Siedepunkt von Schwefelsäure als Funktion des Drucks. Schwefelsäure

Schwefel ist Chemisches Element, das zur sechsten Gruppe und dritten Periode des Periodensystems gehört. In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf seine Chemikalie, Produktion, Verwendung usw. Die physikalische Eigenschaft umfasst Merkmale wie Farbe, elektrische Leitfähigkeit, Schwefelsiedepunkt usw. Die chemische beschreibt die Wechselwirkung mit anderen Stoffen.

Schwefel aus physikalischer Sicht

Dies ist eine zerbrechliche Substanz. Unter normalen Bedingungen befindet es sich in einem festen Aggregatzustand. Schwefel hat eine zitronengelbe Farbe.

Und zum größten Teil weisen alle seine Verbindungen gelbe Farbtöne auf. Löst sich nicht in Wasser auf. Es hat eine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit. Diese Merkmale charakterisieren es als typisches Nichtmetall. Trotz der Tatsache, dass chemische Zusammensetzung Schwefel ist überhaupt nicht kompliziert, dieser Stoff kann mehrere Variationen haben. Es hängt alles von der Struktur des Kristallgitters ab, mit dessen Hilfe Atome verbunden werden, aber keine Moleküle bilden.

Die erste Option ist also rhombischer Schwefel. Sie ist die Stabilste. Der Siedepunkt dieser Schwefelart liegt bei 445 Grad Celsius. Damit ein bestimmter Stoff jedoch in einen gasförmigen Aggregatszustand übergehen kann, muss er zunächst einen flüssigen Zustand durchlaufen. Das Schmelzen von Schwefel erfolgt also bei einer Temperatur von einhundertdreizehn Grad Celsius.

Die zweite Option ist monokliner Schwefel. Es handelt sich um nadelförmige Kristalle mit dunkelgelber Farbe. Das Schmelzen von Schwefel der ersten Art und das anschließende langsame Abkühlen führt zur Bildung dieser Art. Diese Sorte hat fast die gleichen physikalischen Eigenschaften. Beispielsweise liegt der Siedepunkt von Schwefel dieser Art immer noch bei vierhundertfünfundvierzig Grad. Darüber hinaus gibt es eine solche Vielfalt dieses Stoffes wie Kunststoff. Es wird durch Eingießen gewonnen kaltes Wasser fast bis zum Sieden erhitzt, rhombisch. Der Siedepunkt von Schwefel dieser Art ist gleich. Aber der Stoff hat die Eigenschaft, sich wie Gummi zu dehnen.

Eine weitere Komponente physikalische Eigenschaften, worüber ich sprechen möchte, ist die Zündtemperatur von Schwefel.

Dieser Indikator kann je nach Art des Materials und seiner Herkunft variieren. Beispielsweise beträgt die Zündtemperatur von technischem Schwefel einhundertneunzig Grad. Das ist ein eher niedriger Wert. In anderen Fällen kann der Flammpunkt von Schwefel zweihundertachtundvierzig Grad und sogar zweihundertsechsundfünfzig Grad betragen. Es hängt alles davon ab, aus welchem Material es abgebaut wurde und welche Dichte es hat. Wir können jedoch den Schluss ziehen, dass die Verbrennungstemperatur von Schwefel im Vergleich zu anderen chemischen Elementen recht niedrig ist und es sich um eine brennbare Substanz handelt. Darüber hinaus kann sich Schwefel manchmal zu Molekülen verbinden, die aus acht, sechs, vier oder zwei Atomen bestehen. Nachdem wir nun Schwefel aus physikalischer Sicht betrachtet haben, gehen wir zum nächsten Abschnitt über.

Chemische Charakterisierung von Schwefel

Dieses Element hat einen relativ geringen Atommasse, es entspricht zweiunddreißig Gramm pro Mol. Zu den Eigenschaften des Schwefelelements gehört ein Merkmal dieser Substanz wie die Fähigkeit, unterschiedliche Oxidationsgrade aufzuweisen. Darin unterscheidet es sich beispielsweise von Wasserstoff oder Sauerstoff. Bei der Frage nach den chemischen Eigenschaften des Schwefelelements kommt man nicht umhin zu erwähnen, dass es je nach Bedingungen sowohl reduzierende als auch oxidierende Eigenschaften aufweist. Betrachten Sie also der Reihe nach die Wechselwirkung eines bestimmten Stoffes mit verschiedenen chemischen Verbindungen.

Schwefel und einfache Stoffe

Einfache Stoffe sind Stoffe, die nur ein chemisches Element enthalten. Seine Atome können sich zu Molekülen verbinden, wie zum Beispiel im Fall von Sauerstoff, oder sie können sich nicht verbinden, wie es bei Metallen der Fall ist. Schwefel kann also mit Metallen, anderen Nichtmetallen und Halogenen reagieren.

Wechselwirkung mit Metallen

Für die Durchführung eines solchen Prozesses ist eine hohe Temperatur erforderlich. Unter diesen Bedingungen findet eine Additionsreaktion statt. Das heißt, Metallatome verbinden sich mit Schwefelatomen und bilden so komplexe Sulfide. Wenn Sie beispielsweise zwei Mol Kalium erhitzen, indem Sie sie mit einem Mol Schwefel mischen, erhalten Sie ein Mol Sulfid dieses Metalls. Die Gleichung kann in der folgenden Form geschrieben werden: 2K + S = K 2 S.

Reaktion mit Sauerstoff

Das ist Schwefelverbrennung. Als Ergebnis dieses Prozesses entsteht sein Oxid. Letzteres kann zweierlei Art sein. Daher kann die Verbrennung von Schwefel in zwei Stufen erfolgen. Die erste ist, wenn ein Mol Schwefel und ein Mol Sauerstoff ein Mol Schwefeldioxid bilden. Sie können die Gleichung für diese chemische Reaktion wie folgt schreiben: S + O 2 \u003d SO 2. Im zweiten Schritt wird dem Dioxid ein weiteres Sauerstoffatom hinzugefügt. Dies geschieht, wenn man bei hoher Temperatur ein Mol Sauerstoff zu zwei Mol hinzufügt. Das Ergebnis sind zwei Mol Schwefeltrioxid. Die Gleichung für diese chemische Wechselwirkung sieht folgendermaßen aus: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht Schwefelsäure. Durch die Durchführung der beiden beschriebenen Prozesse ist es also möglich, das resultierende Trioxid durch einen Wasserdampfstrahl zu leiten. Und wir erhalten die Gleichung für eine solche Reaktion wie folgt: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Wechselwirkung mit Halogenen

Chemikalie ermöglicht wie andere Nichtmetalle die Reaktion mit dieser Stoffgruppe. Es umfasst Verbindungen wie Fluor, Brom, Chlor, Jod. Schwefel reagiert mit jedem von ihnen, außer mit dem letzten. Als Beispiel können wir den Prozess der Fluorierung des von uns betrachteten Elements des Periodensystems anführen. Durch Erhitzen des genannten Nichtmetalls mit einem Halogen können zwei Fluoridvarianten erhalten werden. Der erste Fall: Wenn wir ein Mol Schwefel und drei Mol Fluor nehmen, erhalten wir ein Mol Fluorid, dessen Formel SF 6 lautet. Die Gleichung sieht so aus: S + 3F 2 = SF 6. Darüber hinaus gibt es noch eine zweite Möglichkeit: Wenn wir ein Mol Schwefel und zwei Mol Fluor nehmen, erhalten wir ein Mol Fluorid mit der chemischen Formel SF 4 . Die Gleichung wird in der folgenden Form geschrieben: S + 2F 2 = SF 4 . Wie Sie sehen, hängt alles von den Anteilen ab, in denen die Komponenten gemischt werden. Genauso ist es möglich, den Prozess der Chlorierung von Schwefel (es können auch zwei verschiedene Stoffe entstehen) oder der Bromierung durchzuführen.

