Сярна киселина

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Сярна киселина
сярна киселина
Обща информация
Систематично име сярна киселина
Други имена дихидрогенсулфат
Молекулна формула H2SO4
SMILES
Моларна маса 98,08 g/mol
Външен вид безцветна вискозна течност
CAS номер [7664-93-9]
Свойства
Плътност и фаза 1,84 g·cm−3 (20°C), течна
Разтворимост във вода смесва се във всяко отношение с вода
Разтворимост
Точка на топене 10 °C [1]
Точка на кипене 274 °C [1]
Киселинност (pKa) -3; 1,92
Вискозитет 26,7 mPa·s
Диполен момент
Опасности
Hazard C.svg
Основни опасности корозивно
Точка на възпламеняване
Допълнителни данни
Структура и
свойства
n, εr, и др.
Термодинамични
данни
Фазово поведение
Твърдо състояние, течност, газ
Спектрални данни УВ, ИЧ, ЯМР, МС
Сродни съединения
Сродни съединения серен диоксид
серен триоксид
азотна киселина
азотиста киселина
солна киселина
Освен където е обявено друго, данните са дадени за
материали в стандартно състояние (при 25 °C, 100 kPa)
Права и справки


Формулата на сярната киселина е H2SO4 Съдържа 2 водородни атома, един серен и 4 кислородни атома. Тя е един от най-масово произвежданите химикали с огромно значение за химическата индустрия. Често е наричана "гръбнак на химическата индустрия". В миналото по количеството произведена сярна киселина се е съдело за развитието/индустриализацията на една държава.

Строеж и физични свойства[редактиране | edit source]

Сярната киселина има молекулен строеж. В нея сярата е от шеста валентност. Химичните връзки са ковалентни полярни. Тя е двуосновна киселина. Дисоциира на два етапа:

\mathrm{ H_2SO_4  \to \ HSO_4^- + H^+; \ pK_{s,1} = -3}

\mathrm{ HSO_4^-  \leftrightarrow \ SO_4^{2-} + H^+; \ pK_{s,2} = 1,92}

като H2SO4 е силна киселина а HSO4- средно силна киселина. Тоест разтворите на сярната киселина съдържат главно хидрогенсулфатен анион и малко сулфатен анион. Образува два вида соли — сулфати и хидрогенсулфати. Безводната сярна киселина е вискозна, безцветна и маслообразна течност (ρ = 1,89 g/cm3, която кристализира при 10,5°C). Концентрираната сярна киселина може да разтвори серен триоксид, при което се получава олеум. Концентрираната сярна киселина дими на въздуха. Причината за това е отделящият се серен триоксид, който образува с влагата от въздуха капчици сярна киселина. Концентрираната сярна киселина жадно поглъща влагата от въздуха - хигроскопична е.

Овъгляване с конц. сярна киселина

При контакт с органични материали свързва намиращата се в тях вода и ги овъглява. По тази причина е по-опасна от други киселини и причинява тежки изгаряния. При работа с нея, особено с по-концентрираните ѝ разтвори, трябва да се носи защитно облекло.

Сярната киселина се разтваря във всяко отношение във водата, като образува няколко хидрата (H2SO4 · xH2O). Отделя се голямо количество топлина при което е възможно разтворът да изкипи и изпръска. При разреждане концентрираната киселина се налива във водата, а не обратното. Причините за това са, че сярната киселина е по-тежка от водата и потъва веднага на дъното на съда, при това се предотвратява изпръскването на киселината. Сместа на сярна киселина с вода има ацеотроп при 98,48% H2SO4 (1atm, Тац > 300°C). При нагряване разредените разтвори могат да се концентрират до ацеотропния състав, тъй като парите съдържат повече вода отолкото разтвора. Разредени разтвори на киселината оставени на въздуха се концентрират бавно, което трябва да се има предвид при работа с H2SO4.

Химични свойства[редактиране | edit source]

Като всяка киселина взаимодейства с метали, основни оксиди и основи.

- с метали

H2SO4 + 2NaNa2SO4 + H2

- с основи (неутрализация)

H2SO4 + 2KOHK2SO4 + 2H2O

- с основни оксиди

H2SO4 + K2OK2SO4 + H2O


Концентрирана сярна киселина има силно окислително действие. Окислява както неорганични, така и органични вещества. За разлика от разредената сярна киселина, концентрираната взаимодейства със слабоактивни метали и не се отделя Н2!

