Pierwiastki chemiczne. Pierwiastki chemiczne Wzór kwasowy h2so4

Formuła strukturalna

Prawdziwa, empiryczna lub ogólna formuła: H2SO4

Skład chemiczny kwasu siarkowego

Masa cząsteczkowa: 98,076

Kwas Siarkowy H 2 SO 4 to mocny kwas dwuzasadowy odpowiadający najwyższemu stopniowi utlenienia siarki (+6). W normalnych warunkach stężony kwas siarkowy jest ciężką, oleistą cieczą, bezbarwną i bezwonną, o kwaśnym, „miedzianym” smaku. W technologii kwas siarkowy nazywany jest jego mieszaniną zarówno z wodą, jak i bezwodnikiem siarkowym SO 3. Jeśli stosunek molowy SO 3: H 2 O jest mniejszy niż 1, to jest to wodny roztwór kwasu siarkowego, jeśli jest większy niż 1, jest to roztwór SO 3 w kwasie siarkowym (oleum).

Nazwa

W XVIII-XIX w. Siarkę do prochu produkowano z pirytu siarkowego (pirytu) w fabrykach witriolu. Kwas siarkowy nazywano wówczas „olejem witriolu” (z reguły był to hydrat krystaliczny, o konsystencji przypominającej olej), stąd oczywiście wzięła się nazwa jego soli (a raczej hydratów krystalicznych) - witriolu .

Wytwarzanie kwasu siarkowego

Metoda przemysłowa (kontaktowa).

W przemyśle kwas siarkowy wytwarza się w wyniku utleniania dwutlenku siarki (gazowego dwutlenku siarki powstającego podczas spalania siarki lub pirytu siarki) do trójtlenku (bezwodnika siarki), a następnie reakcji SO 3 z wodą. Otrzymany tą metodą kwas siarkowy nazywany jest także kwasem kontaktowym (stężenie 92-94%).

Metoda nitrozowa (wieżowa).

Wcześniej kwas siarkowy wytwarzano wyłącznie metodą azotawą w specjalnych wieżach i kwas ten nazywano kwasem wieżowym (stężenie 75%). Istotą tej metody jest utlenianie dwutlenku siarki dwutlenkiem azotu w obecności wody.

Inny sposób

W tych rzadkich przypadkach, gdy siarkowodór (H2S) wypiera siarczan (SO4 -) z soli (z metalami Cu, Ag, Pb, Hg), produktem ubocznym jest kwas siarkowy. Siarczki tych metali mają najwyższą wytrzymałość, a także charakterystyczny czarny kolor.

Właściwości fizyczne i fizykochemiczne

Bardzo mocny kwas, w temperaturze 18 o C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 · 10 -2); długości wiązań w cząsteczce S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kąt HOSOH 104°, OSO 119°; wrze, tworząc mieszaninę azeotropową (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O o temperaturze wrzenia 338,8 o C). Kwas siarkowy odpowiadający 100% zawartości H 2 SO 4 ma skład (%): 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 2O 7 - - 0,05. Mieszalny z wodą i SO 3 we wszystkich proporcjach. W roztworach wodnych kwas siarkowy prawie całkowicie dysocjuje na H 3 O +, HSO 3 + i 2HSO 4 -. Tworzy hydraty H 2 SO 4 ·nH 2 O, gdzie n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.

Oleum

Roztwory bezwodnika siarkowego SO 3 w kwasie siarkowym nazywane są oleum i tworzą dwa związki H 2 SO 4 ·SO 3 i H 2 SO 4 ·2SO 3. Oleum zawiera również kwasy pirosiarkowe. Temperatura wrzenia wodnych roztworów kwasu siarkowego wzrasta wraz ze wzrostem jego stężenia i osiąga maksimum przy zawartości 98,3% H 2 SO 4. Temperatura wrzenia oleum maleje wraz ze wzrostem zawartości SO3. Wraz ze wzrostem stężenia wodnych roztworów kwasu siarkowego całkowite ciśnienie pary nad roztworami maleje i osiąga minimum przy zawartości 98,3% H 2 SO 4. Wraz ze wzrostem stężenia SO 3 w oleum wzrasta całkowite ciśnienie pary nad nim. Prężność pary nad wodnymi roztworami kwasu siarkowego i oleum można obliczyć za pomocą równania:

