Θειικό οξύ: τύπος και χημικές ιδιότητες

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 17:44

Ένα από τα πρώτα μεταλλικά οξέα που έγιναν γνωστά στον άνθρωπο είναι το θειικό ή θειικό. Όχι μόνο η ίδια, αλλά και πολλά από τα άλατά της χρησιμοποιήθηκαν στις κατασκευές, την ιατρική, τη βιομηχανία τροφίμων και για τεχνικούς σκοπούς. Μέχρι στιγμής, τίποτα δεν έχει αλλάξει από αυτή την άποψη. Μια σειρά από χαρακτηριστικά που διαθέτει το θειικό οξύ το καθιστούν απλώς απαραίτητο στις χημικές συνθέσεις. Επιπλέον, τα άλατά του χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλους τους τομείς της καθημερινής ζωής και της βιομηχανίας. Επομένως, θα εξετάσουμε λεπτομερώς τι είναι και ποια είναι τα χαρακτηριστικά των εκδηλωμένων ιδιοτήτων.

Ποικιλία ονομάτων

Ας ξεκινήσουμε με το γεγονός ότι αυτή η ουσία έχει πολλά ονόματα. Ανάμεσά τους υπάρχουν εκείνα που σχηματίζονται σύμφωνα με την ορθολογική ονοματολογία και εκείνα που έχουν αναπτυχθεί ιστορικά. Έτσι, αυτή η σύνδεση ορίζεται ως:

• θειικό οξύ;
• βιτριόλι;
• θειικό οξύ;
• oleum.

Αν και ο όρος "ολαίο" δεν είναι αρκετά κατάλληλος για αυτήν την ουσία, καθώς είναι ένα μείγμα θειικού οξέος και υψηλότερου οξειδίου του θείου -SO_3.

Θειικό οξύ: τύπος και μοριακή δομή

Από την άποψη της χημικής συντομογραφίας, ο τύπος αυτού του οξέος μπορεί να γραφτεί ως εξής: H₂SO_{4. Προφανώς, το μόριο αποτελείται από δύο κατιόντα υδρογόνου και ένα ανιόν του όξινου υπολείμματος - θειικό ιόν, το οποίο έχει φορτίο 2+.}

Σε αυτήν την περίπτωση, οι ακόλουθοι δεσμοί δρουν μέσα στο μόριο:

• ομοιοπολικό πολικό μεταξύ θείου και οξυγόνου;
• ομοιοπολικό ισχυρά πολικό μεταξύ υδρογόνου και υπολείμματος οξέος SO_4.

Το θείο, που έχει 6 ασύζευκτα ηλεκτρόνια, σχηματίζει δύο διπλούς δεσμούς με δύο άτομα οξυγόνου. Με ένα-δυο ακόμη - single, και αυτά, με τη σειρά τους, single με υδρογόνα. Ως αποτέλεσμα, η δομή του μορίου του επιτρέπει να είναι αρκετά ισχυρό. Ταυτόχρονα, το κατιόν του υδρογόνου είναι πολύ κινητό και φεύγει εύκολα, επειδή το θείο και το οξυγόνο είναι πολύ πιο ηλεκτραρνητικά. Τραβώντας την πυκνότητα των ηλεκτρονίων πάνω τους, παρέχουν στο υδρογόνο ένα μερικώς θετικό φορτίο, το οποίο γίνεται γεμάτο όταν αποσπαστεί. Έτσι σχηματίζονται τα όξινα διαλύματα στα οποία υπάρχει H+.

Αν μιλάμε για τις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων της ένωσης, τότε το θειικό οξύ, ο τύπος του οποίου είναι H₂SO_{4, σας επιτρέπει εύκολα να τα υπολογίσετε: υδρογόνο +1, οξυγόνο -2, θείο +6.}

Όπως σε κάθε μόριο, το συνολικό φορτίο είναι μηδέν.

Ιστορικό ανακάλυψης

Το θειικό οξύ ήταν γνωστό στους ανθρώπους από την αρχαιότητα. Ακόμη και οι αλχημιστές ήξεραν πώς να το πάρουν με φρύξη διαφόρων βιτριολίων. ΜεΉδη από τον 9ο αιώνα, οι άνθρωποι έλαβαν και χρησιμοποιούσαν αυτήν την ουσία. Αργότερα στην Ευρώπη, ο Albert Magnus έμαθε πώς να εξάγει οξύ από την αποσύνθεση του θειικού σιδήρου.

