Axit sunfat: công thức và tính chất hóa học

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 17:58

Một trong những axit khoáng đầu tiên được con người biết đến là sulfuric hay còn gọi là sulfat. Không chỉ bản thân bà mà nhiều muối của bà còn được sử dụng trong xây dựng, y học, công nghiệp thực phẩm và cho các mục đích kỹ thuật. Cho đến nay, không có gì thay đổi về mặt này. Một số đặc điểm mà axit sunfat sở hữu khiến nó đơn giản là không thể thiếu trong quá trình tổng hợp hóa học. Ngoài ra, muối của nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày và công nghiệp. Do đó, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết nó là gì và đặc điểm của các thuộc tính được hiển thị là gì.

Tên đa dạng

Hãy bắt đầu với thực tế là chất này có rất nhiều tên. Trong số đó có những cái được hình thành theo danh pháp hợp lý, và những cái đã phát triển theo lịch sử. Vì vậy, kết nối này được chỉ định là:

axit sunfat;
vitriol;
axit sunfuric;
oleum.

Mặc dù thuật ngữ "oleum" không hoàn toàn phù hợp với chất này, vì nó là hỗn hợp của axit sulfuric và oxit lưu huỳnh cao hơn -VẬY_3.

Axit sunfat: công thức và cấu trúc phân tử

Theo quan điểm viết tắt của hóa học, công thức của axit này có thể được viết như sau: H₂SO_{4. Rõ ràng, phân tử bao gồm hai cation hydro và một anion của gốc axit - ion sunfat, có điện tích 2 +.}

Trong trường hợp này, các liên kết sau hoạt động bên trong phân tử:

cực cộng hóa trị giữa lưu huỳnh và oxy;

cộng hóa trị phân cực mạnh giữa gốc hydro và axit SO_4.

Lưu huỳnh, có 6 electron chưa ghép đôi, tạo thành hai liên kết đôi với hai nguyên tử oxy. Với một số nhiều hơn - đơn lẻ, và đến lượt chúng, đơn lẻ với hydro. Kết quả là, cấu trúc của phân tử cho phép nó đủ mạnh. Đồng thời, cation hydro rất di động và dễ dàng rời khỏi, vì lưu huỳnh và oxy có độ âm điện lớn hơn nhiều. Bằng cách kéo mật độ điện tử lên mình, chúng cung cấp cho hydro một phần điện tích dương, điện tích này sẽ đầy khi tách ra. Đây là cách các dung dịch axit được hình thành, trong đó có H+.

Nếu chúng ta nói về trạng thái oxi hóa của các nguyên tố trong hợp chất, thì axit sunfat, công thức của nó là H₂SO_{4, dễ dàng cho phép bạn tính toán chúng: hydro +1, oxy -2, lưu huỳnh + 6.}

Như trong bất kỳ phân tử nào, tổng điện tích bằng 0.

Lịch sử khám phá

Axit sunfat đã được mọi người biết đến từ thời cổ đại. Ngay cả các nhà giả kim thuật cũng biết cách lấy nó bằng cách nung nhiều vitriol khác nhau. VớiNgay từ thế kỷ thứ 9, con người đã tiếp nhận và sử dụng chất này. Sau đó ở châu Âu, Albert Magnus đã học cách chiết xuất axit từ sự phân hủy của sắt sunfat.

Tuy nhiên, không có phương pháp nào mang lại lợi nhuận. Sau đó, cái gọi là phiên bản tổng hợp buồng được biết đến. Vì vậy, lưu huỳnh và nitrat bị đốt cháy, và hơi thoát ra được hấp thụ bởi nước. Kết quả là, axit sunfat được hình thành.

Thậm chí sau này, người Anh đã tìm ra phương pháp rẻ nhất để thu được chất này. Pyrit đã được sử dụng cho việc này - FeS_{2, pyrit sắt. Quá trình rang và tương tác tiếp theo của nó với oxy vẫn là một trong những phương pháp công nghiệp quan trọng nhất để tổng hợp axit sulfuric. Những nguyên liệu thô như vậy có giá cả phải chăng hơn, rẻ hơn và chất lượng cao hơn để sản xuất số lượng lớn.}

Tính chất vật lý

Có một số thông số, bao gồm cả các thông số bên ngoài, giúp phân biệt axit sunfat với các thông số khác. Tính chất vật lý của nó có thể được mô tả ở một số điểm:

Chất lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn.
Ở trạng thái cô đặc, nó nặng, nhiều dầu, vì vậy nó được đặt tên là "vitriol".
Mật độ vật chất - 1,84 g / cm3.
Không màu hay mùi.
Nó có vị "đồng" rõ rệt.
Tan rất tốt trong nước, gần như không giới hạn.
Hút ẩm, có khả năng giữ nước tự do và nước liên kết từ các mô.
Không biến động.
Điểm sôi - 296oC.
Tan chảy ở 10, 3oC.