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

wartości współczynników A i B zależą od stężenia kwasu siarkowego. Para nad wodnymi roztworami kwasu siarkowego składa się z mieszaniny pary wodnej, H 2 SO 4 i SO 3, a skład pary różni się od składu cieczy przy wszystkich stężeniach kwasu siarkowego, z wyjątkiem odpowiedniej mieszaniny azeotropowej. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta dysocjacja. Największą lepkość ma Oleum H2SO4·SO3, wraz ze wzrostem temperatury η maleje. Opór elektryczny kwasu siarkowego jest minimalny przy stężeniu SO 3 i 92% H 2 SO 4 i maksymalny przy stężeniu 84 i 99,8% H 2 SO 4. W przypadku oleum minimalne ρ występuje przy stężeniu 10% SO 3. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ρ kwasu siarkowego. Stała dielektryczna 100% kwasu siarkowego 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); stała krioskopowa 6,12, stała ebulioskopowa 5,33; współczynnik dyfuzji par kwasu siarkowego w powietrzu zmienia się w zależności od temperatury; D = 1,67·10⁻⁵T3/2 cm²/s.

Właściwości chemiczne

Kwas siarkowy w postaci stężonej po podgrzaniu jest dość silnym środkiem utleniającym. Utlenia HI i częściowo HBr do wolnych halogenów. Utlenia wiele metali (wyjątki: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). W tym przypadku stężony kwas siarkowy redukuje się do SO2. Na zimno w stężonym kwasie siarkowym Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba ulegają pasywacji i reakcje nie zachodzą. Najsilniejsze reduktory redukują stężony kwas siarkowy do S i H2S. Stężony kwas siarkowy pochłania parę wodną, ​​dlatego wykorzystuje się go do suszenia gazów, cieczy i ciał stałych np. w eksykatorach. Stężony H 2 SO 4 jest jednak częściowo redukowany przez wodór, dlatego nie można go stosować do jego suszenia. Rozdzielając wodę ze związków organicznych i pozostawiając po sobie sadzę (węgiel drzewny), stężony kwas siarkowy powoduje zwęglenie drewna, cukru i innych substancji. Rozcieńczony H 2 SO 4 oddziałuje ze wszystkimi metalami znajdującymi się w szeregu napięcia elektrochemicznego na lewo od wodoru wraz z jego uwolnieniem. Właściwości utleniające rozcieńczonego H 2 SO 4 są nietypowe. Kwas siarkowy tworzy dwie serie soli: średnią - siarczany i kwaśną - wodorosiarczany, a także estry. Znane są kwasy nadtlenosiarczkowe (lub kwasy karo) H 2 SO 5 i nadtlenodisiarkowe H 2 S 2 O 8. Kwas siarkowy reaguje również z zasadowymi tlenkami, tworząc siarczan i wodę. W zakładach obróbki metali roztwór kwasu siarkowego służy do usuwania warstwy tlenku metalu z powierzchni wyrobów metalowych, które w procesie produkcyjnym poddawane są działaniu wysokiej temperatury. W ten sposób tlenek żelaza usuwa się z powierzchni blachy pod wpływem ogrzanego roztworu kwasu siarkowego. Jakościową reakcją na kwas siarkowy i jego rozpuszczalne sole jest ich oddziaływanie z rozpuszczalnymi solami baru, w wyniku czego powstaje biały osad siarczanu baru, nierozpuszczalny np. w wodzie i kwasach.

Aplikacja

Kwas siarkowy stosuje się:

• przy przeróbce rud, zwłaszcza przy wydobywaniu rzadkich pierwiastków, m.in. uranu, irydu, cyrkonu, osmu itp.;
• w produkcji nawozów mineralnych;
• jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych;
• do otrzymywania różnych kwasów mineralnych i soli;
• w produkcji włókien chemicznych, barwników, materiałów dymotwórczych i wybuchowych;
• w przemyśle naftowym, metalowym, tekstylnym, skórzanym i innych;
• w przemyśle spożywczym – zarejestrowany jako dodatek do żywności E513 (emulgator);
• w przemysłowej syntezie organicznej w reakcjach:
• odwadnianie (produkcja eteru dietylowego, estrów);
• hydratacja (etanol z etylenu);
• sulfonowanie (detergenty syntetyczne i półprodukty do produkcji barwników);
• alkilowanie (produkcja izooktanu, glikolu polietylenowego, kaprolaktamu) itp.
• Do regeneracji żywic w filtrach przy produkcji wody destylowanej.

