Sulfátová kyselina: vzorec a chemické vlastnosti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 17:43

Jednou z úplně prvních minerálních kyselin, o kterých se člověk dozvěděl, je sírová neboli síranová. Nejen ona sama, ale i mnohé její soli se používaly ve stavebnictví, medicíně, potravinářském průmyslu a pro technické účely. Zatím se v tomto ohledu nic nezměnilo. Díky řadě vlastností, které má sulfátová kyselina, je jednoduše nepostradatelná při chemických syntézách. Kromě toho se jeho soli používají téměř ve všech odvětvích každodenního života a průmyslu. Proto podrobně zvážíme, co to je a jaké jsou rysy projevených vlastností.

Různé názvy

Začněme tím, že tato látka má spoustu jmen. Jsou mezi nimi ty, které jsou tvořeny podle racionálního názvosloví, a ty, které se vyvíjely historicky. Toto spojení je tedy označeno jako:

• kyselina síranová;
• vitriol;
• kyselina sírová;
• oleum.

Přestože výraz "oleum" není pro tuto látku zcela vhodný, protože se jedná o směs kyseliny sírové a vyššího oxidu sírového -SO_3.

Sulfátová kyselina: vzorec a molekulární struktura

Z hlediska chemické zkratky lze vzorec této kyseliny zapsat následovně: H₂SO_{4. Je zřejmé, že molekula se skládá ze dvou vodíkových kationtů a aniontu kyselého zbytku - síranového iontu, který má náboj 2+.}

V tomto případě působí uvnitř molekuly následující vazby:

• kovalentní polární mezi sírou a kyslíkem;
• kovalentní silně polární mezi vodíkem a zbytkem kyseliny SO_4.

Síra, která má 6 nepárových elektronů, tvoří dvě dvojné vazby se dvěma atomy kyslíku. S pár dalšími - single, a těmi zase single s vodíky. Díky tomu struktura molekuly umožňuje, aby byla dostatečně pevná. Vodíkový kationt je přitom velmi pohyblivý a snadno odchází, protože síra a kyslík jsou mnohem elektronegativnější. Přitažením elektronové hustoty na sebe poskytují vodíku částečně kladný náboj, který se po odpojení naplní. Takto vznikají kyselé roztoky, ve kterých je H+.

Pokud mluvíme o oxidačních stavech prvků ve sloučenině, pak síranová kyselina, jejíž vzorec je H₂SO_{4, snadno vám je umožňuje vypočítat: vodík +1, kyslík -2, síra +6.}

Jako u každé molekuly je celkový náboj nula.

Historie objevů

Kyselinu síranovou znají lidé již od starověku. Dokonce i alchymisté věděli, jak ho získat kalcinací různých vitriolů. SJiž v 9. století lidé tuto látku přijímali a užívali. Později v Evropě se Albert Magnus naučil extrahovat kyselinu z rozkladu síranu železa.

Žádná z metod však nebyla zisková. Poté vešla ve známost tzv. komorní verze syntézy. K tomu se spalovala síra a dusičnany a uvolněné páry byly absorbovány vodou. V důsledku toho se vytvořila síranová kyselina.

Ještě později se Britům podařilo najít nejlevnější způsob, jak tuto látku získat. K tomu byl použit pyrit - FeS_{2, pyrity železa. Její pražení a následná interakce s kyslíkem stále tvoří jednu z nejdůležitějších průmyslových metod syntézy kyseliny sírové. Takové suroviny jsou dostupnější, levnější a kvalitnější pro velké objemy výroby.}

Fyzikální vlastnosti

Existuje několik parametrů, včetně vnějších, které odlišují síranovou kyselinu od ostatních. Jeho fyzikální vlastnosti lze popsat v několika bodech:

1. Kapalina za standardních podmínek.
2. V koncentrovaném stavu je těžký, mastný, pro který dostal název "vitriol".
3. Hustota hmoty - 1,84 g/cm3.
4. Žádná barva ani zápach.
5. Má výraznou "měděnou" chuť.
6. Velmi dobře se rozpouští ve vodě, téměř neomezeně.
7. Hygroskopický, schopný zachytit volnou i vázanou vodu z tkání.
8. Nevolatilní.
9. Bod varu - 296oC.
10. Tání při 10, 3oC.

Jednou z nejdůležitějších vlastností této sloučeniny je schopnost hydratace s uvolněním velkého množství tepla. Proto se i ze školní lavice děti učí, že v žádném případě není možné přidávat vodu do kyseliny, ale pouze naopak. Voda má totiž lehčí hustotu, takže se bude hromadit na povrchu. Pokud se prudce přidá do kyseliny, pak se v důsledku rozpouštěcí reakce uvolní tak velké množství energie, že se voda uvaří a začne prskat spolu s částicemi nebezpečné látky. To může způsobit vážné chemické popáleniny pokožky rukou.

Proto by se kyselina měla nalévat do vody tenkým pramínkem, směs se poté velmi zahřeje, ale nedojde k varu, což znamená, že kapalina také vystříkne.

Chemické vlastnosti

Z hlediska chemie je tato kyselina velmi silná, zvláště pokud se jedná o koncentrovaný roztok. Je dvojsytný, proto se disociuje v krocích za vzniku hydrosulfátových a síranových aniontů.

Obecně jeho interakce s různými sloučeninami odpovídá všem hlavním reakcím charakteristickým pro tuto třídu látek. Můžeme uvést příklady několika rovnic, kterých se účastní síranová kyselina. Chemické vlastnosti se projevují v interakci s:

• s alts;
• oxidy a hydroxidy kovů;
• amfoterní oxidy a hydroxidy;
• kovy stojící v sérii napětí až do vodíku.

Bv důsledku takových interakcí se téměř ve všech případech tvoří střední soli dané kyseliny (sírany) nebo kyselé soli (hydrosírany).