Một trong những tính năng quan trọng nhất của hợp chất này là khả năng ngậm nước khi giải phóng một lượng nhiệt lớn. Đó là lý do tại sao, ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường, trẻ em đã được dạy rằng không thể cho nước vào axit mà chỉ có cách khác. Xét cho cùng, nước có tỷ trọng nhẹ hơn, vì vậy nó sẽ tích tụ trên bề mặt. Nếu nó đột ngột được thêm vào axit, thì kết quả của phản ứng hòa tan, một lượng năng lượng lớn sẽ được giải phóng khiến nước sẽ sôi và bắt đầu bắn tung tóe cùng với các hạt của một chất nguy hiểm. Điều này có thể gây bỏng hóa chất nghiêm trọng cho da tay.

Vì vậy, nên đổ axit vào nước thành dòng loãng, khi đó hỗn hợp sẽ rất nóng, nhưng không xảy ra hiện tượng sôi, có nghĩa là chất lỏng cũng sẽ bắn tung tóe.

Tính chất hóa học

Theo quan điểm của hóa học, axit này rất mạnh, đặc biệt nếu nó là một dung dịch đậm đặc. Nó là bazơ, do đó nó phân ly theo từng bước, với sự hình thành của các anion hydrosunfat và sunfat.

Nói chung, tương tác của nó với các hợp chất khác nhau tương ứng với tất cả các phản ứng chính đặc trưng của nhóm chất này. Chúng ta có thể đưa ra các ví dụ về một số phương trình trong đó axit sunfat tham gia. Tính chất hóa học được thể hiện trong sự tương tác của nó với:

muối;
oxit và hiđroxit kim loại;
oxit và hiđroxit lưỡng tính;
kim loại đứng trong dãy có hiệu điện thế đến hydro.

Bkết quả của những tương tác như vậy, trong hầu hết các trường hợp, muối trung bình của một axit nhất định (sunfat) hoặc muối axit (hydrosunfat) được hình thành.

Điểm đặc biệt nữa là với các kim loại theo sơ đồ thông thường Me + H₂SO₄=MeSO₄+ H_{2↑ chỉ một dung dịch của một chất đã cho phản ứng, tức là một axit loãng. Nếu chúng ta sử dụng chất cô đặc hoặc có độ bão hòa cao (oleum), thì các sản phẩm tương tác sẽ hoàn toàn khác.}

Tính chất đặc biệt của axit sunfuric

Chúng chỉ bao gồm sự tương tác của các dung dịch đậm đặc với kim loại. Vì vậy, có một sơ đồ nhất định phản ánh toàn bộ nguyên tắc của các phản ứng như vậy:

Nếu kim loại hoạt động, kết quả là tạo ra hiđro sunfua, muối và nước. Tức là, lưu huỳnh bị khử thành -2.
Nếu kim loại có hoạt tính trung bình, thì kết quả là lưu huỳnh, muối và nước. Đó là, sự khử ion sunfat thành lưu huỳnh tự do.
Kim loại có khả năng phản ứng thấp (sau hydro) - lưu huỳnh đioxit, muối và nước. Lưu huỳnh ở trạng thái oxi hóa + 4.

Ngoài ra, các tính chất đặc biệt của axit sunfat là khả năng oxy hóa một số phi kim loại đến trạng thái oxy hóa cao nhất và phản ứng với các hợp chất phức tạp và oxy hóa chúng thành các chất đơn giản.

Phương pháp đạt được trong ngành

Quy trình sunfat để sản xuất axit sunfuric bao gồm hai loại chính:

liên hệ;
tháp.

Cả hai đều là cách phổ biến nhất trongngành công nghiệp ở tất cả các nước trên thế giới. Lựa chọn đầu tiên dựa trên việc sử dụng pyrit sắt hoặc pyrit lưu huỳnh làm nguyên liệu thô - FeS_{2. Tổng cộng có ba giai đoạn:}

Rang nguyên liệu với sự tạo thành sulfur dioxide như một sản phẩm đốt cháy.

Cho khí này đi qua oxy qua chất xúc tác vanadi để tạo thành anhydrit sulfuric - SO_3.
Trong tháp hấp thụ, anhydrit được hòa tan trong dung dịch axit sunfat tạo thành dung dịch có nồng độ cao - oleum. Chất lỏng đặc sệt nhờn rất nặng.

