Każdy kwas jest substancją złożoną, której cząsteczka zawiera jeden lub więcej atomów wodoru i resztę kwasową.
Wzór kwasu siarkowego to H2SO4. W związku z tym cząsteczka kwasu siarkowego zawiera dwa atomy wodoru i resztę kwasową SO4.
Kwas siarkowy powstaje w wyniku reakcji tlenku siarki z wodą
SO3+H2O -> H2SO4
Czysty 100% kwas siarkowy (monohydrat) jest ciężką cieczą, lepką jak olej, bezbarwną i bezwonną, o kwaśnym „miedzianym” smaku. Już w temperaturze +10°C twardnieje i zamienia się w krystaliczną masę.
Stężony kwas siarkowy zawiera około 95% H2SO4. I twardnieje w temperaturach poniżej –20°C.
Interakcja z wodą
Kwas siarkowy dobrze rozpuszcza się w wodzie, mieszając się z nią w dowolnej proporcji. To uwalnia dużą ilość ciepła.
Kwas siarkowy może absorbować parę wodną z powietrza. Właściwość tę wykorzystuje się w przemyśle do suszenia gazów. Gazy suszy się przepuszczając je przez specjalne pojemniki z kwasem siarkowym. Oczywiście tę metodę można zastosować tylko w przypadku gazów, które z nią nie reagują.
Wiadomo, że w kontakcie kwasu siarkowego z wieloma substancjami organicznymi, zwłaszcza węglowodanami, substancje te ulegają zwęgleniu. Faktem jest, że węglowodany, podobnie jak woda, zawierają zarówno wodór, jak i tlen. Kwas siarkowy odbiera im te pierwiastki. Pozostaje węgiel.
W wodnym roztworze H2SO4 wskaźniki lakmusu i oranżu metylowego zmieniają kolor na czerwony, co wskazuje, że roztwór ten ma kwaśny smak.
Interakcja z metalami
Jak każdy inny kwas, kwas siarkowy jest w stanie zastąpić atomy wodoru atomami metalu w swojej cząsteczce. Oddziałuje z prawie wszystkimi metalami.
Rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z metalami jak zwykły kwas. W wyniku reakcji powstaje sól z kwasową resztą SO4 i wodorem.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
A stężony kwas siarkowy jest bardzo silnym utleniaczem. Utlenia wszystkie metale, niezależnie od ich położenia w szeregu napięcia. A podczas reakcji z metalami sam ulega redukcji do SO2. Wodór nie jest wydzielany.
Сu + 2 H2SO4 (stęż.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (stęż.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Ale złoto, żelazo, aluminium i metale z grupy platynowców nie utleniają się w kwasie siarkowym. Dlatego kwas siarkowy transportowany jest w zbiornikach stalowych.
Sole kwasu siarkowego powstałe w wyniku takich reakcji nazywane są siarczanami. Są bezbarwne i łatwo krystalizują. Niektóre z nich są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Tylko CaSO4 i PbSO4 są słabo rozpuszczalne. BaSO4 jest prawie nierozpuszczalny w wodzie.
Interakcja z bazami
Reakcję pomiędzy kwasami i zasadami nazywa się reakcją zobojętniania. W wyniku reakcji zobojętniania kwasu siarkowego powstaje sól zawierająca resztę kwasową SO4 i wodę H2O.
Przykłady reakcji zobojętniania kwasu siarkowego:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Kwas siarkowy reaguje poprzez zobojętnienie zarówno z rozpuszczalnymi, jak i nierozpuszczalnymi zasadami.
Ponieważ cząsteczka kwasu siarkowego ma dwa atomy wodoru, a do jej zneutralizowania potrzebne są dwie zasady, klasyfikuje się go jako kwas dwuzasadowy.
Oddziaływanie z tlenkami zasadowymi
Ze szkolnego kursu chemii wiemy, że tlenki to złożone substancje, które zawierają dwa pierwiastki chemiczne, z których jednym jest tlen na stopniu utlenienia -2. Tlenki zasadowe nazywane są tlenkami metali 1, 2 i niektórych 3 walencyjnych. Przykłady tlenków zasadowych: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
Kwas siarkowy reaguje z zasadowymi tlenkami w reakcji zobojętniania. W wyniku tej reakcji, podobnie jak w przypadku reakcji z zasadami, powstaje sól i woda. Sól zawiera kwasową resztę SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Interakcja z solami
Kwas siarkowy reaguje z solami słabszych lub lotnych kwasów, wypierając z nich te kwasy. W wyniku tej reakcji powstaje sól z resztą kwasową SO4 i kwas
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
Zastosowanie kwasu siarkowego i jego związków
Owsianka barowa BaSO4 jest w stanie blokować promienie rentgenowskie. Wypełniając nim puste narządy ludzkiego ciała, radiologowie je badają.
