Склад сірчаної кислоти, властивості, номенклатура і застосування

The дисульфонова кислота є однією з багатьох оксокислот сірки, хімічна формула якої є Н₂S₂O₇. У формулі чітко вказано, що існують два атоми сірки, і, як вказує їхня назва, повинні існувати дві молекули Н.₂SO₄ в одному; однак замість восьми є сім оксигенів, тому одна сірка повинна мати три.

Ця кислота є одним з основних компонентів олеуму (або димної сірчаної кислоти), яка стає "щільною" формою сірчаної кислоти. Таке її переважання, що деякі вважають олеум синонімом дисульфурової кислоти; який також відомий за традиційною назвою пірозокислоти.

На зображенні показаний контейнер з олеумом, з концентрацією триоксиду сірки, SO₃, до 20%. Ця речовина характеризується наявністю маслянистої і безбарвної; хоча вона може стати жовтуватою або коричневою залежно від концентрації SO₃ і наявність деяких домішок.

Вищезгадане стосується участі ОЗ₃ у Н₂S₂O₇; молекула Н₂SO₄ реагує з одним з SO₃ для утворення дисульфоновой кислоти. Будучи тоді таким, H₂S₂O₇ він також може бути записаний як H₂SO₄· SO₃.

Індекс

• 1 Структура сірчаної кислоти
• 2 Властивості
  • 2.1 Реакція дегідратації цукрів
• 3 Номенклатура
• 4 Використання
  • 4.1 Зберігають сірчану кислоту
  • 4.2 Синтез 100% сірчаної кислоти
  • 4.3 Сульфонирование
• 5 Посилання

Структура сірчаної кислоти

Вище представлена ​​структура Н₂S₂O₇ в моделі сфер і барів. Відзначимо на перший погляд симетрію молекули: ліва сторона кисневого мосту однакова праворуч. З цієї точки зору структуру можна описати за допомогою формули HO₃SOSO₃H.

На обох кінцях знаходиться кожна гідроксильна група, водень якої за індуктивного ефекту всіх цих атомів кисню збільшує свій позитивний частковий заряд; і, отже, дисульфонова кислота має кислотність навіть сильніше, ніж кислота сірчаної.

Молекула може бути записана як H₂SO₄· SO₃. Однак, це натякає більше на склад олеуму, ніж на структуру молекули.

Однак, якщо молекулу води додають до Н₂S₂O₇, дві молекули Н будуть звільнені₂SO₄:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Баланс може рухатися вліво: до утворення Н₂S₂O₇ від Н₂SO₄ якщо подається тепло. Саме з цієї причини H₂S₂O₇ він також відомий як піросульфатна кислота; оскільки він може бути отриманий після нагрівання сірчаної кислоти.

Також, як згадувалося на початку, H₂S₂O₇ формується прямим поєднанням Н₂SO₄ і SO₃:

SO₃ + H₂SO₄ <=> H₂S₂O₇

Властивості

Властивості сірчаної кислоти не дуже добре визначені, тому що вкрай важко ізолюватися чисто з олеуму.

Слід пам'ятати, що в олеуме можуть бути й інші сполуки, з формулами Н₂SO₄· XSO₃, де в залежності від величини х можуть навіть мати полімерні структури.

Одним із способів візуалізації є уявлення про те, що верхня структура H₂S₂O₇ стає більш витягнутим на більше одиниць SO₃ і кисневі мости.

У майже чистому стані він складається з нестійкого кристалічного твердого речовини (курець), який плавиться при 36ºC. Однак ця точка плавлення може змінюватися в залежності від справжньої композиції.

Дисульфоновая кислота може утворювати відомі як дисульфатні солі (або піросульфати). Наприклад, якщо він реагує з гідроксидом калію, він утворює піросульфат калію, K₂S₂O₇.

Крім того, можна сказати, що вона має молекулярну масу 178 г / моль і два еквівалента кислоти (2 Hions)⁺ які можуть бути нейтралізовані сильним підставою).

Реакція зневоднення цукрів

З цим з'єднанням у вигляді олеуму може бути здійснена цікава реакція: перетворення цукрових кубиків на вуглецеві блоки.

H₂S₂O₇ він реагує з цукрами, що виключають всі його OH-групи у формі води, що сприяє новим зв'язкам між атомами вуглецю; профспілки, які походять з чорного вуглецю.

Номенклатура

Дисульфонова кислота розглядається як ангідрид сірчаної кислоти; тобто, він втрачає молекулу водного продукту конденсації між двома молекулами кислоти. З такою кількістю можливих назв для цієї сполуки, номенклатура IUPAC просто рекомендує, що це сірчана кислота.

Термін "піро" відноситься виключно до того, що утворюється як продукт нанесення тепла. IUPAC не рекомендує цю назву для H₂S₂O₇; але вона до цих пір використовується багатьма хіміками.

Закінчення -ico залишається незмінним, оскільки атом сірки продовжує підтримувати валентність +6. Наприклад, вона може бути обчислена наступною арифметичною операцією:

2H + 2S + 7O = 0

2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0

S = 6

Використання

Зберігає сірчану кислоту

Дисульфоновая кислота, враховуючи її властивість затвердіння як олеуму, здатна розчиняти і зберігати більш безпечно сірчану кислоту. Це пояснюється тим, що SO₃ втечі, створюючи непроникний "туман", який є набагато більш розчинним у Н₂SO₄ ніж у воді. Щоб отримати Н₂SO₄, достатньо було б додати воду в олеум:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Синтез 100% сірчаної кислоти

З попереднього рівняння, H₂SO₄ розбавляють у доданій воді. Наприклад, якщо у вас є водний розчин Н₂SO₄, де SO₃ вона прагне уникнути і являє собою ризик для працівників, при додаванні олеуму до розчину він реагує з водою, утворюючи більше сірчаної кислоти; тобто збільшення концентрації.

Якщо залишилося деякої кількості води, додано більше СО₃, який реагує з Н₂SO₄ для отримання більшої кількості дисульфурової кислоти або олеуму, а потім вона знову гідратується шляхом "сушіння" Н₂SO₄. Процес повторюється достатньо раз для отримання сірчаної кислоти в концентрації 100%.

Аналогічний процес використовується для отримання 100% азотної кислоти. Крім того, він використовується для зневоднення інших хімічних речовин, що використовуються для виробництва вибухових речовин.

Сульфонирование

Використовується для сульфонатних структур, таких як барвники; тобто додати -SO груп₃H, який при втраті свого кислотного протона може бути закріплений на полімерному текстильному волокні.

З іншого боку, кислотність олеуму використовується для досягнення другого нітрування (додавання груп -NO₂) до ароматичних кілець.

Список літератури

1. Shiver & Atkins. (2008). Неорганічна хімія (четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2018). Сірчана кислота. Отримано з: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2019). Пиросульфатная кислота. Отримано з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Сон Кю Кім, Хан Мьон Лі, & Кванг С. Кім. (2015). Дисульфоновая кислота дисоціюється двома молекулами води: розрахунки теорії функціональності і щільності. Chem. Chem., Phys., 2015, 17, 28556
5. Проти Costa Health Services. (s.f.). Олеум / триоксид сірки: хімічний аркуш. [PDF] Отримано з: cchealth.org