Wechselwirkung mit anderen einfachen Substanzen

Die Charakterisierung des Elements Schwefel endet hier nicht. Der Stoff kann auch eine chemische Reaktion mit Wasserstoff, Phosphor und Kohlenstoff eingehen. Durch die Wechselwirkung mit Wasserstoff entsteht Sulfidsäure. Durch die Reaktion mit Metallen können deren Sulfide gewonnen werden, die wiederum auch durch direkte Reaktion von Schwefel mit demselben Metall gewonnen werden. Die Addition von Wasserstoffatomen an Schwefelatome erfolgt nur bei sehr hohen Temperaturen. Wenn Schwefel mit Phosphor reagiert, entsteht dessen Phosphid. Es hat die folgende Formel: P 2 S 3. Um ein Mol dieser Substanz zu erhalten, müssen Sie zwei Mol Phosphor und drei Mol Schwefel einnehmen. Bei der Wechselwirkung von Schwefel mit Kohlenstoff entsteht das Karbid des betrachteten Nichtmetalls. Seine chemische Formel sieht so aus: CS 2. Um ein Mol dieser Substanz zu erhalten, müssen Sie ein Mol Kohlenstoff und zwei Mol Schwefel einnehmen. Alle oben beschriebenen Additionsreaktionen laufen nur ab, wenn die Reaktanten auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Wir haben die Wechselwirkung von Schwefel mit einfachen Stoffen betrachtet, kommen wir nun zum nächsten Punkt.

Schwefel und komplexe Verbindungen

Verbindungen sind Stoffe, deren Moleküle aus zwei (oder mehr) verschiedenen Elementen bestehen. Chemische Eigenschaften Schwefel ermöglicht die Reaktion mit Verbindungen wie Alkalien sowie konzentrierter Sulfatsäure. Seine Reaktionen mit diesen Substanzen sind ziemlich eigenartig. Überlegen Sie zunächst, was passiert, wenn das betreffende Nichtmetall mit Alkali vermischt wird. Wenn Sie beispielsweise sechs Mol nehmen und drei Mol Schwefel hinzufügen, erhalten Sie zwei Mol Kaliumsulfid, ein Mol des angegebenen Metallsulfits und drei Mol Wasser. Diese Art von Reaktion kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Nach dem gleichen Prinzip tritt die Wechselwirkung auf, wenn Sie hinzufügen. Betrachten Sie als Nächstes das Verhalten von Schwefel in einer konzentrierten Lösung Dazu wird Sulfatsäure gegeben. Wenn wir ein Mol der ersten und zwei Mol der zweiten Substanz nehmen, erhalten wir folgende Produkte: Schwefeltrioxid in einer Menge von drei Mol sowie Wasser – zwei Mol. Das chemische Reaktion kann nur durch Erhitzen der Reaktanten auf eine hohe Temperatur realisiert werden.

Erhalten des betrachteten Nichtmetalls

Es gibt mehrere Hauptmethoden, mit denen Schwefel aus einer Vielzahl von Substanzen extrahiert werden kann. Die erste Methode besteht darin, es aus Pyrit zu isolieren. Die chemische Formel des Letzteren lautet FeS 2 . Wenn diese Substanz ohne Zugang zu Sauerstoff auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, können ein weiteres Eisensulfid – FeS – und Schwefel gewonnen werden. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt: FeS 2 \u003d FeS + S. Die zweite Methode zur Herstellung von Schwefel, die häufig in der Industrie verwendet wird, ist die Verbrennung von Schwefelsulfid unter der Bedingung, dass eine große Anzahl Sauerstoff. In diesem Fall können Sie das betreffende Nichtmetall und Wasser erhalten. Um die Reaktion durchzuführen, müssen Sie die Komponenten in einem Molverhältnis von zwei zu eins einnehmen. Als Ergebnis erhalten wir die Endprodukte im Verhältnis zwei zu zwei. Die Gleichung für diese chemische Reaktion kann wie folgt geschrieben werden: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Darüber hinaus kann Schwefel bei verschiedenen metallurgischen Prozessen gewonnen werden, beispielsweise bei der Herstellung von Metallen wie Nickel, Kupfer und andere.

Industrielle Nutzung

Das von uns betrachtete Nichtmetall hat seine breiteste Anwendung in der chemischen Industrie gefunden. Wie oben erwähnt, wird es hier verwendet, um daraus Sulfatsäure zu gewinnen. Darüber hinaus wird Schwefel als Bestandteil bei der Herstellung von Streichhölzern verwendet, da es sich um ein brennbares Material handelt. Auch bei der Herstellung von Sprengstoffen, Schießpulver, Wunderkerzen usw. ist es unverzichtbar. Darüber hinaus wird Schwefel als einer der Inhaltsstoffe in Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet. In der Medizin wird es als Bestandteil bei der Herstellung von Medikamenten gegen Hautkrankheiten verwendet. Außerdem wird der betreffende Stoff bei der Herstellung verschiedener Farbstoffe verwendet. Darüber hinaus wird es bei der Herstellung von Leuchtstoffen verwendet.

Elektronische Struktur von Schwefel

Wie Sie wissen, bestehen alle Atome aus einem Kern, in dem sich Protonen – positiv geladene Teilchen – und Neutronen, also Teilchen mit der Ladung Null, befinden. Elektronen kreisen mit negativer Ladung um den Kern. Damit ein Atom neutral ist, muss es in seiner Struktur die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen haben. Sind von Letzterem mehrere vorhanden, handelt es sich bereits um ein negatives Ion – ein Anion. Ist hingegen die Zahl der Protonen größer als die Zahl der Elektronen, handelt es sich um ein positives Ion bzw. Kation. Das Schwefelanion kann als Säurerest wirken. Es ist Teil der Moleküle von Stoffen wie Sulfidsäure (Schwefelwasserstoff) und Metallsulfiden. Ein Anion entsteht bei der elektrolytischen Dissoziation, die auftritt, wenn eine Substanz in Wasser gelöst wird. In diesem Fall zerfällt das Molekül in ein Kation, das als Metall- oder Wasserstoffion dargestellt werden kann, sowie in ein Kation – ein Ion eines Säurerests oder einer Hydroxylgruppe (OH-).

