Kénsav | |||
---|---|---|---|
| |||
Tábornok | |||
Szisztematikus név |
Kénsav | ||
Hagyományos nevek | Kénsav, vitriol, óleum | ||
Chem. képlet | H2SO4 _ _ _ | ||
Patkány. képlet | H2SO4 _ _ _ | ||
Fizikai tulajdonságok | |||
Állapot | Folyékony | ||
Moláris tömeg | 98,078 ± 0,006 g/ mol | ||
Sűrűség | 1,8356 g/cm³ | ||
Dinamikus viszkozitás | 21 mPa s [2] | ||
Termikus tulajdonságok | |||
Hőfok | |||
• olvadás | +10,38°C | ||
• forralás | +337°C | ||
• bomlás | +450°C | ||
Fajlagos olvadási hő | 10,73 J/kg | ||
Gőznyomás | 0,001 ± 0,001 Hgmm [3] | ||
Kémiai tulajdonságok | |||
Sav disszociációs állandó | -3 | ||
Oldhatóság | |||
• vízben | Oldódó | ||
Optikai tulajdonságok | |||
Törésmutató | 1.397 | ||
Szerkezet | |||
Dipólmomentum | 2,72 D | ||
Osztályozás | |||
Reg. CAS szám | 7664-93-9 | ||
PubChem | 1118 | ||
Reg. EINECS szám | 231-639-5 | ||
MOSOLYOK | OS(O)(=O)=O | ||
InChI | InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N | ||
Codex Alimentarius | E513 | ||
RTECS | WS5600000 | ||
CHEBI | 26836 | ||
ENSZ szám | 1830 | ||
ChemSpider | 1086 | ||
Biztonság | |||
Korlátozza a koncentrációt | 1 mg/m3 | ||
LD 50 | 100 mg/kg | ||
Toxicitás | 2. veszélyességi osztály [1] , általános mérgező hatás. | ||
Rövid karakter. veszély (H) | H290 , H314 | ||
elővigyázatossági intézkedések. (P) | P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311 | ||
jelző szó | veszélyes | ||
GHS piktogramok | |||
NFPA 704 |
0
3
2WOX_ _ |
||
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |||
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A kénsav ( kémiai képlete - H 2 S O 4 ) egy erős szervetlen sav , amely megfelel a kén legmagasabb oxidációs állapotának (+6).
Normál körülmények között a koncentrált kénsav nehéz olajos folyadék , színtelen és szagtalan , erősen savas "réz" ízű. A technológiában a kénsavat vízzel és kénsav-anhidriddel SO 3 alkotott keverékeinek nevezik . Ha a SO 3 : H 2 O mólarány < 1, akkor ez a kénsav vizes oldata, ha > 1 - SO 3 kénsavban készült oldata ( óleum ). Nagy dózisban mérgező [4] és rendkívül erős maró hatású.
A XVIII-XIX. században kén- piritből (pirit) állították elő a lőporhoz való ként a vitriolgyárakban. A kénsavat akkoriban vitriololajnak nevezték [5] [6] , nyilvánvalóan innen ered a sói (vagy inkább kristályos hidrátjai) neve is: vitriol .
A kénsav az ókor óta ismert, a természetben szabad formában fordul elő, például tavak formájában a vulkánok közelében. A timsó vagy vas-szulfát „zöld kő” égetésével nyert savas gázok talán első említése Jabir ibn Hayyan arab alkimistának tulajdonított írásokban található .
A 9. században Ar-Razi perzsa alkimista vas és réz-szulfát (FeSO 4 • 7H 2 O és CuSO 4 • 5H 2 O) keverékét kalcinálva kénsav oldatot is kapott. Ezt a módszert Albert Magnus európai alkimista tökéletesítette , aki a 13. században élt.
A kénsav vas-szulfátból történő előállításának sémája - vas(II)-szulfát hőbontása, majd a keverék hűtése [7]
Valentine alkimista (XIII. század) írásai egy kénsav előállításának módszerét írják le a kén és nitrát por keverékének vízzel való elégetése során felszabaduló gáz (kén-anhidrid) elnyelésével . Ezt követően ez a módszer képezte az alapját az ún. "kamrás" módszer, amelyet kis kamrákban hajtanak végre, amelyeket ólommal béleltek, amely nem oldódik kénsavban. A Szovjetunióban ez a módszer 1955-ig létezett.
