թթվի դեպքում։ Սա ազատում է ջրածին: Նաև նման թթվային լուծույթը փոխազդում է աղի լուծույթների հետ, ինչի արդյունքում առաջանում է փոխանակման ռեակցիա, որն արդեն քննարկվել է վերևում, օքսիդների հետ - նույնը, ինչ խտացվածը, հիդրօքսիդների հետ - նույնպես նույնը: Սովորական սուլֆատներից բացի կան նաև հիդրոսուլֆատներ, որոնք հիդրօքսիդի և ծծմբաթթվի փոխազդեցության արդյունք են։
Ինչպես պարզել՝ լուծույթը պարունակում է ծծմբաթթու կամ սուլֆատներ
Որոշելու համար, թե արդյոք այդ նյութերը առկա են լուծույթում, օգտագործվում է հատուկ որակական ռեակցիա սուլֆատ իոնների նկատմամբ, ինչը հնարավորություն է տալիս պարզել. Այն բաղկացած է լուծույթին բարիումի կամ դրա միացությունների ավելացումից։ Սա կարող է հանգեցնել սպիտակ նստվածքի (բարիումի սուլֆատ), որը ցույց է տալիս սուլֆատների կամ ծծմբաթթվի առկայությունը:
Ինչպե՞ս է արտադրվում ծծմբաթթուն:
Այս նյութի արդյունաբերական արտադրության ամենատարածված մեթոդը դրա արդյունահանումն է երկաթի պիրիտից: Այս գործընթացը տեղի է ունենում երեք փուլով, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է կոնկրետ քիմիական ռեակցիա: Եկեք նայենք նրանց: Նախ, պիրիտին ավելացվում է թթվածին, որի արդյունքում ձևավորվում է ֆերումի օքսիդ և ծծմբի երկօքսիդ, որն օգտագործվում է հետագա ռեակցիաների համար: Այս փոխազդեցությունը տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճանում: Հաջորդը գալիս է այն փուլը, երբ ծծմբի եռօքսիդը ստանում են թթվածին ավելացնելով կատալիզատորի առկայության դեպքում, որը վանադիումի օքսիդ է։ Այժմ, վերջին փուլում, ստացված նյութին ջուր են ավելացնում, և ստացվում է սուլֆատաթթու։ Սա սուլֆատ թթվի արդյունաբերական արդյունահանման ամենատարածված գործընթացն է, այն առավել հաճախ օգտագործվում է, քանի որ պիրիտը ամենամատչելի հումքն է, որը հարմար է այս հոդվածում նկարագրված նյութի սինթեզի համար: Այս գործընթացով ստացված ծծմբաթթուն օգտագործվում է արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում՝ ինչպես քիմիական, այնպես էլ շատ այլ ոլորտներում, օրինակ՝ նավթի վերամշակման, հանքաքարի մշակման և այլնի մեջ: Դրա օգտագործումը հաճախ նախատեսված է նաև բազմաթիվ սինթետիկ մանրաթելերի արտադրության տեխնոլոգիայի մեջ: .
