Az egyik legelső ásványi sav, amely az ember által ismertté vált, a kénsav vagy szulfát. Nemcsak őt magát, hanem sok sóját is felhasználták az építőiparban, az orvostudományban, az élelmiszeriparban és műszaki célokra. Eddig semmi sem változott ezen a téren. A szulfátsav számos jellemzője egyszerűen nélkülözhetetlenné teszi a kémiai szintézisekben. Ezenkívül sóit a mindennapi élet és az ipar szinte minden területén felhasználják. Ezért részletesen megvizsgáljuk, mi ez, és melyek a megnyilvánuló tulajdonságok jellemzői.
Változatos nevek
Kezdjük azzal a ténnyel, hogy ennek az anyagnak sok neve van. Vannak köztük olyanok is, amelyek racionális nómenklatúra szerint alakultak, és olyanok is, amelyek történelmileg alakultak ki. Tehát ennek a kapcsolatnak a neve:
- szulfátsav;
- vitriol;
- kénsav;
- óleum.
Bár az "óleum" kifejezés nem egészen alkalmas erre az anyagra, mivel ez kénsav és magasabb kén-oxid keveréke -SO3.
Szulfátsav: képlet és molekulaszerkezet
A kémiai rövidítés szempontjából ennek a savnak a képlete a következőképpen írható fel: H2SO4. Nyilvánvaló, hogy a molekula két hidrogénkationból és a savas maradék anionjából áll - szulfátionból, amelynek töltése 2+.
Ebben az esetben a következő kötések hatnak a molekulán belül:
- kovalens poláris kén és oxigén között;
- kovalens erősen poláris a hidrogén és a savmaradék között SO4.
A 6 párosítatlan elektronból álló kén két kettős kötést képez két oxigénatommal. Még egy párral - szinglivel, azokkal pedig egy hidrogénnel. Ennek eredményeként a molekula szerkezete lehetővé teszi, hogy elég erős legyen. Ugyanakkor a hidrogénkation nagyon mozgékony és könnyen távozik, mert a kén és az oxigén sokkal elektronegatívabb. Az elektronsűrűséget magukra húzva részlegesen pozitív töltésű hidrogént biztosítanak, amely leváláskor megtelik. Így keletkeznek savas oldatok, amelyekben H+.
Ha a vegyületben lévő elemek oxidációs állapotáról beszélünk, akkor a szulfátsav, melynek képlete H2SO4, könnyen kiszámítható: hidrogén +1, oxigén -2, kén +6.
Mint minden molekulánál, a teljes töltés nulla.
Felfedezési előzmények
A szulfátsavat az ókor óta ismerték az emberek. Még az alkimisták is tudták, hogyan juthatnak hozzá különféle vitriolok égetésével. Val velAz emberek már a 9. században megkapták és használták ezt az anyagot. Később Európában Albert Magnus megtanulta, hogyan vonjon ki savat a vas-szulfát lebontásából.
Azonban egyik módszer sem volt nyereséges. Ekkor vált ismertté a szintézis úgynevezett kamrás változata. Ehhez ként és nitrátot égettek el, a felszabaduló gőzöket a víz elnyelte. Ennek eredményeként szulfátsav képződik.
Még később a briteknek sikerült megtalálniuk a legolcsóbb módszert ennek az anyagnak a beszerzésére. Ehhez piritet használtak - FeS2, vaspiriteket. Pörkölése és az azt követő oxigénnel való kölcsönhatás ma is a kénsav szintézisének egyik legfontosabb ipari módszere. Az ilyen nyersanyagok megfizethetőbbek, olcsóbbak és jobb minőségűek nagy mennyiségű gyártáshoz.
Fizikai tulajdonságok
Számos paraméter létezik, beleértve a külső paramétereket is, amelyek megkülönböztetik a szulfátsavat a többitől. Fizikai tulajdonságai több ponton is leírhatók:
- Folyadék normál körülmények között.
- Tömény állapotában nehéz, olajos, ezért kapta a "vitriol" nevet.
- Az anyag sűrűsége - 1,84 g/cm3.
- Nincs szín vagy szag.
