Սուլֆատաթթու. բանաձև և քիմիական հատկություններ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 17:49

Առաջին հանքային թթուներից մեկը, որը հայտնի դարձավ մարդուն, ծծմբային կամ սուլֆատն է: Ոչ միայն ինքը, այլև նրա աղերից շատերը օգտագործվել են շինարարության, բժշկության, սննդի արդյունաբերության և տեխնիկական նպատակների համար։ Առայժմ այս առումով ոչինչ չի փոխվել։ Սուլֆատ թթուն օժտված մի շարք հատկանիշներով այն պարզապես անփոխարինելի է դարձնում քիմիական սինթեզներում: Բացի այդ, դրա աղերն օգտագործվում են առօրյա կյանքի և արդյունաբերության գրեթե բոլոր ոլորտներում։ Հետևաբար, մենք մանրամասն կքննարկենք, թե ինչ է դա և որոնք են դրսևորված հատկությունների առանձնահատկությունները:

Անունների բազմազանություն

Սկսենք նրանից, որ այս նյութը բազմաթիվ անուններ ունի։ Դրանց թվում կան այնպիսիք, որոնք ձևավորվել են ըստ ռացիոնալ նոմենկլատուրայի, և նրանք, որոնք պատմականորեն զարգացել են։ Այսպիսով, այս կապը նշանակված է որպես՝

• սուլֆատաթթու;
• վիտրիոլ;
• ծծմբաթթու;
• օլեում.

Չնայած «օլեում» տերմինը այնքան էլ հարմար չէ այս նյութի համար, քանի որ այն ծծմբաթթվի և ավելի բարձր ծծմբի օքսիդի խառնուրդ է. SO_3.

Սուլֆատաթթու. բանաձև և մոլեկուլային կառուցվածք

Քիմիական հապավումների տեսակետից այս թթվի բանաձևը կարելի է գրել հետևյալ կերպ. H₂SO_{4: Ակնհայտ է, որ մոլեկուլը բաղկացած է երկու ջրածնի կատիոնից և թթվային մնացորդի անիոնից՝ սուլֆատ իոնից, որն ունի 2+ լիցք։}

Այս դեպքում մոլեկուլի ներսում գործում են հետևյալ կապերը.

• կովալենտ բևեռային ծծմբի և թթվածնի միջև;
• կովալենտ խիստ բևեռային ջրածնի և թթվային մնացորդի միջև SO_4.

Ծծումբը, ունենալով 6 չզույգված էլեկտրոն, թթվածնի երկու ատոմների հետ առաջացնում է երկու կրկնակի կապ: Եվս մի քանիսը` միայնակ, իսկ նրանք, իրենց հերթին, միայնակ ջրածիններով: Արդյունքում մոլեկուլի կառուցվածքը թույլ է տալիս այն բավականաչափ ամուր լինել։ Միևնույն ժամանակ, ջրածնի կատիոնը շատ շարժուն է և հեշտությամբ հեռանում է, քանի որ ծծումբն ու թթվածինը շատ ավելի էլեկտրաբացասական են։ Էլեկտրոնների խտությունը իրենց վրա քաշելով՝ նրանք ջրածնին տալիս են մասամբ դրական լիցք, որն անջատվելիս դառնում է լրիվ։ Այսպես են առաջանում թթվային լուծույթները, որոնցում կա H+։

Եթե խոսենք միացության տարրերի օքսիդացման վիճակների մասին, ապա սուլֆատաթթուն, որի բանաձևն է H₂SO_{4., հեշտությամբ թույլ է տալիս հաշվարկել դրանք՝ ջրածին +1, թթվածին -2, ծծումբ +6:}

Ինչպես ցանկացած մոլեկուլում, ընդհանուր լիցքը զրո է։

Հայտնաբերման պատմություն

Սուլֆատաթթուն հայտնի է եղել մարդկանց դեռ հնուց։ Նույնիսկ ալքիմիկոսները գիտեին, թե ինչպես դա ստանալ տարբեր վիտրիոլների կալցինացման միջոցով: ՀետԱրդեն 9-րդ դարում մարդիկ ստացել և օգտագործել են այս նյութը։ Ավելի ուշ Եվրոպայում Ալբերտ Մագնուսը սովորեց, թե ինչպես կարելի է թթու հանել երկաթի սուլֆատի տարրալուծումից:

