حامض الكبريتات: الصيغة والخصائص الكيميائية

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 17:40

واحد من أول الأحماض المعدنية التي عرفها الإنسان هو الكبريت أو الكبريتات. لم تستخدم هي نفسها فحسب ، بل تم استخدام العديد من أملاحها أيضًا في البناء والطب وصناعة الأغذية والأغراض الفنية. حتى الآن ، لم يتغير شيء في هذا الصدد. عدد من الخصائص التي يمتلكها حمض الكبريتات تجعله ببساطة لا غنى عنه في التوليفات الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم أملاحه في جميع قطاعات الحياة اليومية والصناعة تقريبًا. لذلك ، سننظر بالتفصيل في ماهيته وما هي ميزات الخصائص الظاهرة.

أسماء متنوعة

لنبدأ بحقيقة أن هذه المادة بها الكثير من الأسماء. من بينها تلك التي تم تشكيلها وفقًا للتسميات المنطقية ، وتلك التي تطورت تاريخيًا. لذلك ، تم تعيين هذا الاتصال على النحو التالي:

• حامض الكبريتات
• لاذع ؛
• حامض الكبريتيك
• أوليوم.

على الرغم من أن مصطلح "أوليوم" ليس مناسبًا تمامًا لهذه المادة ، نظرًا لأنها خليط من حامض الكبريتيك وأكسيد الكبريت الأعلى -SO_3.

حامض الكبريتات: الصيغة والتركيب الجزيئي

من وجهة نظر الاختصار الكيميائي ، يمكن كتابة صيغة هذا الحمض على النحو التالي: H₂SO_{4. من الواضح أن الجزيء يتكون من كاتيرين هيدروجين وأنيون من البقايا الحمضية - أيون الكبريتات ، والذي يحتوي على شحنة 2 +.}

في هذه الحالة ، تعمل الروابط التالية داخل الجزيء:

• قطبي تساهمي بين الكبريت والأكسجين ؛
• تساهمي بقوة قطبية بين بقايا الهيدروجين والحمض SO_4.

الكبريت ، الذي يحتوي على 6 إلكترونات غير مقترنة ، يشكل رابطتين مزدوجتين مع ذرتين من الأكسجين. مع زوجين آخرين - عازب ، وهؤلاء ، بدورهم ، مفردين مع الهيدروجين. نتيجة لذلك ، تسمح بنية الجزيء أن يكون قويًا بدرجة كافية. في نفس الوقت ، الكاتيون الهيدروجين متحرك للغاية ويترك بسهولة ، لأن الكبريت والأكسجين أكثر كهرسلبية. عن طريق سحب كثافة الإلكترون على أنفسهم ، فإنها تزود الهيدروجين بشحنة موجبة جزئيًا ، والتي تصبح ممتلئة عند فصلها. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها المحاليل الحمضية ، حيث يوجد H+.

إذا تحدثنا عن حالات أكسدة العناصر في المركب ، ثم حمض الكبريتات ، الذي تكون صيغته H₂SO_{4 ، يتيح لك بسهولة حسابها: الهيدروجين +1 ، الأكسجين -2 ، الكبريت + 6.}

كما هو الحال في أي جزيء ، الشحنة الإجمالية هي صفر.

تاريخ الاكتشاف

حمض الكبريتات معروف للناس منذ العصور القديمة. حتى الكيميائيون عرفوا كيفية الحصول عليها عن طريق تكليس العديد من اللاذع. معفي وقت مبكر من القرن التاسع ، تلقى الناس هذه المادة واستخدموها. في وقت لاحق في أوروبا ، تعلم ألبرت ماغنوس كيفية استخلاص الحمض من تحلل كبريتات الحديد.

ومع ذلك ، لم تكن أي من الطرق مربحة. ثم أصبح ما يسمى بإصدار الغرفة من التوليف معروفًا. لهذا ، تم حرق الكبريت والنترات ، وتم امتصاص الأبخرة المنبعثة بواسطة الماء. نتيجة لذلك ، تم تكوين حامض الكبريتات.

حتى في وقت لاحق ، تمكن البريطانيون من إيجاد أرخص طريقة للحصول على هذه المادة. تم استخدام البيريت لهذا الغرض - FeS_{2، بيريت الحديد. لا يزال تحميصه وتفاعله اللاحق مع الأكسجين يشكل أحد أهم الطرق الصناعية لتخليق حامض الكبريتيك. هذه المواد الخام أكثر تكلفة وأقل تكلفة وذات جودة أعلى لكميات الإنتاج الكبيرة.}

الخصائص الفيزيائية

هناك عدة معاملات من بينها العوامل الخارجية التي تميز حامض الكبريتات عن غيره. يمكن وصف خصائصه الفيزيائية بعدة نقاط:

1. سائل في ظل الظروف القياسية.
2. في حالتها المركزة ، فهي ثقيلة ، زيتية ، وسميت من أجلها "لاذع".
3. كثافة المادة - 1.84 جم / سم3.
4. لا لون ولا رائحة.
5. لها طعم "نحاسي" واضح.
6. يذوب جيدًا في الماء ، غير محدود تقريبًا
7. استرطابي ، قادر على محاصرة كل من الماء الحر والمربوط من الأنسجة.
8. غير متطاير.
9. نقطة الغليان - 296oC.
10. الانصهار عند 10 ، 3oC.

