กรดซัลเฟต: สูตรและคุณสมบัติทางเคมี

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

กรดแร่ชนิดแรกที่มนุษย์รู้จักคือซัลฟิวริกหรือซัลเฟต ไม่เพียงแต่ตัวเธอเองเท่านั้น แต่ยังใช้เกลืออีกหลายชนิดในการก่อสร้าง การแพทย์ อุตสาหกรรมอาหารและเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค จนถึงตอนนี้ ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงในส่วนนี้ คุณลักษณะหลายประการที่กรดซัลเฟตมีอยู่ทำให้ขาดไม่ได้ในการสังเคราะห์ทางเคมี นอกจากนี้เกลือของมันยังถูกใช้ในเกือบทุกภาคส่วนของชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม ดังนั้นเราจะพิจารณาในรายละเอียดว่ามันคืออะไรและคุณสมบัติของคุณสมบัติที่ปรากฏคืออะไร

หลากหลายชื่อ

มาเริ่มกันที่สารนี้มีชื่อเล่นมากมาย ในหมู่พวกเขามีผู้ที่ถูกสร้างขึ้นตามศัพท์ที่มีเหตุผลและสิ่งที่มีการพัฒนาในอดีต ดังนั้น การเชื่อมต่อนี้ถูกกำหนดเป็น:

• กรดซัลเฟต;
• กรดกำมะถัน;
• กรดกำมะถัน;
• oleum.

ถึงแม้ว่าคำว่า "โอเลี่ยม" จะไม่เหมาะกับสารนี้นัก เนื่องจากเป็นส่วนผสมของกรดซัลฟิวริกและซัลเฟอร์ออกไซด์สูง -ดังนั้น_3.

กรดซัลเฟต: สูตรและโครงสร้างโมเลกุล

จากมุมมองของตัวย่อทางเคมี สูตรของกรดนี้สามารถเขียนได้ดังนี้: H₂SO_{4 เห็นได้ชัดว่าโมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจนไอออนบวกสองไอออนและไอออนของสารตกค้างที่เป็นกรด - ซัลเฟตไอออนซึ่งมีประจุ 2+}

ในกรณีนี้ พันธะต่อไปนี้จะกระทำภายในโมเลกุล:

• ขั้วโควาเลนต์ระหว่างกำมะถันกับออกซิเจน
• โควาเลนต์มีขั้วอย่างแรงระหว่างไฮโดรเจนกับกรดตกค้าง SO_4.

กำมะถันซึ่งมีอิเลคตรอน 6 ตัวที่ไม่มีคู่ ทำให้เกิดพันธะคู่ 2 พันธะกับออกซิเจน 2 อะตอม ด้วยอีกสองสามอย่าง - เดี่ยวและในทางกลับกันกับไฮโดรเจน ส่งผลให้โครงสร้างของโมเลกุลมีความแข็งแรงนั่นเอง ในเวลาเดียวกัน ไฮโดรเจนไอออนบวกจะเคลื่อนที่ได้มากและออกไปได้ง่าย เนื่องจากกำมะถันและออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากกว่ามาก โดยการดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมาสู่ตัวเอง ทำให้ไฮโดรเจนมีประจุบวกบางส่วน ซึ่งจะเต็มเมื่อแยกออกจากกัน นี่คือวิธีการสร้างสารละลายที่เป็นกรด ซึ่งมี H+.

ถ้าเราพูดถึงสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ ก็คือกรดซัลเฟต ซึ่งมีสูตรคือ H₂SO_{4ให้คุณคำนวณได้อย่างง่ายดาย: ไฮโดรเจน +1, ออกซิเจน -2, กำมะถัน +6.}

ในโมเลกุลใดๆ ประจุทั้งหมดจะเป็นศูนย์

ประวัติการค้นพบ

กรดซัลเฟตเป็นที่รู้จักของคนมาตั้งแต่สมัยโบราณ แม้แต่นักเล่นแร่แปรธาตุก็รู้วิธีที่จะได้รับโดยการเผากรดกำมะถันต่างๆ กับในช่วงต้นศตวรรษที่ 9 ผู้คนได้รับและใช้สารนี้ ต่อมาในยุโรป Albert Magnus ได้เรียนรู้วิธีแยกกรดออกจากการสลายตัวของเหล็กซัลเฟต

