Сульфатна кислота

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Сульфатна кислота (сірчана кислота) - H₂SO₄

Зміст

1 Фізичні властивості
2 Хімічні властивості
3 Застосування
4 Технічне добування сульфатної кислоти
5 Джерела

[ред.] Фізичні властивості

Хімічно чиста сульфатна кислота являє собою важку безбарвну маслянисту рідину. Продається звичайно її 96,5 % - ний водний розчин густиною 1,84 г/см³ або так званий «олеум», тобто розчин SO₃ в H₂SO₄. У воді H₂SO₄ розчиняється дуже добре (змішується з водою в необмежених кількостях). При цьому виділяється тепло, і розчин дуже сильно нагрівається (навіть до кипіння води). Тому при додаванні води до концентрованої сульфатної кислоти остання розбризкується внаслідок швидкого перетворення води в пару. Через це при розведенні концентрованої H₂SO₄ треба кислоту вливати у воду (а не навпаки!) тонким струменем при старанному розмішуванні розчину скляною паличкою. Виділення тепла обумовлюється утворенням гідратів H₂SO₄ • H₂O, H₂SO₄ • 2H₂O і ін.

Концентрована H₂SO₄ активно вбирає вологу, завдяки чому її часто застосовують для висушування газів, які хімічно не взаємодіють з нею. Концентрована сульфатна кислота руйнує рослинні і тваринні організми, і працювати з нею слід дуже обережно. Якщо кислота попаде на шкіру, її треба негайно змити великою кількістю води і промити уражене місце розведеним розчином амоніаку. Сульфатна кислота руйнує також багато органічних речовин, зокрема вуглеводи — дерево, папір, бавовняні тканини, цукор тощо. Руйнування цих речовин обумовлюється тим, що концентрована сульфатна кислота віднімає від них водень і кисень у вигляді води, а вуглець залишається у вигляді пористого вугілля. Обвуглювання цукру, наприклад, можна схематично зобразити таким рівнянням:

C₁₂H₂2O₁₁ + (nH₂SO₄) -> 12C +11H₂O (nH₂SO₄)

[ред.] Хімічні властивості

Концентрована сульфатна кислота — досить сильний окисник, особливо при нагріванні. При цьому окиснюючу дію виявляє позитивно шестивалентна сірка кислотного залишку, яка звичайно відновлюється до позитивно чотиривалентного стану. Концентрована сульфатна кислота розчиняє майже всі метали. Наприклад:

Cu⁰ + H₂S⁶⁺O₄ + H₂SO₄ = Cu²⁺SO₄ + S⁴⁺O₂↑ + 2H₂O

$C u 0 - 2 e = C u 2 +$		1
	2
$S 6 + + 2 e = S 4 +$		1

Zn⁰ + H₂S⁶⁺O₄ + H₂SO₄ = Zn²⁺SO₄ + S⁴⁺O₂ ↑ + 2H₂O

$Z n 0 - 2 e = Z n 2 +$		1
	2
$S 6 + + 2 e = S 4 +$		1

Однак залізо у концентрованій сульфатній кислоті без нагрівання не розчиняється. Це пояснюється тим, що оксиди заліза, які при цьому утворюються на поверхні металу, досить стійкі по відношенню до сульфатної кислоти і захищають метал від його руйнування. Цей процес утворення оксидної плівки називається пасивуванням металу. Завдяки цьому концентровану сульфатну кислоту, при не високій температурі, можна зберігати і транспортувати в залізних цистернах. Але при підвищенні температури до 50 градусів та вище відбувається руйнування плівки та роз'їдання металу.

Концентрована сульфатна кислота окиснює також неметали. Наприклад, вуглець і сірку вона окиснює при нагріванні відповідно до діоксиду вуглецю і діоксиду сірки:

С⁰ + 2Н₂S⁶⁺O₄ = С⁴⁺О₂↑ + 2S⁴⁺O₂↑ + 2H₂O

$C 0 - 4 e = C 4 +$		1
	4
$S 6 + + 2 e = S 4 +$		2

S⁰ + 2H₂SO₄ =3SO₂↑ + 2H₂O

Розведена сульфатна кислота теж взаємодіє з металами, але не з усіма, а лише з тими, що в електрохімічному ряду напружень стоять лівіше від водню. При цьому окиснюючу дію проявляє не іон S⁶⁺, а іони H⁺: Zn⁰ + H₂S⁶⁺O₄ = Zn²⁺SO₄ + H⁰₂↑

$Z n 0 - 2 e = Z n 2 +$		1
	2
$2 H + + 2 e = 2 H 0 (H 2)$		1

Метали, які в електрохімічному ряду напружень стоять правіше від водню, як мідь, срібло тощо, не розчиняються в розведеній сульфатній кислоті. Сульфатна кислота у водному розчині дуже сильна кислота. Вона дисоціює за двома ступенями: $H_2SO_4 \;\overrightarrow{\leftarrow} H^+ + HSO_4^-$

[ред.] Застосування

Застосування сульфатної кислоти дуже широке і різноманітне. Головним споживачем її є виробництво мінеральних добрив — суперфосфату і сульфату амонію, а також нафтова промисловість для очистки газу, мінеральних масел та інших нафтопродуктів. У хімічній промисловості цю кислоту застосовують при виробництві барвників, штучного волокна, залізного купоросу FeSO₄•7H₂O, мідного купоросу CuSO₄ • 5H₂O і інших продуктів.

[ред.] Технічне добування сульфатної кислоти

В основі процесу промислового добування сульфатної кислоти лежать такі хімічні реакції:

1) реакція одержання сульфітного ангідриду SO₂ спалюванням сірки або випалюванням залізного колчедану (піриту) FeS₂:

4Fe²⁺S^1-₂ + 11O⁰ = 2 Fe³⁺₂О^2-₃ + 8S⁴⁺О^2-₂ ^|

$F e 2 + - 1 e = F e 3 +$		4
$2 S 1 - - 10 e = 2 S 4 +$	44
$O_2^0 + 4e = 2O^{2-}$		11

2) окиснення сульфітного ангідриду в сульфатний ангідрид: 2S⁴⁺O₂ + O⁰₂ = 2S⁶⁺O^2-₃

$S 4 + - 2 e = S 6 +$		2
	4
$O_2^0 + 4e = 2O^{2-}$		1

3) сполучення сульфатного ангідриду з водою:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Основну масу сульфітного ангідриду одержують при випалюванні піриту. Випалювання FeS₂ і спалювання сірки проводять у спеціальних печах. Значні кількості SO₂ одержують також як побічний продукт у кольоровій металургії при випалюванні сульфідних руд.

Окиснення сульфітного ангідриду в сульфатний ангідрид здійснюють двома методами: контактним і нітрозним. Назва методу «контактний» походить від того, що окиснення SO₂ в SO₃ киснем відбувається при контакті (дотику) обох газів на поверхні твердого каталізатора. Від цього і сам метод добування сульфатної кислоти одержав назву контактного.

Каталізатором при окисненні SO₂ в SO₃ контактним методом раніше служила лише роздрібнена платина. Тепер з цією метою використовують значно дешевий ванадійовий ангідрид V₂O₅ та інші каталізатори.