من أهم ميزات هذا المركب قدرته على الترطيب مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. لهذا السبب ، حتى من مقاعد المدرسة ، يتم تعليم الأطفال أنه لا يمكن بأي حال من الأحوال إضافة الماء إلى الحمض ، ولكن العكس فقط. بعد كل شيء ، الماء أخف كثافة ، لذلك سوف يتراكم على السطح. إذا تمت إضافته فجأة إلى الحمض ، ونتيجة لتفاعل الذوبان ، سيتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة بحيث يغلي الماء ويبدأ في التناثر مع جزيئات مادة خطرة. هذا يمكن أن يسبب حروق كيميائية شديدة لجلد اليدين.

لذلك ، يجب سكب الحمض في الماء في تيار رفيع ، ثم يصبح المزيج ساخنًا جدًا ، لكن لن يحدث الغليان ، مما يعني أن السائل سيتناثر أيضًا.

الخصائص الكيميائية

من وجهة نظر الكيمياء ، هذا الحمض قوي جدًا ، خاصةً إذا كان محلول مركز. إنه ثنائي القاعدة ، لذلك يتفكك بخطوات ، مع تكوين أنيون هيدروسلفات وكبريتات.

بشكل عام ، فإن تفاعله مع المركبات المختلفة يتوافق مع جميع التفاعلات الرئيسية المميزة لهذه الفئة من المواد. يمكننا أن نعطي أمثلة على عدة معادلات يشارك فيها حمض الكبريتات. تتجلى الخصائص الكيميائية في تفاعلها مع:

• أملاح
• أكاسيد معدنية وهيدروكسيدات ؛
• أكاسيد وهيدروكسيدات مذبذب ؛
• معادن واقفة في سلسلة من الفولتية حتى الهيدروجين.

بنتيجة لمثل هذه التفاعلات ، في جميع الحالات تقريبًا ، تتشكل أملاح متوسطة لحمض معين (كبريتات) أو أملاح حمضية (كبريتات الهيدروجين).

ميزة خاصة هي أيضًا أنه مع المعادن وفقًا للمخطط المعتاد Me + H₂SO₄=MeSO₄+ H_{2فقط محلول من مادة معينة يتفاعل ، أي حمض مخفف. إذا أخذنا مركزة أو عالية التشبع (زيت) ، فإن منتجات التفاعل ستكون مختلفة تمامًا.}

خصائص خاصة لحمض الكبريتيك

يشمل ذلك تفاعل المحاليل المركزة مع المعادن. إذن ، هناك مخطط معين يعكس المبدأ الكامل لمثل هذه التفاعلات:

1. إذا كان المعدن نشطًا ، تكون النتيجة تكوين كبريتيد الهيدروجين والملح والماء. أي يتم تقليل الكبريت إلى -2.
2. إذا كان المعدن ذو نشاط متوسط فالنتيجة هي الكبريت والملح والماء. أي اختزال أيون الكبريتات لتحرير الكبريت.
3. معادن منخفضة التفاعل (بعد الهيدروجين) - ثاني أكسيد الكبريت والملح والماء. الكبريت في حالة الأكسدة + 4.

أيضًا ، الخصائص الخاصة لحمض الكبريتات هي القدرة على أكسدة بعض المعادن غير المعدنية إلى أعلى حالة أكسدة لها والتفاعل مع المركبات المعقدة وأكسدتها إلى مواد بسيطة.

طرق الحصول عليها في الصناعة

تتكون عملية إنتاج حامض الكبريتيك من نوعين رئيسيين:

• جهة اتصال ؛
• برج

كلاهما أكثر الطرق شيوعًا فيالصناعة في جميع دول العالم. يعتمد الخيار الأول على استخدام بيريت الحديد أو بيريت الكبريت كمادة خام - FeS_{2. هناك ثلاث مراحل في المجموع:}

1. تحميص المواد الخام بتكوين ثاني أكسيد الكبريت كمنتج احتراق.
2. تمرير هذا الغاز عبر الأكسجين فوق محفز الفاناديوم لتكوين أنهيدريد الكبريت - SO_3.
3. في برج الامتصاص ، يتم إذابة أنهيدريد في محلول من حمض الكبريتات مع تكوين محلول عالي التركيز - أوليم. سائل زيتي كثيف جدا.