A 15. század alkimistái is ismertek egy módszert a kénsav piritből történő előállítására - a kénpirit, a kénnél olcsóbb és gyakoribb nyersanyag. A kénsavat 300 éven keresztül, kis mennyiségben üvegretortában állították elő így . Később a katalízis fejlődése miatt ez a módszer felváltotta a kénsav szintézisének kamrás módszerét. Jelenleg a kénsavat a (IV) kén-oxid katalitikus oxidációjával (V 2 O 5 ) állítják elő kén-oxiddá (VI), majd ezt követően a (VI) kén-oxidot 70%-os kénsavban oldják óleumot képezve.
Oroszországban először 1805-ben szervezték meg a kénsav előállítását Moszkva közelében, a Zvenigorod kerületben. 1913-ban Oroszország a 13. helyet foglalta el a világon a kénsav előállításában. [nyolc]
A kénsav egy nagyon erős kétbázisú sav, 18 o C- on pKa (1) \u003d -2,8, pKa ( 2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10 -2 ); kötéshosszak a molekulában S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, szög HOSOH 104°, OSO 119°; felforr, azeotróp elegyet képezve (98,3% H 2 SO 4 és 1,7% H 2 O , forráspontja 338,8 ° C). Vízzel és SO 3 -mal minden arányban elegyíthető. Vizes oldatokban a kénsav szinte teljesen disszociál H 3 O + -ra , HSO 3 + -ra és 2НSO₄ - . H 2 SO 4 n H 2 O hidrátokat képez , ahol n = 1, 2, 3, 4 és 6,5.
H2SO4 _ _ _ | HSO 4 - | H3SO4 + _ _ _ | H3O + _ _ | HS 2 O 7⁻ _ | H2S2O7 _ _ _ _ _ | |
vegyület, % | 99,5 | 0.18 | 0.14 | 0,09 | 0,05 | 0,04 |
A kénsav SO 3 kénsavban készült oldatait óleumnak nevezzük, két vegyületet képeznek: H 2 SO 4 SO 3 és H 2 SO 4 2SO 3 .
Az óleum pirokénsavat is tartalmaz , amely a következő reakciók során keletkezik:
SzulfitA kénsav vizes oldatainak forráspontja koncentrációjának növekedésével növekszik, és 98,3% H 2 SO 4 tartalomnál éri el a maximumot .
Tartalom tömegszázalék | Sűrűség 20 °C-on, g/ cm3 | Olvadáspont , °C | Forráspont , °C | |
---|---|---|---|---|
H2SO4 _ _ _ | SO 3 (ingyenes) | |||
tíz | - | 1,0661 | −5.5 | 102,0 |
húsz | - | 1.1394 | −19,0 | 104.4 |
40 | - | 1.3028 | −65.2 | 113.9 |
60 | - | 1,4983 | −25.8 | 141,8 |
80 | - | 1,7272 | −3.0 | 210.2 |
98 | - | 1,8365 | 0.1 | 332.4 |
100 | - | 1,8305 | 10.4 | 296.2 |
104.5 | húsz | 1,8968 | −11.0 | 166,6 |
109 | 40 | 1,9611 | 33.3 | 100,6 |
113.5 | 60 | 2.0012 | 7.1 | 69.8 |
118,0 | 80 | 1,9947 | 16.9 | 55,0 |
122,5 | 100 | 1,9203 | 16.8 | 44.7 |
Az óleum forráspontja a SO 3 - tartalom növekedésével csökken . A kénsav vizes oldatainak koncentrációjának növekedésével az oldatok teljes gőznyomása csökken, és 98,3% H 2 SO 4 tartalomnál eléri a minimumot. Az óleum SO 3 koncentrációjának növekedésével a felette lévő teljes gőznyomás nő. A kénsav és óleum vizes oldatai feletti gőznyomás a következő egyenlettel számítható ki:
az A és B együtthatók értéke a kénsav koncentrációjától függ. A kénsav vizes oldatai feletti gőz vízgőz, H 2 SO 4 és SO 3 keverékéből áll , míg a gőz összetétele a kénsav minden koncentrációjában eltér a folyadék összetételétől, kivéve a megfelelő azeotróp keveréket.
A hőmérséklet növekedésével a disszociáció fokozódik:
Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggésének egyenlete :
Normál nyomáson a disszociáció mértéke: 10 −5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).
