חומצה סולפטית: נוסחה ותכונות כימיות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

אחת החומצות המינרליות הראשונות שנודעו לאדם היא גופריתית, או סולפט. לא רק היא עצמה, אלא גם רבים מהמלחים שלה שימשו בבנייה, ברפואה, בתעשיית המזון ולמטרות טכניות. עד כה, שום דבר לא השתנה מבחינה זו. מספר מאפיינים שיש לחומצה סולפטית הופכים אותה לפשוטה הכרחית בסינתזות כימיות. בנוסף, המלחים שלו משמשים כמעט בכל מגזרי חיי היומיום והתעשייה. לכן, נשקול בפירוט מה זה ומהן התכונות של המאפיינים המופיעים.

מגוון שמות

בוא נתחיל מזה שלחומר הזה יש הרבה שמות. ביניהם יש כאלה שנוצרו על פי מינוח רציונלי, וכאלה שהתפתחו היסטורית. לכן, חיבור זה מוגדר כ:

• חומצה סולפטית;
• vitriol;
• חומצה גופרתית;
• אולאום.

למרות שהמונח "אולאום" לא ממש מתאים לחומר הזה, מכיוון שהוא תערובת של חומצה גופרתית ותחמוצת גופרית גבוהה יותר -SO_3.

חומצה סולפטית: נוסחה ומבנה מולקולרי

מנקודת מבט של קיצור כימי, ניתן לכתוב את הנוסחה של חומצה זו באופן הבא: H₂SO_{4. ברור שהמולקולה מורכבת משני קטיוני מימן ואניון מהשייר החומצי - יון סולפט, בעל מטען של 2+.}

במקרה זה, הקשרים הבאים פועלים בתוך המולקולה:

• קוטבי קוולנטי בין גופרית לחמצן;
• קוולנטי קוטבי חזק בין שאריות מימן וחומצה SO_4.

גופרית, בעלת 6 אלקטרונים לא מזווגים, יוצרת שני קשרים כפולים עם שני אטומי חמצן. עם עוד כמה - רווקים, ואלה, בתורם, רווקים עם מימנים. כתוצאה מכך, מבנה המולקולה מאפשר לה להיות מספיק חזקה. יחד עם זאת, קטיון המימן הוא נייד מאוד ועוזב בקלות, מכיוון שגופרית וחמצן הם הרבה יותר אלקטרושליליים. על ידי משיכת צפיפות האלקטרונים אל עצמם, הם מספקים למימן מטען חיובי חלקי, שמתמלא כאשר הוא מנותק. כך נוצרות תמיסות חומציות, שבהן יש H+.

אם מדברים על מצבי החמצון של היסודות בתרכובת, אז חומצה סולפטית, שהנוסחה שלה היא H₂SO_{4, מאפשר לך לחשב אותם בקלות: מימן +1, חמצן -2, גופרית +6.}

כמו בכל מולקולה, המטען הכולל הוא אפס.

היסטוריית גילוי

חומצה סולפטית מוכרת לאנשים מאז ימי קדם. אפילו אלכימאים ידעו איך להשיג את זה על ידי סידוד ויטריולים שונים. עםכבר במאה ה-9 אנשים קיבלו את החומר הזה והשתמשו בו. מאוחר יותר באירופה, אלברט מגנוס למד כיצד להפיק חומצה מפירוק ברזל גופרתי.

עם זאת, אף אחת מהשיטות לא הייתה רווחית. אז נודעה הגרסה הקאמרית של סינתזה. לשם כך נשרפו גופרית וחנקה, והאדים המשתחררים נספגו במים. כתוצאה מכך נוצרה חומצה סולפטית.

גם מאוחר יותר הצליחו הבריטים למצוא את השיטה הזולה ביותר להשגת החומר הזה. לשם כך השתמשו בפיריט - FeS_{2, פיריט ברזל. צלייתו והאינטראקציה שלאחר מכן עם חמצן עדיין מהווים את אחת השיטות התעשייתיות החשובות ביותר לסינתזה של חומצה גופרתית. חומרי גלם כאלה הם סבירים יותר, זולים יותר ואיכותיים יותר עבור כמויות ייצור גדולות.}

נכסים פיזיים

ישנם מספר פרמטרים, כולל חיצוניים, המבדילים בין חומצה סולפטית מאחרות. ניתן לתאר את התכונות הפיזיקליות שלו בכמה נקודות:

1. נוזל בתנאים סטנדרטיים.
2. במצבו המרוכז, הוא כבד, שמנוני, שעבורו קיבל את השם "ויטריול".
3. צפיפות החומר - 1.84 גרם/ס"מ3.
4. ללא צבע או ריח.
5. יש לו טעם "נחושת" בולט.
6. מתמוסס טוב מאוד במים, כמעט ללא הגבלה.
7. היגרוסקופי, מסוגל ללכוד מים חופשיים וקשורים מרקמות.
8. לא נדיף.
9. נקודת רתיחה - 296oC.
10. נמס ב-10, 3oC.

