СЯРНА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, НОМЕНКЛАТУРА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На сярна киселина е oxyacid образувана чрез разтваряне на серен диоксид, SO ₂, вода. Това е слаба и нестабилна неорганична киселина, която не е открита в разтвора, тъй като реакцията на нейното образуване е обратима и киселината бързо се разлага в реагентите, които са я произвели (SO ₂ и H ₂ O).

Молекулата на сярната киселина засега е открита само в газовата фаза. Конюгираните основи на тази киселина са обичайни аниони под формата на сулфити и бисулфити.

Източник: Benjah-bmm27, от Wikimedia Commons Рамановият спектър на разтворите на SO ₂ показва само сигнали, дължащи се на молекулата на SO ₂ и на бисулфитния йон, HSO ₃ ^- в съответствие със следното равновесие:

SO ₂ + H ₂ O <=> HSO ₃ ^- + H ⁺

Това показва, че с помощта на Раманов спектър не е възможно да се установи наличието на сярна киселина в разтвор на серен диоксид във вода.

При излагане на атмосферата, той бързо се превръща в сярна киселина. Сярна киселина се редуцира до сероводород чрез действието на разредена сярна киселина и цинк.

Опитът да се концентрира разтвор на SO ₂ чрез изпаряване на водата, за да се получи сярна киселина без вода, не доведе до резултати, тъй като киселината се разлага бързо (обратна реакция на образуване), така че киселината не може бъдете изолирани.

Естествено образуване

Сярна киселина се образува в природата чрез комбинацията на серен диоксид, продукт на дейността на големи заводи, с атмосферна вода. Поради тази причина се счита за междинен продукт на киселинен дъжд, причинявайки големи щети на земеделието и околната среда.

Неговата киселинна форма не е използваема в природата, но обикновено се приготвя в натриевите и калиевите соли, сулфита и бисулфита.

Сулфитът се генерира ендогенно в организма в резултат на метаболизма на аминокиселини, съдържащи сяра. По същия начин сулфитът се произвежда като продукт на ферментацията на храни и напитки. Сулфитът е алергенен, невротоксичен и метаболитен. Метаболизира се от ензима сулфитна оксидаза, който го превръща в сулфат, безобидно съединение.

структура

Изолирана молекула

На изображението можете да видите структурата на изолирана молекула сярна киселина в газообразно състояние. Жълтата сфера в центъра съответства на серния атом, червената - на кислородните атоми, а бялата - на водородите. Неговата молекулярна геометрия около S атома е триъгълна пирамида, като O атомите рисуват основата.

Тогава, в газообразно състояние, молекулите на H ₂ SO ₃ могат да се считат за мънички триъгълни пирамиди, плаващи във въздуха, като се приема, че е достатъчно стабилна, за да продължи определено време, без да реагира.

Структурата ясно показва откъде идват двата киселинни водорода: от серо-свързаните хидроксилни групи, HO-SO-OH. Следователно, за това съединение, не е правилно да се предположи, че един от киселинни протони, H ⁺, се освобождава от серен атом, Н-SO ₂ (OH).

Двете ОН групи позволяват сярна киселина, за да взаимодействат чрез водородни връзки и, освен това, кислородът на S = О връзка е водороден акцептор, което прави H ₂ SO ₃ както добра донор и акцептор на тези връзки.

Съгласно горното, H ₂ SO ₃ трябва да бъде в състояние да кондензира в течност, като сярна киселина така, H ₂ SO ₄. Въпреки всичко това не се случва.

Молекула, заобиколена от вода

Към днешна дата, не е било възможно да се получи безводен серниста киселина, т.е., Н ₂ SO ₃ (1); докато H ₂ SO ₄ (aq), от друга страна, след дехидратация се трансформира в безводна форма, H ₂ SO ₄ (1), която е гъста и вискозна течност.

Ако Н на ₂ SO ₃ се приема молекулата остават непроменени, след това ще бъде в състояние да се разтвори до голяма степен във вода. Взаимодействията, които биха управлявали споменатите водни разтвори, отново биха били водородни връзки; Въпреки това би имало и електростатични взаимодействия в резултат на равновесието на хидролизата:

H ₂ SO ₃ (aq) + H ₂ O (l) <=> HSO ₃ ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

Сулфитният йон SO ₃ ^2- би била същата молекула като по-горе, но без белите сфери; и сулфит на водород (или бисулфит) йон, HSO ₃ ^-, запазва бяло сфера. Безкрайността на солите може да възникне от двата аниона, някои по-нестабилни от други.

В действителност беше потвърдено, че изключително малка част от разтворите се състои от H ₂ SO ₃; т. е. обяснената молекула не е тази, която взаимодейства директно с молекулите на водата. Причината за това се дължи на факта, че тя претърпява разлагане произход SO ₂ и H ₂ O, която е термодинамично предпочитан.

SW

Истинската структура на сярната киселина се състои от молекула серен диоксид, заобиколена от сфера от вода, която е съставена от n молекули.