A 100%-os kénsav sűrűsége a következő egyenletből határozható meg:
A kénsavoldatok koncentrációjának növekedésével hőkapacitásuk csökken, és eléri a 100%-os kénsav minimumát, az óleum hőkapacitása a SO 3 tartalom növekedésével nő .
A koncentráció növekedésével és a hőmérséklet csökkenésével a hővezető képesség λ csökken:
ahol C a kénsav koncentrációja, százalékban.
A H 2 SO 4 · SO 3 óleum viszkozitása a legnagyobb , a hőmérséklet emelkedésével η csökken. Az óleum esetében a minimális ρ 10% SO 3 koncentrációnál van . A hőmérséklet emelkedésével a kénsav ρ értéke nő. 100%-os kénsav dielektromos állandója 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krioszkópos állandó 6,12, ebulioszkópiai állandó 5,33; a levegőben lévő kénsavgőz diffúziós együtthatója a hőmérséklet függvényében változik; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.
ω, % | 5 | tíz | húsz | harminc | 40 | ötven | 60 | 70 | 80 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ρ H2SO4 , g /ml | 1.03 | 1.064 | 1,1365 | 1.215 | 1.2991 | 1,3911 | 1.494 | 1,6059 | 1,7221 | 1,7732 | 1,7818 | 1,7897 | 1,7968 | 1,8033 | 1,8091 | 1,8142 | 1,8188 | 1,8227 | 1.826 | 1,8286 | 1,8305 | 1,8314 | 1.831 | 1,8292 | 1,8255 |
A kénsav koncentrált formában hevítve meglehetősen erős oxidálószer.
1. A HI -t és részben a HBr -t szabad halogénné oxidálja :
ΔH° = –561,9 kJ/mol (exoterm) [10] ΔG° = –305,4 kJ/mol (exergonikus) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endoterm) [11] ΔS° = -14,95 J/mol (exoentropikus) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergonikus) [11]Szénből CO 2 , kénből SO 2 . _ _
2. Sok fémet oxidál (kivétel: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). Ebben az esetben a tömény kénsavat kén-dioxiddá redukálják , például [12] :
3. Hidegben tömény kénsavban a Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba passziválódik, és a reakciók nem mennek végbe.
A legerősebb redukálószerek a koncentrált kénsavat kénné és kénhidrogénné redukálják . A tömény kénsav elnyeli a vízgőzt, ezért gázok, folyadékok és szilárd anyagok szárítására használják, például exszikkátorokban . A tömény H 2 SO 4 azonban a hidrogén hatására részben redukálódik, ezért szárítására nem használható. A szerves vegyületekből a víz leválasztása és a fekete szén (szén) távozása a tömény kénsavból fa, cukor és egyéb anyagok elszenesedéséhez vezet [12] .
4. A hígított H 2 SO 4 felszabadulásával kölcsönhatásba lép a hidrogéntől balra lévő elektrokémiai feszültségsorokban található összes fémmel , például [12] :
5. A híg H 2 SO 4 oxidációs tulajdonságai nem jellemzőek. A kénsav két sósorozatot képez: közepes - szulfátok és savas - hidroszulfátok , valamint észterek. A peroxomokénsav (vagy Caro-sav ) H 2 SO 5 és peroxo-kénsav H 2 S 2 O 8 ismert.
6. A kénsav reakcióba lép bázikus oxidokkal, fém-szulfátot és vizet képezve:
7. Fémfeldolgozó üzemekben kénsavas oldattal távolítják el a fémoxid réteget a gyártási folyamat során erős melegítésnek kitett fémtermékek felületéről. Tehát a vas-oxidot fűtött kénsavoldat hatására távolítják el a vaslemez felületéről:
8. A tömény H 2 SO 4 egyes szerves anyagokat más szénvegyületekké alakít át:
9. A kénsavra és oldható sóira adott kvalitatív reakció az oldható báriumsókkal való kölcsönhatása , amelyben fehér bárium-szulfát csapadék képződik , amely vízben és savakban oldhatatlan, például [13] :
Az iparban a kénsavat úgy állítják elő, hogy a kén-dioxidot ( elemi kén , kén-pirit vagy hidrogén-szulfid tartalmú gázok égetése során képződő kénes gáz hidrogénező üzemekből és savas hulladékeltávolító rendszerekből) trioxiddá (kénsavanhidriddé) oxidálják . szilárd vanádium katalizátor négy lépésben (ez a reakció exoterm, ezért az első réteg után közbenső hűtést alkalmaznak csőkötegekkel, amelyeken keresztül levegőt vezetnek be, majd a következő két lépés után - egy nagy átmérőjű gyűrűs cső segítségével, amelyen keresztül a levegő betáplálva van, amely fölött terelő van elhelyezve A levegőt fúvók fújják, a forró levegő egy része a kazánok égőibe kerül, amelyekben hidrogén-szulfid tartalmú gázokat égetnek el), majd lehűlés és SO 3 kölcsönhatás következik be. vízzel. Az ezzel a módszerrel kapott kénsavat "kontaktusnak" is nevezik (koncentráció 92-94%).