אחת התכונות החשובות ביותר של תרכובת זו היא היכולת לחות עם שחרור כמות גדולה של חום. לכן גם מספסל הלימודים מלמדים את הילדים שבשום פנים ואופן לא ניתן להוסיף מים לחומצה, אלא רק להיפך. אחרי הכל, מים קלים יותר בצפיפות, ולכן הם יצטברו על פני השטח. אם הוא מתווסף בפתאומיות לחומצה, אז כתוצאה מתגובת הפירוק, תשתחרר כמות כה גדולה של אנרגיה שהמים ירתחו ויתחילו להתיז יחד עם חלקיקים של חומר מסוכן. הדבר עלול לגרום לכוויות כימיות חמורות בעור הידיים.

לכן יש לשפוך חומצה למים בזרם דק, ואז התערובת תתחמם מאוד, אך לא תתרחש רתיחה, מה שאומר שגם הנוזל יתיז.

מאפיינים כימיים

מנקודת מבט של כימיה, חומצה זו חזקה מאוד, במיוחד אם מדובר בתמיסה מרוכזת. הוא די-בסיסי, ולכן הוא מתנתק בשלבים, עם היווצרות של אניונים הידרוסולפטים וסולפטים.

באופן כללי, האינטראקציה שלו עם תרכובות שונות תואמת את כל התגובות העיקריות האופייניות לסוג זה של חומרים. אנו יכולים לתת דוגמאות למספר משוואות שבהן לוקחת חלק חומצה סולפטית. תכונות כימיות מתבטאות באינטראקציה שלה עם:

• מלחים;
• תחמוצות מתכת והידרוקסידים;
• תחמוצות והידרוקסידים אמפוטריות;
• מתכות העומדות בסדרה של מתחים עד למימן.

Bכתוצאה מאינטראקציות כאלה, כמעט בכל המקרים, נוצרים מלחים בינוניים של חומצה נתונה (סולפטים) או מלחים חומציים (הידרוסולפטים).

תכונה מיוחדת היא גם שמתכות לפי הסכמה הרגילה Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ רק תמיסה של חומר נתון מגיבה, כלומר חומצה מדוללת. אם ניקח מרוכז או רווי מאוד (אולאום), אז תוצרי האינטראקציה יהיו שונים לחלוטין.}

מאפיינים מיוחדים של חומצה גופרתית

אלה כוללים רק את האינטראקציה של תמיסות מרוכזות עם מתכות. אז, יש תוכנית מסוימת שמשקפת את כל העיקרון של תגובות כאלה:

1. אם המתכת פעילה, התוצאה היא היווצרות של מימן גופרתי, מלח ומים. כלומר, גופרית מצטמצמת ל-2.
2. אם המתכת היא בעלת פעילות בינונית, אז התוצאה היא גופרית, מלח ומים. כלומר, הפחתת יון הסולפט לגופרית חופשית.
3. מתכות בעלות תגובתיות נמוכה (אחרי מימן) - דו תחמוצת הגופרית, מלח ומים. גופרית במצב חמצון +4.

כמו כן, התכונות המיוחדות של חומצה סולפטית הן היכולת לחמצן חלק לא-מתכות למצב החמצון הגבוה ביותר שלהן ולהגיב עם תרכובות מורכבות ולחמצן אותן לחומרים פשוטים.

שיטות להשגה בתעשייה

תהליך הסולפט לייצור חומצה גופרתית מורכב משני סוגים עיקריים:

• contact;
• tower.

שתיהן הן הדרכים הנפוצות ביותרהתעשייה בכל מדינות העולם. האפשרות הראשונה מבוססת על שימוש בפיריט ברזל או בפיריט גופרית כחומר גלם - FeS_{2. ישנם שלושה שלבים בסך הכל:}

1. קליית חומרי גלם עם היווצרות דו-תחמוצת הגופרית כתוצר בעירה.
2. העברת גז זה דרך חמצן על פני זרז ונדיום ליצירת אנהידריד גופרתי - SO_3.
3. במגדל הספיגה ממיסים אנהידריד בתמיסה של חומצה סולפטית עם יצירת תמיסה בריכוז גבוה - אולאום. נוזל סמיך שמן מאוד.

