Sulfaattihappo: kaava ja kemialliset ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 17:46

Yksi ensimmäisistä ihmiselle tulleista mineraalihapoista on rikki eli sulfaatti. Ei vain häntä itseään, vaan myös monia hänen suolojaan käytettiin rakentamisessa, lääketieteessä, elintarviketeollisuudessa ja teknisiin tarkoituksiin. Toistaiseksi mikään ei ole muuttunut tässä suhteessa. Useat sulfaattihapon ominaisuudet tekevät siitä yksinkertaisesti välttämättömän kemiallisissa synteeseissä. Lisäksi sen suoloja käytetään lähes kaikilla arkielämän ja teollisuuden aloilla. Siksi tarkastelemme yksityiskohtaisesti, mikä se on ja mitkä ovat ilmenneiden ominaisuuksien ominaisuudet.

Erilaisia nimiä

Aloitetaan siitä, että tällä aineella on monia nimiä. Niiden joukossa on niitä, jotka on muodostettu rationaalisen nimikkeistön mukaan, ja niitä, jotka ovat kehittyneet historiallisesti. Joten tämä yhteys on merkitty seuraavasti:

• sulfaattihappo;
• vitrioli;
• rikkihappo;
• oleum.

Vaikka termi "oleum" ei ole aivan sopiva tälle aineelle, koska se on rikkihapon ja korkeamman rikkioksidin seos -SO_3.

Sulfaattihappo: kaava ja molekyylirakenne

Kemiallisen lyhenteen näkökulmasta tämän hapon kaava voidaan kirjoittaa seuraavasti: H₂SO_{4. Ilmeisesti molekyyli koostuu kahdesta vetykationista ja happaman jäännöksen anionista - sulfaatti-ionista, jonka varaus on 2+.}

Tässä tapauksessa seuraavat sidokset toimivat molekyylin sisällä:

• rikin ja hapen välinen kovalenttinen polaarinen;
• kovalenttinen vahvasti polaarinen vedyn ja happojäännöksen välillä SO_4.

Rikki, jossa on 6 paritonta elektronia, muodostaa kaksi kaksoissidosta kahdella happiatomilla. Pari muuta - sinkkua, ja ne, jotka puolestaan vetyä sisältävät. Tämän seurauksena molekyylin rakenne mahdollistaa sen olevan riittävän vahva. Samaan aikaan vetykationi on erittäin liikkuva ja lähtee helposti, koska rikki ja happi ovat paljon elektronegatiivisempia. Vetämällä elektronitiheyttä päälleen ne antavat vedyn osittain positiivisen varauksen, joka tulee täyteen irrotettaessa. Näin muodostuu happamia liuoksia, joissa on H+.

Jos puhumme yhdisteen alkuaineiden hapetusasteista, niin sulfaattihappo, jonka kaava on H₂SO_{4, voit helposti laskea ne: vety +1, happi -2, rikki +6.}

Kuten missä tahansa molekyylissä, kokonaisvaraus on nolla.

Löytöhistoria

Sulfaattihappo on ollut ihmisten tiedossa antiikista lähtien. Jopa alkemistit tiesivät kuinka saada se kalsinoimalla erilaisia vitrioleja. KanssaJo 800-luvulla ihmiset saivat ja käyttivät tätä ainetta. Myöhemmin Euroopassa Albert Magnus oppi uuttamaan happoa rautasulfaatin hajoamisesta.

Mikään menetelmä ei kuitenkaan ollut kannattava. Sitten tunnettiin synteesin niin kutsuttu kammioversio. Tätä varten poltettiin rikkiä ja nitraattia, ja vapautuneet höyryt imettiin veteen. Tuloksena muodostui sulfaattihappoa.

Jo myöhemmin britit onnistuivat löytämään halvimman tavan saada tämä aine. Tähän käytettiin pyriittiä - FeS_{2, rautapyriittejä. Sen paahtaminen ja myöhempi vuorovaikutus hapen kanssa ovat edelleen yksi tärkeimmistä teollisista menetelmistä rikkihapon synteesiä varten. Tällaiset raaka-aineet ovat edullisempia, halvempia ja laadukkaampia suurille tuotantomäärille.}

Fysikaaliset ominaisuudet

On olemassa useita parametreja, mukaan lukien ulkoiset, jotka erottavat sulfaattihapon muista. Sen fysikaalisia ominaisuuksia voidaan kuvata useissa kohdissa:

1. Neste vakio-olosuhteissa.
2. Tiivistetyssä tilassaan se on raskasta, öljyistä, josta se sai nimen "vitriol".
3. Aineen tiheys - 1,84 g/cm3.
4. Ei väriä tai hajua.
5. Sillä on voimakas "kuparin" maku.
6. Liukenee erittäin hyvin veteen, lähes rajattomasti.
7. Hygroskooppinen, pystyy vangitsemaan sekä vapaata että sitoutunutta vettä kudoksista.
8. Haihtumaton.
9. Keehumispiste - 296oC.
10. Sula 10, 3oC.

