Будь-яка кислота є складною речовиною, молекула якої містить один або кілька атомів водню і кислотний залишок.
Формула сірчаної кислоти – H2SO4. Отже, до складу молекули сірчаної кислоти входять два атоми водню та кислотний залишок SO4.
Утворюється сірчана кислота під час взаємодії оксиду сірки з водою
SO3+H2O -> H2SO4
Чиста 100% сірчана кислота (моногідрат) - важка рідина, в'язка як масло, без кольору і запаху, з кислим «мідним» смаком. Вже за температури +10 °З вона застигає і перетворюється на кристалічну масу.
Концентрована сірчана кислота містить приблизно 95% H2SO4. І застигає вона за температури нижче –20°С.
Взаємодія з водою
Сірчана кислота добре розчиняється у воді, змішуючись із нею у будь-яких співвідношеннях. При цьому виділяється велика кількість тепла.
Сірчана кислота здатна поглинати пари води із повітря. Це її властивість використовують у промисловості для осушення газів. Осушують гази, пропускаючи їх через спеціальні ємності із сірчаною кислотою. Звичайно ж, цей спосіб можна застосовувати тільки для газів, які не вступають у реакцію з нею.
Відомо, що при попаданні сірчаної кислоти на органічні речовини, особливо вуглеводи, ці речовини обвугливаются. Справа в тому, що вуглеводи, як і вода, містять і водень, і кисень. Сірчана кислота забирає в них ці елементи. Залишається вугілля.
У водному розчині H2SO4 індикатори лакмус та метиловий помаранчевий забарвлюються у червоний колір, що говорить про те, що цей розчин має кислий смак.
Взаємодія з металами
Як і будь-яка інша кислота, сірчана кислота здатна замінювати атоми водню на атоми металу у своїй молекулі. Взаємодіє вона майже з усіма металами.
У розведеному вигляді сірчана кислотареагує із металами як звичайна кислота. В результаті реакції утворюється сіль із кислотним залишком SO4 і водень.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
А концентрована сірчана кислотає дуже сильним окислювачем. Вона окислює всі метали, незалежно від їхнього становища серед напруг. І за реакції з металами вона сама відновлюється до SO2. Водень не виділяється.
Сu + 2 H2SO4 (кінець) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (кінець) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
А ось золото, залізо, алюміній, метали платинової групи у сірчаній кислоті не окислюються. Тому сірчану кислоту перевозять у сталевих цистернах.
Сірчанокислі солі, які утворюються в результаті таких реакцій, називають сульфатами. Вони не мають кольору, легко кристалізуються. Деякі їх добре розчиняються у воді. Малорозчинними є тільки CaSO4 та PbSO4. Майже не розчиняється у воді BaSO4.
Взаємодія з основами
Реакція взаємодії кислоти з основами називається реакцією нейтралізації. В результаті реакції нейтралізації сірчаної кислоти утворюється сіль, що містить кислотний залишок SO4 і вода H2O.
Приклади реакцій нейтралізації сірчаної кислоти:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Сірчана кислота входить у реакцію нейтралізації як із розчинними, і з нерозчинними основами.
Так як в молекулі сірчаної кислоти два атоми водню, і для її нейтралізації потрібно дві основи, вона відноситься до двоосновних кислот.
Взаємодія з основними оксидами
Зі шкільного курсу хімії нам відомо, що оксидами називають складні речовини, до складу яких входять два хімічні елементи, одним з яких є кисень у ступені окислення -2. Основними оксидами називають оксиди 1, 2 та деяких 3 валентних металів. Приклади основних оксидів: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
З основними оксидами сірчана кислота входить у реакцію нейтралізації. В результаті такої реакції, як і реакції з основами, утворюються сіль і вода. Сіль містить кислотний залишок SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Взаємодія із солями
Сірчана кислота взаємодіє з солями слабкіших або летких кислот, витісняючи їх ці кислоти. В результаті такої реакції утворюється сіль з кислотним залишком SO4 та кислота
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
Застосування сірчаної кислоти та її сполук
Барієва каша ВaSO4 здатна затримувати рентгенівське проміння. Заповнюючи нею порожнисті органи людського організму, рентгенологи досліджують їх.
У медицині та будівництві широко застосовують природний гіпс CaSO4*2H2O, кристалогідрат сульфату кальцію. Глауберова сіль Na2SO4*10H2O використовується в медицині та ветеринарії, в хімічній промисловості - для виробництва соди та скла. Мідний купорос CuSO4*5H2O відомий садівникам та агрономам, які використовують його для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин.
Сірчана кислота широко використовується у різних галузях промисловості: хімічної, металообробної, нафтової, текстильної, шкіряної та інших.
Який становить 269,2 ºС, а питома густина - 1,83 г/мл при температурі навколишнього повітря (20º) - це і є сірчана кислота. Температура плавлення цієї речовини дорівнює 10,3ºС.
Рівень концентрації є багато в чому визначальним чинником її застосування у хімії та промисловому виробництві. Як правило, розрізняють два основні умовні поділки рівнів концентрації, хоча в строго науковому сенсі провести числову грань між ними неможливо. Відповідно до цієї класифікації виділяються розведена сірчана кислота та сірчана кислота концентрована.
