Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Сірчана кислота


Сірчана кислота: вид молекули

План:


Введення

Сірчана кислота H 2 SO 4 - сильна двоосновна кислота, що відповідає вищій мірі окислення сірки (+6). При звичайних умовах концентрована сірчана кислота - важка масляниста рідина без кольору і запаху. У техніці сірчаної кислотою називають її суміші як з водою, так і з сірчаним ангідридом SO 3. Якщо молярне ставлення SO 3: H 2 O <1, то це водний розчин сірчаної кислоти, якщо> 1, - розчин SO 3 в сірчаній кислоті ( олеум).


1. Фізичні та фізико-хімічні властивості

Дуже сильна кислота, при 18 о С pK a (1) = -2,8, pK a (2) = 1,92 (К ₂ 1,2 10 лютого); довжини зв'язків в молекулі S = O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм , кут HOSOH 104 , OSO 119 ; кипить, утворюючи азеотропную суміш (98,3% H 2 SO 4 і 1,7% H 2 О з температурою кипіння 338,8 оС). Сірчана кислота, що відповідає 100%-ному змісту H 2 SO 4, має склад (%): 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 2 O 7 ⁻ - 0,05. Змішується з водою і SO 3, у всіх співвідношеннях. У водних розчинах сірчана кислота практично повністю дисоціює на H +, HSO 4 -, і SO ₄ 2 -. Утворює гідрати H 2 SO 4 n H 2 O, де n = 1, 2, 3, 4 і 6,5.


1.1. Олеум

Розчини сірчаного ангідриду SO 3 в сірчаній кислоті називаються олеумом, вони утворюють дві сполуки H 2 SO 4 SO 3 та H 2 SO 4 2SO 3.

Олеум містить також піросерние кислоти, що виходять по реакціях:

\ Mathrm {H_2SO_4 + SO_3 \ rightarrow H_2S_2O_7};

\ Mathrm {H_2SO_4 + 2SO_3 \ rightarrow H_2S_3O_ {10}}.


Температура кипіння водних розчинів сірчаної кислоти підвищується з ростом її концентрації і досягає максимуму при вмісті 98,3% H 2 SO 4.

Властивості водних розчинів сірчаної кислоти та олеуму
Зміст% за масою Щільність при 20 ℃, г / см Температура плавлення, ℃ Температура кипіння, ℃
H 2 SO 4 SO 3 (вільний)
10 - 1,0661 -5,5 102,0
20 - 1,1394 -19,0 104,4
40 - 1,3028 -65,2 113,9
60 - 1,4983 -25,8 141,8
80 - 1,7272 -3,0 210,2
98 - 1,8365 0,1 332,4
100 - 1,8305 10,4 296,2
104,5 20 1,8968 -11,0 166,6
109 40 1,9611 33,3 100,6
113,5 60 2,0012 7,1 69,8
118,0 80 1,9947 16,9 55,0
122,5 100 1,9203 16,8 44,7

Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту SO 3 знижується. При збільшенні концентрації водних розчинів сірчаної кислоти загальне тиск пари над розчинами знижується і при вмісті 98,3% H 2 SO 4 досягає мінімуму. Зі збільшенням концентрації SO 3 в олеум, загальний тиск пари над ним підвищується. Тиск пари над водними розчинами сірчаної кислоти та олеуму можна обчислити за рівнянням:

\ Lg p \ {{=}} \ \ rm {A} \ {{-}} \ {B \ over \ it {T}} \ {{+}} \ 2 {,} 126 {,}

величини коефіцієнтів А і В залежать від концентрації сірчаної кислоти. Пар над водними розчинами сірчаної кислоти складається з суміші парів води, H 2 SO 4 і SO 3, при цьому склад пара відрізняється від складу рідини при всіх концентраціях сірчаної кислоти, крім відповідної азеотропной суміші.

З підвищенням температури посилюється дисоціація:

\ Mathrm {H_2SO_4 \ longleftrightarrow H_2O + SO_3 - \ it {Q}}.

Рівняння температурної залежності константи рівноваги :

\ Ln {\ it {K_p}} = 14 {,} 74965 - 6 {,} 71464 \ ln {298 \ over \ it {T}} - 8 {,} 10161 \ cdot 10 ^ 4 \ it {T ^ 2 } - {\ rm 9643 {,} 04 \ over \ it {T}} - \ rm 9 {,} 4577 \ cdot 10 ^ {-3} \ it {T} + \ rm 2 {,} 19062 \ cdot 10 ^ {-6} \ it {T ^ 2}.

