Sulfaathape: valem ja keemilised omadused

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 17:45

Üks esimesi mineraalhappeid, mis inimestele tuntuks sai, on väävel ehk sulfaat. Mitte ainult teda ennast, vaid ka paljusid tema sooli kasutati ehituses, meditsiinis, toiduainetööstuses ja tehnilistel eesmärkidel. Seni pole selles osas midagi muutunud. Mitmed sulfaathappe omadused muudavad selle keemilises sünteesis lihts alt asendamatuks. Lisaks kasutatakse selle sooli peaaegu kõigis igapäevaelu ja tööstuse sektorites. Seetõttu kaalume üksikasjalikult, mis see on ja millised on avalduvate omaduste omadused.

Erinevaid nimesid

Alustame sellest, et sellel ainel on palju nimesid. Nende hulgas on neid, mis on moodustatud ratsionaalse nomenklatuuri järgi, ja neid, mis on ajalooliselt välja kujunenud. Seega on see ühendus tähistatud järgmiselt:

• sulfaathape;
• vitriol;
• väävelhape;
• oleum.

Kuigi termin "oleum" ei ole selle aine jaoks päris sobiv, kuna see on väävelhappe ja kõrgema vääveloksiidi segu -SO_3.

Sulfaathape: valem ja molekulaarstruktuur

Keemilise lühendi seisukoh alt võib selle happe valemi kirjutada järgmiselt: H₂SO_{4. Ilmselgelt koosneb molekul kahest vesiniku katioonist ja happelise jäägi anioonist – sulfaadioonist, mille laeng on 2+.}

Sel juhul toimivad molekulis järgmised sidemed:

• kovalentne polaarne väävli ja hapniku vahel;
• kovalentne tugev alt polaarne vesiniku ja happejäägi vahel SO_4.

Väävel, millel on 6 paardumata elektroni, moodustab kahe hapnikuaatomiga kaks kaksiksidet. Veel paariga - üksikud ja need omakorda üksikud vesinikuga. Selle tulemusena võimaldab molekuli struktuur olla piisav alt tugev. Samas on vesiniku katioon väga liikuv ja lahkub kergesti, sest väävel ja hapnik on palju elektronegatiivsemad. Elektrontihedust enda peale tõmmates annavad nad osaliselt positiivse laenguga vesinikule, mis saab eraldudes täis. Nii tekivad happelised lahused, milles on H+.

Kui räägime ühendis olevate elementide oksüdatsiooniastmetest, siis sulfaathape, mille valem on H₂SO_{4, võimaldab teil neid lihts alt arvutada: vesinik +1, hapnik -2, väävel +6.}

Nagu iga molekuli puhul, on kogulaeng null.

Avastuste ajalugu

Sulfaathape on inimestele teada olnud juba antiikajast. Isegi alkeemikud teadsid, kuidas seda saada erinevate vitrioolide k altsineerimise teel. KoosJuba 9. sajandil said inimesed seda ainet ja kasutasid seda. Hiljem õppis Albert Magnus Euroopas raudsulfaadi lagunemisel hapet ekstraheerima.

Ükski meetod ei olnud siiski tulus. Siis sai tuntuks sünteesi nn kammerversioon. Selleks põletati väävlit ja nitraati ning eraldunud aurud imasid vett. Selle tulemusena moodustus sulfaathape.

Veelgi hiljem õnnestus brittidel leida odavaim meetod selle aine saamiseks. Selleks kasutati püriiti - FeS_{2, raudpüriite. Selle röstimine ja sellele järgnev koostoime hapnikuga on endiselt üks olulisemaid tööstuslikke meetodeid väävelhappe sünteesiks. Sellised toorained on suuremate tootmismahtude puhul soodsamad, odavamad ja kvaliteetsemad.}

Füüsikalised omadused

On mitmeid parameetreid, sealhulgas välised, mis eristavad sulfaathapet teistest. Selle füüsikalisi omadusi saab kirjeldada mitme punktiga:

1. Standardtingimustes vedelik.
2. Kontsentreeritud olekus on see raske, õline, mistõttu sai see nimetuse "vitriool".
3. Aine tihedus - 1,84 g/cm3.
4. Pole värvi ega lõhna.
5. Sellel on selgelt väljendunud "vase" maitse.
6. Väga hästi lahustub vees, peaaegu piiramatult.
7. Hügroskoopne, suudab kudedest kinni püüda nii vaba kui ka seotud vett.
8. Muutmatu.
9. Keemistemperatuur – 296oC.
10. Sulamine 10, 3oC.