Światowa produkcja kwasu siarkowego wynosi ok. 160 milionów ton rocznie. Największym konsumentem kwasu siarkowego jest produkcja nawozów mineralnych. Nawozy fosforowe P 2 O 5 zużywają 2,2-3,4 razy więcej masy kwasu siarkowego, a kwas siarkowy (NH 4) 2 SO 4 zużywa 75% masy zużytego (NH 4) 2 SO 4. Dlatego też mają tendencję do budowania zakładów kwasu siarkowego w połączeniu z fabrykami do produkcji nawozów mineralnych.

Informacje historyczne

Kwas siarkowy znany jest od czasów starożytnych, występując w przyrodzie w postaci wolnej, np. w postaci jezior w pobliżu wulkanów. Być może pierwszą wzmiankę o kwaśnych gazach powstających w wyniku kalcynacji ałunu lub siarczanu żelaza z „zielonego kamienia” można znaleźć w pismach przypisywanych arabskiemu alchemikowi Jabirowi ibn Hayyanowi. W IX wieku perski alchemik Ar-Razi, kalcynując mieszaninę siarczanu żelaza i miedzi (FeSO 4 7H 2 O i CuSO 4 5H 2 O), również otrzymał roztwór kwasu siarkowego. Metodę tę udoskonalił europejski alchemik Albert Magnus, żyjący w XIII wieku. Schemat wytwarzania kwasu siarkowego z siarczanu żelazawego obejmuje termiczny rozkład siarczanu żelaza (II), a następnie ochłodzenie mieszaniny. Prace alchemika Walentina (XIII w.) opisują metodę wytwarzania kwasu siarkowego poprzez absorpcję gazu (bezwodnika siarki) powstającego podczas spalania mieszaniny proszków siarki i azotanów z wodą. Następnie metoda ta stała się podstawą tzw. metoda „komorowa”, prowadzona w małych komorach wyłożonych ołowiem, który nie rozpuszcza się w kwasie siarkowym. W ZSRR metoda ta istniała do 1955 roku. Alchemicy XV wieku znali także metodę wytwarzania kwasu siarkowego z pirytu - pirytu siarkowego, tańszego i bardziej rozpowszechnionego surowca niż siarka. Kwas siarkowy produkowany jest w ten sposób od 300 lat, w małych ilościach, w szklanych retortach. Następnie, w związku z rozwojem katalizy, metoda ta zastąpiła metodę komorową do syntezy kwasu siarkowego. Obecnie kwas siarkowy wytwarza się poprzez katalityczne utlenianie (na V 2 O 5) tlenku siarki (IV) do tlenku siarki (VI), a następnie rozpuszczenie tlenku siarki (VI) w 70% kwasie siarkowym z wytworzeniem oleum. W Rosji produkcję kwasu siarkowego po raz pierwszy zorganizowano w 1805 roku pod Moskwą w obwodzie zvenigorodskim. W 1913 roku Rosja zajmowała 13. miejsce na świecie pod względem produkcji kwasu siarkowego.

Dodatkowe informacje

Drobne kropelki kwasu siarkowego mogą tworzyć się w środkowych i górnych warstwach atmosfery w wyniku reakcji pary wodnej i popiołu wulkanicznego zawierającego duże ilości siarki. Powstała zawiesina, ze względu na wysokie albedo chmur kwasu siarkowego, utrudnia dotarcie światła słonecznego do powierzchni planety. Dlatego (a także w wyniku dużej liczby drobnych cząstek pyłu wulkanicznego w górnych warstwach atmosfery, które również utrudniają dostęp światła słonecznego do planety) po szczególnie silnych erupcjach wulkanów mogą nastąpić znaczące zmiany klimatyczne. Przykładowo w wyniku erupcji wulkanu Ksudach (Półwysep Kamczatka, 1907) przez około 2 lata utrzymywało się zwiększone stężenie pyłu w atmosferze, a nawet w Paryżu zaobserwowano charakterystyczne nocne chmury kwasu siarkowego. Eksplozja góry Pinatubo w 1991 r., która wyemitowała do atmosfery 3 × 10 7 ton siarki, spowodowała, że ​​lata 1992 i 1993 były znacznie chłodniejsze niż lata 1991 i 1994.

