- Struktur der Schwefelsäure
- Eigenschaften
- Zuckerentwässerungsreaktion
- Nomenklatur
- Anwendungen
- Speichert Schwefelsäure
- 100% ige Schwefelsäuresynthese
- Sulfonierung
- Verweise
Die Schwefelsäure ist eine von vielen Schwefelsäuren mit der chemischen Formel H 2 S 2 O 7 . Die Formel gibt ausdrücklich an, dass es zwei Schwefelatome gibt, und wie der Name auch anzeigt, müssen zwei H 2 SO 4 -Moleküle in einem vorhanden sein; Es gibt jedoch sieben statt acht Sauerstoffatome, daher muss ein Schwefel drei haben.
Diese Säure ist eine der Hauptkomponenten von Oleum (oder rauchender Schwefelsäure), einer "dichten" Form von Schwefelsäure. Es ist so vorherrschend, dass einige Oleum als Synonym für Schwefelsäure betrachten; Das ist auch unter dem traditionellen Namen Pyrosulfuric Acid bekannt.
Oleum. Quelle: W. Oelen, über Wikimedia Commons
Das Bild zeigt einen Behälter mit Oleum mit einer Konzentration von Schwefeltrioxid, SO 3 , bei 20%. Diese Substanz zeichnet sich dadurch aus, dass sie ölig und farblos ist; obwohl es in Abhängigkeit von der SO 3 -Konzentration und dem Vorhandensein einiger Verunreinigungen gelblich oder braun werden kann .
Das Vorstehende bezieht sich auf die Beteiligung von SO 3 an H 2 S 2 O 7 ; das heißt, ein Molekül von H 2 SO 4 reagiert mit einem von SO 3 unter Bildung von Schwefelsäure. In diesem Fall kann H 2 S 2 O 7 auch als H 2 SO 4 · SO 3 geschrieben werden .
Struktur der Schwefelsäure
H2S2O7-Molekül. Quelle: . Jynto (mehr von diesem Benutzer), von Wikimedia Commons
Oben ist die Struktur von H 2 S 2 O 7 in einem Kugel- und Stabmodell dargestellt. Beachten Sie auf den ersten Blick die Symmetrie des Moleküls: Die linke Seite der Sauerstoffbrücke ist identisch mit der rechten. Aus dieser Perspektive kann die Struktur mit der Formel HO 3 SOSO 3 H beschrieben werden.
An beiden Enden befindet sich jede Hydroxylgruppe, deren Wasserstoff durch induktive Wirkung all dieser Sauerstoffatome seine positive Teilladung erhöht; und folglich hat Schwefelsäure eine noch stärkere Säure als Schwefelsäure.
Das Molekül kann als H 2 SO 4 · SO 3 geschrieben werden . Dies bezieht sich jedoch mehr auf eine Zusammensetzung von Oleum als auf die Struktur eines Moleküls.
Wenn jedoch ein Wassermolekül zu H 2 S 2 O 7 gegeben wird , werden zwei Moleküle H 2 SO 4 freigesetzt :
H 2 S 2 O 7 + H 2 O 2H 2 SO 4
Das Gleichgewicht kann nach links verschoben werden: zur Bildung von H 2 S 2 O 7 aus H 2 SO 4, wenn ihm Wärme zugeführt wird. Aus diesem Grund ist H 2 S 2 O 7 auch als Pyrosulfonsäure bekannt; da es nach dem Erhitzen von Schwefelsäure erzeugt werden kann.
Wie eingangs erwähnt, wird H 2 S 2 O 7 auch durch die direkte Kombination von H 2 SO 4 und SO 3 gebildet :
SO 3 + H 2 SO 4 <=> H 2 S 2 O 7
Eigenschaften
Die Eigenschaften von Schwefelsäure sind nicht sehr genau definiert, da es äußerst schwierig ist, nur aus Oleum zu isolieren.
Es sei daran erinnert, dass es in Oleum andere Verbindungen mit den Formeln H 2 SO 4 · xSO 3 geben kann , wobei je nach Wert von x sogar polymere Strukturen vorliegen können.
Eine Möglichkeit, dies zu visualisieren, besteht darin, sich vorzustellen, dass die obere Struktur von H 2 S 2 O 7 durch mehr SO 3 -Einheiten und Sauerstoffbrücken verlängert wird.
In einem fast reinen Zustand besteht es aus einem instabilen kristallinen Feststoff (rauchend), der bei 36 ° C schmilzt. Dieser Schmelzpunkt kann jedoch in Abhängigkeit von der tatsächlichen Zusammensetzung variieren.
