Sulfatsäure: Formel und chemische Eigenschaften

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Eine der allerersten Mineralsäuren, die dem Menschen bekannt wurde, ist Schwefelsäure oder Sulfat. Nicht nur sie selbst, sondern auch viele ihrer Salze wurden im Bauwesen, in der Medizin, in der Lebensmittelindustrie und für technische Zwecke verwendet. Daran hat sich bisher nichts geändert. Eine Reihe von Eigenschaften, die Sulfatsäure besitzt, machen sie in chemischen Synthesen einfach unverzichtbar. Darüber hinaus werden seine Salze in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens und der Industrie eingesetzt. Daher werden wir im Detail betrachten, was es ist und welche Merkmale die manifestierten Eigenschaften haben.

Namensvielf alt

Fangen wir damit an, dass diese Substanz viele Namen hat. Unter ihnen gibt es solche, die nach rationaler Nomenklatur gebildet sind, und solche, die sich historisch entwickelt haben. Diese Verbindung wird also wie folgt bezeichnet:

• Sulfatsäure;
• Vitriol;
• Schwefelsäure;
• oleum.

Obwohl der Begriff "Oleum" für diesen Stoff nicht ganz passend ist, da es sich um eine Mischung aus Schwefelsäure und höherem Schwefeloxid handelt -SO_3.

Sulfatsäure: Formel und Molekülstruktur

Aus Sicht der chemischen Abkürzung kann die Formel dieser Säure wie folgt geschrieben werden: H₂SO_{4. Offensichtlich besteht das Molekül aus zwei Wasserstoffkationen und einem Anion des sauren Rests - Sulfation, das eine Ladung von 2+ hat.}

In diesem Fall wirken im Inneren des Moleküls folgende Bindungen:

• kovalent polar zwischen Schwefel und Sauerstoff;
• kovalent stark polar zwischen Wasserstoff und Säurerest SO_4.

Schwefel mit 6 ungepaarten Elektronen bildet mit zwei Sauerstoffatomen zwei Doppelbindungen. Mit ein paar mehr - Single und diese wiederum Single mit Wasserstoff. Infolgedessen erlaubt die Struktur des Moleküls, dass es stark genug ist. Gleichzeitig ist das Wasserstoffkation sehr mobil und verlässt es leicht, da Schwefel und Sauerstoff viel elektronegativer sind. Indem sie die Elektronendichte auf sich ziehen, verleihen sie dem Wasserstoff eine teilweise positive Ladung, die beim Ablösen voll wird. So entstehen saure Lösungen, in denen H+. steht

Wenn wir über die Oxidationsstufen der Elemente in der Verbindung sprechen, dann Sulfatsäure, deren Formel H₂SO_{4 ist, ermöglicht es Ihnen, sie einfach zu berechnen: Wasserstoff +1, Sauerstoff -2, Schwefel +6.}

Wie bei jedem Molekül ist die Gesamtladung null.

Discovery-Verlauf

Sulfatsäure ist den Menschen seit der Antike bekannt. Sogar Alchemisten wussten, wie man es durch Kalzinieren verschiedener Vitriole erhält. MitBereits im 9. Jahrhundert erhielten und verwendeten Menschen diese Substanz. Später lernte Albert Magnus in Europa, Säure aus der Zersetzung von Eisensulfat zu extrahieren.

Allerdings war keine der Methoden profitabel. Dann wurde die sogenannte Kammerversion der Synthese bekannt. Dazu wurden Schwefel und Nitrat verbrannt und die freigesetzten Dämpfe von Wasser absorbiert. Als Ergebnis wurde Sulfatsäure gebildet.

Noch später gelang es den Briten, die billigste Methode zur Gewinnung dieser Substanz zu finden. Dazu wurde Pyrit verwendet - FeS_{2, Eisenkies. Seine Röstung und die anschließende Wechselwirkung mit Sauerstoff stellen noch immer eine der wichtigsten industriellen Methoden zur Synthese von Schwefelsäure dar. Solche Rohstoffe sind erschwinglicher, billiger und von höherer Qualität für große Produktionsmengen.}

Physikalische Eigenschaften

Es gibt mehrere Parameter, auch externe, die Sulfatsäure von anderen unterscheiden. Seine physikalischen Eigenschaften lassen sich in mehreren Punkten beschreiben:

1. Flüssig unter Normalbedingungen.
2. In konzentriertem Zustand ist es schwer, ölig, weshalb es den Namen "Vitriol" erhielt.
3. Materiedichte - 1,84 g/cm3.
4. Keine Farbe oder Geruch.
5. Es hat einen ausgeprägten "Kupfer"-Geschmack.
6. Löst sich sehr gut in Wasser auf, nahezu unbegrenzt.
7. Hygroskopisch, kann sowohl freies als auch gebundenes Wasser aus Geweben einfangen.
8. Nicht flüchtig.
9. Siedepunkt - 296oC.
10. Schmelzen bei 10, 3oC.