Standardy

• Techniczny kwas siarkowy GOST 2184-77
• Akumulatorowy kwas siarkowy. Dane techniczne GOST 667-73
• Kwas siarkowy o szczególnej czystości. Dane techniczne GOST 1422-78
• Odczynniki. Kwas Siarkowy. Dane techniczne GOST 4204-77

Właściwości fizyczne kwasu siarkowego:
Ciężka oleista ciecz („olej witriolu”);
gęstość 1,84 g/cm3; nielotny, dobrze rozpuszczalny w wodzie - przy silnym ogrzewaniu; t°pl. = 10,3°C, t°wrzenia. = 296°C, bardzo higroskopijny, posiada właściwości odwadniające (zwęglenie papieru, drewna, cukru).

Ciepło hydratacji jest tak duże, że mieszanina może się zagotować, rozpryskiwać i powodować oparzenia. Dlatego konieczne jest dodanie kwasu do wody, a nie odwrotnie, ponieważ gdy woda zostanie dodana do kwasu, lżejsza woda trafi na powierzchnię kwasu, gdzie skupi się całe wytworzone ciepło.

Przemysłowa produkcja kwasu siarkowego (metoda kontaktowa):

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 (oleum)

Pokruszony, oczyszczony, mokry piryt (piryt siarkowy) wlewa się do pieca na górze w celu wypalenia w „ łóżko wodne„. Powietrze wzbogacone w tlen przepuszczane jest od dołu (zasada przepływu przeciwprądowego).
Z pieca wydobywa się gaz paleniskowy, którego skład to: SO 2, O 2, para wodna (piryt był mokry) i drobne cząstki żużla (tlenek żelaza). Gaz jest oczyszczany z zanieczyszczeń z cząstek stałych (w cyklonie i elektrofiltrze) oraz pary wodnej (w wieży suszącej).
W aparacie kontaktowym dwutlenek siarki utlenia się za pomocą katalizatora V 2 O 5 (pięciotlenek wanadu) w celu zwiększenia szybkości reakcji. Proces utleniania jednego tlenku do drugiego jest odwracalny. Dlatego wybiera się optymalne warunki reakcji bezpośredniej - podwyższone ciśnienie (ponieważ reakcja bezpośrednia zachodzi ze zmniejszeniem całkowitej objętości) i temperaturę nie wyższą niż 500 C (ponieważ reakcja jest egzotermiczna).

W wieży absorpcyjnej tlenek siarki (VI) jest absorbowany przez stężony kwas siarkowy.
Nie stosuje się absorpcji przez wodę, ponieważ tlenek siarki rozpuszcza się w wodzie z wydzieleniem dużej ilości ciepła, więc powstały kwas siarkowy wrze i zamienia się w parę. Aby zapobiec tworzeniu się mgły kwasu siarkowego, należy stosować 98% stężony kwas siarkowy. Tlenek siarki bardzo dobrze rozpuszcza się w takim kwasie, tworząc oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Właściwości chemiczne kwasu siarkowego:

H 2 SO 4 to mocny kwas dwuzasadowy, jeden z najsilniejszych kwasów mineralnych, ze względu na dużą polarność wiązanie H – O łatwo ulega rozerwaniu.

1) Kwas siarkowy dysocjuje w roztworze wodnym , tworząc jon wodorowy i resztę kwasową:
H2SO4 = H + + HSO4 -;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
Równanie podsumowujące:
H2SO4 = 2H + + SO4 2-.