По този начин SO ₂, чиято структура е ъглова (тип бумеранг), заедно с нейната водна сфера, отговаря за киселинните протони, които характеризират киселинността:

SO ₂ ∙ nH ₂ O (aq) + H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + HSO ₃ ^- (aq) + nH ₂ O (l)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

В допълнение към това равновесие има и равновесие за разтворимост за SO ₂, чиято молекула може да излезе от водата в газовата фаза:

SO ₂ (g) <=> SO ₂ (ac)

Физични и химични свойства

Молекулярна формула

H ₂ SO ₃

Молекулно тегло

82.073 g / mol.

Външен вид

Това е безцветна течност, с остра сярна миризма.

плътност

1,03 g / ml.

Плътност на парата

2.3 (във връзка с въздуха, взет като 1)

корозийните

Той е корозивен за метали и тъкани.

Разтворимост във вода

Смесва се с вода.

чувствителност

Чувствителен е към въздуха.

стабилност

Стабилен, но несъвместим със здрави основи.

Константа на киселинност (Ka)

1,54 х 10 ^-2

рКа

1.81

рН

1.5 по скалата на рН.

точка на запалване

Не запалим.

разлагане

При нагряване на сярна киселина може да се разложи, отделяйки токсичен дим от серен оксид.

номенклатура

Сярата има следните валентности: ± 2, +4 и +6. От формулата H ₂ SO ₃ може да се изчисли какво валентно или окислително число има сярата в съединението. За да направите това, просто решете алгебрична сума:

2 (+1) + 1v + 3 (-2) = 0

Тъй като е неутрално съединение, сборът от зарядите на атомите, които го съставят, трябва да е 0. Решавайки за v за предишното уравнение, имаме:

v = (6-2) / 1

Така, v е равно на +4. Тоест сярата участва с втората си валентност и според традиционната номенклатура суффиксът - също трябва да се добави към името. Поради тази причина, H ₂ SO ₃ е известен като сярна киселина .

Друг по-бърз начин за определяне на тази валентност е сравняването на H ₂ SO ₃ с H ₂ SO ₄. В H ₂ SO ₄, сяра има валентност на 6, така че ако О се отстранява, валентността пада до 4; и ако бъде отстранен друг, долната валентност +2 (какъвто би бил случаят с кисела хипо- сярна мечка, H ₂ SO ₂).

Въпреки че по-малко известни, H ₂ SO ₃ може да се извика trioxosulfuric киселина (IV), в съответствие с номенклатурата на склад.

синтез

Технически той се образува чрез изгаряне на сяра до образуване на серен диоксид. След това се разтваря във вода, за да образува сярна киселина. Реакцията обаче е обратима и киселината бързо се разлага обратно в реагентите.

Това е обяснение защо сярната киселина не се намира във воден разтвор (както вече беше споменато в раздела за неговата химическа структура).

Приложения

Източник: Pxhere

Като цяло, употребите и приложенията на сярна киселина, тъй като нейното присъствие не може да бъде открито, се отнасят до употребите и приложенията на разтвори на серен диоксид и основите и солите на киселината.

В гората

При сулфитния процес дървесната каша се произвежда под формата на почти чисти целулозни влакна. Различни соли на сярна киселина се използват за извличане на лигнин от дървени стърготини, като се използват съдове с високо налягане, наречени дигистори.

Солите, използвани в процеса на получаване на пулпа дърво са сулфит (SO ₃ ^2-) или бисулфит (HSO ₃ ^-), в зависимост от рН. Брояч йон може да бъде Na ⁺, Са ²⁺, К ⁺ или NH ₄ ⁺.

Дезинфекциращо и избелващо средство

-Серогенната киселина се използва като дезинфектант. Използва се и като леко избелващо средство, особено за чувствителни към хлор материали. В допълнение, той се използва като избелващ зъб и хранителна добавка.

-Той е съставка в различни козметични продукти за грижа за кожата и се използва като пестициден елемент при елиминирането на плъхове. Елиминира петна, причинени от вино или плодове върху различни материи.

-Той служи като антисептик, като е ефективен за избягване на кожни инфекции. Понякога се е използвал в фумигации за дезинфекция на кораби, вещи на болни жертви на епидемии и др.

Консервант агент

Сярна киселина се използва като консервант за плодове и зеленчуци и за предотвратяване на ферментацията на напитки като вино и бира, като антиоксидант, антибактериален и фунгициден елемент.

Други приложения

-Серен киселина се използва в синтеза на лекарства и химикали; в производството на вино и бира; рафиниране на нефтопродукти; и се използва като аналитичен реагент.

-Бисулфитът реагира с пиримидиновите нуклеозиди и добавя към двойната връзка между 5 и 6 позицията на пиримидина, променяйки връзката. Бисулфитната трансформация се използва за тестване на вторични или по-високи структури на полинуклеотиди.

Препратки

1. Wikipedia. (2018). Сярна киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org
2. Номенклатура на киселини., Възстановена от: 2.chemistry.gatech.edu
3. Voegele F. Andreas & col. (2002 г.). За стабилността на сярна киселина (H ₂ SO ₃) и нейния димер. Chem. Eur. J. 2002. 8, No.24.
4. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание., Стр. 393). Mc Graw Hill.
5. Calvo Flores FG (втори). Състав на неорганичната химия., Възстановени от: ugr.es
6. PubChem. (2018). Сярна киселина. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Стивън С. Зумдал. (15 август 2008 г.). Oxyacid. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com