Eines der wichtigsten Merkmale dieser Verbindung ist die Fähigkeit, unter Freisetzung einer großen Menge Wärme zu hydratisieren. Deshalb wird den Kindern schon von der Schulbank aus beigebracht, dass man auf keinen Fall Wasser zu Säure geben kann, sondern nur umgekehrt. Schließlich hat Wasser eine geringere Dichte, sodass es sich an der Oberfläche ansammelt. Wenn es abrupt zu Säure hinzugefügt wird, wird durch die Auflösungsreaktion eine so große Energiemenge freigesetzt, dass das Wasser kocht und zusammen mit Partikeln einer gefährlichen Substanz zu spritzen beginnt. Dies kann zu schweren Verätzungen der Haut der Hände führen.

Daher sollte Säure in einem dünnen Strahl in Wasser gegossen werden, dann wird die Mischung sehr heiß, aber es kommt nicht zum Kochen, was bedeutet, dass die Flüssigkeit auch spritzt.

Chemische Eigenschaften

Aus chemischer Sicht ist diese Säure sehr stark, besonders wenn es sich um eine konzentrierte Lösung handelt. Es ist zweibasisch, dissoziiert also schrittweise unter Bildung von Hydrosulfat- und Sulfatanionen.

Im Allgemeinen entspricht seine Wechselwirkung mit verschiedenen Verbindungen allen für diese Substanzklasse charakteristischen Hauptreaktionen. Wir können Beispiele für mehrere Gleichungen geben, an denen Sulfatsäure beteiligt ist. Chemische Eigenschaften manifestieren sich in seiner Wechselwirkung mit:

• Salze;
• Metalloxide und -hydroxide;
• amphotere Oxide und Hydroxide;
• Metalle, die in einer Reihe von Spannungen bis zu Wasserstoff stehen.

BAls Ergebnis solcher Wechselwirkungen werden in fast allen Fällen mittlere Salze einer bestimmten Säure (Sulfate) oder saure Salze (Hydrosulfate) gebildet.

Eine Besonderheit ist auch, dass bei Metallen nach dem üblichen Schema Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ nur eine Lösung einer gegebenen Substanz reagiert, also eine verdünnte Säure. Nehmen wir konzentriertes oder hochgesättigtes (Oleum) ein, dann sind die Wechselwirkungsprodukte völlig anders.}

Besondere Eigenschaften der Schwefelsäure

Dazu gehört lediglich die Wechselwirkung konzentrierter Lösungen mit Metallen. Es gibt also ein bestimmtes Schema, das das gesamte Prinzip solcher Reaktionen widerspiegelt:

1. Ist das Metall aktiv, entstehen daraus Schwefelwasserstoff, Salz und Wasser. Das heißt, Schwefel wird auf -2 reduziert.
2. Wenn das Metall von mittlerer Aktivität ist, dann ist das Ergebnis Schwefel, Salz und Wasser. Das heißt, die Reduktion des Sulfations zu freiem Schwefel.
3. Metalle mit geringer Reaktivität (nach Wasserstoff) - Schwefeldioxid, Salz und Wasser. Schwefel in der Oxidationsstufe +4.

Außerdem sind die besonderen Eigenschaften der Sulfatsäure die Fähigkeit, einige Nichtmetalle in ihre höchste Oxidationsstufe zu oxidieren und mit komplexen Verbindungen zu reagieren und sie zu einfachen Substanzen zu oxidieren.

Erlangungsmethoden in der Industrie

Der Sulfatprozess zur Herstellung von Schwefelsäure besteht aus zwei Haupttypen:

• Kontakt;
• turm.

Beide sind die gebräuchlichsten Wege hineinIndustrie in allen Ländern der Welt. Die erste Option basiert auf der Verwendung von Eisenkies oder Schwefelkies als Rohstoff – FeS_{2. Es gibt insgesamt drei Stufen:}

1. Rösten von Rohstoffen unter Bildung von Schwefeldioxid als Verbrennungsprodukt.
2. Durchleiten dieses Gases durch Sauerstoff über einen Vanadiumkatalysator zur Bildung von Schwefelsäureanhydrid - SO_3.
3. Im Absorptionsturm wird Anhydrid in einer Sulfatsäurelösung unter Bildung einer hochkonzentrierten Lösung - Oleum - gelöst. Sehr schwere ölige dicke Flüssigkeit.