Yksi tämän yhdisteen tärkeimmistä ominaisuuksista on kyky hydratoitua vapauttamalla suuri määrä lämpöä. Siksi lapsille opetetaan jopa koulun penkistä, että happoon ei voi mitenkään lisätä vettä, vaan vain päinvastoin. Loppujen lopuksi vesi on tiheydeltään kevyempää, joten se kerääntyy pinnalle. Jos se lisätään äkillisesti happoon, liukenemisreaktion seurauksena vapautuu niin suuri määrä energiaa, että vesi kiehuu ja alkaa roiskua vaarallisen aineen hiukkasten mukana. Tämä voi aiheuttaa vakavia kemiallisia palovammoja käsien iholle.

Siksi happoa tulee kaataa veteen ohuena nauhana, jolloin seos tulee hyvin kuumaksi, mutta kiehumista ei tapahdu, mikä tarkoittaa, että myös neste roiskuu.

Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisesti tämä happo on erittäin vahvaa, varsinkin jos se on konsentroitu liuos. Se on kaksiemäksinen, joten se dissosioituu vaiheittain muodostaen hydrosulfaatti- ja sulfaattianioneja.

Yleisesti ottaen sen vuorovaikutus erilaisten yhdisteiden kanssa vastaa kaikkia tälle aineluokalle ominaisia pääreaktioita. Voimme antaa esimerkkejä useista yhtälöistä, joissa sulfaattihappo osallistuu. Kemialliset ominaisuudet ilmenevät sen vuorovaikutuksessa:

• suolat;
• metallioksidit ja -hydroksidit;
• amfoteeriset oksidit ja hydroksidit;
• metallit seisovat jännitteiden sarjassa vetyyn asti.

Btällaisten vuorovaikutusten seurauksena muodostuu lähes kaikissa tapauksissa tietyn hapon keskimääräisiä suoloja (sulfaatteja) tai happamia suoloja (hydrosulfaatteja).

Erityinen piirre on myös se, että metallien kanssa tavanomaisen kaavan mukaan Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ vain tietyn aineen liuos reagoi, eli laimea happo. Jos otamme konsentroitua tai erittäin kylläistä (oleumia), vuorovaikutustuotteet ovat täysin erilaisia.}

Rikkihapon erityisominaisuudet

Nämä sisältävät vain konsentroitujen liuosten vuorovaikutuksen metallien kanssa. Joten on olemassa tietty järjestelmä, joka heijastaa tällaisten reaktioiden koko periaatetta:

1. Jos metalli on aktiivinen, tuloksena muodostuu rikkivetyä, suolaa ja vettä. Eli rikki vähenee arvoon -2.
2. Jos metallilla on keskiaktiivisuus, tuloksena on rikkiä, suolaa ja vettä. Eli sulfaatti-ionin pelkistäminen vapaaksi rikiksi.
3. Matalan reaktiivisuuden metallit (vedyn jälkeen) - rikkidioksidi, suola ja vesi. Rikki hapetustilassa +4.

Sulfaattihapon erityisominaisuudet ovat myös kyky hapettaa jotkin ei-metallit korkeimpaan hapetusasteeseensa ja reagoida monimutkaisten yhdisteiden kanssa ja hapettaa ne yksinkertaisiksi aineiksi.

Alan hankintatavat

Sulfaattiprosessi rikkihapon valmistamiseksi koostuu kahdesta päätyypistä:

• ota yhteyttä;
• torni.

Molemmat ovat yleisimmät sisääntulotavatteollisuus kaikissa maailman maissa. Ensimmäinen vaihtoehto perustuu rautapyriitin tai rikkipyriitin käyttöön raaka-aineena - FeS_{2. Vaiheita on yhteensä kolme:}

1. Raaka-aineiden paahtaminen, jolloin muodostuu rikkidioksidia palamistuotteena.
2. Tämän kaasun ohjaaminen hapen läpi vanadiinikatalyytin yli rikkihapon anhydridin muodostamiseksi - SO_3.
3. Absorptiotornissa anhydridi liuotetaan sulfaattihappoliuokseen, jolloin muodostuu korkean pitoisuuden liuos - oleumi. Erittäin raskas öljyinen paksu neste.