Speciální vlastností je také to, že u kovů podle obvyklého schématu Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ reaguje pouze roztok dané látky, tedy zředěná kyselina. Pokud vezmeme koncentrované nebo vysoce nasycené (oleum), pak budou produkty interakce zcela odlišné.}

Speciální vlastnosti kyseliny sírové

Zahrnují pouze interakci koncentrovaných roztoků s kovy. Existuje tedy určité schéma, které odráží celý princip takových reakcí:

1. Pokud je kov aktivní, výsledkem je tvorba sirovodíku, soli a vody. To znamená, že síra je snížena na -2.
2. Pokud je kov střední aktivity, výsledkem je síra, sůl a voda. Tedy redukci síranového iontu na volnou síru.
3. Kovy s nízkou reaktivitou (po vodíku) - oxid siřičitý, sůl a voda. Síra v oxidačním stavu +4.

Speciálními vlastnostmi síranové kyseliny je také schopnost oxidovat některé nekovy do jejich nejvyššího oxidačního stavu a reagovat s komplexními sloučeninami a oxidovat je na jednoduché látky.

Metody získávání v průmyslu

Sulátový proces výroby kyseliny sírové se skládá ze dvou hlavních typů:

• contact;
• tower.

Oba jsou nejběžnější způsoby vstupuprůmyslu ve všech zemích světa. První možnost je založena na použití pyritu železa nebo sirného pyritu jako suroviny - FeS_{2. Existují celkem tři fáze:}

1. Pražení surovin za vzniku oxidu siřičitého jako produktu spalování.
2. Procházení tohoto plynu kyslíkem přes vanadiový katalyzátor za vzniku anhydridu kyseliny sírové - SO_3.
3. V absorpční věži se anhydrid rozpouští v roztoku síranové kyseliny za vzniku roztoku o vysoké koncentraci - olea. Velmi těžká olejovitá hustá kapalina.

Druhá možnost je prakticky stejná, ale jako katalyzátor se používají oxidy dusíku. Z hlediska takových parametrů, jako je kvalita produktu, cena a spotřeba energie, čistota surovin, produktivita, je první metoda efektivnější a přijatelnější, proto je častěji používána.

Laboratorní syntéza

Pokud je pro laboratorní výzkum nutné získat kyselinu sírovou v malých množstvích, pak je nejvhodnější metoda interakce sirovodíku se sírany málo aktivních kovů.

V těchto případech dochází k tvorbě sulfidů železných kovů a jako vedlejší produkt vzniká kyselina sírová. Pro malé studie je tato možnost vhodná, ale taková kyselina se nebude lišit v čistotě.

Také v laboratoři můžete provést kvalitativní reakci na síranové roztoky. Nejběžnějším činidlem je chlorid barnatý, protože iont Ba²⁺ spolu ssíranový anion se vysráží na bílou sraženinu - barytové mléko: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Nejběžnější soli

Síranová kyselina a sírany, které tvoří, jsou důležitými sloučeninami v mnoha průmyslových odvětvích a domácnostech, včetně potravin. Nejběžnější soli kyseliny sírové jsou:

1. Sádra (alabastr, seleničitan). Chemický název je vodný krystalický hydrát síranu vápenatého. Vzorec: CaSO_{4. Používá se ve stavebnictví, medicíně, celulóze a papíru, výrobě šperků.}
2. Barit (těžký nosník). síran barnatý. V roztoku je to mléčná sraženina. V pevné formě - průhledné krystaly. Používá se v optických přístrojích, rentgenovém záření, izolačním povlaku.
3. Mirabilit (Glauberova sůl). Chemický název je dekahydrát síranu sodného. Vzorec: Na₂SO₄10H_{2O. Používá se v lékařství jako projímadlo.}

Existuje mnoho příkladů solí, které mají praktický význam. Výše uvedené jsou však nejčastější.

Sulfátový louh

Tato látka je roztok, který vzniká jako výsledek tepelného zpracování dřeva, tedy celulózy. Hlavním účelem této sloučeniny je získat síranové mýdlo na jejím základě usazováním. Chemické složení síranového louhu je následující:

• lignin;
• hydroxykyseliny;
• monosacharidy;
• fenoly;
• pryskyřice;
• těkavé a mastné kyseliny;
• sulfidy, chloridy, uhličitany a sírany sodíku.

Existují dva hlavní typy této látky: bílý a černý sulfátový louh. Bílá jde do průmyslu celulózy a papíru, zatímco černá se používá k výrobě sulfátového mýdla v průmyslu.

Hlavní aplikace

Roční produkce kyseliny sírové je 160 milionů tun ročně. To je velmi významný údaj, který ukazuje důležitost a prevalenci této sloučeniny. Existuje několik průmyslových odvětví a míst, kde je použití síranové kyseliny nezbytné:

1. V bateriích jako elektrolyt, zejména v olověných.
2. V továrnách, kde se vyrábějí síranová hnojiva. Většina této kyseliny se používá speciálně pro výrobu minerálních hnojiv pro rostliny. Závody na výrobu kyseliny sírové a výrobu hnojiv se proto nejčastěji staví vedle sebe.
3. V potravinářském průmyslu jako emulgátor, označený kódem E513.
4. V mnoha organických syntézách jako odvodňovací činidlo, katalyzátor. Takto se získávají výbušniny, pryskyřice, čisticí a detergenty, nylony, polypropylen a etylen, barviva, chemická vlákna, estery a další sloučeniny.
5. Používá se ve filtrech k čištění vody a výrobě destilované vody.
6. Používá se při těžbě a zpracování vzácných prvků z rudy.

Také hodně kamzíkůkyselina jde do laboratorního výzkumu, kde se získává místními metodami.