Kemični elementi. Razredčena žveplova kislina
Kislina s kovino je specifična za te razrede spojin. Med njegovim potekom se vodikov proton reducira in ga v povezavi s kislinskim anionom nadomesti kovinski kation. To je primer reakcije, pri kateri nastane sol, čeprav obstaja več vrst interakcij, ki ne sledijo temu načelu. Potekajo kot redoks reakcije in jih ne spremlja sproščanje vodika.
Principi reakcij kislin s kovinami
Vse reakcije s kovino povzročijo nastanek soli. Edina izjema je morda reakcija žlahtne kovine z aqua regia, mešanico klorovodikove kisline in katera koli druga interakcija kislin s kovinami, ki vodi do nastanka soli. Če kislina ni niti koncentrirana žveplova niti dušikova, se kot produkt sprosti molekularni vodik.
Toda ko je skoncentriran žveplova kislina, interakcija s kovinami poteka po principu oksidacijsko-redukcijskega procesa. Zato sta bili eksperimentalno ugotovljeni dve vrsti interakcij med tipičnimi kovinami in močnimi anorganskimi kislinami:
- interakcija kovin z razredčenimi kislinami;
- interakcija s koncentrirano kislino.
Reakcije prve vrste se pojavijo s katero koli kislino. Edina izjema sta koncentrirana in dušikova kislina katere koli koncentracije. Reagirajo po drugi vrsti in vodijo do tvorbe soli in produktov redukcije žvepla in dušika.
Tipične interakcije kislin s kovinami
Kovine, ki se nahajajo levo od vodika v standardni elektrokemijski seriji, reagirajo z drugimi kislinami različne koncentracije z izjemo dušika s tvorbo soli in sproščanjem molekularnega vodika. Kovine, ki se nahajajo desno od vodika v vrsti elektronegativnosti, ne morejo reagirati z zgornjimi kislinami in delujejo samo z dušikovo kislino, ne glede na njeno koncentracijo, s koncentrirano žveplovo kislino in z aqua regia. To je tipična reakcija med kislinami in kovinami.
Reakcije kovin s koncentrirano žveplovo kislino
Reakcije z razredčeno dušikovo kislino
Razredčena dušikova kislina reagira s kovinami, ki se nahajajo levo in desno od vodika. Med reakcijo z aktivnimi kovinami nastane amoniak, ki se takoj raztopi in reagira z nitratnim anionom ter tvori drugo sol. Kislina reagira s kovinami srednje aktivnosti in sprosti molekularni dušik. Pri nizko aktivnih se reakcija nadaljuje s sproščanjem dvovalentnega dušikovega oksida. Najpogosteje v eni reakciji nastane več produktov redukcije žvepla. Primeri reakcij so navedeni v spodnji grafični prilogi.
Reakcije s koncentrirano dušikovo kislino
IN v tem primeru Dušik deluje tudi kot oksidant. Vse reakcije se končajo s tvorbo soli in sproščanjem redoks reakcij. Sheme za potek redoks reakcij so predlagane v grafični prilogi. V tem primeru si zasluži posebno pozornost reakcija z nizko aktivnimi elementi. Ta interakcija kislin s kovinami je nespecifična.
Reaktivnost kovin
Kovine precej hitro reagirajo s kislinami, čeprav obstaja več inertnih snovi. To so tudi elementi, ki imajo visok standardni elektrokemijski potencial. Obstajajo številne kovine, ki so zgrajene na podlagi tega indikatorja. Imenuje se serija elektronegativnosti. Če je kovina levo od vodika v njej, potem lahko reagira z razredčeno kislino.
Obstaja le ena izjema: železo in aluminij zaradi tvorbe 3-valentnih oksidov na njihovi površini ne moreta reagirati s kislino brez segrevanja. Če zmes segrejemo, film kovinskega oksida najprej reagira, nato pa se sam raztopi v kislini. Kovine, ki se nahajajo desno od vodika v vrsti elektrokemične aktivnosti, ne morejo reagirati z anorgansko kislino, vključno z razredčeno žveplovo kislino. Obstajata dve izjemi od pravila: te kovine se raztopijo v koncentrirani in razredčeni dušikovi kislini in vodki. V slednjem se ne morejo raztopiti le rodij, rutenij, iridij in osmij.