При реакция със соли на (по-)слаби киселини води до образуване на съответната киселина и сулфат/хидрогенсулфат

H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH

По този начин могат да се получат и азотна и солна киселина

H2SO4 + BaCl2BaSO4+ 2HCl

Получаване[редактиране | edit source]

В древността е получавана при нагряването на сулфати (железен или меден). При това се отделя серен триоксид, който с вода дава сярна киселина. Йохан Глаубер получавал киселината при изгаряне на сяра смесена със селитра. Полученият при изгарянето на сярата диоксид се окислява от селитрата до серен триоксид. През 18в. в Англия се развил оловно-камерният метод. При този метод смес от серен диоксид и азотни оксиди (главно азотен диоксид NO2) се абсорбира от воден разтвор. Азотният диоксид окислява серният диоксид до серен триоксид (съответно сярна киселина), при което се получава и азотен оксид NO

SO2+NO2 + H2O → H2SO4 + NO ≈ 70%

Азотният оксид, като малко ратворим във вода газ, преминава в парната фаза, където се окислява от кислорода във въздуха до азотен диоксид. Той от своя страна се абсорбира отново от разтвора

NO + O2(от въздуха) → NO2

При този метод азотният диоксид служи като катализатор на реакцията. Процесът се осъществявал в камери (lead chambers) облечени с олово, единственият познат тогава материал, който можел да устои на сярната киселина (стъклото трудно се използва за направата на големи апарати). Това дава и името на метода. Получената по този начин киселина имала сравнително ниска концентрация, тъй като при по-висока концентрация азотните оксиди не могат да катализират процеса.

При Контактния метод се използват като катализатор V2O5, Pt и др. Нарича се така, защото окислението се извършва на повърхността на катализатора. Най-напред се получава серен диоксид чрез изгаряне на сяра S, пържене на пирит FeS и др.:

S + O2 → SO2 или

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Серният диоксид реагира на повърхността на катализатора до серен триоксид

2SO2 + O2 → 2SO3

серният триоксид се разтаря във сярна киселина с образуването на пиросярна киселина

SO3 + р.H2SO4 → H2S2O7

която при разреждане с вода дава сярна киселина

H2S2O7 + H2O → H2SO4 ≈ 95%

директното разтваряне на SO3 във вода е възможно, но е силно екзотермичен процес и води до образуването на мъгла от H2SO4 а не течност. При този метод може да се получи концентрирана сярна киселина или олеум.

Приложение[редактиране | edit source]

Сярната киселина е важна суровина при производството на редица други химикали. Големи количества от киселината се използват за получаването на минерални торове - амониев сулфат, суперфосфат (двоен, троен).

\mathrm{ H_2SO_4 + 2\ NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4}

Калциевият фосфат е на практика неразтворим във вода, за да се улесни приемането му от растенията той се превръща във калциев дихидрогенфосфат (суперфосфат)

\mathrm{ Ca_3(PO_4)_2 + 2\ H_2SO_4 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2\ CaSO_4 \downarrow}

Служи за получаването на фосфорна киселина или фосфати, които от своя страна се използват във перилни препарати и др. В смес с азотна киселина дава т.нар. нитрираща смес, с помощтта на която се получават нитросъединения, експлозиви, багрила и др. При директна реакция с органични вещества (сулфониране) се получават алкилсулфонови киселини или алкилсулфонати, които се използват като повърхностно активни вещества. Служи за получаването на сулфати - син и зелен камък, алуминиев сулфат и др., получаване на титанов диоксид, разтваряне на различни руди и др. Използва се при рафиниране на петрол, като катализатор на различни реаакции и др. Разредената киселина служи като електролит в оловните акумулатори. Сярната киселина е един от най-често използваните реактиви в лабораторната практика. Там служи като презерватив, за изсушаване в ексикатори, подкиселяване на разтвори и др.

Източници[редактиране | edit source]

  1. а б Kirk-Othmer; Encyclopedia of chemical technology, Vol. 23; 4th Edition