الخيار الثاني هو نفسه عمليا ، ولكن يتم استخدام أكاسيد النيتروجين كمحفز. من وجهة نظر معايير مثل جودة المنتج والتكلفة واستهلاك الطاقة ونقاء المواد الخام والإنتاجية ، فإن الطريقة الأولى أكثر كفاءة ومقبولة ، لذلك يتم استخدامها في كثير من الأحيان.

التوليف المخبري

إذا كان من الضروري الحصول على حامض الكبريتيك بكميات صغيرة للأبحاث المختبرية ، فإن طريقة تفاعل كبريتيد الهيدروجين مع كبريتات المعادن منخفضة النشاط هي الأنسب.

في هذه الحالات ، يحدث تكوين كبريتيدات المعادن الحديدية ، ويتكون حمض الكبريتيك كمنتج ثانوي. بالنسبة للدراسات الصغيرة ، هذا الخيار مناسب ، لكن مثل هذا الحمض لن يختلف في النقاء.

أيضًا في المختبر ، يمكنك إجراء تفاعل نوعي لمحاليل الكبريتات. الكاشف الأكثر شيوعًا هو كلوريد الباريوم ، منذ Ba^{2 +}أيون ، جنبًا إلى جنب معأنيون الكبريتات يترسب في ترسب أبيض - حليب الباريت: H₂SO₄+ BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

الأملاح الأكثر شيوعًا

حامض الكبريتات والكبريتات التي يشكلها مركبات مهمة في العديد من الصناعات والأسر ، بما في ذلك المواد الغذائية. أكثر أملاح حامض الكبريتيك شيوعًا هي:

1. جبس (مرمر ، سيلينيت). الاسم الكيميائي هو هيدرات بلورية كبريتات الكالسيوم المائية. الصيغة: CaSO_{4. يستخدم في البناء ، الطب ، اللب والورق ، صناعة المجوهرات.}
2. باريت (الصاري الثقيل). كبريتات الباريوم. في الحل ، هو راسب حليبي. في شكل صلب - بلورات شفافة. يستخدم في الأجهزة البصرية ، والأشعة السينية ، والطلاء العازل.
3. ميرابيليت (ملح جلوبر). الاسم الكيميائي هو كبريتات الصوديوم ديكاهيدراتي. الصيغة: Na₂SO₄ 10H_{2O. يستخدم في الطب كملين.}

هناك العديد من الأمثلة على الأملاح التي لها أهمية عملية. ومع ذلك ، فإن تلك المذكورة أعلاه هي الأكثر شيوعًا.

محلول كبريتات

هذه المادة عبارة عن محلول يتم تكوينه نتيجة للمعالجة الحرارية للخشب ، أي السليلوز. الغرض الرئيسي من هذا المركب هو الحصول على صابون الكبريتات على أساسه عن طريق الترسيب. التركيب الكيميائي لسائل الكبريتات كالتالي:

• اللجنين ؛
• أحماض هيدروكسي ؛
• السكريات الأحادية ؛
• الفينولات ؛
• الراتنج ؛
• الأحماض الدهنية والمتطايرة ؛
• كبريتيدات وكلوريدات وكربونات وكبريتات الصوديوم.

هناك نوعان رئيسيان من هذه المادة: سائل كبريتات أبيض و أسود. يذهب الأبيض إلى صناعة اللب والورق ، بينما يستخدم الأسود في صناعة صابون الكبريتات في الصناعة.

التطبيقات الرئيسية

الإنتاج السنوي لحمض الكبريتيك 160 مليون طن سنويا. هذا رقم مهم للغاية ، مما يدل على أهمية وانتشار هذا المركب. هناك العديد من الصناعات والأماكن التي يكون فيها استخدام حامض الكبريتات ضروريًا:

1. في البطاريات كإلكتروليت ، خاصة في الرصاص
2. في المصانع التي تنتج الأسمدة الكبريتية. يستخدم الجزء الأكبر من هذا الحمض خصيصًا لتصنيع الأسمدة المعدنية للنباتات. لذلك ، غالبًا ما يتم بناء مصانع إنتاج حامض الكبريتيك وتصنيع الأسمدة جنبًا إلى جنب.
3. في صناعة المواد الغذائية كمستحلب ، يشار إليه بالرمز E513.
4. في العديد من التركيبات العضوية كعامل نزع الماء ، محفز. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على المتفجرات والراتنجات والمنظفات والمنظفات والنايلون والبولي بروبيلين والإيثيلين والأصباغ والألياف الكيماوية والإسترات والمركبات الأخرى.
5. تستخدم في الفلاتر لتنقية المياه و عمل الماء المقطر
6. يستخدم في استخراج ومعالجة العناصر النادرة من الركاز.

أيضا الكثير من الشامواهيذهب الحمض إلى الأبحاث المعملية ، حيث يتم الحصول عليه بالطرق المحلية.