KWAS SIARKOWY: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, NAZEWNICTWO, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Kwasu siarkowego jest kwas tlenowy utworzony przez rozpuszczanie dwutlenku siarki, SO ₂ , woda. Jest to słaby i niestabilny kwas nieorganiczny, którego nie wykryto w roztworze, ponieważ reakcja jego powstawania jest odwracalna, a kwas szybko rozkłada się w odczynnikach, które go wytworzyły (SO ₂ i H ₂ O).

Cząsteczka kwasu siarkowego była dotychczas wykrywana tylko w fazie gazowej. Sprzężone zasady tego kwasu są powszechnymi anionami w postaci siarczynów i wodorosiarczynów.

Źródło: Benjah-bmm27, z Wikimedia Commons Widmo Ramana roztworów SO ₂ pokazuje tylko sygnały związane z cząsteczką SO ₂ i jonem wodorosiarczynowym, HSO ₃ ^- , zgodnie z następującą równowagą:

SO ₂ + H ₂ O <=> HSO ₃ ^- + H ⁺

Wskazuje to, że przy użyciu widma 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 jest redukowany do siarkowodoru pod działaniem rozcieńczonego kwasu siarkowego i cynku.

Próba zatężenia roztworu SO ₂ przez odparowanie wody w celu uzyskania kwasu siarkowego wolnego od wody nie przyniosła rezultatów, ponieważ kwas szybko się rozkłada (odwracając reakcję tworzenia), więc kwas nie może być odizolowanym.

Naturalna formacja

Kwas siarkowy powstaje w naturze w wyniku połączenia dwutlenku siarki, produktu działalności dużych fabryk, z wodą atmosferyczną. Z tego powodu uważany jest za produkt pośredni kwaśnych deszczy, powodujący ogromne szkody w rolnictwie i środowisku.

Jego forma kwasowa nie nadaje się do użytku w przyrodzie, ale zwykle jest przygotowywana w postaci soli sodowych i potasowych, siarczynu i wodorosiarczynu.

Siarczyn powstaje endogennie w organizmie w wyniku metabolizmu aminokwasów zawierających siarkę. Podobnie siarczyn jest wytwarzany jako produkt fermentacji żywności i napojów. Siarczyn ma właściwości alergizujące, neurotoksyczne i metaboliczne. Jest metabolizowany przez enzym oksydazę siarczynową, który przekształca go w siarczan, nieszkodliwy związek.

Struktura

Izolowana cząsteczka

Na zdjęciu widać strukturę wyizolowanej cząsteczki kwasu siarkowego w stanie gazowym. Żółta kula w środku odpowiada atomowi siarki, czerwona - atomom tlenu, a biała - atomom wodoru. Jego geometria molekularna wokół atomu S to trójkątna piramida, której podstawę stanowią atomy O.

Następnie, w stanie gazowym, cząsteczki H ₂ SO ₃ można uznać za maleńkie piramidy trygonalne unoszące się w powietrzu, zakładając, że są wystarczająco stabilne, aby przetrwać określony czas bez reakcji.

Struktura wyjaśnia, skąd pochodzą dwa kwaśne atomy wodoru: z wiązanych siarką grup hydroksylowych HO-SO-OH. Dlatego w przypadku tego związku nie można zakładać, że jeden z kwaśnych protonów, H ⁺ , jest uwalniany z atomu siarki, H-SO ₂ (OH).

Dwie grupy OH umożliwiają kwasowi siarkowemu oddziaływanie poprzez wiązania wodorowe, a ponadto tlen wiązania S = O jest akceptorem wodoru, co sprawia, że ​​H ₂ SO _{3 jest} zarówno dobrym donorem, jak i akceptorem tych wiązań.

Zgodnie z powyższym, H ₂ SO ₃ powinien być zdolny do kondensacji w ciecz, podobnie jak kwas siarkowy, H ₂ SO ₄ . Niemniej jednak tak się nie dzieje.

Cząsteczka otoczona wodą

Do tej pory nie było możliwe otrzymanie bezwodnego kwasu siarkowego, czyli H ₂ SO ₃ (1); Natomiast H ₂ SO ₄ (aq) po odwodnieniu przekształca się w bezwodną postać H ₂ SO ₄ (l), która jest gęstą i lepką cieczą.

Jeśli założymy , że cząsteczka H ₂ SO ₃ pozostanie niezmieniona, będzie mogła w dużym stopniu rozpuścić się w wodzie. Oddziaływaniami, które będą rządzić we wspomnianych roztworach wodnych, będą ponownie wiązania wodorowe; Jednak w wyniku równowagi hydrolizy wystąpiłyby również oddziaływania elektrostatyczne:

H ₂ SO ₃ (aq) + H ₂ O (l) <=> HSO ₃ ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

Jon siarczynowy, SO ₃ ^2- byłby tą samą cząsteczką co powyżej, ale bez białych kulek; a jon wodorosiarczynowy (lub wodorosiarczynowy), HSO ₃ ^- , zachowuje białą kulę. Nieskończoności soli mogą powstawać z obu anionów, niektóre są bardziej niestabilne niż inne.