Ωστόσο, καμία από τις μεθόδους δεν ήταν κερδοφόρα. Τότε έγινε γνωστή η λεγόμενη θαλαμοειδής εκδοχή της σύνθεσης. Για αυτό, το θείο και το νιτρικό κάηκαν και οι ατμοί που απελευθερώθηκαν απορροφήθηκαν από το νερό. Ως αποτέλεσμα, σχηματίστηκε θειικό οξύ.

Ακόμη και αργότερα, οι Βρετανοί κατάφεραν να βρουν τη φθηνότερη μέθοδο απόκτησης αυτής της ουσίας. Χρησιμοποιήθηκε πυρίτης για αυτό - FeS_{2, σιδηροπυρίτες. Το ψήσιμο και η επακόλουθη αλληλεπίδρασή του με το οξυγόνο εξακολουθούν να αποτελούν μια από τις σημαντικότερες βιομηχανικές μεθόδους για τη σύνθεση του θειικού οξέος. Τέτοιες πρώτες ύλες είναι πιο προσιτές, φθηνότερες και υψηλότερης ποιότητας για μεγάλους όγκους παραγωγής.}

Φυσικές ιδιότητες

Υπάρχουν πολλές παράμετροι, συμπεριλαμβανομένων των εξωτερικών, που διακρίνουν το θειικό οξύ από άλλες. Οι φυσικές του ιδιότητες μπορούν να περιγραφούν σε πολλά σημεία:

1. Υγρό υπό τυπικές συνθήκες.
2. Σε συμπυκνωμένη του κατάσταση, είναι βαρύ, λιπαρό, για το οποίο έλαβε το όνομα "βιτριόλη".
3. Πυκνότητα ύλης - 1,84 g/cm3.
4. Χωρίς χρώμα ή οσμή.
5. Έχει έντονη "χάλκινη" γεύση.
6. Διαλύεται πολύ καλά στο νερό, σχεδόν απεριόριστα.
7. Υγροσκοπικό, ικανό να παγιδεύει τόσο ελεύθερο όσο και δεσμευμένο νερό από ιστούς.
8. Μη πτητικό.
9. Σημείο βρασμού - 296oC.
10. Λήξη στους 10, 3oC.

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά αυτής της ένωσης είναι η ικανότητα ενυδάτωσης με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας. Γι' αυτό και από το σχολικό παγκάκι διδάσκονται τα παιδιά ότι σε καμία περίπτωση δεν είναι δυνατόν να προστεθεί νερό στο οξύ, αλλά μόνο το αντίστροφο. Εξάλλου, το νερό είναι πιο ελαφρύ σε πυκνότητα, επομένως θα συσσωρευτεί στην επιφάνεια. Εάν προστεθεί απότομα σε οξύ, τότε ως αποτέλεσμα της αντίδρασης διάλυσης, θα απελευθερωθεί τόσο μεγάλη ποσότητα ενέργειας που το νερό θα βράσει και θα αρχίσει να πιτσιλίζει μαζί με σωματίδια μιας επικίνδυνης ουσίας. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σοβαρά χημικά εγκαύματα στο δέρμα των χεριών.

Επομένως, το οξύ πρέπει να χύνεται σε νερό με λεπτή ροή, τότε το μείγμα θα γίνει πολύ ζεστό, αλλά δεν θα βράσει, πράγμα που σημαίνει ότι θα πιτσιλίσει και το υγρό.

Χημικές ιδιότητες

Από την άποψη της χημείας, αυτό το οξύ είναι πολύ ισχυρό, ειδικά αν είναι συμπυκνωμένο διάλυμα. Είναι διβασικό, επομένως διασπάται σταδιακά, με το σχηματισμό υδροθειικών και θειικών ανιόντων.

Γενικά, η αλληλεπίδρασή του με διάφορες ενώσεις αντιστοιχεί σε όλες τις κύριες αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές αυτής της κατηγορίας ουσιών. Μπορούμε να δώσουμε παραδείγματα πολλών εξισώσεων στις οποίες συμμετέχει το θειικό οξύ. Οι χημικές ιδιότητες εκδηλώνονται στην αλληλεπίδρασή του με:

• άλατα;
• οξείδια και υδροξείδια μετάλλων;
• αμφοτερικά οξείδια και υδροξείδια;
• μέταλλα που στέκονται σε μια σειρά από τάσεις μέχρι το υδρογόνο.