Die zweite Option ist praktisch die gleiche, aber Stickoxide werden als Katalysator verwendet. Aus der Sicht von Parametern wie Produktqualität, Kosten und Energieverbrauch, Reinheit der Rohstoffe, Produktivität ist die erste Methode effizienter und akzeptabler, weshalb sie häufiger verwendet wird.

Laborsynthese

Wenn es notwendig ist, Schwefelsäure in kleinen Mengen für Laboruntersuchungen zu gewinnen, ist die Methode der Wechselwirkung von Schwefelwasserstoff mit Sulfaten von wenig aktiven Metallen am besten geeignet.

In diesen Fällen kommt es zur Bildung von Eisenmetallsulfiden und als Nebenprodukt entsteht Schwefelsäure. Für kleine Studien ist diese Option geeignet, aber eine solche Säure unterscheidet sich nicht in der Reinheit.

Auch im Labor kann man eine qualitative Reaktion auf Sulfatlösungen durchführen. Das häufigste Reagenz ist Bariumchlorid, da das Ba²⁺-Ion zusammen mitSulfat-Anion fällt in einen weißen Niederschlag aus - Barytmilch: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Die häufigsten Salze

Sulfatsäure und die von ihr gebildeten Sulfate sind wichtige Verbindungen in vielen Industrien und Haush alten, einschließlich Lebensmitteln. Die häufigsten Salze der Schwefelsäure sind:

1. Gips (Alabaster, Selenit). Der chemische Name ist ein wässriges Calciumsulfat-Kristallhydrat. Formel: CaSO_{4. Verwendet in der Bauindustrie, Medizin, Zellstoff und Papier, Schmuckherstellung.}
2. Baryt (schwerer Holm). Bariumsulfat. In Lösung ist es ein milchiger Niederschlag. In fester Form - transparente Kristalle. Verwendet in optischen Instrumenten, Röntgenstrahlen, Isolierbeschichtung.
3. Mirabilit (Glaubersalz). Der chemische Name ist Natriumsulfatdecahydrat. Formel: Na₂SO₄10H_{2O. Wird in der Medizin als Abführmittel verwendet.}

Es gibt viele Beispiele für Salze mit praktischer Bedeutung. Die oben genannten sind jedoch die häufigsten.

Sulfatlauge

Dieser Stoff ist eine Lösung, die bei der Wärmebehandlung von Holz, also Zellulose, entsteht. Der Hauptzweck dieser Verbindung besteht darin, auf ihrer Basis durch Absetzen Sulfatseife zu erh alten. Die chemische Zusammensetzung der Sulfatlauge ist wie folgt:

• Lignin;
• Hydroxysäuren;
• Monosaccharide;
• Phenole;
• Harz;
• flüchtige und Fettsäuren;
• Sulfide, Chloride, Carbonate und Sulfate von Natrium.

Es gibt zwei Haupttypen dieser Substanz: weiße und schwarze Sulfatlauge. Das Weiß geht in die Zellstoff- und Papierindustrie, während das Schwarz in der Industrie zur Herstellung von Sulfatseife verwendet wird.

Hauptanwendungen

Die jährliche Produktion von Schwefelsäure beträgt 160 Millionen Tonnen pro Jahr. Dies ist eine sehr signifikante Zahl, die die Bedeutung und Prävalenz dieser Verbindung anzeigt. Es gibt mehrere Branchen und Orte, an denen der Einsatz von Sulfatsäure notwendig ist:

1. In Batterien als Elektrolyt, insbesondere in Bleibatterien.
2. In Fabriken, in denen Sulfatdünger hergestellt werden. Der Großteil dieser Säure wird speziell für die Herstellung von mineralischen Düngemitteln für Pflanzen verwendet. Daher werden Anlagen zur Herstellung von Schwefelsäure und zur Herstellung von Düngemitteln meist nebeneinander gebaut.
3. In der Lebensmittelindustrie als Emulgator, gekennzeichnet durch Code E513.
4. In zahlreichen organischen Synthesen als Entwässerungsmittel, als Katalysator. So werden Sprengstoffe, Harze, Putz- und Reinigungsmittel, Nylons, Polypropylen und Ethylen, Farbstoffe, Chemiefasern, Ester und andere Verbindungen gewonnen.
5. Wird in Filtern verwendet, um Wasser zu reinigen und destilliertes Wasser herzustellen.
6. Wird bei der Gewinnung und Verarbeitung seltener Elemente aus Erz verwendet.

Auch viele GämsenSäure geht in die Laborforschung, wo sie durch lokale Methoden gewonnen wird.