อย่างไรก็ตาม ไม่มีวิธีใดที่ทำกำไรได้ จากนั้นจึงรู้จักการสังเคราะห์เวอร์ชันแชมเบอร์ ด้วยเหตุนี้กำมะถันและไนเตรตจึงถูกเผาและไอระเหยที่ปล่อยออกมาถูกดูดซับด้วยน้ำ เป็นผลให้เกิดกรดซัลเฟตขึ้น

ต่อมาชาวอังกฤษก็สามารถหาวิธีที่ถูกที่สุดในการรับสารนี้ ใช้ไพไรต์สำหรับสิ่งนี้ - FeS_{2 ไพไรต์เหล็ก การคั่วและปฏิกิริยาที่ตามมากับออกซิเจนยังคงเป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมที่สำคัญที่สุดวิธีหนึ่งสำหรับการสังเคราะห์กรดซัลฟิวริก วัตถุดิบดังกล่าวมีราคาไม่แพง ถูกกว่า และคุณภาพสูงกว่าสำหรับการผลิตปริมาณมาก}

สมบัติทางกายภาพ

มีพารามิเตอร์หลายอย่างรวมถึงพารามิเตอร์ภายนอกซึ่งแยกกรดซัลเฟตออกจากที่อื่น คุณสมบัติทางกายภาพของมันสามารถอธิบายได้หลายประการ:

1. ของเหลวภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน
2. ในสถานะเข้มข้น มันหนัก มันจึงได้รับชื่อ "กรดกำมะถัน"
3. ความหนาแน่นของสสาร - 1.84 g/cm3.
4. ไม่มีสีหรือกลิ่น
5. มันออกเสียงว่า "ทองแดง"
6. ละลายน้ำได้ดีมากแทบไม่อั้น
7. ดูดความชื้น ดักจับทั้งน้ำเปล่าและน้ำที่พันไว้จากกระดาษทิชชู่
8. ไม่ระเหย
9. จุดเดือด - 296oC.
10. ละลายที่ 10, 3oC.

หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสารประกอบนี้คือความสามารถในการให้ความชุ่มชื้นด้วยการปล่อยความร้อนจำนวนมาก นั่นคือเหตุผลที่แม้จากม้านั่งของโรงเรียน เด็ก ๆ จะได้รับการสอนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเติมน้ำให้เป็นกรด แต่ในทางกลับกันเท่านั้น ท้ายที่สุดแล้วน้ำจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าจึงจะสะสมบนผิวน้ำ หากเติมกรดอย่างกะทันหัน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการละลาย พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาจนน้ำจะเดือดและเริ่มกระเซ็นพร้อมกับอนุภาคของสารอันตราย ซึ่งอาจทำให้เกิดการไหม้ของสารเคมีอย่างรุนแรงที่ผิวหนังของมือ

ดังนั้นควรเทกรดลงในกระแสน้ำบาง ๆ จากนั้นส่วนผสมจะร้อนมาก แต่จะไม่เกิดการเดือดซึ่งหมายความว่าของเหลวจะกระเด็นด้วย

คุณสมบัติทางเคมี

ในแง่ของเคมี กรดนี้แรงมาก โดยเฉพาะถ้าเป็นสารละลายเข้มข้น มันเป็นไดเบสิกดังนั้นจึงแยกตัวเป็นขั้นตอนโดยมีการก่อตัวของไฮโดรซัลเฟตและแอนไอออนซัลเฟต

โดยทั่วไป อันตรกิริยาของมันกับสารประกอบต่างๆ จะสอดคล้องกับลักษณะปฏิกิริยาหลักทั้งหมดของสารประเภทนี้ เราสามารถยกตัวอย่างสมการต่างๆ ที่กรดซัลเฟตมีส่วนร่วม คุณสมบัติทางเคมีแสดงปฏิกิริยากับ:

• เกลือ;
• โลหะออกไซด์และไฮดรอกไซด์;
• แอมโฟเทอริกออกไซด์และไฮดรอกไซด์;
• โลหะที่ยืนอยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าสูงถึงไฮโดรเจน

Bอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาดังกล่าว ในเกือบทุกกรณี เกลือขนาดกลางของกรดที่กำหนด (ซัลเฟต) หรือเกลือที่เป็นกรด (ไฮโดรซัลเฟต) จะเกิดขึ้น

คุณสมบัติพิเศษก็คือโลหะตามรูปแบบปกติ Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ สารละลายของสารที่กำหนดเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยา นั่นคือ กรดเจือจาง หากเราใช้น้ำมันที่มีความเข้มข้นหรืออิ่มตัวสูง (โอเลี่ยม) ผลิตภัณฑ์ปฏิสัมพันธ์ก็จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง}

คุณสมบัติพิเศษของกรดซัลฟิวริก

สิ่งเหล่านี้รวมถึงปฏิกิริยาระหว่างสารละลายเข้มข้นกับโลหะ ดังนั้นจึงมีรูปแบบบางอย่างที่สะท้อนถึงหลักการทั้งหมดของปฏิกิริยาดังกล่าว:

1. ถ้าโลหะทำงาน ผลที่ได้คือการเกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ เกลือ และน้ำ นั่นคือกำมะถันลดลงเหลือ -2.
2. ถ้าโลหะมีกิจกรรมปานกลาง ผลที่ได้คือ กำมะถัน เกลือ และน้ำ นั่นคือการลดลงของซัลเฟตไอออนเป็นกำมะถันอิสระ
3. โลหะที่เกิดปฏิกิริยาต่ำ (หลังไฮโดรเจน) - ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เกลือ และน้ำ กำมะถันในสถานะออกซิเดชัน +4.

นอกจากนี้ คุณสมบัติพิเศษของกรดซัลเฟตคือความสามารถในการออกซิไดซ์อโลหะบางชนิดให้อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด และทำปฏิกิริยากับสารประกอบเชิงซ้อนและออกซิไดซ์ให้เป็นสารธรรมดา

วิธีการได้มาซึ่งอุตสาหกรรม

กระบวนการซัลเฟตสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริกประกอบด้วยสองประเภทหลัก:

• ติดต่อ;
• หอคอย

ทั้งสองเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรมในทุกประเทศทั่วโลก ตัวเลือกแรกขึ้นอยู่กับการใช้แร่ไพไรต์หรือซัลเฟอร์ไพไรต์เป็นวัตถุดิบ - FeS_{2 มีทั้งหมดสามขั้นตอน:}

1. การคั่ววัตถุดิบด้วยการเกิดซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้
2. ส่งก๊าซนี้ผ่านออกซิเจนเหนือตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียมเพื่อสร้างซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ - SO_3.
3. ในหอดูดซับ แอนไฮไดรด์ถูกละลายในสารละลายของกรดซัลเฟตด้วยการก่อตัวของสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง - oleum ของเหลวหนามันหนักมาก

ตัวเลือกที่สองเกือบจะเหมือนกัน แต่ไนโตรเจนออกไซด์ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จากมุมมองของพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น คุณภาพผลิตภัณฑ์ ต้นทุนและการใช้พลังงาน ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ ผลผลิต วิธีแรกมีประสิทธิภาพและเป็นที่ยอมรับมากขึ้น ดังนั้นจึงใช้บ่อยขึ้น

การสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ

หากจำเป็นต้องได้รับกรดซัลฟิวริกในปริมาณเล็กน้อยเพื่อการวิจัยในห้องปฏิบัติการ วิธีการทำงานร่วมกันของไฮโดรเจนซัลไฟด์กับซัลเฟตของโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำจึงเหมาะสมที่สุด

ในกรณีเหล่านี้ การก่อตัวของโลหะเหล็กซัลไฟด์จะเกิดขึ้น และกรดซัลฟิวริกจะเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้ สำหรับการศึกษาขนาดเล็ก ตัวเลือกนี้เหมาะสม อย่างไรก็ตาม กรดดังกล่าวจะไม่มีความบริสุทธิ์แตกต่างกัน