2) Oddziaływanie kwasu siarkowego z metalami:
Rozcieńczony kwas siarkowy rozpuszcza tylko metale z szeregu napięcia na lewo od wodoru:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (rozcieńczony) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Reakcja kwasu siarkowegoz tlenkami zasadowymi:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Reakcja kwasu siarkowego zwodorotlenki:
H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Reakcje wymiany z solami:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Tworzenie się białego osadu BaSO 4 (nierozpuszczalnego w kwasach) służy do wykrywania kwasu siarkowego i rozpuszczalnych siarczanów (reakcja jakościowa na jon siarczanowy).

Specjalne właściwości stężonego H 2 SO 4:

1) Stężony jest kwas siarkowy silny środek utleniający ; podczas interakcji z metalami (z wyjątkiem Au, Pt) ulega redukcji do S +4 O 2, S 0 lub H 2 S -2 w zależności od aktywności metalu. Bez ogrzewania nie reaguje z Fe, Al, Cr - pasywacja. Podczas interakcji z metalami o zmiennej wartościowości te ostatnie utleniają się na wyższe stopnie utlenienia niż w przypadku rozcieńczonego roztworu kwasu: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sen 0→ Sn 4+

Aktywny metal

8 Al + 15 H 2 SO 4 (stęż.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 mi— → 2Al 3+ — utlenianie
3│ S 6+ + 8e → S 2– powrót do zdrowia

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

Metal o średniej aktywności

2Cr + 4 H 2 SO 4 (stęż.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - utlenianie
1│ S 6+ + 6e → S 0 – powrót do zdrowia

Metal niskoaktywny

2Bi + 6H 2 SO 4 (stęż.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 TAK 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – utlenianie
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - powrót do zdrowia

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

2) Stężony kwas siarkowy utlenia niektóre niemetale, zwykle do maksymalnego stopnia utlenienia, a sam jest redukowany doS+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (stęż.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (stęż.) → 3SO 2 + 2H 2 O

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

3) Utlenianie substancji złożonych:
Kwas siarkowy utlenia HI i HBr do wolnych halogenów:
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 + Ja 2 + 2H 2 O
Stężony kwas siarkowy nie może utleniać jonów chlorkowych do wolnego chloru, co umożliwia otrzymanie HCl w reakcji wymiany:
NaCl + H2SO4 (stężony) = NaHSO4 + HCl

Kwas siarkowy usuwa chemicznie związaną wodę ze związków organicznych zawierających grupy hydroksylowe. Odwodnienie alkoholu etylowego w obecności stężonego kwasu siarkowego daje etylen:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Zwęglenie cukru, celulozy, skrobi i innych węglowodanów w kontakcie z kwasem siarkowym tłumaczy się również ich odwodnieniem:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Ma historyczną nazwę: olejek witriolu. Badania nad kwasem rozpoczęły się w starożytności; grecki lekarz Dioscorides, rzymski przyrodnik Pliniusz Starszy, islamscy alchemicy Geber, Razi i Ibn Sina i inni opisali to w swoich pracach. U Sumerów istniała lista witrioli, które klasyfikowano według koloru substancji. Obecnie słowo „witriol” łączy w sobie krystaliczne hydraty siarczanów metali dwuwartościowych.

W XVII wieku niemiecko-holenderski chemik Johann Glauber wytwarzał kwas siarkowy poprzez spalanie siarki z (KNO3) w obecności. W 1736 roku Joshua Ward (farmaceuta z Londynu) zastosował tę metodę w produkcji. Czas ten można uznać za punkt wyjścia, kiedy zaczęto produkować kwas siarkowy na dużą skalę. Jego wzór (H2SO4), jak się powszechnie uważa, ustalił nieco później szwedzki chemik Berzelius (1779-1848).

Berzelius, posługując się symbolami alfabetycznymi (oznaczającymi pierwiastki chemiczne) i dolnymi wskaźnikami cyfrowymi (wskazującymi liczbę atomów danego typu w cząsteczce), ustalił, że w jednej cząsteczce znajduje się 1 atom siarki (S), 2 atomy wodoru (H) i 4 atomy tlenu atomy (O ). Od tego czasu stał się znany skład jakościowy i ilościowy cząsteczki, czyli kwas siarkowy został opisany językiem chemii.

