- Structuur van zwavelzuur
- Eigendommen
- Suiker uitdroging reactie
- Nomenclatuur
- Toepassingen
- Slaat zwavelzuur op
- 100% zwavelzuursynthese
- Sulfonering
- Referenties
Het zwavelzuur is een van de vele oxozuren van zwavel, met de chemische formule H 2 S 2 O 7 . De formule expliciet aangegeven dat er twee zwavelatomen, en zoals de naam ook aangeeft, moeten er twee schermen horizontaal 2 SO 4 moleculen in een; er zijn echter zeven zuurstofatomen in plaats van acht, dus een zwavel moet er drie hebben.
Dit zuur is een van de hoofdcomponenten van oleum (of rokend zwavelzuur), een "dichte" vorm van zwavelzuur. Het overwicht ervan is zo groot dat sommigen oleum beschouwen als een synoniem voor zwavelzuur; die ook bekend is onder de traditionele naam pyrosulfuric acid.
Oleum. Bron: W. Oelen, via Wikimedia Commons
De afbeelding toont een container met oleum, met een concentratie van zwaveltrioxide, SO 3 , van 20%. Deze stof wordt gekenmerkt door olieachtig en kleurloos te zijn; hoewel het geelachtig of bruin kan worden, afhankelijk van de concentratie van SO 3 en de aanwezigheid van enkele onzuiverheden.
Het voorgaande heeft betrekking op de deelname van SO 3 in H 2 S 2 O 7 ; dat wil zeggen, een molecuul H 2 SO 4 reageert met een van SO 3 om zwavelzuur te vormen. Als dit het geval is, kan H 2 S 2 O 7 ook worden geschreven als H 2 SO 4 · SO 3 .
Structuur van zwavelzuur
H2S2O7-molecuul. Bron:. Jynto (meer van deze gebruiker), van Wikimedia Commons
Hierboven ziet u de structuur van H 2 S 2 O 7 in een bolvormig en staven model. Let op het eerste gezicht op de symmetrie van het molecuul: de linkerkant van de zuurstofbrug is identiek aan de rechterkant. Vanuit dat perspectief kan de structuur worden beschreven met de formule HO 3 SOSO 3 H.
Aan beide uiteinden bevindt zich elke hydroxylgroep, waarvan de waterstof, door een inductief effect van al deze zuurstofatomen, zijn positieve gedeeltelijke lading verhoogt; en dientengevolge heeft zwavelzuur een nog sterkere zuurgraad dan zwavelzuur.
Het molecuul kan worden geschreven als H 2 SO 4 · SO 3 . Dit verwijst echter meer naar een samenstelling van oleum dan naar de structuur van een molecuul.
Als er echter een molecuul water wordt toegevoegd aan H 2 S 2 O 7 , komen er twee moleculen H 2 SO 4 vrij :
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Het evenwicht kan naar links worden verschoven: naar de vorming van H 2 S 2 O 7 uit H 2 SO 4 als er warmte aan wordt toegevoerd. Om deze reden staat H 2 S 2 O 7 ook bekend als pyroszwavelzuur; omdat het kan worden gegenereerd na verwarming van zwavelzuur.
Zoals in het begin vermeld, wordt H 2 S 2 O 7 ook gevormd door de directe combinatie van H 2 SO 4 en SO 3 :
SO 3 + H 2 SO 4 <=> H 2 S 2 O 7
Eigendommen
De eigenschappen van zwavelzuur zijn niet erg goed gedefinieerd, omdat het buitengewoon moeilijk is om puur uit oleum te isoleren.
Er moet aan worden herinnerd dat er in oleum andere verbindingen kunnen zijn, met formules H 2 SO 4 · xSO 3 , waarbij, afhankelijk van de waarde van x, zelfs polymere structuren aanwezig kunnen zijn.
Een manier om het te visualiseren is door je voor te stellen dat de bovenstructuur van H 2 S 2 O 7 langer wordt door meer SO 3 eenheden en zuurstofbruggen.
In bijna zuivere toestand bestaat het uit een onstabiele kristallijne vaste stof (rokend) die smelt bij 36ºC. Dit smeltpunt kan echter variëren afhankelijk van de werkelijke samenstelling.
