ЧТО ТАКОЕ СЕРНАЯ КИСЛОТА H2SO4
Продажная концентрированная кислота содержит обыкновенно 96,5% H2SO4 и имеет уд. вес 1,84. Благодаря маслянистому виду серную кислоту иногда называют купоросным маслом. Это название сохранилось еще с тех пор, когда серную кислоту получали, подвергая накаливанию железный купорос.
Серная кислота может растворять значительные количества серного ангидрида. Такие растворы носят название олеумов. Из них можно выделить твердое соединение серной кислоты с серным ангидридом, называемое пиросерной кислотой, H2S2O7.
При растворении серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла (19 ккал на 1 моль кислоты) вследствие образования гидратов. Последние при низких температурах могут быть выделены из раствора в твердом виде. Гидрат состава H2SО4 • 2Н2О плавится при —38°, гидрат состава H2SО4 • 4Н2О при —27°.
Серная кислота обладает способностью жадно поглощать пары воды и поэтому часто применяется для осушения газов. Способностью поглощать воду объясняется и обугливание многих органических веществ, особенно относящихся к классу углеводов (клетчатка, сахар и др.), при действии на них концентрированной серной кислоты. В состав углеводов водород и кислород входят в таком же весовом отношении, в каком они находятся в воде. Серная кислота отнимает от углеводов элементы воды, а углерод выделяется в виде угля. Вследствие малой летучести серной кислоты ею постоянно пользуются для вытеснения других, более летучих кислот из их солей.
Серная кислота является довольно энергичным окислителем; ее окислительные свойства проявляются при взаимодействии со многими веществами.
Строго говоря, всякая кислота может проявлять окислительные свойства, поскольку в состав ее обязательно входят ионы водорода, способные отнимать электроны от других веществ. Так, например, при действии соляной кислоты на цинк ионы водорода отнимают электроны от нейтральных атомов цинка, превращая их в положительно заряженные ионы, т. е. производя окисление:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + Н2
или в ионной форме
Zn + 2H• = Zn•• + Н2
В этом случае соляная кислота играет роль окислителя.
Окислительные свойства серной кислоты
Однако когда говорят об окислительных свойствах какой-либо кислоты, имеют в виду не ионы водорода, а атомы того из входящих в состав кислоты элементов, от которого кислота обычно получает свое название (например: атомы серы в серной кислоте, атомы азота в азотной кислоте и т. д.).
В серной кислоте сера находится в максимально окисленном состоянии, проявляя валентность +6. Но она может быть восстановлена до состояния S(+IV)(H2SО3 или ионе SО3«), или до S (в свободной сере), или даже до S (-II)(в сероводороде).
Нужно заметить, что окислительные свойства шестивалентной серы проявляются только в том случае, когда взята концентрированная серная кислота. Например, при нагревании концентрированной серной кислоты с углем последний окисляется в углекислый газ, а серная кислота восстанавливается до SO2:
2H2SО4 + С = СО2 + 2SО2 + 2Н2О
с разбавленной кислотой эта реакция не идет.
Взаимодействие металлов с кислотой
Рассмотрим действие серной кислоты на металлы. При действии на металлы разбавленной серной кислоты окислителем является ион водорода. Но этот ион может окислять только металлы, стоящие в вытеснительном ряду перед водородом, как, например, магний, цинк, железо и др. На металлы, стоящие после водорода, например на медь, серебро, ртуть, разбавленная серная кислота не действует. Концентрированная серная кислота окисляет при нагревании почти все металлы, но водород при этом не выделяется, так как окисление производится недиссоциированными молекулами серной кислоты.
В зависимости от активности металла молекулы серной кислоты могут восстанавливаться до SО2, свободной серы или до H2S. Чаще всего серная кислота восстанавливается до SО2. Например:
Сu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2Н2O Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
В последнем случае, вследствие активности цинка, одновременно протекают и следующие реакции:
3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
Соли кислоты
Серная кислота является одной из наиболее сильных кислот. В водных растворах она диссоциирует главным образом на ионы
H• и HSO4‘
Как кислота двухосновная, серная кислота образует два ряда солей: нормальные и кислые соли. Нормальные соли серной кислоты называются сульфатами, а кислые — гидросульфатами.
