post

Сярна киселина (масло от витриол)

Сярна киселина (H2SO4) се нарича химично съединение, което спада към групата на оксокиселините и съответстващ му анхидрид е серният триоксид (SO3). Тя е доста по-тежка от водата (моларна маса 98 g/mol), притежава силно разяждащо въздействие и намира широко приложение в химическата промишленост.

Строеж

Киселината има молекулен строеж. Структурата на една молекула сярна киселина изглежда като неправилен тетраедър. Серният атом е централен и с него са свързани четирите кислородни атома. Двата са с двойни връзки, а другите два с единични, като те от своя страна са свързани с по един водороден атом.

Сярна киселина

Сярна киселина

Тъй като електронната плътност между кислородния атом и водородния е силно изтеглена към първия от двата атома, то водородните атоми в сярната киселина са силно подвижни и се отделят с лекота. Това я прави силна двуосновна киселина.

Физични свойства

При стайна температура проба от сярна киселина изглежда като прозрачна масловидна течност. Температурата ѝ на топене е 10,4ºС, а кипи близо до 339°С. При кипене се наблюдава разлагане, при което се образува азеотропна смес от 98,3% сярна киселина и 1,7% вода.

Сярната киселина е добър проводник на електричен ток, защото е способна на автодисоциация:

2H2SO4 ⇌ H3SO4+ + HSO4

Във вода е отлично разтворима, като процесът е екзотермичен. Смесването трябва да става в камина, при силно повишено внимание и с подходящи предпазни мерки. Необходимо е киселината да се налива във водата с разбъркване, а не обратното. Тъй като тя е по-тежката, затова потъва и отдава топлината на обграждащите я водни слоеве. Ако водата се налее в съда със сярна киселина, заради екзотермичния характер на разтварянето, ще последва енергично и опасно изпръскване.

Химични свойства

1.) Дисоциация. Във воден разтвор сярната киселина се дисоциира изцяло на три вида йони:

2H2SO4 ⇌ SO42- + 3H+ + HSO4

2.) Афинитет към водата. Киселината е силно хигроскопична и притежава водоотнемащи свойства. Например при контакт с хартия и други видове целулоза, тя ги овъглява и разрушава посредством дехидратация. Подобен ефект би имала и на всяка органична и жива тъкан. Работата със сярна киселина трябва да става изключително внимателно, независимо дали е разредена или особено ако е концентрирана.

3.) Взаимодействие с метали. Разредената сярна киселина взаимодейства с всички метали добри редуктори, но не реагира с металите вдясно от водорода в реда на относителната активност. В резултат на реакциите се получава молекулен водород, изместен от метала в протичащия окислително-редукционен процес.

{2H+SO42−} + 2Na → {SO42− + 2Na+} + H2

Желязото реагира с киселината, ако тя е разредена с масова част до 60%.

Fe + {2H+ + SO42−} → {Fe2+ + SO42−} + H2

Концентрираната сярна киселина е силно реактивоспособна и взаимодейства с почти всички метали, с изключение на злато, платина, олово и волфрам. Желязото, алуминият и хромът се пасивират от безводната концентрирана сярна киселина.

Cu + 2H2SO4 → SO2 + 2H2O + {SO42− + Cu2+}

Кипяща сярна киселина с масова част над 80% реагира с чисто сребро.

Ag + 2H2SO4 → SO2 + 2H2O + {SO42− + 2Ag+}

4.) Взаимодействие с метални оксиди.

{2H+SO42−} + K2O → {2K++ SO42−} + H2O

5.) Реакции с хидроксиди. Взаимодействието е известно под названието неутрализация, в резултат на него се получават сол и вода.

{2H+SO42−} + {2Na+ + 2OH} → {2Na+ + SO42−} + 2H2O

6.) Взаимодействие със соли. Реакцията протича между водни разтвори на електролити, когато се образува утайка, газ, вода или се измества слаба киселина от нейната сол.

{2H+ + SO42−} + {Na+ + CH3COO}NaHSO4 + CH3COOH

{2H+ + SO42−}{Ba2+ + 2NO3} → BaSO4↓ + {2H+ + 2NO3}

Получаване на сярна киселина

Сярна киселина се произвежда обикновено под формата на воден разтвор с масова част 96%. За неговото получаване като изходна суровина се използва пирит (Fe2S) или сулфидни руди (PbS, ZnS, Cu2S). Те се пържат в кислородна среда, при което се получава серен диоксид (SO2).

За промишлено производство на киселината са разработени два метода.

Оловно – камерен метод

При камерния метод се използва смес от серен диоксид, азотен диоксид и малко азотен оксид, които се абсорбират от вода. Процесът протича в оловни камери, а за катализатор служи азотният оксид. Получената сярна киселина е с масова част 78%.

SO2 + NO2 + H2O → H2SO4 + NO

NO + O2 (от въздуха) → NO2

Контактен метод

При контактния метод, серният диоксид се окислява на повърхността на катализатор като платината, при температура 400°С. В резултат на окислението се получава серен триоксид, който се разтваря в концентрирана сярна киселина. Получената смес се нарича олеум. При разреждането на олеума с вода се получава киселина с желаната концентрация.

2SO2 + O2 → 2SO3

SO3 + H2SO4 → H2SO4.nSO3

Възможно е и директното разтваряне на серния триоксид във вода.

Приложение

Сярната киселина се използва за производството на суперфосфати. Освен това намира приложение в екстракциония метод за получаване на фосфорна киселина. В промишлеността се употребява в големи количества за третиране на метали и изчистването им от ръжда и други окиси. Тя може да бъде електролит в акумулаторите с олово.

Сярна киселина се използва и като катализатор в различните органични производства като например в синтезирането на найлон, рафинирането на петрол и пр. Тя намира употреба при багренето на тъкани и дори в бита. Производството на сярна киселина се счита в някои случаи като показател за степента на индустриализация на дадена страна.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!