Zwavelzuur kan zogenaamde disulfaat- (of pyrosulfaat-) zouten vormen. Als het bijvoorbeeld reageert met kaliumhydroxide, vormt het kaliumpyrosulfaat, K 2 S 2 O 7 .
Bovendien kan worden gezegd dat het een molecuulgewicht heeft van 178 g / mol en twee zurequivalenten (2 H + -ionen die kunnen worden geneutraliseerd met een sterke base).
Suiker uitdroging reactie
Met deze verbinding in de vorm van oleum kan een merkwaardige reactie worden uitgevoerd: de transformatie van suikerklontjes in koolstofblokken.
H 2 S 2 O 7 reageert met suikers en elimineert al hun OH-groepen in de vorm van water, wat nieuwe bindingen tussen koolstofatomen bevordert; vakbonden die uiteindelijk zwarte koolstof veroorzaken.
Nomenclatuur
Zwavelzuur wordt beschouwd als het anhydride van zwavelzuur; met andere woorden, het verliest een watermolecuul als gevolg van de condensatie tussen twee zuurmoleculen. Gezien zoveel mogelijke namen voor deze verbinding, beveelt de IUPAC-nomenclatuur eenvoudigweg zwavelzuur aan.
De term 'pyro' verwijst uitsluitend naar wat gevormd wordt als een product van de toepassing van warmte. De IUPAC adviseert deze naam niet voor H 2 S 2 O 7 ; maar het wordt nog steeds door veel chemici gebruikt.
Het -ico-einde blijft ongewijzigd aangezien het zwavelatoom een valentie van +6 blijft behouden. Het kan bijvoorbeeld worden berekend met behulp van de volgende rekenkundige bewerking:
2H + 2S + 7O = 0
2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0
S = 6
Toepassingen
Slaat zwavelzuur op
Gezien zijn eigenschap om te stollen zoals oleum, is zwavelzuur in staat om zwavelzuur veiliger op te lossen en op te slaan. Dit komt omdat SO 3 escapes creëren van een ondoorlaatbare "mist", die veel beter oplosbaar in H 2 SO 4 dan in water. Om H 2 SO 4 te verkrijgen , zou het voldoende zijn om water aan het oleum toe te voegen:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
100% zwavelzuursynthese
Uit de vorige vergelijking wordt de H 2 SO 4 verdund in het toegevoegde water. Als u bijvoorbeeld een waterige oplossing van H 2 SO 4 heeft , waar SO 3 de neiging heeft te ontsnappen en een risico voor werknemers vormt, reageert het met het water wanneer oleum wordt toegevoegd aan de oplossing en vormt het meer zwavelzuur; dat wil zeggen, uw concentratie vergroten.
Als er water blijft, meer SO 3 toegevoegd , die reageert met de H 2 SO 4 meer pyrozwavelzuur of oleum, en dan deze rehydrateert door "drogen" H produceert 2 SO 4 . Het proces wordt voldoende vaak herhaald om zwavelzuur te verkrijgen met een concentratie van 100%.
Een soortgelijk proces wordt gebruikt om 100% salpeterzuur te verkrijgen. Evenzo is het gebruikt om andere chemische stoffen te dehydrateren die worden gebruikt om explosieven te maken.
Sulfonering
Het wordt gebruikt om structuren, zoals die van kleurstoffen, te sulfoneren; dat is, voegt -SO 3 H -groepen , die door het verlies van hun zuur proton kunnen zich verankeren aan het polymeer van de textielvezel.
Aan de andere kant wordt de zuurgraad van oleum gebruikt om de tweede nitratie te bereiken (add -NO 2 groepen ) aan de aromatische ringen.
Referenties
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (vierde druk). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2018). Zwavelzuur. Hersteld van: en.wikipedia.org
- PubChem. (2019). Pyroszwavelzuur. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee en Kwang S. Kim. (2015). Zwavelzuur gescheiden door twee watermoleculen: ab initio en dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
- Contra Costa Health Services. (sf). Oleum / zwaveltrioxide: chemisch informatieblad. . Hersteld van: cchealth.org