Սակայն մեթոդներից և ոչ մեկը եկամտաբեր չէր: Հետո հայտնի դարձավ, այսպես կոչված, սինթեզի կամերային տարբերակը։ Դրա համար այրվել են ծծումբն ու նիտրատը, իսկ արձակված գոլորշիները ներծծվել են ջրով։ Արդյունքում առաջացել է սուլֆատաթթու։

Նույնիսկ ավելի ուշ բրիտանացիներին հաջողվեց գտնել այս նյութը ստանալու ամենաէժան եղանակը։ Դրա համար օգտագործվել է պիրիտ՝ FeS_{2, երկաթի պիրիտներ: Դրա թրծումը և թթվածնի հետ հետագա փոխազդեցությունը դեռևս հանդիսանում է ծծմբաթթվի սինթեզի ամենակարևոր արդյունաբերական մեթոդներից մեկը: Նման հումքն ավելի մատչելի է, ավելի էժան և որակյալ արտադրության մեծ ծավալների համար։}

Ֆիզիկական հատկություններ

Կան մի քանի պարամետրեր, այդ թվում՝ արտաքին, որոնք տարբերում են սուլֆատաթթուն մյուսներից։ Դրա ֆիզիկական հատկությունները կարելի է նկարագրել մի քանի կետերով.

1. Հեղուկ ստանդարտ պայմաններում։
2. Խտացված վիճակում ծանր է, յուղոտ, որի համար ստացել է «վիտրիոլ» անվանումը։
3. Նյութի խտություն - 1,84 գ/սմ3.
4. Ոչ գույն կամ հոտ:
5. Ունի ընդգծված «պղնձի» համ։
6. Շատ լավ լուծվում է ջրի մեջ, գրեթե անսահմանափակ:
7. Հիգրոսկոպիկ, որն ունակ է հյուսվածքներից ազատ և կապակցված ջուրը թակարդել:
8. Ոչ անկայուն։
9. Եռման կետ - 296oC.
10. Հալում 10, 3oC.

Այս միացության ամենակարևոր առանձնահատկություններից մեկը մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ խոնավանալու ունակությունն է: Այդ իսկ պատճառով, նույնիսկ դպրոցի նստարանից երեխաներին սովորեցնում են, որ ոչ մի կերպ հնարավոր չէ ջուր ավելացնել թթվին, այլ միայն հակառակը։ Ի վերջո, ջուրը խտությամբ ավելի թեթեւ է, ուստի այն կկուտակվի մակերեսի վրա: Եթե այն կտրուկ ավելացվի թթվին, ապա տարրալուծման ռեակցիայի արդյունքում այնպիսի մեծ քանակությամբ էներգիա կթողարկվի, որ ջուրը կեռա և կսկսի շաղ տալ վտանգավոր նյութի մասնիկների հետ միասին։ Սա կարող է ձեռքերի մաշկի ծանր քիմիական այրվածքներ առաջացնել:

Հետևաբար թթուն բարակ հոսքով պետք է լցնել ջրի մեջ, այնուհետև խառնուրդը շատ տաքանա, բայց եռալ չի առաջանա, ինչը նշանակում է, որ հեղուկը նույնպես կցողվի։

Քիմիական հատկություններ

Քիմիայի տեսակետից այս թթուն շատ ուժեղ է, հատկապես եթե այն խտացված լուծույթ է։ Այն երկհիմն է, հետևաբար տարանջատվում է աստիճաններով՝ առաջացնելով հիդրոսուլֆատ և սուլֆատ անիոններ։

Ընդհանուր առմամբ, նրա փոխազդեցությունը տարբեր միացությունների հետ համապատասխանում է այս դասի նյութերին բնորոշ բոլոր հիմնական ռեակցիաներին։ Մենք կարող ենք բերել մի քանի հավասարումների օրինակներ, որոնցում մասնակցում է սուլֆատաթթուն: Քիմիական հատկությունները դրսևորվում են դրա փոխազդեցության մեջ՝

• աղեր;
• մետաղների օքսիդներ և հիդրօքսիդներ;
• ամֆոտերային օքսիդներ և հիդրօքսիդներ;
• մետաղներ, որոնք կանգնած են մինչև ջրածնի մի շարք լարումների մեջ:

BՆման փոխազդեցությունների արդյունքում գրեթե բոլոր դեպքերում առաջանում են տվյալ թթվի միջին աղեր (սուլֆատներ) կամ թթվային աղեր (հիդրոսուլֆատներ):