Toinen vaihtoehto on käytännössä sama, mutta typen oksideja käytetään katalyyttinä. Sellaisten parametrien kuin tuotteen laadun, kustannusten ja energiankulutuksen, raaka-aineiden puhtauden, tuottavuuden kann alta ensimmäinen menetelmä on tehokkaampi ja hyväksyttävämpi, joten sitä käytetään useammin.

Laboratorio synteesi

Jos rikkihappoa on saatava pieniä määriä laboratoriotutkimuksia varten, niin rikkivedyn vuorovaikutusmenetelmä matala-aktiivisten metallien sulfaattien kanssa sopii parhaiten.

Näissä tapauksissa tapahtuu rautametallisulfidien muodostumista ja rikkihappoa muodostuu sivutuotteena. Pienille tutkimuksille tämä vaihtoehto sopii, mutta tällainen happo ei eroa puhtaudeltaan.

Myös laboratoriossa voit suorittaa kvalitatiivisen reaktion sulfaattiliuoksille. Yleisin reagenssi on bariumkloridi, koska Ba²⁺-ioni yhdessäsulfaattianioni saostuu valkoiseksi sakaksi - bariittimaito: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Yleisimmät suolat

Sulfaattihappo ja sen muodostamat sulfaatit ovat tärkeitä yhdisteitä monilla teollisuudenaloilla ja kotitalouksissa, myös elintarvikkeissa. Yleisimmät rikkihapon suolat ovat:

1. Kipsi (alabasteri, seleniitti). Kemiallinen nimi on vesipitoinen kalsiumsulfaattikiteinen hydraatti. Kaava: CaSO_{4. Käytetään rakentamisessa, lääketieteessä, sellu- ja paperiteollisuudessa sekä korujen valmistuksessa.}
2. Bariitti (raskas spar). bariumsulfaatti. Liuoksessa se on maitomainen sakka. Kiinteässä muodossa - läpinäkyviä kiteitä. Käytetään optisissa instrumenteissa, röntgensäteissä, eristävässä pinnoitteessa.
3. Mirabilite (Glauberin suola). Kemiallinen nimi on natriumsulfaattidekahydraatti. Kaava: Na₂SO₄10H_{2O. Käytetään lääketieteessä laksatiivina.}

On monia esimerkkejä suoloista, joilla on käytännön merkitystä. Yllä mainitut ovat kuitenkin yleisimpiä.

Sulfaattilipeä

Tämä aine on puun eli selluloosan lämpökäsittelyn tuloksena muodostuva liuos. Tämän yhdisteen päätarkoitus on saada sen pohj alta sulfaattisaippuaa laskeutumalla. Sulfaattilipeän kemiallinen koostumus on seuraava:

• ligniini;
• hydroksihapot;
• monosakkaridit;
• fenolit;
• hartsi;
• haihtuvat ja rasvahapot;
• natriumin sulfidit, kloridit, karbonaatit ja sulfaatit.

Tätä ainetta on kahta päätyyppiä: valkoinen ja musta sulfaattilipeä. Valkoinen menee massa- ja paperiteollisuudelle, kun taas mustaa käytetään teollisuudessa sulfaattisaippuan valmistukseen.

Pääsovellukset

Vuotuinen rikkihapon tuotanto on 160 miljoonaa tonnia vuodessa. Tämä on erittäin merkittävä luku, joka osoittaa tämän yhdisteen tärkeyden ja yleisyyden. On olemassa useita toimialoja ja paikkoja, joissa sulfaattihapon käyttö on välttämätöntä:

1. Akuissa elektrolyyttinä, erityisesti lyijyssä.
2. Tehtaalla, joissa valmistetaan sulfaattilannoitteita. Suurin osa tästä haposta käytetään erityisesti kasveille tarkoitettujen mineraalilannoitteiden valmistukseen. Siksi rikkihapon ja lannoitteiden tuotantolaitokset rakennetaan useimmiten vierekkäin.
3. Elintarviketeollisuudessa emulgointiaineena, merkitty koodilla E513.
4. Useissa orgaanisissa synteeseissä vedenpoistoaineena, katalyyttinä. Näin saadaan räjähteitä, hartseja, puhdistus- ja pesuaineita, nyloneja, polypropeenia ja eteeniä, väriaineita, kemiallisia kuituja, estereitä ja muita yhdisteitä.
5. Käytetään suodattimissa veden puhdistamiseen ja tislatun veden valmistukseen.
6. Käytetään harvinaisten alkuaineiden louhinnassa ja käsittelyssä malmista.

Myös paljon säämiskäähappo menee laboratoriotutkimukseen, jossa se saadaan paikallisilla menetelmillä.