- Структура на сярна киселина
- Имоти
- Реакция на дехидратация на захар
- номенклатура
- Приложения
- Съхранява сярна киселина
- 100% синтез на сярна киселина
- Сулфонирането
- Препратки
В disulfuric киселина е един от многото oxoacids на сяра, с химическа формула Н 2 S 2 O 7. Формулата изрично показва, че има два серни атома и както показва и името му, трябва да има две молекули H 2 SO 4 в една; обаче има седем кислорода вместо осем, така че сярата трябва да има три.
Тази киселина се счита за един от основните компоненти на олеума (или димната сярна киселина), който е "плътна" форма на сярна киселина. Такова е преобладаването му, че някои считат олеума като синоним на сярна киселина; което е известно и с традиционното наименование на пиро-сярна киселина.
Oleum. Източник: W. Oelen, чрез Wikimedia Commons
Изображението показва контейнер с олеум с концентрация на серен триоксид, SO 3, при 20%. Това вещество се характеризира с това, че е мазно и безцветно; въпреки че може да стане жълтеникав или кафяв в зависимост от концентрацията на SO 3 и наличието на някои примеси.
Горното се отнася до участието на SO 3 в H 2 S 2 O 7; т.е., на молекула на Н 2 SO 4 взаимодейства с един от SO 3 да образуват disulfuric киселина. Ако случаят е такъв, H 2 S 2 O 7 може да се изписва като H 2 SO 4 · SO 3.
Структура на сярна киселина
H2S2O7 молекула. Източник:. Jynto (повече от този потребител), от Wikimedia Commons
По-горе е структурата на H 2 S 2 O 7 в модел на сфери и пръти. Отбележете на пръв поглед симетрията на молекулата: лявата страна на кислородния мост е идентична с дясната. От тази гледна точка структурата може да бъде описана с формулата HO 3 SOSO 3 H.
В двата края са всяка хидроксилна група, чийто водород чрез индуктивен ефект на всички тези кислородни атоми увеличава положителния си частичен заряд; и вследствие на това сярна киселина има още по-силна киселинност от сярната киселина.
Молекулата може да бъде написана като H 2 SO 4 · SO 3. Това обаче се отнася повече до състава на олеум, отколкото до структурата на молекулата.
Ако обаче молекула вода се добави към H 2 S 2 O 7, две молекули на H 2 SO 4 ще бъдат освободени:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Равновесието може да бъде изместено наляво: към образуването на H 2 S 2 O 7 от H 2 SO 4, ако към него се подава топлина. Именно поради тази причина, че H 2 S 2 O 7 е известен също като пиросярна киселина; тъй като може да се генерира след нагряване на сярна киселина.
Също така, както бе споменато в началото, H 2 S 2 O 7 се образува от директната комбинация от H 2 SO 4 и SO 3:
SO 3 + H 2 SO 4 <=> H 2 S 2 O 7
Имоти
Свойствата на сярна киселина не са много добре дефинирани, тъй като е изключително трудно да се изолира чисто от олеума.
Трябва да се помни, че в олеума може да има други съединения с формули H 2 SO 4 · xSO 3, където в зависимост от стойността на х, могат да присъстват дори полимерни структури.
Един начин да се визуализира е да си представим, че горната структура на Н 2 S 2 O 7 става по-удължена с повече SO 3 единици и кислород мостове.
В почти чисто състояние се състои от нестабилно кристално твърдо вещество (димящо), което се топи при 36 ° С. Тази точка на топене обаче може да варира в зависимост от истинския състав.
Сярна киселина може да образува тези, които са известни като дисулфатни (или пиросулфатни) соли. Например, ако реагира с калиев хидроксид, той образува калиев пиросулфат, K 2 S 2 O 7.
В допълнение може да се каже, че има молекулно тегло 178 g / mol и два киселинни еквивалента (2 H + йони, които могат да бъдат неутрализирани със силна основа).
Реакция на дехидратация на захар
С това съединение под формата на олеум може да се проведе любопитна реакция: превръщането на захарните кубчета във въглеродни блокове.
H 2 S 2 O 7 реагира със захари, като елиминира всичките им ОН групи под формата на вода, което благоприятства новите връзки между въглеродните атоми; съюзи, които в крайна сметка причиняват черен въглерод.
номенклатура
Серна киселина се счита за анхидрид на сярна киселина; с други думи, тя губи водна молекула в резултат на кондензацията между две молекули киселина. Като се имат предвид толкова много възможни наименования за това съединение, номенклатурата на IUPAC просто препоръчва сярна киселина.
Терминът "пиро" се отнася изключително до този, образуван като продукт от прилагането на топлина. IUPAC не съветва това име за H 2 S 2 O 7; но и до днес се използва от много химици.
Краят -ico остава непроменен, тъй като серният атом продължава да поддържа валентност от +6. Например, тя може да бъде изчислена, като се използва следната аритметична операция:
2H + 2S + 7O = 0
2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0
S = 6
Приложения
Съхранява сярна киселина
Сярна киселина, имайки предвид свойството си да се втвърдява като олеума, е в състояние да разтвори и съхранява сярната киселина по-безопасно. Това е така, защото SO 3 избягва, създавайки недишаща "мъгла", която е много по-разтворима в H 2 SO 4, отколкото във вода. За да се получи H 2 SO 4, би било достатъчно да се добави вода в олеума:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
100% синтез на сярна киселина
От предишното уравнение, Н 2 SO 4 се разрежда в прибавя вода. Например, ако имате воден разтвор на H 2 SO 4, където SO 3 има тенденция да избяга и представлява риск за работниците, когато към разтвора се добави олеум, той реагира с водата, образувайки повече сярна киселина; тоест увеличаване на концентрацията ви.
Ако остане малко вода, се добавя още SO3, който реагира с H 2 SO 4, за да се получи повече серна киселина или олеум, и след това тя се рехидратира чрез "изсушаване" на H 2 SO 4. Процесът се повтаря достатъчно пъти, за да се получи сярна киселина в концентрация 100%.
Подобен процес се използва за получаване на 100% азотна киселина. По същия начин той е бил използван за дехидратиране на други химически вещества, използвани за направата на експлозиви.
Сулфонирането
Използва се за сулфонатни структури, като тези на багрила; това означава, че добавя -SO 3 H групи, които по загубят киселинен протон, могат да се задържат към полимера на текстилно влакно.
От друга страна, киселинността на олеум се използва за постигане на втората нитриране (добавете -NO 2 групи), за да ароматните пръстени.
Препратки
- Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (четвърто издание). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Сярна киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org
- PubChem. (2019). Пиро-сярна киселина. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee и Kwang S. Kim. (2015). Серна киселина, дисоциирана от две водни молекули: ab initio и изчисления на функционалната теория на плътността. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
- Contra Costa Health Services. (SF). Олео / серен триоксид: химичен информационен лист., Възстановено от: cchealth.org