При нормальному тиску ступінь дисоціації: 10 ⁻ ⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).

Щільність 100%-ної сірчаної кислоти можна визначити за рівнянням:

\ It {d} = \ rm 1 {,} 8517 - 1 {,} 1 \ cdot 10 ^ {-3} \ it {t} + \ rm 2 \ cdot 10 ^ {-6} \ it {t ^ 2 }.

З підвищенням концентрації розчинів сірчаної кислоти їх теплоємність зменшується і досягає мінімуму для 100%-ної сірчаної кислоти, теплоємність олеуму з підвищенням вмісту SO збільшується.

При підвищенні концентрації і зниженні температури теплопровідність λ зменшується:

\ Rm \ lambda = 0 {,} 518 + 0 {,} 0016 \ it {t} - \ rm (0 {,} 25 + \ it {t} / \ rm {1293}) \ cdot \ it {C} / \ rm 100,

де С - концентрація сірчаної кислоти, у%.

Максимальну в'язкість має олеум H ₂ SO ₄ SO ₃, з підвищенням температури η знижується. Електричний опір сірчаної кислоти мінімально при концентрації SO ₃ і 92% H ₂ SO ₄ і максимально при концентрації 84 і 99,8% H ₂ SO ₄ . Для олеуму мінімальне ρ при концентрації 10% SO ₃. З підвищенням температури ρ сірчаної кислоти збільшується. Діелектрична проникність 100%-ної сірчаної кислоти 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); кріоскопічна постійна 6,12, ебуліоскопіческая постійна 5,33, коефіцієнт дифузії пара сірчаної кислоти в повітрі змінюється в залежності від температури; D = 1,67 10 ⁻ ⁵ T 3 / 2 см / с.


2. Хімічні властивості

Сірчана кислота - досить сильний окислювач, особливо при нагріванні і в концентрованому вигляді; окисляє HI і частково HBr до вільних галогенів, вуглець до CO 2, S - до SO 2, окисляє багато метали ( Cu, Hg та ін.) При цьому сірчана кислота відновлюється до SO 2, а найсильнішими восстановителями - до S і H 2 S. Концентрована H 2 SO 4 частково відновлюється воднем, через що не може застосовуватися для його сушіння. Розбавлена ​​H 2 SO 4 взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряду напружень лівіше водню з його виділенням. Окислювальні властивості для розведеною H 2 SO 4 нехарактерні. Сірчана кислота утворює два ряди солей : середні - сульфати і кислі - гідросульфат, а також ефіри. Відомі пероксомоносерная (або кислота Каро) H 2 SO 5 і пероксодісерная H 2 S 2 O 8 кислоти.


3. Застосування

Сірчану кислоту застосовують:

  • у виробництві мінеральних добрив;
  • як електроліт в свинцевих акумуляторах;
  • для отримання різних мінеральних кислот і солей;
  • у виробництві хімічних волокон, барвників, димоутворювальною речовин і вибухових речовин;
  • в нафтовій, металообробної, текстильної, шкіряної та ін галузях промисловості;
  • у харчовій промисловості - зареєстрована в якості харчової добавки E513 ( емульгатор);
  • в промисловому органічному синтезі в реакціях:
    • дегідратації (одержання діетилового ефіру, складних ефірів);
    • гідратації ( етанол з етилену);
    • сульфування (синтетичні миючі засоби та проміжні продукти у виробництві барвників);
    • алкилирования (одержання ізооктану, поліетиленгліколю, капролактаму) та ін
    • Для відновлення смол у фільтрах на виробництві дісцілірованной води.

Світове виробництво сірчаної кислоти ок. 160 млн тонн на рік. Найбільший споживач сірчаної кислоти - виробництво мінеральних добрив. На 1 т P ₂ O ₅ фосфорних добрив витрачається 2,2-3,4 т сірчаної кислоти, а на 1 т (NH ₄) ₂ SO ₄ - 0,75 т сірчаної кислоти. Тому сірнокислотний заводи прагнуть будувати в комплексі з заводами з виробництва мінеральних добрив.


