Struktura kwasu siarkowego, właściwości, nazewnictwo, zastosowania



The  kwas siarkawy jest kwasem tlenowym, który tworzy się przez rozpuszczenie dwutlenku siarki, SO2, w wodzie Jest to słaby i niestabilny kwas nieorganiczny, który nie został wykryty w roztworze, ponieważ reakcja jego tworzenia jest odwracalna i kwas szybko rozkłada się w reagentach, które go wytwarzały (SO2 i H2O).

Cząsteczka kwasu siarkowego została wykryta dopiero w fazie gazowej. Sprzężone zasady tego kwasu są pospolitymi anionami w postaci siarczynów i wodorosiarczynów.

Widmo Ramana roztworów SO2 pokazuje tylko sygnały z powodu cząsteczki SO2 i jon wodorosiarczynowy, HSO3-, zgodny z następującą równowagą:

TAK2    +  H2O    <=> HSO3-     +       H+

Wskazuje to, że w widmie Ramana nie można wykryć obecności kwasu siarkowego w roztworze dwutlenku siarki w wodzie.

Wystawiony na działanie atmosfery szybko przekształca się w kwas siarkowy. Kwas siarkowy redukuje się do siarkowodoru przez działanie rozcieńczonego kwasu siarkowego i cynku.

Próba skoncentrowania rozwiązania SO2 Przez odparowanie wody w celu otrzymania kwasu siarkowego wolnego od wody, nie wytworzyło to żadnego wyniku, ponieważ kwas szybko się rozkłada (odwracając reakcję tworzenia), więc kwas nie może być wyizolowany.

Indeks

  • 1 Formacja naturalna
  • 2 Struktura
    • 2.1 Izolowana cząsteczka
    • 2.2 Cząsteczka otoczona wodą
    • 2.3 SO2 H nH2O
  • 3 Właściwości fizyczne i chemiczne
    • 3.1 Formuła molekularna
    • 3.2 Masa cząsteczkowa
    • 3.3 Wygląd fizyczny
    • 3.4 Gęstość
    • 3.5 Gęstość pary
    • 3.6 Korozyjność
    • 3.7 Rozpuszczalność w wodzie
    • 3.8 Wrażliwość
    • 3.9 Stabilność
    • 3.10 Stała kwasowości (Ka)
    • 3,11 pKa
    • 3.12 pH
    • 3.13 Temperatura zapłonu
    • 3.14 Dekompozycja
  • 4 Nazewnictwo
  • 5 Synteza
  • 6 zastosowań
    • 6.1 Na drewnie
    • 6.2 Środek dezynfekujący i środek wybielający
    • 6.3 Środek konserwujący
    • 6.4 Inne zastosowania
  • 7 referencji

Formacja naturalna

Kwas siarkowy powstaje w naturze dzięki połączeniu dwutlenku siarki, produktu aktywności dużych fabryk, z wodą atmosferyczną. Z tego powodu jest uważany za produkt pośredni kwaśnych deszczów, powodujący ogromne szkody w rolnictwie i środowisku.

Jego postać kwasowa nie nadaje się do użytku w przyrodzie, ale zwykle jest przygotowywana w jej solach sodowych, potasowych, siarczynowych i wodorosiarczynowych.

Siarczyn jest wytwarzany endogennie w organizmie w wyniku metabolizmu aminokwasów zawierających siarkę. Podobnie siarczyn jest wytwarzany jako produkt fermentacji żywności i napojów. Siarczyn to alergen, neurotoksyczny i metabolotoksyczny. Jest metabolizowany przez enzym oksydazy siarczynowej, który przekształca go w siarczan, nieszkodliwy związek.

Struktura

Izolowana cząsteczka

Strukturę wyizolowanej cząsteczki kwasu siarkowego w stanie gazowym można zobaczyć na obrazie. Żółta kula w środku odpowiada atomowi siarki, czerwonym atomom tlenu, a biała atomom wodoru. Jego geometria molekularna wokół atomu S jest piramidą trygonalną, z atomami O przyciągającymi podstawę.

Następnie w stanie gazowym cząsteczki H2TAK3 można uznać za maleńkie piramidy trygonalne unoszące się w powietrzu, zakładając, że jest ono wystarczająco stabilne, aby przetrwać przez jakiś czas bez reagowania.