Selle ühendi üks olulisemaid omadusi on võime hüdreeruda suure hulga soojuse vabanemisega. Seetõttu õpetatakse lastele isegi koolipingist, et happele ei saa mingil juhul lisada vett, vaid ainult vastupidi. Lõppude lõpuks on vesi kergema tihedusega, nii et see koguneb pinnale. Kui see lisatakse järsult happele, siis eraldub lahustumisreaktsiooni tulemusena nii palju energiat, et vesi läheb keema ja hakkab koos ohtliku aine osakestega pritsima. See võib põhjustada käte nahale tõsiseid keemilisi põletusi.

Seetõttu tuleks hapet vette valada õhukese joana, siis läheb segu väga kuumaks, kuid keema ei hakka, mis tähendab, et vedelik pritsib ka.

Keemilised omadused

Keemia seisukoh alt on see hape väga tugev, eriti kui tegemist on kontsentreeritud lahusega. See on kahealuseline, seetõttu dissotsieerub see järk-järgult, moodustades hüdrosulfaadi ja sulfaadi anioonid.

Üldiselt vastab selle koostoime erinevate ühenditega kõigile sellele aineklassile iseloomulikele peamistele reaktsioonidele. Võime tuua näiteid mitmest võrrandist, milles sulfaathape osaleb. Keemilised omadused avalduvad selle koostoimes:

• soolad;
• metallioksiidid ja -hüdroksiidid;
• amfoteersed oksiidid ja hüdroksiidid;
• metallid, mis seisavad pingereas kuni vesinikuni.

Bselliste interaktsioonide tulemusena tekivad peaaegu kõigil juhtudel antud happe keskmised soolad (sulfaadid) või happelised soolad (hüdrosulfaadid).

Eriline omadus on ka see, et metallidega vastav alt tavapärasele skeemile Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ reageerib ainult teatud aine lahus, see tähendab lahjendatud hape. Kui võtame kontsentreeritud või väga küllastunud (oleum), on interaktsiooniproduktid täiesti erinevad.}

Väävelhappe eriomadused

Need hõlmavad ainult kontsentreeritud lahuste koostoimet metallidega. Niisiis, on olemas teatud skeem, mis peegeldab kogu selliste reaktsioonide põhimõtet:

1. Kui metall on aktiivne, tekib tulemuseks vesiniksulfiid, sool ja vesi. See tähendab, et väävel väheneb -2-ni.
2. Kui metall on keskmise aktiivsusega, siis on tulemuseks väävel, sool ja vesi. See tähendab sulfaadiooni redutseerimist vabaks väävliks.
3. Madala reaktsioonivõimega metallid (pärast vesinikku) – vääveldioksiid, sool ja vesi. Väävel oksüdatsiooniastmes +4.

Sulfaathappe eriomadused on ka võime oksüdeerida mõned mittemetallid kõrgeima oksüdatsiooniastmeni ning reageerida keeruliste ühenditega ja oksüdeerida need lihtsateks aineteks.

Hankimismeetodid tööstuses

Väävelhappe tootmise sulfaatprotsess koosneb kahest põhitüübist:

• kontakt;
• torn.

Mõlemad on kõige levinumad viisidtööstus kõigis maailma riikides. Esimene variant põhineb raudpüriidi või väävelpüriidi kasutamisel toorainena - FeS_{2. Kokku on kolm etappi:}

1. Toorainete röstimine koos vääveldioksiidi moodustumisega põlemisproduktina.
2. Selle gaasi läbiviimine läbi vanaadiumikatalüsaatori, et moodustada väävelanhüdriid - SO_3.
3. Absorptsioonitornis lahustatakse anhüdriid sulfaathappe lahuses ning moodustub kõrge kontsentratsiooniga lahus – oleum. Väga raske õline paks vedelik.

