سولفات اسید: فرمول و خواص شیمیایی

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 17:45

یکی از اولین اسیدهای معدنی که برای انسان شناخته شد سولفوریک یا سولفات است. نه تنها خود او، بلکه بسیاری از نمک های او در ساخت و ساز، پزشکی، صنایع غذایی و برای اهداف فنی استفاده می شد. تاکنون هیچ تغییری در این زمینه صورت نگرفته است. تعدادی از ویژگی هایی که اسید سولفات دارد آن را به سادگی در سنتزهای شیمیایی ضروری می کند. علاوه بر این، نمک های آن تقریباً در تمام بخش های زندگی روزمره و صنعت استفاده می شود. بنابراین، ما به تفصیل بررسی خواهیم کرد که چیست و ویژگی های ویژگی های آشکار چیست.

تنوع نام

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که این ماده نام های زیادی دارد. در میان آنها مواردی وجود دارد که بر اساس نامگذاری عقلانی شکل گرفته اند و آنهایی که از نظر تاریخی توسعه یافته اند. بنابراین، این اتصال به عنوان:تعیین می شود

• سولفات اسید؛
• vitriol;
• سولفوریک اسید;
• oleum.

اگرچه اصطلاح "اولیوم" برای این ماده کاملاً مناسب نیست، زیرا مخلوطی از اسید سولفوریک و اکسید گوگرد بالاتر است -SO_3.

سولفات اسید: فرمول و ساختار مولکولی

از نظر مخفف شیمیایی، فرمول این اسید را می توان به صورت زیر نوشت: H₂SO_{4. بدیهی است که مولکول از دو کاتیون هیدروژن و یک آنیون از باقیمانده اسیدی - یون سولفات تشکیل شده است که دارای بار 2+ است.}

در این مورد، پیوندهای زیر در داخل مولکول عمل می کنند:

• قطبی کووالانسی بین گوگرد و اکسیژن؛
• کووالانت به شدت قطبی بین هیدروژن و باقی مانده اسید SO_4.

گوگرد با داشتن 6 الکترون جفت نشده، دو پیوند دوگانه با دو اتم اکسیژن تشکیل می دهد. با چند نفر دیگر - مجرد، و آنهایی که به نوبه خود مجرد با هیدروژن هستند. در نتیجه، ساختار مولکول به آن اجازه می دهد تا به اندازه کافی قوی باشد. در عین حال، کاتیون هیدروژن بسیار متحرک است و به راحتی خارج می شود، زیرا گوگرد و اکسیژن بسیار الکترونگاتیو هستند. آنها با کشیدن چگالی الکترون روی خود، یک بار تا حدی مثبت به هیدروژن می دهند که با جدا شدن پر می شود. به این ترتیب محلول های اسیدی تشکیل می شوند که در آنها H+ وجود دارد.

اگر در مورد حالت های اکسیداسیون عناصر موجود در ترکیب صحبت کنیم، اسید سولفات که فرمول آن H₂SO_{4 است. ، به راحتی به شما امکان می دهد آنها را محاسبه کنید: هیدروژن +1، اکسیژن -2، گوگرد +6.}

همانند هر مولکولی، بار کل صفر است.

تاریخچه کشف

اسید سولفات از دوران باستان برای مردم شناخته شده است. حتی کیمیاگران نیز می دانستند که چگونه آن را با کلسینه کردن ویتریول های مختلف بدست آورند. بادر اوایل قرن نهم، مردم این ماده را دریافت و استفاده کردند. بعدها در اروپا، آلبرت مگنوس یاد گرفت که چگونه اسید را از تجزیه سولفات آهن استخراج کند.

با این حال، هیچ یک از روش ها سودآور نبودند. سپس نسخه به اصطلاح محفظه سنتز شناخته شد. برای این کار، گوگرد و نیترات سوزانده شدند و بخارات آزاد شده توسط آب جذب شدند. در نتیجه، اسید سولفات تشکیل شد.

حتی بعدها انگلیسی ها موفق شدند ارزان ترین روش را برای به دست آوردن این ماده بیابند. پیریت برای این مورد استفاده شد - FeS_{2، پیریت های آهن. برشته کردن و متعاقب آن برهمکنش با اکسیژن هنوز یکی از مهم ترین روش های صنعتی برای سنتز اسید سولفوریک را تشکیل می دهد. چنین مواد اولیه ای مقرون به صرفه تر، ارزان تر و با کیفیت تر برای حجم زیاد تولید هستند.}

خواص فیزیکی

پارامترهای مختلفی از جمله پارامترهای خارجی وجود دارد که اسید سولفات را از سایرین متمایز می کند. خواص فیزیکی آن را می توان در چند نکته توصیف کرد:

1. مایع تحت شرایط استاندارد.
2. در حالت غلیظ خود، سنگین، روغنی است که به همین دلیل نام "ویتریول" را دریافت کرد.
3. چگالی ماده - 1.84 گرم در سانتی متر3.
4. بدون رنگ یا بو.
5. طعم "مسی" مشخصی دارد.
6. خیلی خوب در آب حل می شود، تقریباً نامحدود.
7. هیگروسکوپیک، قادر به به دام انداختن آب آزاد و محدود از بافت‌ها.
8. غیر فرار.
9. نقطه جوش - 296oC.
10. ذوب در 10، 3oC.