Взаємодіючи з низкою металів, таких як залізо, цинк, магній, ця речовина виділяє в ході реакції водень. Наприклад, при взаємодії із залізом відбувається реакція, формула якої записується наступним чином: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2. При цьому слід пам'ятати, що розбавлена сірчана кислота, властивості якої характеризують її як найсильніший окислювач, практично не взаємодіє з металами з низькою активністю – міддю, сріблом, золотом.
Будучи сильним окислювачем, це з'єднання здатне окислювати дуже великий перелік металів, ця властивість обумовлює його широке застосування в різних сферах промислового виробництва.
Як правило, при взаємодії з хімічно активними речовинами, наприклад, магнієм або натрієм, в результаті окислювально-відновної реакції виходить (IV), а якщо ці активні речовини є металами, то в результаті реакції утворюються сірководень (Н2S) та сірка (S). Цими активними металами можуть бути кальцій, калій, вже згадуваний магній та інші.
Безводна, або як ще її називають, висококонцентрована сірчана кислота, слабко або практично взагалі не взаємодіє з металами, наприклад, із залізом, тому що залізо має вкрай низький рівень хімічної активності. Результатом їхньої взаємодії може бути тільки утворення на поверхні сплаву, що містить залізо, міцної плівки, до хімічного складу якої входять оксиди. Цим зумовлено те, що розбавлена сірчана кислота, а тим паче концентрована, зберігаються і транспортуються переважно в тарі з металів: титану, алюмінію, нікелю.
Ця речовина здатна окислювати неметали і навіть виявляти свої окисні властивості в ході реакцій із складними речовинами, якими виступають відновники. Характер перебігу таких реакцій визначається ступенем концентрації, якою володіє розведена сірчана кислота у кожному даному випадку. З іншого боку, ця речовина, незалежно від рівня концентрації, має багато характерних властивостей, які мають інші кислоти. Наприклад, вона здатна, взаємодіючи з оксидами, призводити до виділення солей. Те саме відбувається при взаємодії з гідроксидами. Крім того, розбавлена H2SO4, є двоосновним з'єднанням, що також формує деякі характерні тільки для неї властивості при взаємодіях з іншими речовинами. Головним є те, що в результаті цих взаємодій утворюються солі двох типів: середні (для концентрованої кислоти) солі - сульфати, а для розведеної - гідросульфати.
Як зазначалося, розбавлена сірчана кислота - важливий і поширений у застосуванні продукт хімічної галузі. Застосування інших промислових сферах також багатогранно. Так, її застосовують при виробництві штучних волокон та різних видів пластмас, мінеральних добрив, барвників. Властивості кислоти затребувані при виготовленні У металургійному виробництві вона незамінна при а також широко використовується як осушувач газів.
Похідні продукти сірчаної кислоти - сульфати - активно застосовуються сільському господарстві, у промисловості - під час виробництва фарб, паперу, гуми, гіпсу та багато іншого.
Сторінка 2
Розведена сірчана кислота придатна для отримання кислот простих аніонів, які погано розчиняються у воді.
Розведена сірчана кислота, з якої була виведена бензол бензолсульфокислота, знову концентрується в результаті введення сірчаного ангідриду. Бензольний екстракт дистилюється, і бензол повертається до циклу. Дистиляційним залишком є чиста бензолсульфокислота. При цьому способі використання сірчаної кислоти найкраще. Недоліком є незадовільний тепловий баланс і тривалість реакції. При проведенні процесу під тиском, при підвищеній температурі і концентруванні сірчаної кислоти в реакційних апаратах цей спосіб може стати економічним.
Розведена сірчана кислота реагує з металами, електродний потенціал яких р 0 з виділенням водню.
Розведена сірчана кислота не діє на сульфіди міді, тому пряме сірчанокислотне вилуговування руди, що містить значну кількість сульфідних мінералів міді, невигідно. Сульфат заліза є розчинником для сульфідних мінералів міді.
Розведена сірчана кислота не виявляє окисних властивостей, виняток становить її здатність розчиняти метали з відновленням Н до Н2 (див. розд. Багато органічних сполук або частково, або повністю окислюються гарячою концентрованою сірчаною кислотою. Властивості сірчаної кислоти описані в розд.
Розведена сірчана кислота, на відміну концентрованої, майже діє на металеву мідь. Чим розбавленіша сірчана кислота, тим менш помітна взаємодія між ними. Пояснюється це відсутністю окисних властивостей у розведеної сірчаної кислоти.
Розведена сірчана кислота, очищена від органічних домішок може використовуватися частково для нейтралізації заводських лужних стоків, а також негашеного вапна з отриманням грануляту, що використовується у виробництві цементу, або порошкоподібного гідрофобного продукту, що застосовується в бітумному і цегляному виробництвах як наповнювач . має необмежений попит у багатьох галузях – будівельній, металургійній, медичній.
Розведена сірчана кислота при нагріванні з металевим оловом виділяє водень та утворює сульфат двовалентного олова.
Розведена сірчана кислота не взаємодіє з йодидами. На елементарний йод концентрована сірчана кислота діє.
Розведена сірчана кислота (понад 10% H2SO4) помітно руйнує деревину. У концентрованих розчинах сірчаної кислоти деревина обвуглюється. За підвищених температур навіть розбавлена сірчана кислота руйнує деревину, викликаючи її гідроліз. В азотній кислоті деревина нестійка. Розведені розчини соляної кислоти (10 % НС1) за нормальної температури на деревину не діють. Приблизно так само веде себе деревина по відношенню до плавикової кислоти.