Pokazując w formie graficznej względne rozmieszczenie atomów w cząsteczce i występujące między nimi wiązania chemiczne (zazwyczaj są one oznaczone liniami), informuje, że w centrum cząsteczki znajduje się atom siarki, który jest połączony wiązaniami podwójnymi z dwoma atomy tlenu. Z pozostałymi dwoma atomami tlenu, z których każdy ma przyłączony atom wodoru, ten sam atom siarki jest połączony wiązaniami pojedynczymi.

Nieruchomości

Kwas siarkowy jest lekko żółtawą lub bezbarwną, lepką cieczą, rozpuszczalną w wodzie w dowolnym stężeniu. Jest to minerał mocny i bardzo agresywny w stosunku do metali (w stężeniu nie wchodzi w interakcję z żelazem bez ogrzewania, ale je pasywuje), skał, tkanek zwierzęcych i innych materiałów. Charakteryzuje się wysoką higroskopijnością i wyraźnymi właściwościami silnego utleniacza. W temperaturze 10,4°C kwas krzepnie. Po podgrzaniu do 300°C prawie 99% kwasu traci bezwodnik siarkowy (SO3).

Jego właściwości różnią się w zależności od stężenia roztworu wodnego. Istnieją popularne nazwy roztworów kwasów. Do 10% kwasu uważa się za rozcieńczony. Bateria - od 29 do 32%. Gdy stężenie jest mniejsze niż 75% (jak ustalono w GOST 2184), nazywa się to wieżą. Jeśli stężenie wynosi 98%, będzie to już stężony kwas siarkowy. Formuła (chemiczna lub strukturalna) pozostaje niezmieniona we wszystkich przypadkach.

Po rozpuszczeniu stężonego bezwodnika siarkowego w kwasie siarkowym powstaje oleum lub dymiący kwas siarkowy, którego wzór można zapisać w następujący sposób: H2S2O7. Czysty kwas (H2S2O7) jest ciałem stałym o temperaturze topnienia 36°C. Reakcje hydratacji kwasu siarkowego charakteryzują się wydzielaniem ciepła w dużych ilościach.

Rozcieńczony kwas reaguje z metalami, reagując z nimi wykazuje właściwości silnego utleniacza. W tym przypadku kwas siarkowy ulega redukcji, wzór powstałych substancji zawierających zredukowany (do +4, 0 lub -2) atom siarki może wyglądać następująco: SO2, S lub H2S.

Reaguje z niemetalami, takimi jak węgiel lub siarka:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Reaguje z chlorkiem sodu:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Charakteryzuje się reakcją elektrofilowego podstawienia atomu wodoru przyłączonego do pierścienia benzenowego związku aromatycznego grupą -SO3H.

Paragon

W 1831 roku opatentowano kontaktową metodę wytwarzania H2SO4, która jest obecnie dominującą. Obecnie większość kwasu siarkowego wytwarza się tą metodą. Stosowanym surowcem jest ruda siarczkowa (najczęściej piryt żelaza FeS2), która jest wypalana w specjalnych piecach, w wyniku czego wytwarza się gaz prażony. Ponieważ temperatura gazu wynosi 900°C, chłodzi się go kwasem siarkowym o stężeniu 70%. Następnie gaz jest oczyszczany z pyłu w cyklonie i elektrofiltrze, w wieżach płuczących kwasem o stężeniu 40 i 10% trucizn katalitycznych (As2O5 i fluor) oraz w mokrych elektrofiltrach z kwaśnego aerozolu. Następnie gaz prażony zawierający 9% dwutlenku siarki (SO2) suszy się i wprowadza do aparatu kontaktowego. Po przejściu przez 3 warstwy katalizatora wanadowego, SO2 utlenia się do SO3. Do rozpuszczenia powstałego bezwodnika siarkowego stosuje się stężony kwas siarkowy. Wzór roztworu bezwodnika siarkowego (SO3) w bezwodnym kwasie siarkowym to H2S2O7. W tej postaci oleum transportowane jest w stalowych zbiornikach do konsumenta, gdzie jest rozcieńczane do pożądanego stężenia.