Kar je 269,2 ºС, specifična gostota pa je 1,83 g/ml pri sobni temperaturi (20º) - to je žveplova kislina. Tališče te snovi je le 10,3ºС.
Raven koncentracije je v veliki meri odločilni dejavnik pri njegovi uporabi v kemiji in industrijski proizvodnji. Praviloma obstajata dve glavni pogojne delitve ravni koncentracije, čeprav strogo znanstveno, je nemogoče potegniti številčno črto med njima. Po tej klasifikaciji ločimo razredčeno žveplovo kislino in koncentrirano žveplovo kislino.
V interakciji s številnimi kovinami, kot so železo, cink, magnezij, ta snov med reakcijo sprošča vodik. Na primer, pri interakciji z železom pride do reakcije, katere formula je zapisana na naslednji način: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2. Ne smemo pozabiti, da razredčena žveplova kislina, katere lastnosti jo označujejo kot močno oksidacijsko sredstvo, praktično ne deluje s kovinami z nizko aktivnostjo - bakrom, srebrom, zlatom.
Ker je ta spojina močan oksidant, je sposobna oksidirati zelo velik seznam kovin; ta lastnost določa njeno široko uporabo v večini različna področja industrijske proizvodnje.
Praviloma pri interakciji s kemično aktivnimi snovmi, na primer z magnezijem ali natrijem, (IV) dobimo kot rezultat oksidacijsko-redukcijske reakcije in če ti aktivne snovi so kovine, reakcija proizvaja vodikov sulfid (H2S) in žveplo (S). Te aktivne kovine so lahko kalcij, kalij, že omenjeni magnezij in druge.
Brezvodna, ali kot jo imenujejo tudi visoko koncentrirana žveplova kislina, šibko ali skoraj ne deluje s kovinami, na primer z železom, ker ima železo izjemno nizka raven kemična aktivnost. Rezultat njune interakcije je lahko le tvorba močnega filma na površini zlitine, ki vsebuje železo, v kemična sestava ki vključuje okside. To je posledica dejstva, da se razredčena žveplova kislina in še bolj koncentrirana hrani in prevaža predvsem v posodah iz kovin: titana, aluminija, niklja.
Ta snov je sposobna oksidirati nekovine in celo pokazati svoje oksidacijske lastnosti med reakcijami s kompleksnimi snovmi, kot so reducenti. Narava pojava takšnih reakcij je določena s stopnjo koncentracije, ki jo ima razredčena žveplova kislina v vsakem posameznem primeru. Po drugi strani pa ima ta snov ne glede na stopnjo koncentracije številne značilne lastnosti, ki jih imajo druge kisline. Na primer, sposoben je interakcije z oksidi in vodi do sproščanja soli. Enako se zgodi pri interakciji s hidroksidi. Poleg tega je razredčena H2SO4 dvobazna spojina, ki pri interakciji z drugimi snovmi tvori tudi nekatere lastnosti, značilne samo zanjo. Glavna stvar je, da zaradi teh interakcij nastaneta dve vrsti soli: srednje (za koncentrirano kislino) soli - sulfati in za razredčeno kislino - hidrosulfati.
Kot smo že omenili, je razredčena žveplova kislina pomemben in široko uporabljen izdelek v kemični industriji. Tudi aplikacije na drugih industrijskih področjih so večplastne. Tako se uporablja pri proizvodnji umetnih vlaken in različne vrste plastika, mineralna gnojila, barvila. Lastnosti kisline so povpraševanje v proizvodnji V metalurški proizvodnji je nepogrešljiva in se pogosto uporablja kot sušilno sredstvo za pline.
Derivati žveplove kisline - sulfati - se aktivno uporabljajo v kmetijstvo, v industriji - v proizvodnji barv, papirja, gume, mavca in še veliko več.
Vsaka kislina je kompleksna snov, katere molekula vsebuje enega ali več vodikovih atomov in kislinski ostanek.