W rzeczywistości zostało potwierdzone, że wyjątkowo mała część roztworów składa się z H ₂ SO ₃ ; to znaczy, wyjaśniona cząsteczka nie jest tą, która oddziałuje bezpośrednio z cząsteczkami wody. Przyczyną tego jest fakt, że ulega on rozkładowi pochodzącemu z SO ₂ i H ₂ O, co jest korzystne termodynamicznie.

południowy zachód

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

Tak więc SO ₂ , którego budowa jest kanciasta (typu bumerang), wraz ze swoją sferą wodną odpowiada za kwaśne protony charakteryzujące kwasowość:

SO ₂ ∙ nH ₂ O (aq) + H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + HSO ₃ ^- (aq) + nH ₂ O (l)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

Oprócz tej równowagi istnieje również równowaga rozpuszczalności dla SO ₂ , którego cząsteczka może uciekać z wody do fazy gazowej:

SO ₂ (g) <=> SO ₂ (ac)

Fizyczne i chemiczne właściwości

Formuła molekularna

H ₂ SO ₃

Waga molekularna

82,073 g / mol.

Wygląd fizyczny

Jest to bezbarwna ciecz o ostrym zapachu siarki.

Gęstość

1,03 g / ml.

Gęstość pary

2,3 (w odniesieniu do powietrza przyjętego jako 1)

Korozyjność

Działa korodująco na metale i tkaniny.

Rozpuszczalność w wodzie

Mieszalny 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

Podgrzany kwas siarkowy może ulec rozkładowi, wydzielając toksyczny dym tlenku siarki.

Nomenklatura

Siarka ma następujące wartościowości: ± 2, +4 i +6. Ze wzoru H ₂ SO ₃ można obliczyć wartość wartościowości lub stopnia utlenienia siarki w związku. Aby to zrobić, po prostu rozwiąż sumę algebraiczną:

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

Ponieważ jest to związek obojętny, suma ładunków atomów, które go tworzą, musi wynosić 0. Rozwiązując v dla poprzedniego równania otrzymujemy:

v = (6-2) / 1

Zatem v jest równe +4. Oznacza to, że siarka uczestniczy z drugą wartościowością i zgodnie z tradycyjną nomenklaturą do nazwy należy dodać przyrostek –oso. Z tego powodu H ₂ SO ₃ jest znany jako kwas siarkowy .

Innym szybszym sposobem określenia tej wartościowości jest porównanie H ₂ SO ₃ z H ₂ SO ₄ . W H ₂ SO ₄ siarka ma wartościowość +6, więc jeśli usuwa się O, wartościowość spada do +4; i gdy inny jest usuwany, dolna wartościowość +2 (co ma miejsce w przypadku kwasu hipo siarki opatrzone H ₂ SO ₂ ).

Chociaż mniej znany, H ₂ SO ₃ można również nazwać kwasem trioksosiarkowym (IV), zgodnie z nomenklaturą zapasów.

Synteza

Technicznie powstaje przez spalanie siarki w celu wytworzenia dwutlenku siarki. Następnie rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkowy. Jednak reakcja jest odwracalna, a kwas szybko rozkłada się z powrotem na reagenty.

To jest wyjaśnienie, dlaczego kwas siarkowy nie występuje w roztworze wodnym (jak już wspomniano w części dotyczącej jego budowy chemicznej).

Aplikacje

Źródło: Pxhere

Ogólnie rzecz biorąc, 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 lesie

W procesie siarczynowym miazga drzewna produkowana jest w postaci prawie czystych włókien celulozowych. Do ekstrakcji ligniny z zrębków drzewnych stosuje się różne sole kwasu siarkowego, używając naczyń wysokociśnieniowych zwanych digistorami.

Sole stosowane w procesie otrzymywania miazgi drzewnej to siarczyn (SO ₃ ^2- ) lub wodorosiarczyn (HSO ₃ ^- ) w zależności od pH. Przeciwjonem może być Na ⁺ , Ca ²⁺ , K ⁺ lub NH ₄ ⁺ .

Środek dezynfekujący i wybielający

-Kwas siarkowy jest używany jako środek dezynfekujący. Jest również stosowany jako łagodny środek wybielający, szczególnie w przypadku materiałów wrażliwych na chlor. Ponadto znajduje zastosowanie jako wybielacz zębów oraz dodatek do żywności.

-Jest składnikiem różnych kosmetyków do pielęgnacji skóry i był stosowany jako pestycyd przy eliminacji szczurów. Usuwa plamy spowodowane winem lub owocami na różnych tkaninach.

-Służy jako środek antyseptyczny, skutecznie zapobiegając infekcjom skóry. Czasami był używany do fumigacji do dezynfekcji statków, rzeczy chorych ofiar epidemii itp.

Środek konserwujący

Kwas siarkowy jest stosowany jako środek konserwujący do owoców i warzyw oraz do zapobiegania fermentacji napojów, takich jak wino i piwo, będąc elementem przeciwutleniającym, przeciwbakteryjnym i grzybobójczym.

Inne zastosowania

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

-Wodorosiarczyn reaguje z nukleozydami pirymidynowymi i dodaje do podwójnego wiązania między pozycją 5 i 6 pirymidyny, modyfikując wiązanie. Transformacja wodorosiarczynem służy do badania drugorzędowych lub wyższych struktur polinukleotydów.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2018). Kwas siarkowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
2. Nazewnictwo kwasów. . Źródło: 2.chemistry.gatech.edu
3. Voegele F. Andreas i kol. (2002). O stabilności kwasu siarkowego (H ₂ SO ₃ ) i jego dimeru. Chem. Eur. J. 2002. 8, nr 24.
4. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, str. 393). Mc Graw Hill.
5. Calvo Flores FG (nd). Preparat chemii nieorganicznej. . Odzyskany z: ugr.es
6. PubChem. (2018). Kwas siarkowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Steven S. Zumdahl. (15 sierpnia 2008). Oxyacid. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com