Aplikacja

Ze względu na różne właściwości chemiczne H2SO4 ma szerokie zastosowanie. Przy produkcji samego kwasu, jako elektrolitu w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, do produkcji różnych środków czyszczących, jest on także ważnym odczynnikiem w przemyśle chemicznym. Znajduje również zastosowanie w produkcji: alkoholi, tworzyw sztucznych, barwników, gumy, eteru, klejów, mydeł i detergentów, wyrobów farmaceutycznych, celulozy i papieru, produktów naftowych.

Kwasy to związki chemiczne składające się z atomów wodoru i reszt kwasowych, na przykład SO4, SO3, PO4 itp. Są nieorganiczne i organiczne. Do pierwszych zalicza się kwas solny, fosforowy, siarczkowy, azotowy i siarkowy. Do drugich należą kwas octowy, kwas palmitynowy, kwas mrówkowy, kwas stearynowy itp.

Co to jest kwas siarkowy

Kwas ten składa się z dwóch atomów wodoru i reszty kwasowej SO4. Ma wzór H2SO4.

Kwas siarkowy lub, jak to się nazywa, kwas siarczanowy, odnosi się do nieorganicznych kwasów dwuzasadowych zawierających tlen. Substancja ta jest uważana za jedną z najbardziej agresywnych i aktywnych chemicznie. W większości reakcji chemicznych pełni rolę utleniacza. Kwas ten można stosować w postaci stężonej lub rozcieńczonej, w takim przypadku ma on nieco inne właściwości chemiczne.

Właściwości fizyczne

Kwas siarkowy w normalnych warunkach jest ciekły, jego temperatura wrzenia wynosi około 279,6 stopni Celsjusza, temperatura zamarzania, gdy zamienia się w stałe kryształy, wynosi około -10 stopni dla stu procent i około -20 dla 95 procent.

Czysty stuprocentowy kwas siarczanowy jest bezwonną, bezbarwną, oleistą substancją ciekłą o gęstości prawie dwukrotnie większej od wody – 1840 kg/m3.

Właściwości chemiczne kwasu siarczanowego

Kwas siarkowy reaguje z metalami, ich tlenkami, wodorotlenkami i solami. Rozcieńczony wodą w różnych proporcjach może zachowywać się inaczej, dlatego przyjrzyjmy się bliżej właściwościom stężonych i słabych roztworów kwasu siarkowego osobno.

Stężony roztwór kwasu siarkowego

Roztwór zawierający co najmniej 90% kwasu siarczanowego uważa się za stężony. Taki roztwór kwasu siarkowego może reagować nawet z metalami o niskiej aktywności, a także niemetalami, wodorotlenkami, tlenkami i solami. Właściwości takiego roztworu kwasu siarczanowego są podobne do właściwości stężonego kwasu azotanowego.

Interakcja z metalami

Podczas reakcji chemicznej stężonego roztworu kwasu siarczanowego z metalami znajdującymi się na prawo od wodoru w elektrochemicznym szeregu napięć metali (czyli nie najbardziej aktywnych) powstają następujące substancje: siarczan metalu, z którym zachodzi interakcja, woda i dwutlenek siarki. Do metali, w wyniku interakcji, z którymi powstają wymienione substancje, zalicza się miedź (miedź), rtęć, bizmut, srebro (argentum), platynę i złoto (aurum).

Interakcja z metalami nieaktywnymi

W przypadku metali znajdujących się na lewo od wodoru w szeregu napięcia stężony kwas siarkowy zachowuje się nieco inaczej. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają następujące substancje: siarczan określonego metalu, siarkowodór lub czysta siarka i woda. Do metali, z którymi zachodzi podobna reakcja, zalicza się także żelazo (żelazo), magnez, mangan, beryl, lit, bar, wapń i wszystkie inne, które znajdują się w szeregu napięcia na lewo od wodoru, z wyjątkiem aluminium, chromu, niklu i tytanu - z nimi stężony kwas siarczanowy nie oddziałuje.