Phương án thứ hai thực tế giống nhau, nhưng các oxit nitơ được sử dụng làm chất xúc tác. Từ quan điểm của các thông số như chất lượng sản phẩm, chi phí và tiêu thụ năng lượng, độ tinh khiết của nguyên liệu thô, năng suất, phương pháp đầu tiên hiệu quả hơn và được chấp nhận, vì vậy nó thường được sử dụng hơn.

Tổng hợp phòng thí nghiệm

Nếu cần lấy axit sunfuric với số lượng nhỏ để nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, thì phương pháp tương tác của hydro sunfua với sunfat của các kim loại hoạt động thấp là phù hợp nhất.

Trong những trường hợp này, sự hình thành các sunfua kim loại đen xảy ra và axit sunfuric được hình thành như một sản phẩm phụ. Đối với các nghiên cứu nhỏ, tùy chọn này là phù hợp, tuy nhiên, một loại axit như vậy sẽ không khác nhau về độ tinh khiết.

Ngoài ra, trong phòng thí nghiệm, bạn có thể tiến hành phản ứng định tính với các dung dịch sunfat. Thuốc thử phổ biến nhất là bari clorua, vì ion Ba^{2 +}, cùng vớianion sunfat kết tủa thành kết tủa trắng - sữa barit: H₂SO₄+ BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Các loại muối phổ biến nhất

Axit sunfat và các sunfat mà nó tạo thành là những hợp chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và hộ gia đình, bao gồm cả thực phẩm. Các muối phổ biến nhất của axit sunfuric là:

Thạch cao (thạch cao, selen). Tên hóa học là một hydrat tinh thể canxi sunfat trong nước. Công thức: CaSO_{4. Được sử dụng trong xây dựng, y học, bột giấy và giấy, làm đồ trang sức.}
Barite (spar nặng). bari sunfat. Trong dung dịch, nó là một kết tủa trắng đục. Ở thể rắn - tinh thể trong suốt. Được sử dụng trong các dụng cụ quang học, tia X, lớp phủ cách điện.

Mirabilite (muối của Glauber). Tên hóa học là natri sulfat decahydrat. Công thức: Na₂SO₄ 10H_{2O. Được sử dụng trong y học như một loại thuốc nhuận tràng.}

Có rất nhiều ví dụ về muối có ý nghĩa thiết thực. Tuy nhiên, những cái được đề cập ở trên là phổ biến nhất.

Dung dịch kiềm sulfat

Chất này là một dung dịch được hình thành do quá trình xử lý nhiệt của gỗ, tức là xenlulozơ. Mục đích chính của hợp chất này là thu được xà phòng sunfat trên cơ sở của nó bằng cách lắng. Thành phần hóa học của rượu sunfat như sau:

lignin;
axit hydroxy;
monosaccharid;
phenol;
nhựa;
axit béo và dễ bay hơi;
sunfua, clorua, cacbonat và sunfat natri.

Có hai loại chính của chất này: rượu sulfat trắng và đen. Màu trắng được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy, trong khi màu đen được sử dụng để sản xuất xà phòng sunfat trong ngành công nghiệp.

Ứng dụng chính

Sản lượng axit sunfuric hàng năm là 160 triệu tấn mỗi năm. Đây là một con số rất có ý nghĩa, nói lên tầm quan trọng và mức độ phổ biến của hợp chất này. Có một số ngành công nghiệp và địa điểm cần sử dụng axit sunfat:

Trong pin là chất điện phân, đặc biệt là trong pin.
Trong các nhà máy sản xuất phân sunfat. Phần lớn axit này được sử dụng đặc biệt để sản xuất phân bón khoáng cho cây trồng. Do đó, các nhà máy sản xuất axit sunfuric và sản xuất phân bón thường được xây dựng cạnh nhau.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất nhũ hóa, được chỉ định bởi mã E513.
Trong nhiều chất tổng hợp hữu cơ như một chất khử nước, một chất xúc tác. Đây là cách thu được chất nổ, nhựa, chất tẩy rửa và chất tẩy rửa, ni lông, polypropylene và ethylene, thuốc nhuộm, sợi hóa học, este và các hợp chất khác.
Được sử dụng trong các bộ lọc để lọc nước và làm nước cất.
Được sử dụng trong khai thác và chế biến các nguyên tố hiếm từ quặng.

Cũng rất nhiều sơn dươngaxit được chuyển đến nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nơi nó được thu nhận bằng các phương pháp địa phương.