Struktura wyjaśnia, skąd pochodzą dwa kwaśne wodory: grupy hydroksylowe związane z siarką, HO-SO-OH. Dlatego dla tego związku nie jest poprawne założenie, że jeden z protonów kwasowych, H+, jest uwalniany z atomu siarki, H-SO2(OH).

Dwie grupy OH umożliwiają oddziaływanie kwasu siarkowego przez wiązania wodorowe, a ponadto tlen wiązania S = O jest akceptorem wodoru, który przekształca H2TAK3 zarówno dobry dawca, jak i akceptor takich mostów.

Zgodnie z powyższym, H2TAK3 powinien być zdolny do kondensacji w cieczy, tak jak kwas siarkowy,2TAK4. Jednak tak nie jest.

Cząsteczka otoczona wodą

Do tej pory nie było możliwe otrzymanie bezwodnego kwasu siarkowego, to znaczy H2TAK3(l); podczas gdy H2TAK4(ac), z drugiej strony, po odwodnieniu przekształca się w postać bezwodną, ​​H2TAK4(l), który jest gęstą i lepką cieczą.

Zakładając, że cząsteczka H2TAK3 pozostanie niezmieniony, wtedy będzie mógł w dużym stopniu rozpuścić się w wodzie. Oddziaływania, które rządziłyby wspomnianymi roztworami wodnymi, znowu byłyby mostkami wodorowymi; jednakże pojawią się także oddziaływania elektrostatyczne wynikające z równowagi hydrolizy:

H2TAK3(ac) + H2O (l) <=> HSO3-(ac) + H3O+(ac)

HSO3-(ac) + H2O (l) <=> TAK32-(ac) + H3O+

Jon siarczynowy, SO32- byłaby to ta sama cząsteczka powyżej, ale bez białych kul; i jon wodorosiarczynowy (lub wodorosiarczyn), HSO3-, zachowuje białą kulę. Nieskończoność soli może wynikać z obu anionów, niektóre bardziej niestabilne niż inne.

W rzeczywistości potwierdzono, że niezwykle mała część rozwiązań składa się z H2TAK3; to znaczy, wyjaśniona molekuła nie jest tą, która oddziałuje bezpośrednio z cząsteczkami wody. Powodem tego jest fakt, że cierpi na rozkład powodujący SO2 i H2Lub, co jest faworyzowane termodynamicznie.

TAK2∙nH2O

Prawdziwa struktura kwasu siarkowego składa się z cząsteczki dwutlenku siarki otoczonej przez kulę wody złożoną z n cząsteczek.

Więc, SO2, którego struktura jest kanciasta (typ bumerangu), obok swojej kuli wodnej, odpowiada za kwasowe protony charakteryzujące kwasowość:

TAK2H nH2O (ac) + H2O (l) <=> H3O+(ac) + HSO3-(ac) + nH2O (l)

HSO3-(ac) + H2O (l) <=> TAK32-(ac) + H3O+

Oprócz tej równowagi istnieje również równowaga rozpuszczalności dla SO2, którego cząsteczka może wydostać się z wody do fazy gazowej:

TAK2(g) <=> TAK2(ac)

Właściwości fizyczne i chemiczne

Formuła molekularna

H2TAK3

Masa cząsteczkowa

82 073 g / mol.

Wygląd fizyczny

Jest to bezbarwna ciecz o pikantnym zapachu siarki.

Gęstość

1,03 g / ml.

Gęstość pary

2.3 (w odniesieniu do powietrza przyjmowanego jako 1)

Korozyjność

Działa żrąco na metale i tkaniny.

Rozpuszczalność w wodzie

Miesza się z wodą.

Wrażliwość

Jest wrażliwy na powietrze.

Stabilność

Stabilny, ale niekompatybilny z mocnymi zasadami.

Stała kwasowości (Ka)

1,54 x 10-2

pKa

1,81

pH

1,5 na skali pH.

Punkt zapłonu

Niepalny.

Rozkład

Po podgrzaniu kwas siarkowy może ulec rozkładowi, emitując toksyczny dym tlenku siarki.

Nomenklatura

Siarka ma następujące wartościowości: ± 2, +4 i +6. Ze wzoru H2TAK3, można obliczyć, jaką wartość walencyjną lub liczbę oksydacyjną ma siarka w związku. Aby to zrobić, wystarczy rozwiązać sumę algebraiczną:

2 (+1) + 1v + 3 (-2) = 0

Ponieważ jest to związek neutralny, suma ładunków tworzących go atomów musi wynosić 0. Jeśli rozwiążemy v dla powyższego równania, mamy:

v = (6-2) / 1

Zatem v równa się +4. Oznacza to, że siarka uczestniczy w swojej drugiej wartościowości i zgodnie z tradycyjną nomenklaturą do nazwy należy dodać przyrostek -oso. Z tego powodu do H2TAK3 jest znany jako kwas siarkowyniedźwiedź.