Korábban a kénsavat kizárólag salétromos módszerrel nyerték speciális tornyokban, és a savat "toronynak" nevezték (75%-os koncentráció). Ennek a módszernek a lényege a kén - dioxid nitrogén-dioxiddal történő oxidációja víz jelenlétében. Ily módon történt a reakció London levegőjében a Nagy Szmog idején .
A laboratóriumban a kénsavat úgy állítják elő, hogy hidrogén-szulfidot , elemi ként és kén-dioxidot klóros vagy brómos vízzel vagy hidrogén-peroxiddal reagáltatnak :
Előállítható úgy is, hogy kén-dioxidot oxigénnel és vízzel + 70°C-on, nyomás alatt réz(II)-szulfát jelenlétében reagáltatnak :
A kénsavat használják:
A világ kénsavtermelése mintegy 200 millió tonna évente [14] . A kénsav legnagyobb fogyasztója az ásványi műtrágyák gyártása. A P 2 O 5 foszfát műtrágyáknál 2,2-3,4-szer több kénsavat fogyasztanak el tömeg szerint, az (NH 4 ) 2 SO 4 kénsavnál pedig az elfogyasztott (NH 4 ) 2 SO 4 tömegének 75%-át . Ezért a kénsav üzemeket általában az ásványi műtrágyákat előállító üzemekkel együtt építik.
A kénsav és az óleum nagyon maró anyagok, amelyek a test minden szövetére hatással vannak. Ezen anyagok gőzeinek belélegzése esetén légzési nehézséget , köhögést , gyakran - gégegyulladást , légcsőgyulladást , hörghurutot stb .
A kénsavgőz legnagyobb megengedett koncentrációja (MAC) a munkaterület levegőjében 1 mg/m 3 , a légköri levegőben 0,3 mg/m 3 (maximum egyszeri) és 0,1 mg/m 3 (napi átlag) . A kénsavgőz károsító koncentrációja 0,008 mg/l (60 perc expozíció ), halálos 0,18 mg/l (60 perc).
A kénsav mérgező anyag. A GOST 12.1.007-76 szerint a kénsav a szervezetre gyakorolt hatások szempontjából mérgező, rendkívül veszélyes anyag [16] , 2. veszélyességi osztály .
Kénsav aeroszol keletkezhet a légkörben a vegyipar és a kohászati ipar kénoxidokat tartalmazó kibocsátása következtében, és savas esőként hullhat ki .
Oroszországban a 45%-os vagy annál nagyobb koncentrációjú kénsav keringése jogilag korlátozott [17] .
A legkisebb kénsavcseppek a középső és felső légkörben képződhetnek a vízgőz és a nagy mennyiségű ként tartalmazó vulkáni hamu reakciója következtében. A kénsavfelhők magas albedója miatt létrejövő szuszpenzió megnehezíti a napfény eljutását a bolygó felszínére. Ezért (és a felső légkörben található nagyszámú apró vulkáni hamu részecskének köszönhetően, amelyek szintén megnehezítik a napfénynek a bolygóra jutását) a különösen erős vulkánkitörések után jelentős klímaváltozások következhetnek be. Például a Ksudach vulkán ( Kamcsatka-félsziget , 1907) kitörése következtében körülbelül 2 évig fennmaradt a megnövekedett porkoncentráció a légkörben, és még Párizsban is megfigyeltek jellegzetes ezüst kénsavfelhőket [18] . A Pinatubo vulkán 1991-es robbanása, amely 3⋅10 7 tonna ként juttatott a légkörbe, oda vezetett, hogy 1992 és 1993 sokkal hidegebb volt, mint 1991 és 1994 [19] .
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|