Teine variant on praktiliselt sama, kuid katalüsaatorina kasutatakse lämmastikoksiide. Selliste parameetrite, nagu toote kvaliteet, maksumus ja energiatarbimine, tooraine puhtus, tootlikkus, seisukohast on esimene meetod tõhusam ja vastuvõetavam, seetõttu kasutatakse seda sagedamini.

Laboratoorne süntees

Kui laboriuuringute jaoks on vaja saada väävelhapet väikestes kogustes, siis sobib kõige paremini vesiniksulfiidi ja madala aktiivsusega metallide sulfaatide interaktsiooni meetod.

Nendel juhtudel tekivad mustmetallide sulfiidid ja kõrvalsaadusena tekib väävelhape. Väikeste uuringute jaoks sobib see valik, kuid selline hape ei erine puhtuse poolest.

Samuti saate laboris läbi viia kvalitatiivse reaktsiooni sulfaadilahustele. Kõige tavalisem reagent on baariumkloriid, kuna Ba²⁺ ioon koossulfaadi anioon sadestub valgeks sademeks – bariitpiim: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Kõige tavalisemad soolad

Sulfaathape ja sellest moodustuvad sulfaadid on paljudes tööstusharudes ja kodumajapidamistes, sealhulgas toiduainetes, olulised ühendid. Kõige tavalisemad väävelhappe soolad on:

1. Kips (alabaster, seleniit). Keemiline nimetus on k altsiumsulfaadi vesilahus kristalne hüdraat. Valem: CaSO_{4. Kasutatakse ehituses, meditsiinis, paberimassi ja paberi ning ehete valmistamisel.}
2. Bariit (heavy spar). baariumsulfaat. Lahuses on see piimjas sade. Tahkel kujul - läbipaistvad kristallid. Kasutatakse optilistes instrumentides, röntgenikiirguses, isoleerivates kattekihtides.
3. Mirabilite (Glauberi sool). Keemiline nimetus on naatriumsulfaatdekahüdraat. Valem: Na₂SO₄10H_{2O. Kasutatakse meditsiinis lahtistina.}

On palju näiteid soolade kohta, millel on praktiline tähtsus. Kõige levinumad on aga ülalmainitud.

Sulfaatleelis

See aine on lahus, mis tekib puidu ehk tselluloosi kuumtöötlemise tulemusena. Selle ühendi põhieesmärk on saada selle baasil settimise teel sulfaatseep. Sulfaadivedeliku keemiline koostis on järgmine:

• ligniin;
• hüdroksühapped;
• monosahhariidid;
• fenoolid;
• vaik;
• lenduvad ja rasvhapped;
• naatriumi sulfiidid, kloriidid, karbonaadid ja sulfaadid.

Seda ainet on kahte peamist tüüpi: valge ja must sulfaatvedelik. Valge läheb tselluloosi- ja paberitööstusesse, musta aga kasutatakse tööstuses sulfaatseebi valmistamiseks.

Peamised rakendused

Väävelhappe aastane toodang on 160 miljonit tonni aastas. See on väga märkimisväärne arv, mis näitab selle ühendi tähtsust ja levimust. On mitmeid tööstusharusid ja kohti, kus sulfaathappe kasutamine on vajalik:

1. Akudes elektrolüüdina, eriti plii akudes.
2. Tehastes, kus toodetakse sulfaatväetisi. Suurem osa sellest happest kasutatakse spetsiaalselt taimedele mõeldud mineraalväetiste valmistamiseks. Seetõttu ehitatakse väävelhappe ja väetiste tootmise tehased enamasti kõrvuti.
3. Toiduainetööstuses emulgaatorina, tähistatud koodiga E513.
4. Paljudes orgaanilistes sünteesides veetustajana, katalüsaatorina. Nii saadakse lõhkeaineid, vaike, puhastus- ja pesuaineid, nailoneid, polüpropüleeni ja etüleeni, värvaineid, keemilisi kiude, estreid ja muid ühendeid.
5. Kasutatakse filtrites vee puhastamiseks ja destilleeritud vee valmistamiseks.
6. Kasutatakse haruldaste elementide kaevandamiseks ja töötlemiseks maagist.

Samuti palju seemisnahkuhape läheb laboriuuringutesse, kus seda saadakse kohalike meetoditega.