Da die Ordnungszahl von Schwefel im Periodensystem sechzehn beträgt, können wir daraus schließen, dass sich genau diese Anzahl an Protonen in seinem Kern befindet. Auf dieser Grundlage können wir sagen, dass es auch sechzehn umlaufende Elektronen gibt. Die Anzahl der Neutronen lässt sich ermitteln, indem man die Seriennummer des chemischen Elements von der Molmasse abzieht: 32 - 16 = 16. Jedes Elektron dreht sich nicht zufällig, sondern entlang einer bestimmten Umlaufbahn. Da Schwefel ein chemisches Element ist, das zur dritten Periode des Periodensystems gehört, gibt es drei Umlaufbahnen um den Kern. Das erste hat zwei Elektronen, das zweite hat acht und das dritte hat sechs. Die elektronische Formel des Schwefelatoms lautet wie folgt: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Vorkommen in der Natur

Grundsätzlich kommt das betrachtete chemische Element in der Zusammensetzung von Mineralien vor, bei denen es sich um Sulfide verschiedener Metalle handelt. Erstens ist es Pyrit – Eisensalz; es ist auch Blei, Silber, Kupferglanz, Zinkblende, Zinnober – Quecksilbersulfid. Darüber hinaus kann Schwefel auch in der Zusammensetzung von Mineralien enthalten sein, deren Struktur durch drei oder mehr chemische Elemente repräsentiert wird.

Zum Beispiel Chalkopyrit, Mirabilit, Kieserit, Gips. Sie können jeden von ihnen genauer betrachten. Pyrit ist ein Eisensulfid oder FeS 2 . Es hat eine hellgelbe Farbe mit goldenem Schimmer. Dieses Mineral kommt häufig als Verunreinigung in Lapislazuli vor, das häufig zur Herstellung von Schmuck verwendet wird. Dies liegt daran, dass diese beiden Mineralien oft ein gemeinsames Vorkommen haben. Kupferglanz – Chalkosin oder Chalkosin – ist eine bläulich-graue Substanz, ähnlich wie Metall. und Silberglanz (Argentit) haben ähnliche Eigenschaften: Sie sehen beide wie Metalle aus und haben eine graue Farbe. Zinnober ist ein bräunlich-rotes, mattes Mineral mit grauen Flecken. Chalkopyrit, dessen chemische Formel CuFeS 2 ist, ist goldgelb und wird auch Goldblende genannt. Zinkblende (Sphalerit) kann eine Farbe von Bernstein bis feurigem Orange haben. Mirabilit – Na 2 SO 4 x10H 2 O – transparente oder weiße Kristalle. Es wird auch in der Medizin verwendet. Die chemische Formel von Kieserit lautet MgSO 4 xH 2 O. Es sieht aus wie ein weißes oder farbloses Pulver. Die chemische Formel von Gips lautet CaSO 4 x2H 2 O. Darüber hinaus kommt dieses chemische Element in den Zellen lebender Organismen vor und ist ein wichtiges Spurenelement.

Jeder im Chemieunterricht beschäftigte sich mit Säuren. Eine davon heißt Schwefelsäure und wird als HSO 4 bezeichnet. Über die Eigenschaften von Schwefelsäure erfahren Sie in unserem Artikel.

Physikalische Eigenschaften von Schwefelsäure

Reine Schwefelsäure oder Monohydrat ist eine farblose ölige Flüssigkeit, die bei +10 °C zu einer kristallinen Masse erstarrt. Für Reaktionen vorgesehene Schwefelsäure enthält 95 % H 2 SO 4 und hat eine Dichte von 1,84 g/cm 3 . 1 Liter dieser Säure wiegt 2 kg. Säure härtet bei -20°C aus. Die Schmelzwärme beträgt 10,5 kJ/mol bei einer Temperatur von 10,37 °C.

Die Eigenschaften konzentrierter Schwefelsäure sind vielfältig. Beim Auflösen dieser Säure in Wasser wird beispielsweise durch die Bildung von Hydraten eine große Wärmemenge (19 kcal/mol) freigesetzt. Diese Hydrate können bei niedrigen Temperaturen in fester Form aus der Lösung isoliert werden.

Schwefelsäure ist eines der grundlegendsten Produkte der chemischen Industrie. Es ist für die Herstellung von Mineraldüngern (Ammoniumsulfat, Superphosphat), verschiedenen Salzen und Säuren, Reinigungsmitteln und Medikamenten, Kunstfasern, Farbstoffen und Sprengstoffen bestimmt. Schwefelsäure wird auch in der Metallurgie (zum Beispiel beim Abbau von Uranerzen), zur Reinigung von Erdölprodukten, zum Trocknen von Gasen usw. verwendet.

Chemische Eigenschaften von Schwefelsäure

Die chemischen Eigenschaften von Schwefelsäure sind:

Wechselwirkung mit Metallen:
- verdünnte Säure löst nur die Metalle auf, die sich in einer Spannungsreihe links von Wasserstoff befinden, zum Beispiel H 2 +1 SO 4 + Zn 0 = H 2 O + Zn + 2 SO 4;
- Die oxidierenden Eigenschaften von Schwefelsäure sind großartig. Bei Wechselwirkung mit verschiedenen Metallen (außer Pt, Au) kann es zu H 2 S -2, S +4 O 2 oder S 0 reduziert werden, zum Beispiel:
- 2H 2 +6 SO 4 + 2Ag 0 = S +4 O 2 + Ag 2 +1 SO 4 + 2H 2 O;
- 5H 2 +6 SO 4 + 8Na 0 = H 2 S -2 + 4Na 2 +1 SO 4 + 4H 2 O;
Konzentrierte Säure H 2 S +6 O 4 reagiert (beim Erhitzen) auch mit einigen Nichtmetallen und wandelt sich dabei in Schwefelverbindungen mit einer niedrigeren Oxidationsstufe um, zum Beispiel:
- 2H 2 S +6 O 4 + C 0 = 2S +4 O 2 + C +4 O 2 + 2H 2 O;
- 2H 2 S +6 O 4 + S 0 = 3S +4 O 2 + 2H 2 O;
- 5H 2 S +6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P +5 O 4 + 5S +4 O 2 + 2H 2 O;
Mit basischen Oxiden:
- H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O;
Mit Hydroxiden:
- Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
- 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O;
Wechselwirkung mit Salzen bei Austauschreaktionen:
- H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;

Zur Bestimmung dieser Säure und löslicher Sulfate wird die Bildung von BaSO 4 (weißer Niederschlag, unlöslich in Säuren) herangezogen.

