Struktura, właściwości, nazewnictwo i zastosowania kwasu siarkowego

The kwas disiarkowy jest jednym z wielu kwasów okso siarki, którego wzór chemiczny to H₂S₂O₇. Wzór formułuje wyraźnie, że istnieją dwa atomy siarki i jak ich nazwa wskazuje, muszą być dwie cząsteczki H.₂TAK₄ w jednym; istnieje jednak siedem tlenu zamiast ośmiu, więc jedna siarka musi mieć trzy.

Ten kwas jest jednym z głównych składników oleum (lub dymiącego kwasu siarkowego), który staje się „gęstą” postacią kwasu siarkowego. Taka jest jego przewaga, że ​​niektórzy uważają oleum za synonim kwasu disiarkowego; znany również pod tradycyjną nazwą kwasu pirosiarkowego.

Zdjęcie przedstawia pojemnik z oleum, o stężeniu trójtlenku siarki, SO₃, do 20%. Substancja ta charakteryzuje się oleistością i bezbarwnością; chociaż może przybrać żółtawy lub brązowy kolor w zależności od stężenia SO₃ i obecność pewnych zanieczyszczeń.

Powyższe dotyczy udziału SO₃ w H₂S₂O₇; to znaczy cząsteczka H₂TAK₄ reaguje jednym z SO₃ z wytworzeniem kwasu disiarczkowego. Będąc wtedy takim, H₂S₂O₇ może być również zapisane jako H₂TAK₄· TAK₃.

Indeks

• 1 Struktura kwasu disiarkowego
• 2 Właściwości
  • 2.1 Reakcja odwodnienia cukrów
• 3 Nazewnictwo
• 4 zastosowania
  • 4.1 Przechowuje kwas siarkowy
  • 4.2 Synteza 100% kwasu siarkowego
  • 4.3 Sulfonowanie
• 5 referencji

Struktura kwasu disiarczkowego

Powyżej masz strukturę H₂S₂O₇ w modelu kulek i słupków. Zauważ na pierwszy rzut oka symetrię cząsteczki: lewa strona mostka tlenowego jest identyczna po prawej stronie. Z tej perspektywy strukturę można opisać wzorem HO₃SOSO₃H.

Na obu końcach znajduje się każda grupa hydroksylowa, której wodór, poprzez efekt indukcyjny wszystkich tych atomów tlenu, zwiększa jej dodatni ładunek cząstkowy; i w konsekwencji kwas disiarczkowy ma kwasowość nawet silniejszą niż kwas siarkowy.

Cząsteczka może być zapisana jako H₂TAK₄· TAK₃. Jednak to nawiązuje bardziej do składu oleum niż do struktury cząsteczki.

Jeśli jednak do H zostanie dodana cząsteczka wody₂S₂O₇, dwie cząsteczki H zostaną uwolnione₂TAK₄:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂TAK₄

Równowaga może przesuwać się w lewo: do formowania H₂S₂O₇ z H₂TAK₄ jeśli dostarczane jest ciepło. Z tego powodu H₂S₂O₇ znany jest również jako kwas pirosiarkowy; ponieważ można go wytworzyć po podgrzaniu kwasu siarkowego.

Ponadto, jak wspomniano na początku, H₂S₂O₇ powstaje przez bezpośrednie połączenie H₂TAK₄ i TAK₃:

TAK₃ + H₂TAK₄ <=> H₂S₂O₇

Właściwości

Właściwości kwasu siarkowego nie są dobrze zdefiniowane, ponieważ niezwykle trudno jest wyizolować się wyłącznie z oleum.

Należy pamiętać, że w oleum mogą występować inne związki o wzorach H₂TAK₄· XSO₃, gdzie w zależności od wartości x może nawet mieć struktury polimerowe.

Jednym ze sposobów wizualizacji jest wyobrażenie sobie, że górna struktura H₂S₂O₇ staje się bardziej wydłużony przez więcej jednostek SO₃ i mosty tlenowe.

W stanie prawie czystym składa się z niestabilnej krystalicznej substancji stałej (palacza), która topi się w temperaturze 36 ° C. Jednak ta temperatura topnienia może się różnić w zależności od prawdziwej kompozycji.

