Сульфат қышқылы: формуласы және химиялық қасиеттері

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Адамға белгілі болған ең алғашқы минералды қышқылдардың бірі күкірт немесе сульфат. Оның өзі ғана емес, оның көптеген тұздары құрылыста, медицинада, тамақ өнеркәсібінде және техникалық мақсатта пайдаланылды. Әзірге бұл тұрғыда ештеңе өзгерген жоқ. Сульфат қышқылына ие болатын бірқатар сипаттамалар оны химиялық синтезде таптырмас етеді. Сонымен қатар, оның тұздары күнделікті өмір мен өнеркәсіптің барлық дерлік салаларында қолданылады. Сондықтан оның не екенін және көрінетін қасиеттердің қандай ерекшеліктері бар екенін егжей-тегжейлі қарастырамыз.

Аттардың алуан түрі

Бұл заттың көптеген атаулары бар екенінен бастайық. Олардың ішінде ұтымды номенклатура бойынша қалыптасқандары да, тарихи қалыптасқандары да бар. Сонымен, бұл байланыс келесідей белгіленді:

• сульфат қышқылы;
• витриол;
• күкірт қышқылы;
• олеум.

Бұл зат үшін «олеум» термині мүлдем сәйкес келмесе де, ол күкірт қышқылы мен жоғары күкірт оксидінің қоспасы -SO_3.

Сульфат қышқылы: формуласы және молекулалық құрылымы

Химиялық аббревиатура тұрғысынан бұл қышқылдың формуласын былай жазуға болады: H₂SO_{4. Әлбетте, молекула екі сутегі катионынан және қышқыл қалдығының анионынан – сульфат ионынан тұрады, заряды 2+.}

Бұл жағдайда молекуланың ішінде келесі байланыстар әрекет етеді:

• күкірт пен оттегі арасындағы ковалентті поляр;
• сутегі мен қышқыл қалдығы арасындағы ковалентті күшті полярлы SO_4.

6 жұпталмаған электроны бар күкірт екі оттегі атомымен екі қос байланыс түзеді. Тағы бірнеше жұппен - жалғыз, ал олар өз кезегінде сутегімен жалғыз. Нәтижесінде, молекуланың құрылымы оның жеткілікті күшті болуына мүмкіндік береді. Сонымен қатар сутегі катионы өте қозғалмалы және оңай кетеді, өйткені күкірт пен оттегі әлдеқайда электртеріс. Электрондық тығыздықты өздеріне тарта отырып, олар сутекті жартылай оң зарядпен қамтамасыз етеді, ол бөлінген кезде толығады. Қышқыл ерітінділер осылай түзіледі, оларда H+.

Егер қосылыстағы элементтердің тотығу дәрежелері туралы айтатын болсақ, онда формуласы H₂SO_{4 сульфат қышқылы., оларды оңай есептеуге мүмкіндік береді: сутегі +1, оттегі -2, күкірт +6.}

Кез келген молекуладағыдай жалпы заряд нөлге тең.

Табу тарихы

Сульфат қышқылы адамдарға ерте заманнан белгілі. Тіпті алхимиктер оны әртүрлі витриолды күйдіру арқылы қалай алуға болатынын білді. бірге9 ғасырдың өзінде-ақ адамдар бұл затты алып, пайдаланған. Кейінірек Еуропада Альберт Магнус темір сульфатының ыдырауынан қышқыл алуды үйренді.

Алайда, әдістердің ешқайсысы тиімді болмады. Содан кейін синтездің камералық нұсқасы белгілі болды. Ол үшін күкірт пен нитрат жағылды, ал бөлінген булар сумен жұтылды. Нәтижесінде сульфат қышқылы түзілді.

Тіпті кейінірек британдықтар бұл затты алудың ең арзан әдісін таба алды. Ол үшін пирит пайдаланылды - FeS_{2, темір колчедандары. Оны күйдіру және оттегімен кейінгі әрекеттесу әлі күнге дейін күкірт қышқылын синтездеудің ең маңызды өнеркәсіптік әдістерінің бірі болып табылады. Үлкен көлемдегі өндіріс үшін мұндай шикізат қолжетімдірек, арзанырақ және сапасы жоғары.}

Физикалық қасиеттері

Сульфат қышқылын басқалардан ерекшелендіретін сыртқы параметрлерді қоса бірнеше параметрлері бар. Оның физикалық қасиеттерін бірнеше тармақта сипаттауға болады:

1. Стандартты жағдайларда сұйықтық.
2. Концентрленген күйінде ол ауыр, майлы, сондықтан ол «витриол» атауын алды.
3. Заттың тығыздығы - 1,84 г/см3.
4. Түс немесе иіс жоқ.
5. Оның айқын «мыс» дәмі бар.
6. Суда өте жақсы ериді, шексіз дерлік.
7. Гигроскопиялық, тіндерден бос және байланысқан суды ұстап қалуға қабілетті.
8. Ұшқыш емес.
9. Қайнау температурасы - 296oC.
10. 10 температурада балқу, 3oC.