Ein Monohydrat ist ein ionisierendes Lösungsmittel mit saurem Charakter. Es ist sehr gut, darin Sulfate vieler Metalle aufzulösen, zum Beispiel:

2H 2 SO 4 + HNO 3 = NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -;
HClO 4 + H 2 SO 4 = ClO 4 - + H 3 SO 4 +.

Eine konzentrierte Säure ist ein ziemlich starkes Oxidationsmittel, insbesondere wenn sie erhitzt wird, zum Beispiel 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

Als Oxidationsmittel wird Schwefelsäure üblicherweise zu SO 2 reduziert. Es kann aber auf S und sogar auf H 2 S reduziert werden, zum Beispiel H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

Das Monohydrat kann kaum Strom leiten. Umgekehrt sind wässrige Säurelösungen gute Leiter. Schwefelsäure absorbiert stark Feuchtigkeit und wird daher zum Trocknen verschiedener Gase verwendet. Als Trockenmittel wirkt Schwefelsäure, solange der Wasserdampfdruck über ihrer Lösung geringer ist als ihr Druck im zu trocknenden Gas.

Wenn eine verdünnte Schwefelsäurelösung zum Sieden gebracht wird, wird ihr Wasser entzogen, während der Siedepunkt beispielsweise auf 337 °C ansteigt, wenn mit der Destillation von Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98,3 % begonnen wird. Umgekehrt verdampft aus Lösungen, die höher konzentriert sind, überschüssiges Schwefelsäureanhydrid. Dampf, der bei einer Temperatur von 337 ° C siedet, zersetzt die Säure teilweise in SO 3 und H 2 O, die sich beim Abkühlen wieder verbinden. Hohe Temperatur Das Kochen dieser Säure eignet sich zur Isolierung flüchtiger Säuren aus ihren Salzen beim Erhitzen.

Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit Säure

Beim Umgang mit Schwefelsäure ist äußerste Vorsicht geboten. Wenn diese Säure mit der Haut in Kontakt kommt, wird die Haut weiß, dann bräunlich und es treten Rötungen auf. Das umliegende Gewebe schwillt an. Wenn diese Säure mit irgendeinem Körperteil in Kontakt kommt, muss sie schnell mit Wasser abgewaschen und die verbrannte Stelle mit einer Sodalösung geschmiert werden.

Jetzt wissen Sie, dass Schwefelsäure, deren Eigenschaften gut untersucht sind, für eine Vielzahl von Produktion und Bergbau einfach unverzichtbar ist.

Eigenschaften von Schwefelsäure

Wasserfreie Schwefelsäure (Monohydrat) ist eine schwere ölige Flüssigkeit, die sich in allen Anteilen mit Wasser unter Freisetzung großer Wärmemengen vermischt. Die Dichte bei 0 °C beträgt 1,85 g/cm 3. Es siedet bei 296 °C und gefriert bei -10 °C. Schwefelsäure wird nicht nur Monohydrat genannt, sondern auch ihre wässrigen Lösungen () sowie Lösungen von Schwefeltrioxid in Monohydrat (), Oleum genannt. Oleum „raucht“ in der Luft aufgrund seiner Desorption. Reine Schwefelsäure ist farblos, während handelsübliche Säure eine dunkle Farbe mit Verunreinigungen aufweist.

Die physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure, wie Dichte, Kristallisationstemperatur, Siedepunkt, hängen von ihrer Zusammensetzung ab. Auf Abb. 1 zeigt ein Kristallisationsdiagramm des Systems. Die darin enthaltenen Maxima entsprechen der Zusammensetzung der Verbindungen oder das Vorhandensein von Minima erklärt sich aus der Tatsache, dass die Kristallisationstemperatur von Gemischen zweier Stoffe niedriger ist als die Kristallisationstemperatur jedes einzelnen von ihnen.

Reis. 1

Wasserfreie 100 %ige Schwefelsäure hat eine relativ hohe Kristallisationstemperatur von 10,7 °C. Um die Möglichkeit des Einfrierens eines Handelsprodukts während des Transports und der Lagerung zu verringern, wird die Konzentration der technischen Schwefelsäure so gewählt, dass sie eine ausreichend niedrige Kristallisationstemperatur aufweist. Die Industrie produziert drei Arten kommerzieller Schwefelsäure.

Schwefelsäure ist sehr aktiv. Es löst Metalloxide und die meisten reinen Metalle; bei erhöhten Temperaturen verdrängt es alle anderen Säuren aus Salzen. Besonders gierig verbindet sich Schwefelsäure mit Wasser aufgrund ihrer Fähigkeit, Hydrate zu bilden. Es entzieht anderen Säuren, kristallinen Salzen und sogar Sauerstoffderivaten von Kohlenwasserstoffen, die nicht Wasser selbst, sondern Wasserstoff und Sauerstoff in Kombination H: O = 2 enthalten, Wasser. Holz und andere pflanzliche und tierische Gewebe enthalten Zellulose, Stärke und Zucker in konzentrierter Schwefelsäure zerstört; Wasser bindet Säure und es bleibt nur fein verteilter Kohlenstoff aus dem Gewebe zurück. In verdünnter Säure zerfallen Cellulose und Stärke zu Zucker. Konzentrierte Schwefelsäure führt bei Kontakt mit der menschlichen Haut zu Verätzungen.

Die hohe Aktivität der Schwefelsäure in Verbindung mit den relativ geringen Produktionskosten bestimmte den enormen Umfang und die extreme Vielfalt ihrer Anwendung (Abb. 2). Es ist schwierig, eine Industrie zu finden, die Schwefelsäure oder daraus hergestellte Produkte nicht in unterschiedlichen Mengen verbraucht hat.

Reis. 2

Der größte Verbraucher von Schwefelsäure ist die Herstellung von Mineraldüngern: Superphosphat, Ammoniumsulfat usw. Viele Säuren (z. B. Phosphorsäure, Essigsäure, Salzsäure) und Salze werden größtenteils mit Hilfe von Schwefelsäure hergestellt. Schwefelsäure wird häufig bei der Herstellung von Nichteisen- und seltenen Metallen verwendet. In der metallverarbeitenden Industrie werden Schwefelsäure oder ihre Salze zum Beizen von Stahlprodukten vor dem Lackieren, Verzinnen, Vernickeln, Verchromen usw. verwendet. Zur Raffinierung von Erdölprodukten werden erhebliche Mengen Schwefelsäure verwendet. Auch die Gewinnung zahlreicher Farbstoffe (für Stoffe), Lacke und Farben (für Gebäude und Maschinen), Arzneimittel und einiger Kunststoffe ist mit dem Einsatz von Schwefelsäure verbunden. Mit Hilfe von Schwefelsäure, Ethyl- und anderen Alkoholen werden einige Ester, synthetische Reinigungsmittel und eine Reihe von Pestiziden zur Schädlingsbekämpfung hergestellt. Landwirtschaft und Unkraut. Verdünnte Lösungen von Schwefelsäure und ihren Salzen werden bei der Herstellung von Viskose, in der Textilindustrie zur Verarbeitung von Fasern oder Stoffen vor dem Färben sowie in anderen Bereichen der Leichtindustrie verwendet. In der Lebensmittelindustrie wird Schwefelsäure zur Herstellung von Stärke, Melasse und einer Reihe anderer Produkte verwendet. Beim Transport kommen Blei-Schwefelsäure-Batterien zum Einsatz. Schwefelsäure wird zum Trocknen von Gasen und zum Konzentrieren von Säuren verwendet. Schließlich wird Schwefelsäure in Nitrierungsprozessen und bei der Herstellung der meisten Sprengstoffe verwendet.