- Kifejezett "réz" íze van.
- Nagyon jól oldódik vízben, szinte korlátlanul.
- Higroszkópos, képes a szövetekből a szabad és a megkötött vizet is felfogni.
- Nem illékony.
- Forráspont - 296oC.
- Olvadás: 10, 3oC.
Ennek a vegyületnek az egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy képes nagy mennyiségű hőt felszabadítani. Éppen ezért az iskolapadból is megtanítják a gyerekeket, hogy a savhoz semmiképpen sem lehet vizet adni, hanem csak fordítva. Végül is a víz könnyebb sűrűségű, így felhalmozódik a felszínen. Ha hirtelen hozzáadják a savhoz, akkor az oldódási reakció eredményeként olyan nagy mennyiségű energia szabadul fel, hogy a víz felforr, és veszélyes anyag részecskéivel együtt fröcskölni kezd. Ez súlyos kémiai égési sérüléseket okozhat a kéz bőrén.
Ezért a savat vékony sugárban kell vízbe önteni, ekkor a keverék nagyon felforrósodik, de nem forr fel, ami azt jelenti, hogy a folyadék is kifröccsen.
Kémiai tulajdonságok
Kémiai szempontból ez a sav nagyon erős, főleg ha tömény oldatról van szó. Kétbázisú, ezért fokozatosan disszociál, hidroszulfát és szulfát anionok képződésével.
Általában a különféle vegyületekkel való kölcsönhatása megfelel az ezen anyagok osztályára jellemző összes fő reakciónak. Számos olyan egyenletre tudunk példát mondani, amelyekben a szulfátsav részt vesz. A kémiai tulajdonságai a következőkkel való kölcsönhatásban nyilvánulnak meg:
- sók;
- fém-oxidok és -hidroxidok;
- amfoter oxidok és hidroxidok;
- fémek hidrogénig terjedő feszültségsorozatban állnak.
Baz ilyen kölcsönhatások eredményeként szinte minden esetben egy adott sav közepes sói (szulfátok) vagy savas sói (hidroszulfátok) keletkeznek.
Különlegesség az is, hogy fémeknél a szokásos séma szerint Me + H2SO4=MeSO4 + H2↑ csak egy adott anyag oldata reagál, vagyis egy híg sav. Ha koncentrált vagy erősen telített (óleumot) veszünk, akkor az interakciós termékek teljesen mások lesznek.
A kénsav különleges tulajdonságai
Ezek csak a koncentrált oldatok fémekkel való kölcsönhatását tartalmazzák. Tehát van egy bizonyos séma, amely tükrözi az ilyen reakciók teljes elvét:
- Ha a fém aktív, akkor hidrogén-szulfid, só és víz képződik. Azaz a kéntartalom -2-re csökken.
- Ha a fém közepes aktivitású, akkor az eredmény kén, só és víz. Vagyis a szulfátion redukciója szabad kénné.
- Kis reakcióképességű fémek (hidrogén után) - kén-dioxid, só és víz. Kén oxidációs állapotban +4.
A szulfátsav különleges tulajdonságai továbbá, hogy képesek egyes nemfémeket a legmagasabb oxidációs állapotukig oxidálni, és reakcióba lépnek összetett vegyületekkel, és egyszerű anyagokká oxidálják azokat.
Megszerzési módszerek az iparágban
A kénsav előállítására szolgáló szulfátos eljárás két fő típusból áll:
- kapcsolat;
- torony.
Mindkettő a leggyakoribb belépésipar a világ minden országában. Az első lehetőség a vas-pirit vagy kén-pirit alapanyagként való felhasználásán alapul - FeS2. Összesen három szakasz van:
- Alapanyagok pörkölése kén-dioxid keletkezésével, mint égéstermék.
- Ezt a gázt oxigénen átvezetve vanádium katalizátoron kénsav-anhidrid képződéséhez - SO3.
- Az abszorpciós toronyban az anhidridet feloldják szulfátsav-oldatban, és nagy koncentrációjú oldatot - óleumot - képeznek. Nagyon nehéz olajos sűrű folyadék.