Бұл қосылыстың маңызды ерекшеліктерінің бірі - көп мөлшерде жылудың бөлінуімен ылғалдану мүмкіндігі. Сондықтан, тіпті мектептегі орындықта балаларға суды қышқылға қосуға болмайды, тек керісінше. Өйткені, судың тығыздығы жеңіл, сондықтан ол бетінде жиналады. Егер ол қышқылға кенеттен қосылса, онда еру реакциясының нәтижесінде су қайнап, қауіпті заттың бөлшектерімен бірге шашырайтындай үлкен энергия бөлінеді. Бұл қол терісіне қатты химиялық күйік әкелуі мүмкін.

Сондықтан қышқылды жұқа ағынмен суға құйып алу керек, содан кейін қоспа қатты қызады, бірақ қайнамайды, яғни сұйықтық та шашырайды.

Химиялық қасиеттері

Химия тұрғысынан бұл қышқыл өте күшті, әсіресе ол концентрлі ерітінді болса. Ол екі негізді, сондықтан гидросульфат пен сульфат аниондарының түзілуімен біртіндеп диссоциацияланады.

Жалпы оның әртүрлі қосылыстармен әрекеттесуі осы заттар класына тән барлық негізгі реакцияларға сәйкес келеді. Сульфат қышқылы қатысатын бірнеше теңдеулерге мысал келтіруге болады. Химиялық қасиеттері оның өзара әрекеттесуінде көрінеді:

• тұздар;
• металл оксидтері мен гидроксидтері;
• амфотерлі оксидтер мен гидроксидтер;
• сутегіге дейінгі кернеулер қатарында тұрған металдар.

Босындай өзара әрекеттесу нәтижесінде барлық дерлік жағдайларда берілген қышқылдың (сульфаттардың) немесе қышқылдық тұздардың (гидросульфаттардың) орташа тұздары түзіледі.

Ерекше ерекшелігі, сонымен қатар металдармен әдеттегі схема бойынша Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ тек берілген заттың ерітіндісі, яғни сұйылтылған қышқыл әрекеттеседі. Егер концентрацияланған немесе жоғары қаныққан (олеум) алсақ, онда өзара әрекеттесу өнімдері мүлдем басқаша болады.}

Күкірт қышқылының ерекше қасиеттері

Бұл тек концентрлі ерітінділердің металдармен әрекеттесуін қамтиды. Сонымен, мұндай реакциялардың бүкіл принципін көрсететін белгілі бір схема бар:

1. Метал белсенді болса, нәтижесінде күкіртсутек, тұз және су түзіледі. Яғни күкірт -2-ге дейін төмендейді.
2. Егер металдың белсенділігі орташа болса, нәтиже күкірт, тұз және су болады. Яғни сульфат ионының бос күкіртке дейін тотықсыздануы.
3. Төмен реактивті металдар (сутегінен кейін) – күкірт диоксиді, тұз және су. Тотығу күйіндегі күкірт +4.

Сонымен қатар сульфат қышқылының ерекше қасиеттері кейбір бейметалдарды ең жоғары тотығу дәрежесіне дейін тотықтырып, күрделі қосылыстармен әрекеттесіп, оларды жай заттарға тотықтыру қабілеті болып табылады.

Өнеркәсіпте алу әдістері

Күкірт қышқылын алу үшін сульфатты процесс екі негізгі түрден тұрады:

• байланыс;
• мұнара.

Екеуі де ең көп таралған жолдарәлемнің барлық елдеріндегі өнеркәсіп. Бірінші нұсқа шикізат ретінде темір колчеданын немесе күкіртті колчеданды пайдалануға негізделген - FeS_{2. Барлығы үш кезең бар:}

1. Жану өнімі ретінде күкірт диоксиді түзілетін шикізатты күйдіру.
2. Осы газды ванадий катализаторы арқылы оттегі арқылы өткізіп, күкірт ангидриді - SO_3.
3. Асорбциялық мұнарада ангидрид сульфат қышқылының ерітіндісінде ерітіліп, жоғары концентрациялы ерітінді – олеум түзіледі. Өте ауыр майлы қою сұйықтық.