Schwefelsäure H 2 SO 4 , Molmasse 98,082; farblos ölig, geruchlos. Sehr starke Disäure, bei 18°C p K a 1 – 2,8, K 2 1,2 10 –2, pK A 2 1,92; Bindungslängen in S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, Winkel HOSOH 104°, OSO 119°; siedet unter Zersetzung und bildet (98,3 % H 2 SO 4 und 1,7 % H 2 O mit einem Siedepunkt von 338,8 °C; siehe auch Tabelle 1). Schwefelsäure, entsprechend 100 % H 2 SO 4-Gehalt, hat eine Zusammensetzung (%): H 2 SO 4 99,5 %, HSO 4 - 0,18 %, H 3 SO 4 + 0,14 %, H 3 O + 0 09 %, H 2 S 2 O 7 0,04 %, HS 2 O 7 0,05 %. Mischbar mit und SO 3 in jedem Verhältnis. In wässrigen Lösungen Schwefelsäure dissoziiert fast vollständig in H + , HSO 4 - und SO 4 2- . Bildet H 2 SO 4 · N H 2 O, wo N=1, 2, 3, 4 und 6,5.

Lösungen von SO 3 in Schwefelsäure werden Oleum genannt, sie bilden zwei Verbindungen H 2 SO 4 SO 3 und H 2 SO 4 2SO 3. Oleum enthält auch Pyroschwefelsäure, die durch die Reaktion erhalten wird: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Schwefelsäure bekommen

Rohmaterial zum Empfang Schwefelsäure dienen als: S, Metallsulfide, H 2 S, Abfälle aus Wärmekraftwerken, Sulfate von Fe, Ca usw. Die Hauptstufen der Gewinnung Schwefelsäure: 1) Rohstoffe zur Gewinnung von SO 2 ; 2) SO 2 zu SO 3 (Umwandlung); 3) SO3. In der Industrie werden zur Gewinnung zwei Methoden verwendet Schwefelsäure, unterschiedlich in der Art der Oxidation von SO 2 – Kontakt mit festen Katalysatoren (Kontakten) und Lachgas – mit Stickoxiden. Zum Erhalten Schwefelsäure Bei der Kontaktmethode nutzen moderne Anlagen Vanadiumkatalysatoren, die Pt- und Fe-Oxide verdrängt haben. Reines V 2 O 5 hat eine schwache katalytische Aktivität, die in Gegenwart von Alkalimetallen stark zunimmt, und größten Einfluss Salze haben K. Die fördernde Rolle von Alkalimetallen beruht auf der Bildung niedrig schmelzender Pyrosulfovanadate (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 und K 2 S 2 O 7 V). 2 O 5, zersetzt sich jeweils bei 315–330, 365–380 und 400–405 °C). Die katalysierte aktive Komponente befindet sich in geschmolzenem Zustand.

Das Schema für die Oxidation von SO 2 zu SO 3 lässt sich wie folgt darstellen:

In der ersten Stufe wird das Gleichgewicht erreicht, die zweite Stufe ist langsam und bestimmt die Geschwindigkeit des Prozesses.

Produktion Schwefelsäure aus Schwefel nach der Methode des Doppelkontakts und der Doppelabsorption (Abb. 1) besteht aus den folgenden Stufen. Die von Staub gereinigte Luft wird über ein Gasgebläse dem Trockenturm zugeführt, wo sie zu 93–98 % getrocknet wird. Schwefelsäure auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,01 Vol.-%. Die getrocknete Luft gelangt nach Vorwärmung in einem der Wärmetauscher der Kontakteinheit in den Schwefelofen. Der Ofen verbrennt durch Düsen zugeführten Schwefel: S + O 2 = SO 2 + 297,028 kJ. Das Gas mit 10–14 Vol.-% SO 2 wird im Kessel abgekühlt und gelangt nach Verdünnung mit Luft auf einen SO 2-Gehalt von 9–10 Vol.-% bei 420 °C in die Kontaktapparatur für die erste Konvertierungsstufe erfolgt auf drei Katalysatorschichten (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), danach wird das Gas in Wärmetauschern abgekühlt. Dann gelangt das Gas mit 8,5-9,5 % SO 3 bei 200 °C in die erste Absorptionsstufe in den Absorber, bewässert und 98 % Schwefelsäure: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. Das Gas wird dann verspritzt. Schwefelsäure, auf 420 °C erhitzt und gelangt in die zweite Stufe der Umwandlung, wobei es über zwei Katalysatorschichten fließt. Vor der zweiten Absorptionsstufe wird das Gas im Economizer abgekühlt und in den Absorber der zweiten Stufe eingespeist, bewässert mit 98 % Schwefelsäure, und dann, nach der Reinigung von Spritzern, wird es in die Atmosphäre freigesetzt.

1 - Schwefelofen; 2 - Abhitzekessel; 3 - Economizer; 4 - Startofen; 5, 6 - Wärmetauscher des Startofens; 7 - Kontaktgerät; 8 - Wärmetauscher; 9 - Oleumabsorber; 10 - Trockenturm; 11 und 12 jeweils der erste und der zweite Monohydratabsorber; 13 - Säuresammler.

1 - Plattenzuführung; 2 - Ofen; 3 - Abhitzekessel; 4 - Zyklone; 5 - Elektrofilter; 6 - Waschtürme; 7 - Nasselektrofilter; 8 - Blasturm; 9 - Trockenturm; 10 - Sprühfalle; 11 - der erste Monohydratabsorber; 12 - Wärmetauscher; 13 - Kontaktgerät; 14 – Oleumabsorber; 15 – zweiter Monohydrat-Absorber; 16 - Kühlschränke; 17 - Sammlungen.

1 - Denitrierungsturm; 2, 3 – der erste und der zweite Produktionsturm; 4 - Oxidationsturm; 5, 6, 7 - Absorptionstürme; 8 - Elektrofilter.