یکی از مهم ترین ویژگی های این ترکیب قابلیت هیدراته شدن با انتشار مقدار زیادی گرما است. به همین دلیل است که حتی از روی نیمکت مدرسه به بچه ها آموزش داده می شود که به هیچ وجه نمی توان به اسید آب اضافه کرد، بلکه فقط برعکس است. از این گذشته ، آب از نظر چگالی سبک تر است ، بنابراین روی سطح جمع می شود. اگر به طور ناگهانی به اسید اضافه شود، در نتیجه واکنش انحلال، آنقدر انرژی آزاد می شود که آب به جوش می آید و همراه با ذرات یک ماده خطرناک شروع به پاشیدن می کند. این می تواند باعث سوختگی شدید شیمیایی در پوست دست شود.

بنابراین باید اسید را در یک جریان نازک در آب ریخت، سپس مخلوط بسیار داغ می شود، اما جوش نمی آید، یعنی مایع نیز پاشیده می شود.

خواص شیمیایی

از نظر شیمی، این اسید بسیار قوی است، به خصوص اگر محلول غلیظ باشد. دوبازی است، بنابراین با تشکیل هیدروسولفات و آنیون‌های سولفات به صورت پلکانی تفکیک می‌شود.

به طور کلی، برهمکنش آن با ترکیبات مختلف با تمام واکنش های اصلی مشخصه این دسته از مواد مطابقت دارد. ما می توانیم چندین معادله را مثال بزنیم که اسید سولفات در آنها نقش دارد. خواص شیمیایی در تعامل آن با: آشکار می شود

• نمک;
• اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات؛
• اکسیدها و هیدروکسیدهای آمفوتریک؛
• فلزات در یک سری ولتاژ تا هیدروژن ایستاده اند.

Bدر نتیجه چنین فعل و انفعالاتی، تقریباً در همه موارد، نمک های متوسط یک اسید معین (سولفات ها) یا نمک های اسیدی (هیدروسولفات ها) تشکیل می شوند.

یک ویژگی خاص نیز این است که با فلزات طبق طرح معمول Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ فقط یک محلول از یک ماده معین واکنش نشان می دهد، یعنی یک اسید رقیق. اگر غلیظ یا بسیار اشباع شده (اولیوم) را مصرف کنیم، محصولات متقابل کاملاً متفاوت خواهند بود.}

خواص ویژه اسید سولفوریک

اینها فقط شامل برهمکنش محلولهای غلیظ با فلزات است. بنابراین، طرح خاصی وجود دارد که منعکس کننده اصل کلی چنین واکنش هایی است:

1. اگر فلز فعال باشد، نتیجه تشکیل سولفید هیدروژن، نمک و آب است. یعنی گوگرد به 2- کاهش می یابد.
2. اگر فلز دارای فعالیت متوسط باشد، نتیجه گوگرد، نمک و آب است. یعنی کاهش یون سولفات به گوگرد آزاد.
3. فلزات با واکنش پذیری کم (بعد از هیدروژن) - دی اکسید گوگرد، نمک و آب. گوگرد در حالت اکسیداسیون +4.

همچنین خواص ویژه اسید سولفات توانایی اکسید کردن برخی از غیر فلزات به بالاترین حالت اکسیداسیون و واکنش با ترکیبات پیچیده و اکسید کردن آنها به مواد ساده است.

روش های به دست آوردن در صنعت

فرایند سولفات برای تولید اسید سولفوریک از دو نوع اصلی تشکیل شده است:

• تماس؛
• برج.

هر دو رایج ترین راه ها هستندصنعت در تمام کشورهای جهان گزینه اول مبتنی بر استفاده از پیریت آهن یا پیریت گوگرد به عنوان ماده خام است - FeS_{2. در کل سه مرحله وجود دارد:}

1. بو دادن مواد خام با تشکیل دی اکسید گوگرد به عنوان محصول احتراق.
2. عبور این گاز از اکسیژن از روی کاتالیزور وانادیوم برای تشکیل انیدرید سولفوریک - SO_3.
3. در برج جذب، انیدرید در محلول اسید سولفات با تشکیل محلول با غلظت بالا - اولئوم حل می شود. مایع غلیظ روغنی بسیار سنگین.