Екінші нұсқа іс жүзінде бірдей, бірақ катализатор ретінде азот оксидтері пайдаланылады. Өнім сапасы, өзіндік құны мен энергия шығыны, шикізаттың тазалығы, өнімділік сияқты параметрлер тұрғысынан бірінші әдіс тиімдірек және қолайлы, сондықтан ол жиі қолданылады.

Зертханалық синтез

Зертханалық зерттеу үшін күкірт қышқылын аз мөлшерде алу қажет болса, онда күкіртсутектің активтілігі төмен металдардың сульфаттарымен әрекеттесу әдісі ең қолайлы.

Бұл жағдайларда қара металл сульфидтерінің түзілуі жүреді, ал күкірт қышқылы жанама өнім ретінде түзіледі. Шағын зерттеулер үшін бұл опция қолайлы, бірақ мұндай қышқыл тазалығымен ерекшеленбейді.

Сонымен қатар зертханада сульфат ерітінділеріне сапалы реакция жүргізуге болады. Ең көп таралған реагент - барий хлориді, өйткені Ba²⁺ ионымен біргесульфат анионы ақ тұнбаға түседі - барит сүті: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Ең таралған тұздар

Сульфат қышқылы және ол түзетін сульфаттар көптеген өнеркәсіптер мен үй шаруашылықтарында, соның ішінде тамақ өнімдерінде маңызды қосылыстар болып табылады. Күкірт қышқылының ең көп таралған тұздары:

1. Гипс (алебастр, селенит). Химиялық атауы - сулы кальций сульфаты кристалды гидраты. Формула: CaSO_{4. Құрылыста, медицинада, целлюлоза мен қағазда, зергерлік бұйымдар жасауда қолданылады.}
2. Барит (ауыр шпагат). барий сульфаты. Ерітіндіде ол сүтті тұнба болып табылады. Қатты түрде – мөлдір кристалдар. Оптикалық аспаптарда, рентгендік сәулелерде, оқшаулағыш жабындарда қолданылады.
3. Мирабилит (Глаубер тұзы). Химиялық атауы - натрий сульфаты декагидраты. Формула: Na₂SO₄10H_{2O. Медицинада іш жүргізетін дәрі ретінде қолданылады.}

Тұздардың практикалық маңызы бар көптеген мысалдары бар. Дегенмен, жоғарыда аталғандар ең көп таралған.

Сульфатты сілті

Бұл зат ағашты, яғни целлюлозаны термиялық өңдеу нәтижесінде түзілетін ерітінді. Бұл қосылыстың негізгі мақсаты - тұндыру арқылы оның негізінде сульфат сабын алу. Сульфат ерітіндісінің химиялық құрамы келесідей:

• лигнин;
• гидроксиқышқылдар;
• моносахаридтер;
• фенолдар;
• шайыр;
• ұшқыш және май қышқылдары;
• натрийдің сульфидтері, хлоридтері, карбонаттары және сульфаттары.

Бұл заттың екі негізгі түрі бар: ақ және қара сульфат ерітіндісі. Ақ целлюлоза-қағаз өнеркәсібіне барады, ал қара өнеркәсіпте сульфатты сабын жасау үшін қолданылады.

Негізгі қолданбалар

Күкірт қышқылының жылдық өндірісі жылына 160 млн тоннаны құрайды. Бұл осы қосылыстың маңыздылығы мен таралуын көрсететін өте маңызды көрсеткіш. Сульфат қышқылын қолдану қажет бірнеше салалар мен орындар бар:

1. Электролит ретіндегі батареяларда, әсіресе қорғасындарда.
2. Сульфатты тыңайтқыштар өндірілетін зауыттарда. Бұл қышқылдың негізгі бөлігі өсімдіктерге арналған минералды тыңайтқыштарды өндіру үшін арнайы пайдаланылады. Сондықтан күкірт қышқылын өндіретін және тыңайтқыштар шығаратын зауыттар көбінесе қатар салынады.
3. Тамақ өнеркәсібінде эмульгатор ретінде, E513 кодымен көрсетілген.
4. Көптеген органикалық синтездерде сусыздандырушы, катализатор ретінде. Осылайша жарылғыш заттар, шайырлар, тазалау және жуғыш заттар, нейлондар, полипропилен және этилен, бояғыштар, химиялық талшықтар, күрделі эфирлер және басқа қосылыстар алынады.
5. Суды тазарту және тазартылған су жасау үшін сүзгілерде қолданылады.
6. Кеннен сирек элементтерді алу және өңдеуде қолданылады.

Сонымен қатар күдері көпқышқыл зертханалық зерттеулерге жіберіледі, онда ол жергілікті әдістермен алынады.