Formula žveplove kisline je H2SO4. Posledično molekula žveplove kisline vsebuje dva atoma vodika in kislinski ostanek SO4.
Žveplova kislina nastane, ko žveplov oksid reagira z vodo
SO3+H2O -> H2SO4
Čista 100 % žveplova kislina (monohidrat) je težka tekočina, viskozna kot olje, brez barve in vonja, kislega "bakrenega" okusa. Že pri temperaturi +10 °C se strdi in spremeni v kristalno maso.
Koncentrirana žveplova kislina vsebuje približno 95 % H2SO4. Strdi se pri temperaturah pod –20°C.
Interakcija z vodo
Žveplova kislina se dobro topi v vodi in se z njo meša v poljubnem razmerju. Hkrati pa izstopa veliko število toplota.
Žveplova kislina lahko absorbira vodno paro iz zraka. Ta lastnost se uporablja v industriji za sušenje plinov. Pline sušimo tako, da jih spustimo skozi posebne posode z žveplovo kislino. Seveda lahko to metodo uporabimo le za tiste pline, ki z njo ne reagirajo.
Znano je, da ko žveplova kislina pride v stik s številnimi organske snovi, zlasti ogljikovih hidratov, te snovi zoglenejo. Dejstvo je, da ogljikovi hidrati, tako kot voda, vsebujejo tako vodik kot kisik. Žveplova kislina jim te elemente odvzame. Kar ostane, je premog.
IN vodna raztopina Indikatorja H2SO4 lakmus in metiloranž se obarvata rdeče, kar pomeni, da je ta raztopina kislega okusa.
Interakcija s kovinami
Kot katera koli druga kislina lahko žveplova kislina v svoji molekuli zamenja vodikove atome s kovinskimi atomi. Deluje s skoraj vsemi kovinami.
Razredčena žveplova kislina reagira s kovinami kot navadna kislina. Kot rezultat reakcije nastane sol s kislim ostankom SO4 in vodikom.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
A koncentrirana žveplova kislina je zelo močan oksidant. Oksidira vse kovine, ne glede na njihov položaj v napetostnem nizu. In pri reakciji s kovinami se sam reducira na SO2. Vodik se ne sprošča.
Сu + 2 H2SO4 (konc) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (konc.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Toda zlato, železo, aluminij in kovine platinske skupine ne oksidirajo v žveplovi kislini. Zato se žveplova kislina prevaža v jeklenih cisternah.
Soli žveplove kisline, ki nastanejo kot posledica takih reakcij, se imenujejo sulfati. So brezbarvni in zlahka kristalizirajo. Nekateri od njih so dobro topni v vodi. Samo CaSO4 in PbSO4 sta rahlo topna. BaSO4 je skoraj netopen v vodi.
Interakcija z bazami
Reakcija med kislinami in bazami se imenuje reakcija nevtralizacije. Kot rezultat reakcije nevtralizacije žveplove kisline nastane sol, ki vsebuje kislinski ostanek SO4 in vodo H2O.
Primeri reakcij nevtralizacije žveplove kisline:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Žveplova kislina reagira z nevtralizacijo tako z topnimi kot netopnimi bazami.
Ker sta v molekuli žveplove kisline dva atoma vodika in sta za nevtralizacijo potrebni dve bazi, jo uvrščamo med dvobazične kisline.
Interakcija z bazičnimi oksidi
Od šolski tečaj V kemiji vemo, da so oksidi kompleksne snovi, ki vsebujejo dva kemična elementa, od katerih je eden kisik v oksidacijskem stanju -2. Bazične okside imenujemo oksidi 1, 2 in nekaterih 3 valentnih kovin. Primeri bazičnih oksidov: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
Žveplova kislina reagira z bazičnimi oksidi v reakciji nevtralizacije. Kot rezultat te reakcije, tako kot pri reakciji z bazami, nastaneta sol in voda. Sol vsebuje kislinski ostanek SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Interakcija s solmi
Žveplova kislina reagira s solmi šibkejših ali hlapnih kislin in te kisline izpodriva iz njih. Kot rezultat te reakcije nastaneta sol s kislim ostankom SO4 in kislina
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
Uporaba žveplove kisline in njenih spojin
Barijeva kaša BaSO4 lahko blokira rentgenske žarke. Polnjenje z njim votli organi človeško telo, jih pregledajo radiologi.