Հատուկ առանձնահատկությունն այն է նաև, որ մետաղների դեպքում սովորական սխեմայի համաձայն Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ արձագանքում է միայն տվյալ նյութի լուծույթը, այսինքն՝ նոսր թթուն: Եթե վերցնենք խտացված կամ խիստ հագեցած (օլեում), ապա փոխազդեցության արտադրանքները բոլորովին այլ կլինեն։}

Ծծմբաթթվի հատուկ հատկություններ

Դրանք ներառում են միայն խտացված լուծույթների փոխազդեցությունը մետաղների հետ: Այսպիսով, կա որոշակի սխեմա, որն արտացոլում է նման ռեակցիաների ամբողջ սկզբունքը.

1. Եթե մետաղը ակտիվ է, արդյունքը ջրածնի սուլֆիդի, աղի և ջրի առաջացումն է։ Այսինքն՝ ծծումբը կրճատվում է մինչև -2։
2. Եթե մետաղը միջին ակտիվության է, ապա ստացվում է ծծումբ, աղ և ջուր։ Այսինքն՝ սուլֆատի իոնի վերածումը ազատ ծծմբի։
3. Ցածր ռեակտիվության մետաղներ (ջրածնից հետո)՝ ծծմբի երկօքսիդ, աղ և ջուր։ Ծծումբը օքսիդացման վիճակում +4.

Նաև, սուլֆատաթթվի հատուկ հատկությունները որոշ ոչ մետաղներ օքսիդացնելու կարողությունն են մինչև դրանց ամենաբարձր օքսիդացման աստիճանը և փոխազդելու բարդ միացությունների հետ և օքսիդացնելու դրանք պարզ նյութերի:

Արդյունաբերության մեջ ձեռք բերելու մեթոդներ

Ծծմբաթթվի արտադրության սուլֆատի գործընթացը բաղկացած է երկու հիմնական տեսակից.

• կոնտակտ;
• աշտարակ.

Երկուսն էլ ամենատարածված ուղիներն ենարդյունաբերություն աշխարհի բոլոր երկրներում։ Առաջին տարբերակը հիմնված է որպես հումք երկաթի պիրիտի կամ ծծմբի պիրիտի օգտագործման վրա՝ FeS_{2: Ընդհանուր առմամբ կա երեք փուլ՝}

1. Հումքի թրծում ծծմբի երկօքսիդի առաջացմամբ՝ որպես այրման արտադրանք։
2. Այս գազը թթվածնի միջով անցնելը վանադիումի կատալիզատորի վրայով ծծմբային անհիդրիդ առաջացնելու համար - SO_3.
3. Կլանման աշտարակում անհիդրիդը լուծվում է սուլֆատաթթվի լուծույթում՝ առաջացնելով բարձր խտության լուծույթ՝ օլեում։ Շատ ծանր յուղոտ հաստ հեղուկ։

Երկրորդ տարբերակը գործնականում նույնն է, բայց որպես կատալիզատոր օգտագործվում են ազոտի օքսիդները: Այնպիսի պարամետրերի տեսանկյունից, ինչպիսիք են արտադրանքի որակը, ինքնարժեքը և էներգիայի սպառումը, հումքի մաքրությունը, արտադրողականությունը, առաջին մեթոդն ավելի արդյունավետ և ընդունելի է, ուստի այն ավելի հաճախ է կիրառվում։

Լաբորատոր սինթեզ

Եթե անհրաժեշտ է լաբորատոր հետազոտությունների համար ստանալ փոքր քանակությամբ ծծմբաթթու, ապա լավագույնս համապատասխանում է ջրածնի սուլֆիդի փոխազդեցության մեթոդը ցածր ակտիվ մետաղների սուլֆատների հետ:

Այս դեպքերում տեղի է ունենում սեւ մետաղների սուլֆիդների առաջացում, և որպես կողմնակի արտադրանք առաջանում է ծծմբաթթու: Փոքր ուսումնասիրությունների համար այս տարբերակը հարմար է, բայց նման թթուն մաքրությամբ չի տարբերվի։

Նաև լաբորատորիայում կարելի է որակական ռեակցիա անցկացնել սուլֆատային լուծույթներին: Ամենատարածված ռեագենտը բարիումի քլորիդն է, քանի որ Ba²⁺ իոնը հետ միասին.սուլֆատ անիոն նստում է սպիտակ նստվածքի մեջ՝ բարիտ կաթ՝ H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Ամենատարածված աղերը