4. Токсична дія

Сірчана кислота і олеум - дуже їдкі речовини. Вони вражають шкіру, слизові оболонки, дихальні шляхи (викликають хімічні опіки). При вдиханні пари цих речовин вони викликають утруднення дихання, кашель, нерідко - ларингіт, трахеїт, бронхіт і т. д. Гранично допустима концентрація аерозолю сірчаної кислоти в повітрі робочої зони 1,0 мг / м , в атмосферному повітрі 0,3 мг / м (максимальна разова) і 0,1 мг / м (середньодобова). Вражаюча концентрація парів сірчаної кислоти 0,008 мг / л (експозиція 60 хв), смертельна 0,18 мг / л (60 хв). Клас небезпеки II. Аерозоль сірчаної кислоти може утворюватися в атмосфері в результаті викидів хімічних і металургійних виробництв, що містять оксиди S, і випадати у вигляді кислотних дощів.


5. Історичні відомості

молекула сірчаної кислоти по Дальтону

Сірчана кислота відома з давніх часів. Можливо, перша згадка про кислі газах, одержуваних при прожарюванні квасцов або залізного купоросу "зеленого каменю", зустрічається в творах, що приписуються арабському алхімікові Джабір ібн Хайянь.

У IX столітті перський алхімік Ар-Разі, прожарюючи суміш залізного і мідного купоросу (FeSO 4 7H 2 O і CuSO 4 5H 2 O), також отримав розчин сірчаної кислоти. Цей спосіб удосконалив європейський алхімік Альберт Магнус, що жив в XIII столітті.

У XV столітті алхіміки виявили, що сірчану кислоту можна отримати, спалюючи суміш сірки і селітри, або з піриту - сірчаного колчедану, більш дешевого і поширеного сировини, чим сірка. Таким способом отримували сірчану кислоту протягом 300 років, невеликими кількостями в скляних ретортах. І тільки в середині 18 століття, коли було встановлено, що свинець не розчиняється в сірчаній кислоті, від скляної лабораторної посуду перейшли до великих промислових свинцевим камерам.


6. Додаткові відомості

Найдрібніші крапельки сірчаної кислоти можуть утворюватися в середніх і верхніх шарах атмосфери в результаті реакції водяної пари і вулканічного попелу, що містить великі кількості сірки. Отримана суспензія, через високий альбедо хмар сірчаної кислоти, ускладнює доступ сонячних променів до поверхні планети. Тому (а також в результаті великої кількості дрібних часток вулканічного попелу у верхніх шарах атмосфери, також ускладнюють доступ сонячного світла до планети) після особливо сильних вулканічних вивержень можуть відбутися значні зміни клімату. Наприклад, в результаті виверження вулкана Ксудач ( п-в Камчатка, 1907 р.) підвищена концентрація пилу в атмосфері трималася близько 2 років, а характерні сріблясті хмари сірчаної кислоти спостерігалися навіть у Парижі [1]. Вибух вулкана Пінатубо в 1991, що відправив в атмосферу 3 10 7 тонн сірки, привів до того, що 1992 і 1993 року були значно холодніше, ніж 1991 і 1994 [2].


7. Отримання сірчаної кислоти

8. Стандарти

  • Кислота сірчана технічна ГОСТ 2184-77
  • Кислота сірчана акумуляторна. Технічні умови ГОСТ 667-73
  • Кислота сірчана особливої ​​чистоти. Технічні умови ГОСТ 14262-78
  • Реактиви. Кислота сірчана. Технічні умови ГОСТ 4204-77

Примітки

  1. див. статтю "Вулкани і клімат" - www.space.com.ua/gateway/news.nsf/NewsAnalitR/B2C4B63702CCBF7BC2257245003996D8!open
  2. Російський архіпелаг - Чи винне людство в глобальну зміну клімату? - www.archipelag.ru/agenda/geoklimat/influence/guilty/

Література

  • Довідник сернокіслотчіка, під ред. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Ртутно-сірчана теорія
Антранілова кислота
Синильна кислота
Рибонуклеїнова кислота
Креатінфосфорная кислота
Азелаиновая кислота
Оцтова кислота
Метафосфорная кислота
Дезоксирибонуклеїнова кислота
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru