Сірчана кислота H 2 S O 4 - сильна двухосновная кислота. відповідає вищого ступеня окислення сірки (+6). При звичайних умовах концентрована сірчана кислота - важка масляниста рідина без кольору і запаху. У техніці сірчаної кислотою називають її суміші як з водою, так і з сірчаним ангідридом. Якщо молярне відношення SO3: H2 O <1, то это водный раствор серной кислоты, если> 1, - розчин SO3 в сірчаної.
Фізичні і фізико-хімічні властивості Правити
Дуже сильна двухосновная кислота. при 18 о С pKa ₁ -2,8, К₂ 1,2 10², pKa ₂ 1,92; довжини зв'язків в молекулі S = O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм, кут HOSOH 104 °, OSO 119 °; кипить, утворюючи азеотропную суміш (98,3% H2 SO4 і 1,7% H2 O з температурою кипіння 338,8 оС). Сірчана кислота, що відповідає 100% -ному змістом H₂SO₄, має склад (%): H₂SO₄ 99,5, HSO₄ - - 0,18, H₃SO₄ + - 0,14, H₃O + - 0,09, H₂S₂O₇, - 0,04, HS₂O₇⁻ - 0,05. Змішується з водою і SO₃, у всіх співвідношеннях. У водних розчинах сірчана кислота практично повністю дисоціює на H +. HSO₄ -. і SO₄² -. Утворює гідрати H₂SO₄ · n H₂O, де n = 1, 2, 3, 4 і 6,5.
Олеум Правити
Розчини SO3 в сірчана поліпшена кислоті називаються олеумом. вони утворюють два з'єднання H2 SO4 · SO3 і H2 SO4 · 2SO3. Олеум містить також піросерние кислоти. отримувані по реакції:
Температура кипіння водних розчинів сірчана поліпшена кислоти підвищується з ростом її концентрації і досягає максимуму при вмісті 98,3% H2 SO4.
Властивості водних розчинів сірчаної кислоти та олеуму
Щільність при 20, г / см³
Температура кипіння олеума зі збільшенням вмісту SO3 знижується. При збільшенні концентрації водних розчинів сірчана поліпшена кислоти загальний тиск пари над розчинами знижується і при утриманні 98,3% H2 SO4 досягає мінімуму. Зі збільшенням концентрації SO3. в олеум загальний тиск пари над ним підвищується. Тиск пари над водними розчинами сірчаної кислоти і олеума можна обчислити за рівнянням:
величини коефіцієнтів А і В залежать від концентрації сірчаної кислоти. Пар над водними розчинами сірчаної кислоти складається з суміші парів води, H2 SO4 і SO3. при цьому склад пара відрізняється від складу рідини при всіх концентраціях сірчана поліпшена кислоти, крім відповідної азеотропной суміші.
З підвищенням температури посилюється дисоціація H₂SO₄ ↔ H₂O + SO₃ - Q. рівняння температурної залежності константи рівноваги lnKp = 14,74965 - 6,71464ln (298 / T) - 8,10161 · 10⁴T ² - 9643,04 / T - 9,4577 · 10⁻³T + 2,19062 · 10⁻⁶T ². При нормальному тиску ступінь дисоціації: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К). Щільність 100% -ної сірчана поліпшена кислоти можна визначити за рівнянням: d = 1,8517 - 1,1 · 10⁻³t + 2 · 10⁻⁶t ² г / см³. З підвищенням концентрації розчинів сірчаної кислоти їх теплоємність зменшується і досягає мінімуму для 100% -ної сірчаної кислоти, теплоємність олеума з підвищенням вмісту SO³ збільшується.
При підвищенні концентрації і зниженні температури теплопровідність λ зменшується: λ = 0,518 + 0,0016t - (0,25 + t / 1 293) · З / 100, де С-концентрація сірчаної кислоти, в%. Максімальнаую в'язкість має олеум H₂SO₄ · SO₃, з підвищенням температури η знижується. Електричний опір сірчаної кислоти мінімально при концентрації 30 і 92% H2SO4 і максимально при концентрації 84 і 99,8% H₂SO₄. Для олеума мінімальне ρ при концентрації 10% SO₃. З підвищенням температури ρ сірчаної кислоти збільшується. Діелектрична проникність 100% -ної сірчаної кислоти 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); кріоскопічна постійна 6,12, ебуліоскопічна постійна 5,33; коефіцієнт дифузії пара сірчаної кислоти в повітрі змінюється в залежності від температури; D = 1,67 · 10⁻⁵T 3/2 см² / с.
Хімічні властивості Правити
Сірчана кислота - досить сильний окислювач, особливо при нагріванні; окисляє HI і частково НВr до вільних галогенів. вуглець до CO₂, S - до SO₂, окисляє багато метали (Cu. Hg та ін.). При цьому сірчана кислота відновлюється до SO₂, а найбільш сильними відновниками - до S і H₂S. Концентрована H₂SO₄ частково відновлюється H₂. Через що не може застосовуватися для його сушіння. Розбавлена H₂SO₄ взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряді напруг лівіше водню, з виділенням H₂. Окисні властивості для розведеної H₂SO₄ нехарактерні. Сірчана кислота дає два ряди солей: середні - сульфати і кислі - гидросульфати, а також ефіри. Відомі пероксомоносерная (або кислота Каро) H₂SO₅; і пероксодісерная H₂S₂O₈ кислоти.
застосування Правити
Сірчану кислоту застосовують:
- у виробництві мінеральних добрив;
- як електроліт в свинцевих акумуляторах;
- для отримання різних мінеральних кислот і солей;
- у виробництві хімічних волокон, барвників, димоутворювальною речовин і вибухових речовин;
- в нафтовій, металообробній, текстильної, шкіряної і ін. галузях промисловості;
- в харчовій промисловості - зареєстрована в якості харчової добавки E513 (емульгатор);
- в промисловому органічному синтезі в реакціях:
- дегідратації (отримання діетилового ефіру. складних ефірів);
- гідратації (етанол з етилену);
- сульфирования (синтетичні миючі засоби і проміжні продукти у виробництві барвників);
- алкилирования (отримання изооктана. поліетиленгліколю, капролактаму) і ін.
Найбільший споживач сірчаної кислоти - виробництво мінеральних добрив. На 1 т P₂O₅ фосфорних добрив витрачається 2,2-3,4 т сірчаної кислоти, а на 1 т (NH₄) ₂SO₄ - 0,75 т сірчаної кислоти. Тому сернокислотниє заводи прагнуть будувати в комплексі з заводами з виробництва мінеральних добрив.
Токсична дія Правити
Сірчана кислота і олеум - надзвичайно агресивні речовини, вражають дихальні шляхи, шкіру, слизові оболонки, викликають утруднення дихання, кашель, нерідко - ларингіт. трахеїт. бронхіт і т. д. ГДК аерозолю сірчаної кислоти в повітрі робочої зони 1,0 мг / м³, в атмосферному повітрі 0,3 мг / м³ (максимальна разова) і 0,1 мг / м³ (середньодобова). Вражаюча концентрація парів сірчаної кислоти 0,008 мг / л (експозиція 60 хв), смертельна 0,18 мг / л (60 хв). Клас небезпеки 2. Аерозоль сірчаної кислоти може утворюватися в атмосфері в результаті викидів хімічних і металургійних виробництв, що містять оксиди S, і випадати у вигляді кислотних дощів.
Додаткові відомості Правити
Хмари сірчаної кислоти, імовірно, складають значну частину хмарного покриву Венери.