นอกจากนี้ในห้องปฏิบัติการ คุณสามารถทำปฏิกิริยาเชิงคุณภาพกับสารละลายซัลเฟตได้ น้ำยาที่พบบ่อยที่สุดคือแบเรียมคลอไรด์ เนื่องจาก Ba²⁺ ไอออน ร่วมกับแอนไอออนซัลเฟตตกตะกอนเป็นตะกอนสีขาว - นมแบไรท์: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

เกลือทั่วไป

กรดซัลเฟตและซัลเฟตที่ก่อตัวเป็นสารประกอบสำคัญในหลายอุตสาหกรรมและในครัวเรือน รวมถึงอาหาร เกลือของกรดซัลฟิวริกที่พบบ่อยที่สุดคือ:

1. ยิปซั่ม (เศวตศิลา, เซเลไนต์). ชื่อทางเคมีคือแคลเซียมซัลเฟตที่เป็นผลึกไฮเดรต สูตร: CaSO_{4 ใช้ในการก่อสร้าง ยา เยื่อและกระดาษ การทำเครื่องประดับ}
2. แบไรท์ (สปาร์หนัก). แบเรียมซัลเฟต ในสารละลายจะเป็นตะกอนน้ำนม ในรูปแบบของแข็ง - ผลึกใส ใช้ในอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา เอกซเรย์ เคลือบฉนวน
3. มิราบิไลต์ (เกลือของกลาเบอร์). ชื่อทางเคมีคือโซเดียมซัลเฟตเดคาไฮเดรต สูตร: Na₂SO₄10H_{2O. ใช้เป็นยาระบาย}

เกลือมีตัวอย่างมากมายที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่กล่าวข้างต้นเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

ซัลเฟตด่าง

สารนี้เป็นสารละลายที่เกิดขึ้นจากการอบชุบด้วยความร้อนของไม้ กล่าวคือ เซลลูโลส วัตถุประสงค์หลักของสารประกอบนี้คือเพื่อให้ได้สบู่ซัลเฟตโดยอาศัยการตกตะกอน องค์ประกอบทางเคมีของสุราซัลเฟตมีดังนี้:

• ลิกนิน;
• กรดไฮดรอกซี;
• โมโนแซ็กคาไรด์;
• ฟีนอล;
• เรซิน;
• ระเหยและกรดไขมัน
• ซัลไฟด์ คลอไรด์ คาร์บอเนตและซัลเฟตของโซเดียม

สารนี้มีสองประเภทหลัก: เหล้าขาวและดำซัลเฟต. สีขาวเข้าสู่อุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ ในขณะที่สีดำใช้ทำสบู่ซัลเฟตในอุตสาหกรรม

แอปพลิเคชันหลัก

การผลิตกรดซัลฟิวริกต่อปีคือ 160 ล้านตันต่อปี นี่เป็นตัวเลขที่สำคัญมาก ซึ่งบ่งบอกถึงความสำคัญและความชุกของสารประกอบนี้ มีหลายอุตสาหกรรมและสถานที่ที่จำเป็นต้องใช้กรดซัลเฟต:

1. ในแบตเตอรี่ที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะในแบตเตอรี่ตะกั่ว
2. ในโรงงานที่ผลิตปุ๋ยซัลเฟต กรดนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตปุ๋ยแร่สำหรับพืชโดยเฉพาะ ดังนั้นพืชสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริกและการผลิตปุ๋ยจึงมักถูกสร้างขึ้นเคียงข้างกัน
3. ในอุตสาหกรรมอาหารเป็นอิมัลซิไฟเออร์ ระบุด้วยรหัส E513
4. ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์จำนวนมากในฐานะตัวแทนการแยกน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยา นี่คือวิธีการรับวัตถุระเบิด เรซิน สารทำความสะอาดและสารซักฟอก ไนลอน โพรพิลีนและเอทิลีน สีย้อม เส้นใยเคมี เอสเทอร์ และสารประกอบอื่นๆ
5. ใช้ในตัวกรองเพื่อทำน้ำให้บริสุทธิ์และทำน้ำกลั่น
6. ใช้ในการสกัดและแปรรูปแร่หายาก

ชามัวร์เยอะมากกรดไปที่การวิจัยในห้องปฏิบัติการซึ่งได้มาจากวิธีการในท้องถิ่น