Produktion Schwefelsäure aus Metallsulfiden (Abb. 2) ist viel komplizierter und besteht aus den folgenden Vorgängen. Das Rösten von FeS 2 erfolgt in einem Luftwirbelschichtofen: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Röstgas mit einem SO 2 -Gehalt von 13–14 % und einer Temperatur von 900 °C gelangt in den Kessel, wo es auf 450 °C abgekühlt wird. Die Staubentfernung erfolgt in einem Zyklon und einem Elektrofilter. Anschließend durchläuft das Gas zwei Waschtürme, bewässert mit 40 % und 10 % Schwefelsäure. Gleichzeitig wird das Gas endgültig von Staub, Fluor und Arsen gereinigt. Zur Reinigung von Gas aus Aerosolen Schwefelsäure In den Waschtürmen entstehen zwei Stufen von Nasselektrofiltern. Nach der Trocknung in einem Trockenturm, bevor das Gas auf einen Gehalt von 9 % SO 2 verdünnt wird, wird es über ein Gebläse der ersten Konvertierungsstufe (3 Katalysatorbetten) zugeführt. In Wärmetauschern wird das Gas aufgrund der Wärme des Gases aus der ersten Umwandlungsstufe auf 420 °C erhitzt. SO 2 wird zu 92–95 % in SO 3 oxidiert und gelangt in die erste Absorptionsstufe in Oleum- und Monohydratabsorbern, wo es aus SO 3 freigesetzt wird. Anschließend gelangt das Gas mit einem SO 2 ~ 0,5 %-Gehalt in die zweite Konvertierungsstufe, die auf einer oder zwei Katalysatorschichten erfolgt. Durch die Wärme der Gase aus der zweiten Katalysestufe wird das Gas vorab in einer weiteren Gruppe von Wärmetauschern auf bis zu 420 °C erhitzt. Nach der Abtrennung von SO 3 in der zweiten Absorptionsstufe wird das Gas in die Atmosphäre abgegeben.

Der Umwandlungsgrad von SO 2 zu SO 3 im Kontaktverfahren beträgt 99,7 %, der Absorptionsgrad von SO 3 beträgt 99,97 %. Produktion Schwefelsäure in einer Katalysestufe durchgeführt, wobei der Umwandlungsgrad von SO 2 zu SO 3 98,5 % nicht überschreitet. Vor der Freisetzung in die Atmosphäre wird das Gas vom restlichen SO 2 gereinigt (siehe). Die Produktivität moderner Anlagen beträgt 1500-3100 Tonnen/Tag.

Der Kern der Nitrose-Methode (Abb. 3) besteht darin, dass das Röstgas nach dem Abkühlen und Entstauben mit der sogenannten Nitrose behandelt wird – Schwefelsäure in dem Stickoxide gelöst sind. SO 2 wird von Nitrose absorbiert und dann oxidiert: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Das dabei entstehende NO ist in Nitrose schwer löslich, wird aus dieser freigesetzt und dann in der Gasphase durch Sauerstoff teilweise zu NO 2 oxidiert. Dabei wird ein Gemisch aus NO und NO 2 resorbiert Schwefelsäure usw. Stickoxide werden im Lachgasprozess nicht verbraucht und fließen aufgrund unvollständiger Absorption wieder in den Produktionskreislauf zurück. Schwefelsäure sie werden teilweise durch die Abgase mitgerissen. Vorteile der Lachgasmethode: Einfachheit des Hardware-Designs, geringere Kosten (10-15 % niedriger als bei der Kontaktmethode), Möglichkeit einer 100 % SO 2 -Verarbeitung.

Die Instrumentierung des Lachgasprozesses im Turm ist einfach: SO 2 wird in 7–8 ausgekleideten Türmen mit Keramikfüllung verarbeitet, einer der Türme (hohl) ist ein einstellbares Oxidationsvolumen. Die Türme verfügen über Säuresammler, Kühlschränke und Pumpen, die Drucktanks über den Türmen mit Säure versorgen. Vor den letzten beiden Türmen ist ein Heckventilator installiert. Zur Reinigung von Gas aus Aerosolen Schwefelsäure dient als Elektrofilter. Die für den Prozess benötigten Stickoxide werden aus HNO 3 gewonnen. Um den Ausstoß von Stickoxiden in die Atmosphäre zu reduzieren und eine 100-prozentige SO 2 -Verarbeitung zu gewährleisten, ist zwischen der Produktions- und der Absorptionszone ein stickstofffreier SO 2 -Verarbeitungszyklus in Kombination mit einem Wasser-Säure-Verfahren zum tiefen Einfangen von Stickoxiden installiert. Der Nachteil der Lachgasmethode ist geringe Qualität Produkte: Konzentration Schwefelsäure 75 %, das Vorhandensein von Stickoxiden, Fe und anderen Verunreinigungen.

Um die Möglichkeit einer Kristallisation zu verringern Schwefelsäure Während des Transports und der Lagerung werden Standards für kommerzielle Qualitäten festgelegt Schwefelsäure, dessen Konzentration den niedrigsten Kristallisationstemperaturen entspricht. Inhalt Schwefelsäure in technischen Qualitäten (%): Turm (nitros) 75, Kontakt 92,5–98,0, Oleum 104,5, hochprozentiges Oleum 114,6, Batterie 92–94. Schwefelsäure in Stahltanks mit einem Volumen von bis zu 5000 m 3 gelagert, ist ihre Gesamtkapazität im Lager auf eine zehntägige Produktion ausgelegt. Oleum und Schwefelsäure in Stahl-Eisenbahntanks transportiert. Konzentriert und Batterie Schwefelsäure Der Transport erfolgt in säurebeständigen Stahltanks. Tanks für den Transport von Oleum werden mit einer Wärmedämmung abgedeckt und das Oleum wird vor dem Befüllen erhitzt.

Bestimmen Schwefelsäure kolorimetrisch und photometrisch, in Form einer Suspension von BaSO 4 - phototurbidimetrisch, sowie nach der coulometrischen Methode.

Die Verwendung von Schwefelsäure

Schwefelsäure wird bei der Herstellung von Mineraldüngern, als Elektrolyt in Bleibatterien, zur Herstellung verschiedener Mineralsäuren und -salze, Chemiefasern, Farbstoffen, rauchbildenden Stoffen und Sprengstoffen, in der Erdöl-, Metall-, Textil-, Leder- und andere Branchen. Es wird in der industriellen organischen Synthese bei Dehydratisierungsreaktionen (Gewinnung von Diethylether, Estern), Hydratisierung (Ethanol aus Ethylen), Sulfonierung (und Zwischenprodukten bei der Herstellung von Farbstoffen), Alkylierung (Gewinnung von Isooctan, Polyethylenglykol, Caprolactam) usw. verwendet. Der größte Verbraucher Schwefelsäure- Herstellung von Mineraldüngern. Für 1 t R 2 O 5 Phosphatdünger verbraucht 2,2-3,4 Tonnen Schwefelsäure und für 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t Schwefelsäure. Daher werden Schwefelsäureanlagen in der Regel in Verbindung mit Anlagen zur Herstellung von Mineraldüngern gebaut. Weltproduktion Schwefelsäure 1987 erreichte er 152 Millionen Tonnen.