Innym szybszym sposobem określenia tej wartościowości jest porównanie H2TAK3 z H2TAK4. W H2TAK4 siarka ma wartościowość +6, więc jeśli O zostanie usunięte, wartościowość spadnie do +4; a jeśli zostanie usunięty inny, wartościowość spadnie do +2 (co miałoby miejsce w przypadku kwasu hiposiarkaniedźwiedź, H2TAK2).

Chociaż mniej znany, do H2TAK3 można go również nazwać kwasem trioksosiarkowym (IV), zgodnie z nomenklaturą magazynową.

Synteza

Technicznie jest tworzony przez spalanie siarki w celu utworzenia dwutlenku siarki. Następnie rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkawy. Jednak reakcja jest odwracalna i kwas szybko rozkłada się z powrotem do reagentów.

Jest to wyjaśnienie, dlaczego kwas siarkawy nie znajduje się w roztworze wodnym (jak wspomniano w części dotyczącej jego struktury chemicznej).

Używa

Ogólnie zastosowania i zastosowania kwasu siarkowego, ponieważ jego obecności nie można wykryć, odnoszą się do zastosowań i zastosowań roztworów dwutlenku siarki oraz zasad i soli kwasu.

W drewnie

W procesie siarczynowym miazga drzewna jest wytwarzana w postaci prawie czystych włókien celulozowych. Kilka soli kwasu siarkowego stosuje się do ekstrakcji ligniny z wiórów drzewnych, stosując naczynia wysokociśnieniowe zwane dyktorami..

Sole stosowane w procesie otrzymywania masy celulozowej są siarczynem (SO32-) lub wodorosiarczyn (HSO)3-), w zależności od pH. Przeciwjonem może być Na+, Ca2+, K+ lub NH4+.

Środek dezynfekujący i środek wybielający

-Kwas siarkowy jest stosowany jako środek dezynfekujący. Jest również stosowany jako łagodny środek wybielający, szczególnie w przypadku materiałów wrażliwych na chlor. Ponadto jest stosowany jako wybielacz dentystyczny i dodatek do żywności.

-Jest składnikiem różnych kosmetyków do pielęgnacji skóry i został użyty jako element pestycydowy w eliminacji szczurów. Eliminuje plamy spowodowane przez wino lub owoce w różnych tkaninach.

-Służy jako środek antyseptyczny, skutecznie zapobiegając infekcjom skóry. W niektórych momentach wykorzystywano go w fumigacjach do dezynfekcji statków, dobytku chorych ofiar epidemii itp..

Środek konserwujący

Kwas siarkowy jest stosowany jako środek konserwujący dla owoców i warzyw i zapobiega fermentacji napojów, takich jak wino i piwo, będąc antyoksydantem, środkiem antybakteryjnym i grzybobójczym.

Inne zastosowania

-Kwas siarkowy jest stosowany w syntezie leków i produktów chemicznych; w produkcji wina i piwa; rafinacja produktów naftowych; i jest używany jako odczynnik analityczny.

-Dwusiarczyn reaguje z nukleozydami pirymidynowymi i jest dodawany do wiązania podwójnego między pozycją 5 i 6 pirymidyny, modyfikując wiązanie. Transformację wodorosiarczynem stosuje się do testowania drugorzędowych lub wyższych struktur polinukleotydów.

Referencje

  1. Wikipedia. (2018). Kwas siarkowy. Źródło: en.wikipedia.org
  2. Nomenklatura kwasów. [PDF] Źródło: 2.chemistry.gatech.edu
  3. Voegele F. Andreas i kol. (2002). O stabilności kwasu siarkowego (H2TAK3) i jego Dimer. Chem. Eur. J. 2002. 8, nr 24.
  4. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Wydanie czwarte., Strona 393). Mc Graw Hill.
  5. Calvo Flores F. G. (s.f.). Formułowanie chemii nieorganicznej. [PDF] Źródło: ugr.es
  6. PubChem. (2018). Kwas siarkowy. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  7. Steven S. Zumdahl. (15 sierpnia 2008). Oksykwas Encyclopædia Britannica. Źródło: britannica.com