ΒΩς αποτέλεσμα τέτοιων αλληλεπιδράσεων, σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις σχηματίζονται μεσαία άλατα ενός δεδομένου οξέος (θειικά) ή όξινα άλατα (υδροθειικά).

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό είναι επίσης ότι με μέταλλα σύμφωνα με το συνηθισμένο σχήμα Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ μόνο ένα διάλυμα μιας δεδομένης ουσίας αντιδρά, δηλαδή ένα αραιό οξύ. Εάν πάρουμε συμπυκνωμένο ή πολύ κορεσμένο (ελαίο), τότε τα προϊόντα αλληλεπίδρασης θα είναι εντελώς διαφορετικά.}

Ειδικές ιδιότητες του θειικού οξέος

Αυτά περιλαμβάνουν μόνο την αλληλεπίδραση συμπυκνωμένων διαλυμάτων με μέταλλα. Άρα, υπάρχει ένα συγκεκριμένο σχήμα που αντικατοπτρίζει ολόκληρη την αρχή τέτοιων αντιδράσεων:

1. Εάν το μέταλλο είναι ενεργό, το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός υδρόθειου, αλατιού και νερού. Δηλαδή, το θείο μειώνεται σε -2.
2. Αν το μέταλλο είναι μέτριας δραστικότητας, τότε το αποτέλεσμα είναι θείο, αλάτι και νερό. Δηλαδή, η αναγωγή του θειικού ιόντος σε ελεύθερο θείο.
3. Μέταλλα χαμηλής αντιδραστικότητας (μετά το υδρογόνο) - διοξείδιο του θείου, αλάτι και νερό. Θείο σε κατάσταση οξείδωσης +4.

Επίσης, οι ειδικές ιδιότητες του θειικού οξέος είναι η ικανότητα να οξειδώνει ορισμένα αμέταλλα στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης και να αντιδρά με σύνθετες ενώσεις και να τις οξειδώνει σε απλές ουσίες.

Μέθοδοι απόκτησης στον κλάδο

Η διαδικασία θειικού για την παραγωγή θειικού οξέος αποτελείται από δύο κύριους τύπους:

• contact;
• πύργος.

Και οι δύο είναι οι πιο συνηθισμένοι τρόποιβιομηχανία σε όλες τις χώρες του κόσμου. Η πρώτη επιλογή βασίζεται στη χρήση του σιδηροπυρίτη ή του θεοπυρίτη ως πρώτης ύλης - FeS_{2. Υπάρχουν τρία στάδια συνολικά:}

1. Ψήσιμο πρώτων υλών με σχηματισμό διοξειδίου του θείου ως προϊόν καύσης.
2. Διέλευση αυτού του αερίου μέσω οξυγόνου πάνω από έναν καταλύτη βαναδίου για να σχηματιστεί θειικός ανυδρίτης - SO_3.
3. Στον πύργο απορρόφησης, ο ανυδρίτης διαλύεται σε διάλυμα θειικού οξέος με σχηματισμό ενός διαλύματος υψηλής συγκέντρωσης - ελαίου. Πολύ βαρύ λιπαρό παχύρρευστο υγρό.

Η δεύτερη επιλογή είναι πρακτικά η ίδια, αλλά τα οξείδια του αζώτου χρησιμοποιούνται ως καταλύτης. Από την άποψη παραμέτρων όπως η ποιότητα του προϊόντος, το κόστος και η κατανάλωση ενέργειας, η καθαρότητα των πρώτων υλών, η παραγωγικότητα, η πρώτη μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική και αποδεκτή, επομένως χρησιμοποιείται πιο συχνά.

Εργαστηριακή σύνθεση

Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί θειικό οξύ σε μικρές ποσότητες για εργαστηριακή έρευνα, τότε η μέθοδος αλληλεπίδρασης του υδρόθειου με θειικά άλατα μετάλλων χαμηλής ενεργότητας είναι η καταλληλότερη.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, εμφανίζεται ο σχηματισμός θειούχων σιδηρούχων μετάλλων και το θειικό οξύ σχηματίζεται ως υποπροϊόν. Για μικρές μελέτες, αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη, αλλά ένα τέτοιο οξύ δεν θα διαφέρει σε καθαρότητα.