Большинство, солей серной кислоты довольно хорошо растворяется в воде. Из солей более известных металлов практически нерастворимыми являются сульфат бария BaSO4 и сульфат свинца PbSO4. Очень мало растворим сульфат кальция CaSO4.
Сульфат бария нерастворим не только в воде, но и в разбавленных кислотах. А так как другие соли бария растворимы или в воде или в кислотах, то образование белого нерастворимого в кислотах осадка при действии на какой-нибудь раствор бариевой солью служит указанием на присутствие в растворе серной кислоты или ее солей, т. е. ионов SO4»:
Ва•• + SO4» = BaSO4
Таким образом, растворимые соли бария являются реактивом на ион SO4«.
Значение солей серной кислоты
Большое практическое применение имеют следующие соли серной кислоты:
1. Сульфат натрия, или сернокислый натрий Na2SO4. Из водных растворов кристаллизуется с десятью молекулами воды (Na2SO4• 10Н2О) и в таком виде называется глауберовой солью по имени врача и химика Глаубера, который первый получил ее действием серной кисловы на поваренную соль и стал применять как лекарство. Безводная соль применяется при получении соды сульфатным способом и при изготовлении стекла.
2. Сульфат магния MgSO4. Содержится в морской воде. Из растворов кристаллизуется в виде гидрата MgSO4•Н2O. Под названием горькой соли применяется как слабительное.
3. Сульфат кальция CaSO4. Встречается в природе в больших количествах в виде минерала гипса CaSO4 • 2Н2O. При нагревании до 150—170° гипс теряет 3/4 содержащейся в нем кристаллизационной воды и переходит в так называемый жженый гипс, или алебастр (2CaSO4• Н2O). Будучи замешан с водой в жидкое тесто, жженый гипс довольно быстро затвердевает, снова превращаясь в CaSO4 • 2Н2O. Благодаря этому свойству гипс применяется для изготовления отливочных форм и слепков с различных предметов, а также в качестве вяжущего материала для штукатурки стен и потолков. В хирургии гипсом пользуются для накладывания гипсовых повязок при переломах костей.
4. Купоросы. Так называются сульфаты меди, железа, цинка и некоторых других металлов, содержащие кристаллизационную воду.
Медный купорос CuSO4• 5Н2O образует синие кристаллы, содержащие пять молекул кристаллизационной воды. Применяется для покрытия металлов медью, для приготовления некоторых минеральных красок, а также в качестве исходного вещества при получении других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленным раствором медного купороса пользуются для опрыскивания растений и протравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредных грибков.
Железный купорос FeSО4 • 7Н2О кристаллизуется в виде светло-зеленых кристаллов, содержащих семь молекул кристаллизационной воды. Имеет обширное техническое применение. Применяется для консервирования дерева, для приготовления чернил, берлинской лазури, для очистки светильного газа от сероводорода и циансодержащих соединений, в красильном деле, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений и в фотографии.
5. Квасцы. Если к раствору сульфата алюминия Al2(SО4)3 прибавить раствор сульфата калия K2SО4 и оставить жидкость кристаллизоваться, то из нее выделяются красивые бесцветные кристаллы, состав которых может быть выражен формулой K2SО4 • Al2(SО4)3•24H2О или КАl (SО4)2 • 12Н2О. Это и есть обыкновенные или алюминиевые квасцы, являющиеся двойной солью серной кислоты и металлов калия и алюминия.
Двойные соли могут существовать только в твердом виде. При растворении квасцов в воде получается раствор, содержащий ионы К•, Аl••• и SO4»
Квасцы бывают различного состава. Вместо алюминия в их состав могут входить другие трехвалентные металлы — железо, хром, вместо калия — натрий или аммоний. Например, хромовые квасцы имеют состав K2SO4 • Cr2(SO4)3 • 24Н2O. Квасцы применяются при дублении кожи и в красильном деле.
Вы читаете, статья на тему Серная кислота H2SO4