V medicini in gradbeništvu se pogosto uporablja naravni mavec CaSO4 * 2H2O in kristalni hidrat kalcijevega sulfata. Glauberjeva sol Na2SO4 * 10H2O se uporablja v medicini in veterini, v kemična industrija- za proizvodnjo sode in stekla. Bakrov sulfat CuSO4 * 5H2O poznajo vrtnarji in agronomi, ki ga uporabljajo za boj proti škodljivcem in rastlinskim boleznim.
Žveplova kislina se pogosto uporablja v različne industrije industrije: kemična, kovinarska, naftna, tekstilna, usnjarska in druge.
stran 2
Razredčena žveplova kislina je primerna za proizvodnjo kislin enostavnih anionov, ki so slabo topni v vodi.
Razredčeno žveplovo kislino, iz katere smo benzensulfonsko kislino odstranili z benzenom, ponovno koncentriramo zaradi uvedbe žveplovega anhidrida. Ekstrakt benzena se destilira in benzen se vrne v cikel. Destilacijski ostanek je dokaj čista benzensulfonska kislina. Pri tej metodi je najboljša uporaba žveplove kisline. Pomanjkljivost je nezadovoljiva toplotna bilanca in dolg reakcijski čas. Kadar postopek poteka pod pritiskom, pri povišanih temperaturah in ko žveplovo kislino koncentriramo v reakcijskih napravah, lahko ta metoda postane ekonomična.
Razredčena žveplova kislina reagira s kovinami, katerih elektrodni potencial je p 0, pri čemer se sprosti vodik.
Razredčena žveplova kislina ne vpliva na bakrove sulfide, zato je neposredno izpiranje z žveplovo kislino rude, ki vsebuje znatne količine bakrovih sulfidnih mineralov, nerentabilno. Železov sulfat je topilo za minerale bakrovega sulfida.
Razredčena žveplova kislina nima oksidativnih lastnosti, z izjemo sposobnosti raztapljanja kovin z redukcijo H v H2 (glejte poglavje. Veliko organske spojine bodisi delno ali popolnoma oksidirano z vročo koncentrirano žveplovo kislino. Lastnosti žveplove kisline so opisane v poglavju.
Razredčena žveplova kislina za razliko od koncentrirane žveplove kisline skoraj ne vpliva na kovinski baker. Bolj kot je žveplova kislina razredčena, manj opazna je interakcija med njima. Ta pojav je razložen s pomanjkanjem oksidacijskih lastnosti razredčene žveplove kisline.
Razredčeno žveplovo kislino, očiščeno organskih nečistoč, lahko delno uporabimo za nevtralizacijo alkalnih tovarniških odpadnih voda, pa tudi žgano apno za proizvodnjo granulata, ki se uporablja pri proizvodnji cementa, ali praškastega hidrofobnega proizvoda, ki se uporablja v proizvodnji bitumna in opeke kot polnilo, ali sadre. , ki ima neomejeno povpraševanje v številnih panogah - gradbeništvo, metalurgija, medicina.
Pri segrevanju s kovinskim kositrom razredčena žveplova kislina sprosti vodik in tvori kositrov sulfat.
Razredčena žveplova kislina ne reagira z jodidi. Koncentrirana žveplova kislina ne vpliva na elementarni jod.
Razredčena žveplova kislina (več kot 10 % H2SO4) močno uniči les. IN koncentrirane raztopinežveplova kislina zogleni les. pri povišane temperature tudi razredčena žveplova kislina uniči les in povzroči hidrolizacijo. Les ni stabilen v dušikovi kislini. Razredčene raztopine klorovodikova kislina(10% HC1) pri normalnih temperaturah ne vpliva na les. Približno enako se les obnaša v odnosu do fluorovodikove kisline.
