Характеристика сульфатної кислоти

                                               Коротка характеристика сполуки

Сульфатна кислота (сірчана кислота, дигідрогенсульфат, застаріла назва — купоросне масло) — сполука сірки з формулою H₂SO₄. Безбарвна масляниста, дуже в'язка і гігроскопічна рідина. Сірчана кислота — одна з найсильніших неорганічних кислот і є дуже їдкою та небезпечною. Ця кислота утворює два ряди солей: сульфати і гідрогенсульфати, в яких у порівнянні з сульфатною кислотою замінюються один або два атоми гідрогену на катіони металів. Сірчана кислота є однією з найважливіших технічних речовин у світі і лідирує за кількістю виробництва. Вона в основному використовується для виробництва добрив і інших неорганічних кислот. В основному використовуються водні розчини цієї кислоти.

                                                   Знаходження в природі

Земля

Вільна сірчана кислота зустрічається в природі дуже рідко. В атмосфері вона утворюється з діоксиду сірки, який утворюється при згоранні сірковмісних речовин або вулканічних вивержень.

Діоксид сірки окислюється гідроксильними радикалами та киснем з утворенням триоксиду сірки, який вступаючи в реакцію з атмосферною вологою утворює кислоту. У кислотних дощах вона виступає в розбавленому виді.

Невелику кількість вільної сірчаної кислоти також можна знайти в деяких вулканічних джерелах, які називаються сольфатари. Найбільшу кількість сірчаної кислоти у світі містить озеро в кратері вулкана Іджен в Індонезії. На відміну від вільної кислоти, її солі, зокрема, сульфати, зустрічається в природі набагато частіше. Існує багато різних мінералів сульфатів. Серед них найвідомішими й найважливішими є гіпс (CaSO₄ · 2 H₂O), барит (BaSO₄), Халькантит (CuSO₄ · 5 H₂O) і глауберова сіль (Na₂SO₄ · 10 H₂O).

Знаходження поза межами землі

Сірчана кислота знаходиться за межами Землі в верхніх шарах атмосфери Венери. Вона утворюється в результаті фотохімічних реакцій діоксиду сірки і води, які утворюють краплі 80-85% кислоти. У більш глибоких шарах, кислота розпадається через високі температури знову на діоксид сірки, і воду, які піднімаючись догори знову можуть утворювати сірчану кислоту.

 Інфрачервоні спектри які були отримані апаратом Галілео показують різні ступені поглинань на супутнику Юпітера, які були віднесені до одного або кількох видів гідратів

                                                Фізичні властивості

Хімічно чиста сульфатна кислота являє собою важку безбарвну маслянисту рідину. Продають, зазвичай, 96,5% —ий водний розчин густиною 1,84 г/см³ або так званий «олеум», тобто розчин SO₃ в H₂SO₄. У воді H₂SO₄ розчиняється дуже добре (змішується з водою в необмежених кількостях). При цьому виділяється тепло, і розчин дуже сильно нагрівається (навіть до кипіння води). Тому при додаванні води до концентрованої сульфатної кислоти остання розбризкується внаслідок швидкого перетворення води в пару. Через це при розведенні концентрованої H₂SO₄ треба кислоту вливати у воду (а не навпаки!) тонким струменем при старанному розмішуванні розчину скляною паличкою. Концентрована сульфатна кислота як і чиста вода погано проводить струм внаслідок малої дисоціаціїї, питома електропровідність 1,044 · 10⁻² S/см.

                                               Хімічні властивості

Концентрована сульфатна кислота обвуглює органічні речовини — цукор, папір, деревину, волокна тощо, відбираючи від них елементи води. При цьому утворюються гідрати сульфатної кислоти. Обвуглювання цукру можна подати рівнянням:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + _nH₂SO₄ → 12С + nH₂SO₄ ∙ 11Н₂O

Вугілля, що утворилося, частково вступає у взаємодію з кислотою:

С + 2H₂SO₄ → СО₂ + 2SO₂ + 2Н₂O.

Тому кислота, що надходить у продаж, має бурий колір від пилу й органічних речовин, які випадково потрапили в розчин і обвуглилися. На поглинанні (відбиранні) води сульфатною кислотою базується осушування газів. Як сильна нелетка кислота, H₂SO₄ витісняє інші кислоти із сухих солей. Наприклад:
NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃.

Однак, якщо H₂SO₄ додають до розчинів солей, то витіснення кислот не відбувається.

Дуже важлива хімічна властивість сульфатної кислоти — взаємодія її з металами. Розведена і концентрована сульфатна кислота реагує з ними по-різному.

Розведені розчини сульфатної кислоти розчиняють метали, розташовані в ряду стандартних електродних потенціалів до водню. Однак на поверхні свинцю утворюється плівка PbSO₄, яка захищає його від подальшої взаємодії з кислотою. Метали, розташовані в ряду стандартних електродних потенціалів після водню, з розведеними розчинами H₂SO₄ не взаємодіють.

Концентрована сульфатна кислота за звичайної температури з багатьма металами не реагує. Тому безводну сульфатну кислоту можна зберігати у залізній тарі й перевозити у стальних цистернах. Однак при нагріванні концентрована H₂SO₄ взаємодіє майже з усіма металами (крім Pt, Au та деяких інших). При цьому вона виступає як окисник, сама відновлюється звичайно до SO2. Водень у цьому випадку не виділяється, а утворюється вода. Наприклад:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2Н₂O.

Сульфатна кислота має всі властивості кислот.

                                                              Якісна реакція

Солі сірчаної кислоти розчиняються у воді, за винятком сульфату барію. Якщо в розчин сульфатної кислоти або якоїсь її солі влити розчин барій хлориду то випаде білий осад – сульфат барію.

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

Na₂SO₄ + BACl₂→ BaSO₄ + 2NACl

Розчинні солі барію є реактивом на сірчану кислоту та її розчинні солі. Якщо після доливання розчину солі барію до якогось іншого розчину випадає осад і цей осад не розчиняється після доливання азотної кислоти, то можна сказати, що в досліджуваній речовині є сульфатна кислота або її сіль.