Schwefelsäure kann sogenannte Disulfat- (oder Pyrosulfat-) Salze bilden. Wenn es beispielsweise mit Kaliumhydroxid reagiert, bildet es Kaliumpyrosulfat, K 2 S 2 O 7 .
Zusätzlich kann gesagt werden, dass es ein Molekulargewicht von 178 g / mol und zwei Säureäquivalente (2 H + -Ionen , die mit einer starken Base neutralisiert werden können) hat.
Zuckerentwässerungsreaktion
Mit dieser Verbindung in Form von Oleum kann eine merkwürdige Reaktion durchgeführt werden: die Umwandlung von Zuckerwürfeln in Kohlenstoffblöcke.
H 2 S 2 O 7 reagiert mit Zuckern und eliminiert alle ihre OH-Gruppen in Form von Wasser, was neue Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen begünstigt. Gewerkschaften, die am Ende schwarzen Kohlenstoff verursachen.
Nomenklatur
Schwefelsäure wird als das Anhydrid der Schwefelsäure angesehen; Mit anderen Worten, es verliert ein Wassermolekül infolge der Kondensation zwischen zwei Säuremolekülen. Angesichts so vieler möglicher Namen für diese Verbindung empfiehlt die IUPAC-Nomenklatur lediglich Schwefelsäure.
Der Begriff "Pyro" bezieht sich ausschließlich auf den Begriff, der als Produkt der Anwendung von Wärme entsteht. Die IUPAC empfiehlt diesen Namen nicht für H 2 S 2 O 7 ; aber es wird heute noch von vielen Chemikern verwendet.
Das -ico-Ende bleibt unverändert, da das Schwefelatom weiterhin eine Wertigkeit von +6 beibehält. Zum Beispiel kann es mit der folgenden arithmetischen Operation berechnet werden:
2H + 2S + 7O = 0
2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0
S = 6
Anwendungen
Speichert Schwefelsäure
Schwefelsäure ist aufgrund ihrer Eigenschaft, sich wie Oleum zu verfestigen, in der Lage, Schwefelsäure sicherer aufzulösen und zu speichern. Dies liegt daran, dass SO 3 entweicht und einen nicht atmungsaktiven "Nebel" erzeugt, der in H 2 SO 4 viel löslicher ist als in Wasser. Um H 2 SO 4 zu erhalten , würde es ausreichen, dem Oleum Wasser zuzusetzen:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O 2H 2 SO 4
100% ige Schwefelsäuresynthese
Aus der vorherigen Gleichung wird das H 2 SO 4 in dem zugesetzten Wasser verdünnt. Wenn Sie beispielsweise eine wässrige Lösung von H 2 SO 4 haben , bei der SO 3 zum Entweichen neigt und ein Risiko für die Arbeiter darstellt, reagiert Oleum zu der Lösung mit dem Wasser und bildet mehr Schwefelsäure. das heißt, Ihre Konzentration zu erhöhen.
Wenn etwas Wasser übrig bleibt, wird mehr SO 3 zugegeben , das mit dem H 2 SO 4 unter Bildung von mehr Schwefelsäure oder Oleum reagiert, und dieses rehydratisiert dann durch "Trocknen" des H 2 SO 4 . Der Vorgang wird ausreichend oft wiederholt, um Schwefelsäure in einer Konzentration von 100% zu erhalten.
Ein ähnliches Verfahren wird verwendet, um 100% Salpetersäure zu erhalten. Ebenso wurde es verwendet, um andere chemische Substanzen zu dehydrieren, die zur Herstellung von Sprengstoffen verwendet werden.
Sulfonierung
Es wird verwendet, um Strukturen wie Farbstoffe zu sulfonieren; das heißt, es werden -SO 3 H- Gruppen hinzugefügt , die sich durch Verlust ihres sauren Protons am Polymer der Textilfaser verankern können.
Andererseits wird die Azidität von Oleum verwendet, um die zweite Nitrierung (Addition von -NO 2 -Gruppen ) an die aromatischen Ringe zu erreichen.
Verweise
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie. (vierte Edition). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Schwefelsäure. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
- PubChem. (2019). Pyrosulfonsäure. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee und Kwang S. Kim. (2015). Durch zwei Wassermoleküle dissoziierte Schwefelsäure: Berechnungen der Ab-initio-Funktion und der Dichtefunktionaltheorie. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
- Contra Costa Gesundheitsdienste. (sf). Oleum / Schwefeltrioxid: chemisches Merkblatt. . Wiederhergestellt von: cchealth.org