Schwefelsäure und Oleum - extrem aggressive Substanzen, die die Atemwege, die Haut und die Schleimhäute angreifen, Atembeschwerden, Husten und häufig Kehlkopfentzündung, Tracheitis, Bronchitis usw. verursachen. Der MPC von Schwefelsäureaerosol in der Luft des Arbeitsbereichs beträgt 1,0 mg/m 3 , in der Atmosphäre 0,3 mg/m 3 (maximal einmalig) und 0,1 mg/m 3 (Tagesdurchschnitt). Die auffallende Konzentration der Dämpfe Schwefelsäure 0,008 mg/l (60 Min. Exposition), tödlich 0,18 mg/l (60 Min.). Gefahrenklasse 2. Aerosol Schwefelsäure kann durch Emissionen aus der chemischen und metallurgischen Industrie, die S-Oxide enthalten, in der Atmosphäre entstehen und als saurer Regen ausfallen.

physikalische Eigenschaften.

Reine 100 %ige Schwefelsäure (Monohydrat) ist eine farblose ölige Flüssigkeit, die bei +10 °C zu einer kristallinen Masse erstarrt. Reaktive Schwefelsäure hat üblicherweise eine Dichte von 1,84 g/cm 3 und enthält etwa 95 % H 2 SO 4 . Es härtet erst unter -20 °C aus.

Der Schmelzpunkt des Monohydrats beträgt 10,37 °C mit einer Schmelzwärme von 10,5 kJ/mol. IN normale Bedingungen es ist eine sehr viskose Flüssigkeit mit einer sehr hochwertig Dielektrizitätskonstante (e = 100 bei 25 °C). Die unbedeutende eigene elektrolytische Dissoziation des Monohydrats verläuft parallel in zwei Richtungen: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 · 10 -4 und [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 · 10 - 5 . Seine molekularionische Zusammensetzung lässt sich näherungsweise durch folgende Angaben (in %) charakterisieren:

H2SO4	HSO 4-	H3SO4+	H3O+	HS 2 O 7 -	H2S2O7
99,5	0,18	0,14	0,09	0,05	0,04

Bereits bei der Zugabe geringer Wassermengen überwiegt die Dissoziation nach folgendem Schema:

H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -

Chemische Eigenschaften.

H 2 SO 4 ist eine starke zweibasische Säure.

H2SO4<-->H + + HSO 4 -<-->2H + + SO 4 2-

Die erste Stufe (bei mittleren Konzentrationen) führt zu 100 % Dissoziation:

K 2 \u003d ( ) / \u003d 1,2 · 10 -2

1) Wechselwirkung mit Metallen:

A) verdünnte Schwefelsäure löst nur Metalle, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff liegen:

Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razb) -> Zn +2 SO 4 + H 2 O

B) konzentriertes H 2 +6 SO 4 – ein starkes Oxidationsmittel; Bei Wechselwirkung mit Metallen (außer Au, Pt) kann es zu S +4 O 2, S 0 oder H 2 S -2 reduziert werden (Fe, Al, Cr reagieren auch nicht ohne Erhitzen - sie werden passiviert):

2Ag 0 + 2H 2 +6 SO 4 --> Ag 2 +1 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O

8Na 0 + 5H 2 +6 SO 4 -> 4Na 2 +1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O

2) konzentriertes H 2 S +6 O 4 reagiert beim Erhitzen mit einige Nichtmetalle aufgrund seiner starken oxidierenden Eigenschaften verwandelt es sich in Schwefelverbindungen einer niedrigeren Oxidationsstufe (z. B. S + 4 O 2):

C 0 + 2H 2 S +6 O 4 (konz.) -> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S +6 O 4 (konz.) -> 3S +4 O 2 + 2H 2 O

2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (konz.) -> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O

3) mit basischen Oxiden:

CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + -> Cu 2+ + H 2 O

4) mit Hydroxiden:

H 2 SO 4 + 2NaOH -> Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H + + OH - --> H 2 O

H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 -> CuSO 4 + 2H 2 O

2H + + Cu(OH) 2 -> Cu 2+ + 2H 2 O

5) Austauschreaktionen mit Salzen:

BaCl 2 + H 2 SO 4 -> BaSO 4 + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- --> BaSO 4

Die Bildung eines weißen Niederschlags von BaSO 4 (in Säuren unlöslich) wird zur Identifizierung von Schwefelsäure und löslichen Sulfaten verwendet.

Das Monohydrat (reine, 100 %ige Schwefelsäure) ist ein ionisierendes Lösungsmittel mit saurem Charakter. Sulfate vieler Metalle lösen sich darin gut (unter Umwandlung in Bisulfate), während sich Salze anderer Säuren in der Regel nur dann lösen, wenn sie solvolysiert werden können (unter Umwandlung in Bisulfate). Salpetersäure verhält sich im Monohydrat wie eine schwache Base

HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 -

Perchlorsäure – als sehr schwache Säure

H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 -

Etwas stärker sind Fluorsulfon- und Chlorsulfonsäuren (HSO 3 F > HSO 3 Cl > HClO 4). Das Monohydrat löst viele organische Substanzen gut, die Atome mit ungeteilten Elektronenpaaren (die zur Bindung eines Protons fähig sind) enthalten. Einige davon können dann durch einfaches Verdünnen der Lösung mit Wasser unverändert wieder isoliert werden. Das Monohydrat hat eine hohe kryoskopische Konstante (6,12°) und wird manchmal als Medium zur Bestimmung von Molekulargewichten verwendet.

Konzentriertes H 2 SO 4 ist ein ziemlich starkes Oxidationsmittel, insbesondere wenn es erhitzt wird (normalerweise wird es zu SO 2 reduziert). Beispielsweise oxidiert es HI und teilweise HBr (jedoch nicht HCl) zu freien Halogenen. Es oxidiert auch viele Metalle – Cu, Hg usw. (während Gold und Platin gegenüber H 2 SO 4 stabil sind). Die Wechselwirkung mit Kupfer verläuft also nach der Gleichung:

Cu + 2 H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

Als Oxidationsmittel wird Schwefelsäure üblicherweise zu SO 2 reduziert. Allerdings kann es mit den stärksten Reduktionsmitteln zu S und sogar H 2 S reduziert werden. Konzentrierte Schwefelsäure reagiert mit Schwefelwasserstoff nach der Gleichung:

H 2 SO 4 + H 2 S \u003d 2H 2 O + SO 2 + S

Es ist zu beachten, dass es auch teilweise durch gasförmigen Wasserstoff reduziert wird und daher nicht zur Trocknung verwendet werden kann.

Reis. 13. Elektrische Leitfähigkeit von Schwefelsäurelösungen.

Die Auflösung von konzentrierter Schwefelsäure in Wasser geht mit einer erheblichen Wärmefreisetzung (und einer gewissen Verringerung des Gesamtvolumens des Systems) einher. Monohydrat leitet fast keinen Strom. Im Gegensatz dazu sind wässrige Lösungen von Schwefelsäure gute Leiter. Wie in Abb. zu sehen ist. 13, etwa 30 % Säure hat die maximale elektrische Leitfähigkeit. Das Minimum der Kurve entspricht einem Hydrat mit der Zusammensetzung H 2 SO 4 ·H 2 O.