A második lehetőség gyakorlatilag ugyanaz, de nitrogén-oxidokat használnak katalizátorként. Az olyan paraméterek szempontjából, mint a termék minősége, költsége és energiafogyasztása, nyersanyag tisztasága, termelékenysége, az első módszer hatékonyabb és elfogadhatóbb, ezért gyakrabban használják.
Laboratóriumi szintézis
Ha laboratóriumi kutatásokhoz kis mennyiségben kell kénsavat nyerni, akkor a hidrogén-szulfid és az alacsony aktivitású fémek szulfátjai közötti kölcsönhatás módszere a legalkalmasabb.
Ezekben az esetekben vasfém-szulfidok képződnek, és melléktermékként kénsav képződik. Kisebb vizsgálatokhoz ez a lehetőség megfelelő, de az ilyen sav tisztasága nem különbözik.
A laboratóriumban minőségi reakciót is végezhet szulfátoldatokkal. A leggyakoribb reagens a bárium-klorid, mivel a Ba2+ ion aa szulfát anion fehér csapadékká válik ki - barit tej: H2SO4 + BaCL2=2HCL + BaSO4↓
A leggyakoribb sók
A szulfátsav és az általa képzett szulfátok fontos vegyületek számos iparágban és háztartásban, beleértve az élelmiszereket is. A kénsav leggyakoribb sói:
- Gipsz (alabástrom, szelenit). A kémiai név egy vizes kalcium-szulfát kristályos hidrát. Képlet: CaSO4. Építőiparban, gyógyászatban, cellulóz- és papírgyártásban, ékszergyártásban használják.
- Barit (heavy spar). bárium-szulfát. Oldatban tejszerű csapadék. Szilárd formában - átlátszó kristályok. Optikai műszerekben, röntgenben, szigetelő bevonatban használják.
- Mirabilite (Glauber-só). A kémiai neve nátrium-szulfát-dekahidrát. Képlet: Na2SO410H2O. Az orvostudományban hashajtóként használják.
Sok példát találhatunk olyan sókra, amelyek gyakorlati jelentőséggel bírnak. Azonban a fent említettek a leggyakoribbak.
Szulfátlúg
Ez az anyag a fa, azaz a cellulóz hőkezelése során keletkező oldat. Ennek a vegyületnek az a fő célja, hogy szulfátszappant állítson elő ülepítéssel. A szulfátlúg kémiai összetétele a következő:
- lignin;
- hidroxisavak;
- monoszacharidok;
- fenolok;
- gyanta;
- illékony és zsírsavak;
- nátrium szulfidjai, kloridjai, karbonátjai és szulfátjai.
Ennek az anyagnak két fő típusa van: fehér és fekete-szulfátlúg. A fehér a cellulóz- és papíriparba kerül, míg a feketéből szulfátszappant készítenek az iparban.
Fő alkalmazások
A kénsav éves termelése évi 160 millió tonna. Ez egy nagyon jelentős szám, amely jelzi ennek a vegyületnek a fontosságát és elterjedtségét. Számos iparág és hely van, ahol szükség van szulfátsav használatára:
- Az akkumulátorokban elektrolitként, különösen az ólomban.
- Azokban a gyárakban, ahol szulfát műtrágyákat gyártanak. Ennek a savnak a nagy részét kifejezetten a növények számára készült ásványi műtrágyák gyártására használják. Ezért a kénsav- és műtrágyagyártó üzemeket leggyakrabban egymás mellé építik.
- Az élelmiszeriparban emulgeálószerként, az E513 kóddal jelölve.
- Számos szerves szintézisben víztelenítő szerként, katalizátorként. Így keletkeznek robbanóanyagok, gyanták, tisztító- és mosószerek, nejlonok, polipropilén és etilén, színezékek, vegyi szálak, észterek és egyéb vegyületek.
- Szűrőkben használják víz tisztítására és desztillált víz előállítására.
- Ritka elemek ércből történő kinyerésére és feldolgozására használják.
Sok zerge isa sav laboratóriumi kutatásba kerül, ahol helyi módszerekkel nyerik.