گزینه دوم عملاً یکسان است، اما از اکسیدهای نیتروژن به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. از نظر پارامترهایی مانند کیفیت محصول، هزینه و انرژی مصرفی، خلوص مواد اولیه، بهره وری، روش اول کارآمدتر و قابل قبول تر است، بنابراین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

سنتز آزمایشگاهی

اگر برای تحقیقات آزمایشگاهی نیاز به بدست آوردن اسید سولفوریک در مقادیر کم باشد، بهترین روش برهمکنش سولفید هیدروژن با سولفات‌های فلزات کم‌فعال است.

در این موارد، تشکیل سولفیدهای فلزات آهنی رخ می دهد و اسید سولفوریک به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می شود. برای مطالعات کوچک، این گزینه مناسب است، اما چنین اسیدی از نظر خلوص تفاوتی نخواهد داشت.

همچنین در آزمایشگاه می توانید یک واکنش کیفی به محلول های سولفات انجام دهید. رایج ترین معرف کلرید باریم است، زیرا یون Ba²⁺ همراه باآنیون سولفات به یک رسوب سفید رسوب می کند - شیر باریت: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

رایج ترین نمک ها

سولفات اسید و سولفات های تشکیل دهنده آن ترکیبات مهمی در بسیاری از صنایع و خانواده ها از جمله مواد غذایی هستند. رایج ترین نمک های اسید سولفوریک عبارتند از:

1. گچ (آلباستر، سلنیت). نام شیمیایی یک هیدرات کریستالی سولفات کلسیم آبی است. فرمول: CaSO_{4. مورد استفاده در ساختمان سازی، پزشکی، خمیر و کاغذ، ساخت جواهرات.}
2. باریت (اسپار سنگین). سولفات باریم در محلول، رسوب شیری رنگ است. به شکل جامد - کریستال های شفاف. مورد استفاده در ابزارهای نوری، اشعه ایکس، پوشش عایق.
3. Mirabilite (نمک گلوبر). نام شیمیایی سدیم سولفات دکاهیدرات است. فرمول: Na₂SO₄10H_{2O. در پزشکی به عنوان ملین استفاده می شود.}

نمونه های زیادی از نمک ها وجود دارد که اهمیت عملی دارند. با این حال، موارد ذکر شده در بالا رایج ترین هستند.

لیو سولفات

این ماده محلولی است که در اثر عملیات حرارتی چوب یعنی سلولز به وجود می آید. هدف اصلی این ترکیب بدست آوردن صابون سولفات بر اساس آن از طریق ته نشینی است. ترکیب شیمیایی مشروب سولفات به شرح زیر است:

• lignin;
• هیدروکسی اسیدها;
• مونوساکاریدها;
• فنول؛
• رزین;
• اسیدهای فرار و چرب؛
• سولفیدها، کلریدها، کربناتها و سولفاتهای سدیم.

این ماده دو نوع اصلی دارد: مشروب سولفات سفید و مشکی. رنگ سفید به صنعت خمیر و کاغذ می رود، در حالی که رنگ سیاه برای تولید صابون سولفات در صنعت استفاده می شود.

برنامه های اصلی

تولید سالانه اسید سولفوریک 160 میلیون تن در سال است. این رقم بسیار قابل توجهی است که نشان دهنده اهمیت و شیوع این ترکیب است. چندین صنعت و مکان وجود دارد که استفاده از اسید سولفات در آنها ضروری است:

1. در باتری ها به عنوان یک الکترولیت، به ویژه در باتری های سرب.
2. در کارخانه هایی که کودهای سولفاته تولید می شود. بخش عمده ای از این اسید به طور خاص برای تولید کودهای معدنی برای گیاهان استفاده می شود. بنابراین، کارخانه های تولید اسید سولفوریک و تولید کودها اغلب در کنار هم ساخته می شوند.
3. در صنایع غذایی به عنوان امولسیفایر، با کد E513 نشان داده شده است.
4. در چندین سنتز آلی به عنوان یک عامل آبگیری، یک کاتالیزور. مواد منفجره، رزین ها، پاک کننده ها و مواد شوینده، نایلون ها، پلی پروپیلن و اتیلن، رنگ ها، الیاف شیمیایی، استرها و سایر ترکیبات از این طریق به دست می آیند.
5. در فیلترها برای تصفیه آب و تهیه آب مقطر استفاده می شود.
6. مورد استفاده در استخراج و فرآوری عناصر کمیاب از سنگ معدن.

همچنین مقدار زیادی بابونهاسید به تحقیقات آزمایشگاهی می رود و در آنجا با روش های محلی به دست می آید.