W medycynie i budownictwie szeroko stosowane są gips naturalny CaSO4*2H2O oraz krystaliczny hydrat siarczanu wapnia. Sól Glaubera Na2SO4*10H2O stosowana jest w medycynie i weterynarii, w przemyśle chemicznym – do produkcji sody i szkła. Siarczan miedzi CuSO4*5H2O jest znany ogrodnikom i agronomom, którzy wykorzystują go do zwalczania szkodników i chorób roślin.
Kwas siarkowy ma szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu: chemicznym, metalowym, naftowym, tekstylnym, skórzanym i innych.
Co wynosi 269,2 şС, a gęstość właściwa wynosi 1,83 g/ml w temperaturze otoczenia (20°) – jest to kwas siarkowy. Temperatura topnienia tej substancji wynosi tylko 10,3°С.
Poziom stężenia jest w dużej mierze czynnikiem decydującym o jego zastosowaniu w chemii i produkcji przemysłowej. Z reguły wyróżnia się dwa główne umowne podziały poziomów stężeń, choć w sensie ściśle naukowym nie da się wyprowadzić pomiędzy nimi linii liczbowej. Zgodnie z tą klasyfikacją rozróżnia się rozcieńczony kwas siarkowy i stężony kwas siarkowy.
Oddziałując z wieloma metalami, takimi jak żelazo, cynk, magnez, substancja ta podczas reakcji uwalnia wodór. Na przykład podczas interakcji z żelazem zachodzi reakcja, której wzór jest zapisany w następujący sposób: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2. Należy pamiętać, że rozcieńczony kwas siarkowy, którego właściwości charakteryzują go jako silny środek utleniający, praktycznie nie oddziałuje z metalami o niskiej aktywności - miedzią, srebrem, złotem.
Będąc silnym utleniaczem, związek ten może utleniać bardzo dużą listę metali, ta właściwość decyduje o jego powszechnym zastosowaniu w różnych obszarach produkcji przemysłowej.
Z reguły podczas reakcji z substancjami aktywnymi chemicznie, na przykład magnezem lub sodem, wynikiem reakcji redoks jest (IV), a jeśli tymi substancjami aktywnymi są metale, wówczas w wyniku reakcji powstaje siarkowodór (H2S) i siarka (S ). Tymi aktywnymi metalami mogą być wapń, potas, wspomniany już magnez i inne.
Bezwodny, czyli jak to się nazywa, wysoko stężony kwas siarkowy, słabo lub praktycznie nie oddziałuje z metalami, na przykład z żelazem, ponieważ żelazo ma wyjątkowo niski poziom aktywności chemicznej. Rezultatem ich interakcji może być jedynie utworzenie na powierzchni stopu zawierającego żelazo trwałej warstwy, której skład chemiczny obejmuje tlenki. Wynika to z faktu, że rozcieńczony kwas siarkowy, a nawet bardziej stężony, jest przechowywany i transportowany głównie w pojemnikach wykonanych z metali: tytanu, aluminium, niklu.
Substancja ta ma zdolność utleniania niemetali, a nawet wykazuje swoje właściwości utleniające podczas reakcji z substancjami złożonymi, takimi jak środki redukujące. Charakter występowania takich reakcji zależy od stopnia stężenia rozcieńczonego kwasu siarkowego w każdym konkretnym przypadku. Z drugiej strony substancja ta, niezależnie od poziomu stężenia, posiada wiele charakterystycznych właściwości, jakie posiadają inne kwasy. Na przykład może oddziaływać z tlenkami i prowadzić do uwalniania soli. To samo dzieje się podczas interakcji z wodorotlenkami. Ponadto rozcieńczony H2SO4 jest związkiem dwuzasadowym, który również w interakcji z innymi substancjami tworzy pewne charakterystyczne tylko dla niego właściwości. Najważniejsze jest to, że w wyniku tych interakcji powstają dwa rodzaje soli: sole średnie (dla stężonego kwasu) - siarczany i dla rozcieńczonego kwasu - wodorosiarczany.