Επίσης στο εργαστήριο μπορείτε να πραγματοποιήσετε μια ποιοτική αντίδραση σε θειικά διαλύματα. Το πιο κοινό αντιδραστήριο είναι το χλωριούχο βάριο, καθώς το ιόν Ba²⁺, μαζί μεΤο θειικό ανιόν κατακρημνίζεται σε λευκό ίζημα - γάλα βαρίτη: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Τα πιο κοινά άλατα

Το θειικό οξύ και τα θειικά άλατα που σχηματίζει είναι σημαντικές ενώσεις σε πολλές βιομηχανίες και νοικοκυριά, συμπεριλαμβανομένων των τροφίμων. Τα πιο κοινά άλατα θειικού οξέος είναι:

1. Γύψος (αλάβαστρο, σεληνίτης). Η χημική ονομασία είναι ένας υδατικός κρυσταλλικός ένυδρος θειικός ασβέστιος. Τύπος: CaSO_{4. Χρησιμοποιείται στις κατασκευές, την ιατρική, τον πολτό και το χαρτί, την κατασκευή κοσμημάτων.}
2. Βαρίτης (βαρύς σπάρος). θειικό βάριο. Σε διάλυμα, είναι ένα γαλακτώδες ίζημα. Σε στερεή μορφή - διαφανείς κρύσταλλοι. Χρησιμοποιείται σε οπτικά όργανα, ακτίνες Χ, μονωτική επίστρωση.
3. Mirabilite (άλας Glauber). Η χημική ονομασία είναι δεκαϋδρικό θειικό νάτριο. Τύπος: Na₂SO₄10H_{2O. Χρησιμοποιείται στην ιατρική ως καθαρτικό.}

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα αλάτων που έχουν πρακτική σημασία. Ωστόσο, αυτά που αναφέρονται παραπάνω είναι τα πιο συνηθισμένα.

θειική αλισίβα

Αυτή η ουσία είναι ένα διάλυμα που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της θερμικής επεξεργασίας του ξύλου, δηλαδή της κυτταρίνης. Ο κύριος σκοπός αυτής της ένωσης είναι να αποκτήσει θειικό σαπούνι στη βάση του με καθίζηση. Η χημική σύνθεση του θειικού υγρού είναι η εξής:

• λιγνίνη;
• υδροξυοξέα;
• μονοσακχαρίτες;
• φαινόλες;
• ρητίνη;
• πτητικά και λιπαρά οξέα;
• σουλφίδια, χλωρίδια, ανθρακικά και θειικά άλατα νατρίου.

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αυτής της ουσίας: λευκό και μαύρο θειικό υγρό. Το λευκό πηγαίνει στη βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού, ενώ το μαύρο χρησιμοποιείται για την παρασκευή θειικού σαπουνιού στη βιομηχανία.

Κύριες εφαρμογές

Η ετήσια παραγωγή θειικού οξέος είναι 160 εκατομμύρια τόνοι ετησίως. Αυτός είναι ένας πολύ σημαντικός αριθμός, που δείχνει τη σημασία και την επικράτηση αυτής της ένωσης. Υπάρχουν πολλές βιομηχανίες και μέρη όπου η χρήση θειικού οξέος είναι απαραίτητη:

1. Στις μπαταρίες ως ηλεκτρολύτης, ειδικά σε μόλυβδο.
2. Σε εργοστάσια όπου παράγονται θειικά λιπάσματα. Ο κύριος όγκος αυτού του οξέος χρησιμοποιείται ειδικά για την παρασκευή ορυκτών λιπασμάτων για φυτά. Ως εκ τούτου, οι εγκαταστάσεις για την παραγωγή θειικού οξέος και την παραγωγή λιπασμάτων κατασκευάζονται συνήθως δίπλα-δίπλα.
3. Στη βιομηχανία τροφίμων ως γαλακτωματοποιητής, υποδεικνύεται με τον κωδικό E513.
4. Σε πολλές οργανικές συνθέσεις ως παράγοντας αφυδάτωσης, καταλύτης. Έτσι παράγονται εκρηκτικά, ρητίνες, καθαριστικά και απορρυπαντικά, νάιλον, πολυπροπυλένιο και αιθυλένιο, βαφές, χημικές ίνες, εστέρες και άλλες ενώσεις.
5. Χρησιμοποιείται σε φίλτρα για τον καθαρισμό του νερού και την παρασκευή απεσταγμένου νερού.
6. Χρησιμοποιείται στην εξόρυξη και επεξεργασία σπάνιων στοιχείων από μετάλλευμα.

Επίσης πολύ αίγαγροΤο οξύ πηγαίνει σε εργαστηριακή έρευνα, όπου λαμβάνεται με τοπικές μεθόδους.