Kwas disiarkowy może tworzyć tak zwane sole disiarczanowe (lub pirosiarczany). Na przykład, jeśli reaguje z wodorotlenkiem potasu, tworzy pirosiarczan potasu, K₂S₂O₇.

Ponadto można powiedzieć, że ma masę cząsteczkową 178 g / mol i dwa równoważniki kwasowe (2 hiony)⁺ które można zneutralizować mocną bazą).

Reakcja odwodnienia cukrów

Z tego związku w postaci oleum można przeprowadzić ciekawą reakcję: przekształcenie kostek cukru w ​​bloki węglowe.

H₂S₂O₇ reaguje z cukrami eliminującymi wszystkie grupy OH w postaci wody, co sprzyja nowym połączeniom między atomami węgla; związki, które kończą powstanie czarnego węgla.

Nomenklatura

Kwas disiarkowy jest uważany za bezwodnik kwasu siarkowego; to znaczy, traci cząsteczkę produktu wodnego kondensacji między dwiema cząsteczkami kwasu. Przy tak wielu możliwych nazwach tego związku, nomenklatura IUPAC po prostu zaleca kwas disiarkowy.

Termin „pyro” odnosi się wyłącznie do tego, który powstaje jako produkt stosowania ciepła. IUPAC nie zaleca tej nazwy dla H₂S₂O₇; ale nadal jest używany przez wielu chemików.

Koniec -ico pozostaje niezmieniony, ponieważ atom siarki nadal utrzymuje wartościowość +6. Na przykład można go obliczyć za pomocą następującej operacji arytmetycznej:

2H + 2S + 7O = 0

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

S = 6

Używa

Przechowuje kwas siarkowy

Kwas disiarkowy, ze względu na jego właściwości krzepnięcia jako oleum, jest zdolny do rozpuszczenia i bezpiecznego przechowywania kwasu siarkowego. To dlatego, że SO₃ ucieka tworząc nie oddychającą „mgłę”, która jest znacznie bardziej rozpuszczalna w H₂TAK₄ niż w wodzie. Aby uzyskać H₂TAK₄, wystarczyłoby dodać wodę do oleum:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂TAK₄

Synteza 100% kwasu siarkowego

Z poprzedniego równania, H₂TAK₄ rozcieńcza się w dodanej wodzie. Na przykład, jeśli masz wodny roztwór H₂TAK₄, gdzie SO₃ ma tendencję do ucieczki i stanowi zagrożenie dla pracowników, gdy dodając oleum do roztworu reaguje z wodą tworząc więcej kwasu siarkowego; to znaczy, zwiększając koncentrację.

Jeśli pozostanie trochę wody, dodaje się więcej SO₃, który reaguje z H₂TAK₄ aby wytworzyć więcej kwasu disiarczkowego lub oleum, a następnie ponownie nawilża przez „suszenie” H₂TAK₄. Proces powtarza się wystarczająco wiele razy, aby uzyskać kwas siarkowy w stężeniu 100%.

Podobny proces stosuje się do uzyskania 100% kwasu azotowego. Podobnie, został użyty do odwodnienia innych substancji chemicznych, używanych do produkcji materiałów wybuchowych.

Sulfonowanie

Służy do sulfonowania struktur, takich jak barwniki; to znaczy dodaj grupy -SO₃H, który po utracie protonu kwasowego może być zakotwiczony w polimerze z włókien tekstylnych.

Z drugiej strony, kwasowość oleum jest stosowana do osiągnięcia drugiego nitrowania (dodaj grupy -NO₂) do pierścieni aromatycznych.

Referencje

1. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (czwarte wydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Kwas disiarkowy. Źródło: en.wikipedia.org
3. PubChem. (2019). Kwas pirosiarkowy. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee i Kwang S. Kim. (2015). Kwas disiarowy zdysocjowany przez dwie cząsteczki wody: obliczenia teorii ab initio i teorii funkcjonalności gęstości. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
5. Przeciwko Costa Health Services. (s.f.). Oleum / trójtlenek siarki: arkusz danych chemicznych. [PDF] Źródło: cchealth.org