Jak już wspomniano, rozcieńczony kwas siarkowy jest ważnym i szeroko stosowanym produktem w przemyśle chemicznym. Zastosowania w innych dziedzinach przemysłu są również różnorodne. Dlatego wykorzystuje się go do produkcji włókien sztucznych i różnego rodzaju tworzyw sztucznych, nawozów mineralnych i barwników. Właściwości kwasu są pożądane w przemyśle.W produkcji metalurgicznej jest on niezbędny i jest również szeroko stosowany jako środek osuszający gaz.
Pochodne kwasu siarkowego - siarczany - są aktywnie wykorzystywane w rolnictwie, przemyśle - do produkcji farb, papieru, gumy, gipsu i wielu innych.
Strona 2
Rozcieńczony kwas siarkowy nadaje się do wytwarzania prostych kwasów anionowych, które są słabo rozpuszczalne w wodzie.
Rozcieńczony kwas siarkowy, z którego usunięto kwas benzenosulfonowy benzenem, ponownie zatęża się w wyniku wprowadzenia bezwodnika siarkowego. Ekstrakt benzenowy destyluje się i benzen zawraca się do obiegu. Pozostałością po destylacji jest dość czysty kwas benzenosulfonowy. W tej metodzie najlepiej stosować kwas siarkowy. Wadą jest niezadowalający bilans cieplny i długi czas reakcji. Gdy proces prowadzi się pod ciśnieniem, w podwyższonych temperaturach i gdy kwas siarkowy jest zatężany w aparaturze reakcyjnej, metoda ta może stać się ekonomiczna.
Rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z metalami, których potencjał elektrodowy wynosi p 0, wydzielając wodór.
Rozcieńczony kwas siarkowy nie ma wpływu na siarczki miedzi, dlatego bezpośrednie ługowanie rudy zawierającej znaczne ilości minerałów siarczkowych miedzi kwasem siarkowym jest nieopłacalne. Siarczan żelazawy jest rozpuszczalnikiem minerałów siarczku miedzi.
Rozcieńczony kwas siarkowy nie wykazuje właściwości utleniających, z wyjątkiem zdolności do rozpuszczania metali poprzez redukcję H do H2 (patrz rozdział. Wiele związków organicznych ulega częściowemu lub całkowitemu utlenieniu za pomocą gorącego stężonego kwasu siarkowego. Właściwości kwasu siarkowego są następujące: opisane w pkt.
Rozcieńczony kwas siarkowy, w przeciwieństwie do stężonego kwasu siarkowego, prawie nie ma wpływu na metaliczną miedź. Im bardziej rozcieńczony kwas siarkowy, tym mniej zauważalna jest interakcja między nimi. Zjawisko to tłumaczy się brakiem właściwości utleniających rozcieńczonego kwasu siarkowego.
Rozcieńczony kwas siarkowy, oczyszczony z zanieczyszczeń organicznych, może być częściowo stosowany do neutralizacji alkalicznych ścieków fabrycznych, a także wapno palone do produkcji granulatu stosowanego przy produkcji cementu lub sproszkowanego produktu hydrofobowego stosowanego w produkcji bitumu i cegieł jako wypełniacz lub gipsu , mający nieograniczone zapotrzebowanie w wielu gałęziach przemysłu - budownictwie, metalurgii, medycynie.
Rozcieńczony kwas siarkowy po podgrzaniu z metaliczną cyną uwalnia wodór i tworzy siarczan cyny.
Rozcieńczony kwas siarkowy nie reaguje z jodkami. Stężony kwas siarkowy nie ma wpływu na jod elementarny.
Rozcieńczony kwas siarkowy (ponad 10% H2SO4) znacząco niszczy drewno. W stężonych roztworach kwasu siarkowego drewno ulega zwęgleniu. W podwyższonych temperaturach nawet rozcieńczony kwas siarkowy niszczy drewno, powodując jego hydrolizę. Drewno nie jest stabilne w kwasie azotowym. Rozcieńczone roztwory kwasu solnego (10% HC1) w zwykłych temperaturach nie mają wpływu na drewno. Drewno zachowuje się mniej więcej tak samo w stosunku do kwasu fluorowodorowego.