האפשרות השנייה כמעט זהה, אבל תחמוצות חנקן משמשות כזרז. מנקודת המבט של פרמטרים כגון איכות המוצר, עלות וצריכת אנרגיה, טוהר חומרי הגלם, פרודוקטיביות, השיטה הראשונה יעילה ומקובלת יותר, ולכן משתמשים בה לעתים קרובות יותר.

סינתזה במעבדה

אם יש צורך להשיג חומצה גופרתית בכמויות קטנות למחקר מעבדה, אזי שיטת האינטראקציה של מימן גופרתי עם סולפטים של מתכות נמוכות פעילות היא המתאימה ביותר.

במקרים אלו מתרחשת היווצרות של סולפידים ממתכת ברזל, וחומצה גופרתית נוצרת כתוצר לוואי. למחקרים קטנים אפשרות זו מתאימה, אך חומצה כזו לא תהיה שונה בטוהר.

גם במעבדה ניתן לבצע תגובה איכותית לתמיסות סולפט. המגיב הנפוץ ביותר הוא בריום כלוריד, שכן היון Ba²⁺, יחד עםאניון סולפט משקע לתוך משקע לבן - חלב בריט: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

המלחים הנפוצים ביותר

חומצה סולפטית והסולפטים שהיא יוצרת הם תרכובות חשובות בתעשיות ובמשקי בית רבים, כולל מזון. המלחים הנפוצים ביותר של חומצה גופרתית הם:

1. גבס (אלבסטר, סלניט). השם הכימי הוא הידרט גבישי סידן סולפט מימי. נוסחה: CaSO_{4. משמש בבנייה, רפואה, עיסת נייר, ייצור תכשיטים.}
2. בריט (שפיץ כבד). בריום גופרתי. בתמיסה, מדובר במשקע חלבי. בצורה מוצקה - קריסטלים שקופים. משמש במכשירים אופטיים, קרני רנטגן, ציפוי מבודד.
3. Mirabilite (מלח גלאובר). השם הכימי הוא סודיום סולפט דקהידרט. נוסחה: Na₂SO₄10H_{2O. משמש ברפואה כחומר משלשל.}

ישנן דוגמאות רבות למלחים בעלות משמעות מעשית. עם זאת, אלה שהוזכרו לעיל הם הנפוצים ביותר.

סולפט ליה

חומר זה הוא תמיסה שנוצרת כתוצאה מטיפול בחום בעץ, כלומר תאית. המטרה העיקרית של תרכובת זו היא להשיג סבון סולפט על בסיסו על ידי שקיעה. ההרכב הכימי של משקה סולפט הוא כדלקמן:

• lignin;
• חומצות הידרוקסיות;
• חד סוכרים;
• phenols;
• resin;
• חומצות נדיפות ושומן;
• סולפידים, כלורידים, קרבונטים וסולפטים של נתרן.

ישנם שני סוגים עיקריים של חומר זה: ליקר סולפט לבן ושחור. הלבן הולך לתעשיית העיסה והנייר, בעוד השחור משמש לייצור סבון סולפט בתעשייה.

יישומים עיקריים

הייצור השנתי של חומצה גופרתית הוא 160 מיליון טון בשנה. זהו נתון משמעותי ביותר, המעיד על חשיבותו ושכיחותו של תרכובת זו. ישנן מספר תעשיות ומקומות שבהם יש צורך בשימוש בחומצה סולפטית:

1. בסוללות כאלקטרוליט, במיוחד בעופרת.
2. במפעלים שבהם מייצרים דשנים סולפטים. עיקר חומצה זו משמש במיוחד לייצור דשנים מינרליים לצמחים. לכן, מפעלים לייצור חומצה גופרתית וייצור דשנים נבנים לרוב זה לצד זה.
3. בתעשיית המזון כמתחלב, מסומן בקוד E513.
4. בסינתזות אורגניות רבות כחומר הסרת מים, זרז. כך מתקבלים חומרי נפץ, שרפים, חומרי ניקוי וחומרי ניקוי, ניילונים, פוליפרופילן ואתילן, צבעים, סיבים כימיים, אסטרים ותרכובות אחרות.
5. משמש במסננים לטיהור מים ולהכנת מים מזוקקים.
6. משמש בהפקה ועיבוד של יסודות נדירים מעפרה.

גם הרבה יעליםחומצה הולכת למחקר במעבדה, שם היא מתקבלת בשיטות מקומיות.