Oddziaływanie z niemetalami

Substancja ta jest silnym utleniaczem, dlatego może brać udział w reakcjach chemicznych redoks z niemetalami, takimi jak na przykład węgiel (węgiel) i siarka. W wyniku takich reakcji koniecznie uwalniana jest woda. Po dodaniu tej substancji do węgla uwalniany jest również dwutlenek węgla i dwutlenek siarki. A jeśli dodasz kwas do siarki, otrzymasz tylko dwutlenek siarki i wodę. W takiej reakcji chemicznej kwas siarczanowy pełni rolę środka utleniającego.

Interakcja z substancjami organicznymi

Wśród reakcji kwasu siarkowego z substancjami organicznymi można wyróżnić zwęglenie. Proces ten zachodzi, gdy substancja ta zderza się z papierem, cukrem, włóknami, drewnem itp. W takim przypadku i tak wydziela się węgiel. Węgiel powstający podczas reakcji może częściowo reagować z kwasem siarkowym, jeśli jest go w nadmiarze. Zdjęcie pokazuje reakcję cukru z roztworem kwasu siarczanowego o średnim stężeniu.

Reakcje z solami

Również stężony roztwór H2SO4 reaguje z suchymi solami. W tym przypadku zachodzi standardowa reakcja wymiany, podczas której powstaje siarczan metalu obecny w strukturze soli i kwas z pozostałością znajdującą się w soli. Jednakże stężony kwas siarkowy nie reaguje z roztworami soli.

Interakcja z innymi substancjami

Ponadto substancja ta może reagować z tlenkami metali i ich wodorotlenkami, w takich przypadkach zachodzą reakcje wymiany, w pierwszym uwalniany jest siarczan metalu i woda, w drugim - to samo.

Właściwości chemiczne słabego roztworu kwasu siarczanowego

Rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z wieloma substancjami i ma takie same właściwości jak wszystkie kwasy. W przeciwieństwie do stężonego metalu oddziałuje tylko z metalami aktywnymi, czyli tymi, które w szeregu napięcia znajdują się na lewo od wodoru. W tym przypadku zachodzi taka sama reakcja podstawienia, jak w przypadku dowolnego kwasu. To uwalnia wodór. Również taki roztwór kwasu oddziałuje z roztworami soli, powodując opisaną już powyżej reakcję wymiany na tlenki - takie same jak stężone, z wodorotlenkami - również takie same. Oprócz zwykłych siarczanów istnieją również wodorosiarczany, które są produktem oddziaływania wodorotlenku i kwasu siarkowego.

Jak sprawdzić, czy roztwór zawiera kwas siarkowy lub siarczany

Aby ustalić, czy substancje te są obecne w roztworze, stosuje się specjalną reakcję jakościową na jony siarczanowe, która pozwala to sprawdzić. Polega na dodaniu do roztworu baru lub jego związków. Może to spowodować wytrącenie się białego osadu (siarczanu baru), co wskazuje na obecność siarczanów lub kwasu siarkowego.

Jak powstaje kwas siarkowy?

Najpowszechniejszą metodą przemysłowej produkcji tej substancji jest jej ekstrakcja z pirytu żelaza. Proces ten przebiega w trzech etapach, z których każdy wiąże się z określoną reakcją chemiczną. Przyjrzyjmy się im. W pierwszej kolejności do pirytu dodaje się tlen, w wyniku czego powstaje tlenek żelaza i dwutlenek siarki, które wykorzystuje się w dalszych reakcjach. Ta interakcja zachodzi w wysokiej temperaturze. Następnie następuje etap, w którym otrzymuje się trójtlenek siarki poprzez dodanie tlenu w obecności katalizatora, którym jest tlenek wanadu. Teraz na ostatnim etapie do powstałej substancji dodaje się wodę i otrzymuje się kwas siarczanowy. Jest to najpowszechniejszy proces przemysłowej ekstrakcji kwasu siarczanowego, stosowany jest najczęściej gdyż piryt jest najbardziej dostępnym surowcem odpowiednim do syntezy substancji opisanej w tym artykule. Otrzymywany w tym procesie kwas siarkowy znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu – zarówno w przemyśle chemicznym, jak i w wielu innych, np. przy rafinacji ropy naftowej, przeróbce rud itp. Często jego zastosowanie przewidziano także w technologii wytwarzania wielu włókien syntetycznych .