Die Wärmefreisetzung beim Auflösen des Monohydrats in Wasser beträgt (abhängig von der Endkonzentration der Lösung) bis zu 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Im Gegenteil, durch Mischen von auf 0 °C vorgekühlter 66 %iger Schwefelsäure mit Schnee (Gewichtsverhältnis 1:1) kann eine Temperaturabsenkung bis auf -37 °C erreicht werden.

Die Änderung der Dichte wässriger Lösungen von H 2 SO 4 mit ihrer Konzentration (Gew. %) ist unten angegeben:

	5	10	20	30	40	50	60
*15 °C*	1,033	1,068	1,142	1,222	1,307	1,399	1,502
*25 °C*	1,030	1,064	1,137	1,215	1,299	1,391	1,494

	70	80	90	95	97	100
15 °C	1,615	1,732	1,820	1,839	1,841	1,836
25 °C	1,606	1,722	1,809	1,829	1,831	1,827

Wie aus diesen Daten hervorgeht, ist die Bestimmung der Dichte der Konzentration von Schwefelsäure über 90 Gew.-% erforderlich. % wird ziemlich ungenau.

Wasserdampfdruck über Lösungen von H 2 SO 4 verschiedener Konzentrationen bei unterschiedliche Temperaturen in Abb. dargestellt. 15. Schwefelsäure kann nur dann als Trocknungsmittel wirken, wenn der Wasserdampfdruck über ihrer Lösung geringer ist als ihr Partialdruck im zu trocknenden Gas.

Reis. 15. Wasserdampfdruck.

Reis. 16. Siedepunkte über Lösungen von H 2 SO 4 . H 2 SO 4-Lösungen.

Beim Kochen einer verdünnten Schwefelsäurelösung wird Wasser daraus abdestilliert und der Siedepunkt steigt auf 337 °C, wenn 98,3 % H 2 SO 4 zu destillieren beginnen (Abb. 16). Im Gegenteil, überschüssiges Schwefelsäureanhydrid verflüchtigt sich aus konzentrierteren Lösungen. Der bei 337 °C siedende Schwefelsäuredampf zerfällt teilweise in H 2 O und SO 3, die sich beim Abkühlen wieder verbinden. Der hohe Siedepunkt von Schwefelsäure ermöglicht die Isolierung flüchtiger Säuren aus ihren Salzen (z. B. HCl aus NaCl) beim Erhitzen.

Erhalt.

Das Monohydrat kann durch Kristallisation von konzentrierter Schwefelsäure bei -10°C gewonnen werden.

Schwefelsäureproduktion.

1. Stufe. Pyritofen.

4FeS 2 + 11O 2 -> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Der Prozess ist heterogen:

1) Mahlen von Eisenpyrit (Pyrit)

2) „Fließbett“-Methode

3) 800°C; Ableitung überschüssiger Wärme

4) Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Luft

2. Stufe.Nach Reinigung, Trocknung und Wärmeaustausch gelangt Schwefeldioxid in die Kontaktapparatur, wo es zu Schwefelsäureanhydrid oxidiert wird (450 °C – 500 °C; Katalysator V 2 O 5):

2SO2 + O2<-->2SO3

3. Stufe. Absorptionsturm:

nSO 3 + H 2 SO 4 (konz.) -> (H 2 SO 4 nSO 3) (Oleum)

Aufgrund der Nebelbildung kann kein Wasser verwendet werden. Wenden Sie Keramikdüsen und das Gegenstromprinzip an.

Anwendung.

Erinnern! Schwefelsäure muss in kleinen Portionen ins Wasser gegossen werden und nicht umgekehrt. Andernfalls kann es zu einer heftigen chemischen Reaktion kommen, die zu schweren Verbrennungen führen kann.

Schwefelsäure ist eines der Hauptprodukte der chemischen Industrie. Es wird zur Herstellung von Mineraldüngern (Superphosphat, Ammoniumsulfat), verschiedenen Säuren und Salzen, Arzneimitteln und verwendet Reinigungsmittel, Farbstoffe, Kunstfasern, Sprengstoffe. Es wird in der Metallurgie (Zersetzung von Erzen, zum Beispiel Uran), zur Reinigung von Erdölprodukten, als Trockenmittel usw. verwendet.

Von praktischer Bedeutung ist die Tatsache, dass sehr starke (über 75 %) Schwefelsäure keine Wirkung auf Eisen hat. Dies ermöglicht die Lagerung und den Transport in Stahltanks. Im Gegensatz dazu löst verdünntes H 2 SO 4 Eisen leicht unter Freisetzung von Wasserstoff. Oxidierende Eigenschaften sind für ihn überhaupt nicht typisch.

Starke Schwefelsäure nimmt Feuchtigkeit stark auf und wird daher häufig zur Trocknung von Gasen eingesetzt. Es entzieht vielen organischen Stoffen, die Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, Wasser, das häufig in der Technik genutzt wird. Damit (sowie mit den oxidierenden Eigenschaften von starkem H 2 SO 4) ist seine zerstörerische Wirkung auf pflanzliches und tierisches Gewebe verbunden. Schwefelsäure, die bei der Arbeit versehentlich auf die Haut oder das Kleid gelangt, sollte sofort mit viel Wasser abgewaschen werden, anschließend die betroffene Stelle mit einer verdünnten Ammoniaklösung anfeuchten und erneut mit Wasser abspülen.

Moleküle reiner Schwefelsäure.

Abb.1. Diagramm der Wasserstoffbrückenbindungen in einem H 2 SO 4-Kristall.

Die Moleküle, die den Monohydratkristall (HO) 2 SO 2 bilden, sind durch ziemlich starke (25 kJ/mol) Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, wie in Abb. schematisch dargestellt. 1. Das (HO) 2 SO 2-Molekül selbst hat die Struktur eines verzerrten Tetraeders mit einem Schwefelatom in der Nähe des Zentrums und ist durch folgende Parameter gekennzeichnet: (d (S-OH) \u003d 154 pm, PHO-S-OH = 104 °, d (S = O) = 143 Uhr, ROSO = 119 °. Im HOSO 3 - Ion ist d (S-OH) = 161 und d (SO) = 145 Uhr und Beim Übergang zum SO 4 -Ion nimmt das 2-Tetraeder die richtige Form an und die Parameter stimmen überein.

Schwefelsäure hydratisiert.

Für Schwefelsäure sind mehrere kristalline Hydrate bekannt, deren Zusammensetzung in Abb. dargestellt ist. 14. Von diesen ist das Oxoniumsalz das wasserärmste: H 3 O + HSO 4 -. Da das betrachtete System sehr anfällig für Unterkühlung ist, sind die darin tatsächlich beobachteten Gefriertemperaturen viel niedriger als die Schmelzpunkte.

Reis. 14. Schmelzpunkte im System H 2 O·H 2 SO 4.

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