Սուլֆատաթթուն և դրա ձևավորված սուլֆատները կարևոր միացություններ են բազմաթիվ ոլորտներում և տնային տնտեսություններում, ներառյալ սննդամթերքը: Ծծմբաթթվի ամենատարածված աղերն են՝

1. Գիպս (ալաբաստեր, սելենիտ). Քիմիական անվանումը ջրային կալցիումի սուլֆատի բյուրեղային հիդրատ է: Բանաձև՝ CaSO_{4: Օգտագործվում է շինարարության, բժշկության, ցելյուլոզայի և թղթի, ոսկերչության մեջ։}
2. Բարիտ (ծանր սպար): բարիումի սուլֆատ: Լուծման մեջ այն կաթնագույն նստվածք է։ Պինդ վիճակում՝ թափանցիկ բյուրեղներ։ Օգտագործվում է օպտիկական գործիքների, ռենտգենյան ճառագայթների, մեկուսիչ ծածկույթի մեջ։
3. Mirabilite (Գլաուբերի աղ). Քիմիական անվանումը նատրիումի սուլֆատ դեկահիդրատ է: Բանաձև՝ Na₂SO₄10H_{2O: Բժշկության մեջ օգտագործվում է որպես լուծողական։}

Կան աղերի բազմաթիվ օրինակներ, որոնք ունեն գործնական նշանակություն։ Այնուամենայնիվ, վերը նշվածները ամենատարածվածն են:

սուլֆատային լուծ

Այս նյութը լուծույթ է, որն առաջանում է փայտի, այսինքն՝ ցելյուլոզայի ջերմային մշակման արդյունքում։ Այս միացության հիմնական նպատակը սուլֆատային օճառ ստանալն է դրա հիմքի վրա նստվածքով։ Սուլֆատ լիկյորի քիմիական բաղադրությունը հետևյալն է՝.

• lignin;
• հիդրօքսի թթուներ;
• մոնոսաքարիդներ;
• ֆենոլներ;
• խեժ;
• ցնդող և ճարպաթթուներ;
• սուլֆիդներ, քլորիդներ, կարբոնատներ և նատրիումի սուլֆատներ:

Այս նյութի երկու հիմնական տեսակ կա՝ սպիտակ և սև սուլֆատային լիկյոր: Սպիտակը գնում է ցելյուլոզայի և թղթի արդյունաբերություն, մինչդեռ սևն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ սուլֆատային օճառ պատրաստելու համար:

Հիմնական հավելվածներ

Ծծմբաթթվի տարեկան արտադրությունը կազմում է տարեկան 160 մլն տոննա։ Սա շատ նշանակալից ցուցանիշ է, որը ցույց է տալիս այս միացության կարևորությունն ու տարածվածությունը։ Կան մի քանի արդյունաբերություններ և վայրեր, որտեղ անհրաժեշտ է սուլֆատաթթվի օգտագործումը.

1. Մարտկոցներում որպես էլեկտրոլիտ, հատկապես կապարի մեջ:
2. Գործարաններում, որտեղ արտադրվում են սուլֆատ պարարտանյութեր. Այս թթվի հիմնական մասը օգտագործվում է հատուկ բույսերի համար հանքային պարարտանյութերի արտադրության համար: Հետևաբար, ծծմբաթթվի արտադրության և պարարտանյութերի արտադրության գործարաններն ամենից հաճախ կառուցվում են կողք կողքի։
3. Սննդի արդյունաբերության մեջ որպես էմուլգատոր, նշված է E513 ծածկագրով:
4. Բազմաթիվ օրգանական սինթեզներում որպես ջրազրկող, կատալիզատոր: Այսպես են ստացվում պայթուցիկ նյութեր, խեժեր, մաքրող և լվացող միջոցներ, նեյլոններ, պոլիպրոպիլեն և էթիլեն, ներկանյութեր, քիմիական մանրաթելեր, եթերներ և այլ միացություններ։
5. Օգտագործվում է զտիչներում՝ ջուրը մաքրելու և թորած ջուր պատրաստելու համար:
6. Օգտագործվում է հանքաքարից հազվագյուտ տարրերի արդյունահանման և մշակման մեջ։

Նաև շատ եղնուղտթթուն գնում է լաբորատոր հետազոտությունների, որտեղ այն ստանում են տեղական մեթոդներով։