Hapete koostoime metallidega. Väävelhappe koostoime metallidega. Lahjendatud väävelhape

Metalliga hape on nendele ühendiklassidele omane. Selle käigus vesiniku prooton redutseerub ja koos happeaniooniga asendub metallikatiooniga. See on näide reaktsioonist, mis tekitab soola, kuigi on mitut tüüpi interaktsioone, mis seda põhimõtet ei järgi. Need kulgevad redoksreaktsioonidena ja nendega ei kaasne vesiniku eraldumist.

Hapete reaktsioonide põhimõtted metallidega

Kõik reaktsioonid metalliga põhjustavad soolade moodustumist. Ainus erand on võib-olla väärismetalli reaktsioon aqua regiaga, vesinikkloriidhappe seguga ja mis tahes muu hapete koostoime metallidega viib soola moodustumiseni. Kui hape ei ole kontsentreeritud väävel- ega lämmastikhape, eraldub produktina molekulaarne vesinik.

Kui aga kontsentreeritud väävelhape reageerib, toimub interaktsioon metallidega oksüdatsiooni-redutseerimise protsessi põhimõttel. Seetõttu tuvastati eksperimentaalselt kahte tüüpi interaktsioonid tüüpiliste metallide ja tugevate anorgaaniliste hapete vahel:

• metallide koostoime lahjendatud hapetega;
• koostoime kontsentreeritud happega.

Esimest tüüpi reaktsioonid toimuvad mis tahes happega. Ainsad erandid on kontsentreeritud ja mis tahes kontsentratsiooniga lämmastikhape. Nad reageerivad vastavalt teisele tüübile ja põhjustavad soolade ning väävli ja lämmastiku redutseerimisproduktide moodustumist.

Hapete tüüpilised vastasmõjud metallidega

Standardsetes elektrokeemilistes sarjades vesinikust vasakul asuvad metallid reageerivad teiste erineva kontsentratsiooniga hapetega, välja arvatud lämmastikhape, moodustades soola ja vabastades molekulaarse vesiniku. Elektronegatiivsuse reas vesinikust paremal asuvad metallid ei saa reageerida ülaltoodud hapetega ja interakteeruvad ainult lämmastikhappega, sõltumata selle kontsentratsioonist, kontsentreeritud väävelhappega ja aqua regiaga. See on tüüpiline reaktsioon hapete ja metallide vahel.

Metallide reaktsioonid kontsentreeritud väävelhappega

Reaktsioonid lahjendatud lämmastikhappega

Lahjendatud lämmastikhape reageerib metallidega, mis asuvad vesinikust vasakul ja paremal. Reaktsiooni käigus aktiivsete metallidega tekib ammoniaak, mis kohe lahustub ja reageerib nitraadianiooniga, moodustades teise soola. Hape reageerib keskmise aktiivsusega metallidega, vabastades molekulaarse lämmastiku. Madala aktiivsusega ainete puhul kulgeb reaktsioon kahevalentse lämmastikoksiidi vabanemisega. Kõige sagedamini moodustub ühes reaktsioonis mitu väävli redutseerimisprodukti. Reaktsioonide näited on toodud allolevas graafilises lisas.

Reaktsioonid kontsentreeritud lämmastikhappega

Sel juhul toimib lämmastik ka oksüdeeriva ainena. Kõik reaktsioonid lõpevad soola moodustumisega ja redoksreaktsioonide vabanemisega Redoksreaktsioonide kulgemise skeemid on välja pakutud graafilises lisas. Sel juhul väärib erilist tähelepanu reaktsioon madala aktiivsusega elementidega. See hapete koostoime metallidega on mittespetsiifiline.

Metallide reaktsioonivõime

Metallid reageerivad hapetega üsna kergesti, kuigi on mitmeid inertseid aineid. Need on ka elemendid, millel on kõrge standardne elektrokeemiline potentsiaal. Selle näitaja alusel on ehitatud mitmeid metalle. Seda nimetatakse elektronegatiivsuse jadaks. Kui metall on selles vesinikust vasakul, siis on see võimeline reageerima lahjendatud happega.

On ainult üks erand: raud ja alumiinium, kuna nende pinnal moodustuvad 3-valentsed oksiidid, ei saa ilma kuumutamiseta happega reageerida. Segu kuumutamisel reageerib metalloksiidkile alguses ja seejärel lahustub see ise happes. Elektrokeemilise aktiivsuse seerias vesinikust paremal asuvad metallid ei saa reageerida anorgaanilise happega, sealhulgas lahjendatud väävelhappega. Reeglist on kaks erandit: need metallid lahustuvad kontsentreeritud ja lahjendatud lämmastikhappes ja aqua regia. Viimases ei saa lahustuda ainult roodium, ruteenium, iriidium ja osmium.

2. lehekülg

Lahjendatud väävelhape sobib lihtsate, vees halvasti lahustuvate anioonhapete tootmiseks.

Lahjendatud väävelhape, millest benseensulfoonhape eemaldati benseeniga, kontsentreeritakse uuesti väävelanhüdriidi lisamise tulemusena. Benseeni ekstrakt destilleeritakse ja benseen suunatakse tagasi tsüklisse. Destilleerimisjääk on üsna puhas benseensulfoonhape. Selle meetodi puhul on väävelhappe kasutamine parim. Puuduseks on ebarahuldav soojusbilanss ja pikk reaktsiooniaeg. Kui protsess viiakse läbi rõhu all, kõrgel temperatuuril ja väävelhappe kontsentreerimisel reaktsiooniseadmetes, võib see meetod muutuda ökonoomseks.

Lahjendatud väävelhape reageerib metallidega, mille elektroodipotentsiaal on p 0, vabastades vesiniku.

Lahjendatud väävelhape ei avalda vasksulfiididele mingit mõju, seega on märkimisväärses koguses vasksulfiidmineraale sisaldava maagi otsene väävelhappega leostumine kahjumlik. Raudsulfaat on vasksulfiidmineraalide lahusti.

Lahjendatud väävelhappel ei ole oksüdeerivaid omadusi, välja arvatud selle võime lahustada metalle H redutseerimisel H2-ks (vt osa. Paljud orgaanilised ühendid oksüdeeritakse kas osaliselt või täielikult kuuma kontsentreeritud väävelhappe toimel. Väävelhappe omadused on osas kirjeldatud.

Lahjendatud väävelhape, erinevalt kontsentreeritud väävelhappest, peaaegu ei mõjuta metallilist vaske. Mida lahjendatud on väävelhape, seda vähem märgatav on nendevaheline koostoime. Seda nähtust seletatakse lahjendatud väävelhappe oksüdeerivate omaduste puudumisega.

Orgaanilistest lisanditest puhastatud lahjendatud väävelhapet saab kasutada osaliselt leeliselise tehasereovee neutraliseerimiseks, samuti kustutamata lupja tsemendi või bituumeni ja telliste tootmisel täiteainena kasutatava pulbrilise hüdrofoobse toote või kipsi tootmiseks kasutatavate granulaatide tootmiseks. , millel on piiramatu nõudlus paljudes tööstusharudes - ehitus, metallurgia, meditsiin.

Lahjendatud väävelhape eraldub tinametalliga kuumutamisel vesinikku ja moodustab tinasulfaadi.

Lahjendatud väävelhape ei reageeri jodiididega. Kontsentreeritud väävelhape ei mõjuta elementaarset joodi.

Lahjendatud väävelhape (üle 10% H2SO4) hävitab oluliselt puitu. Kontsentreeritud väävelhappe lahustes puit söestub. Kõrgendatud temperatuuril hävitab isegi lahjendatud väävelhape puitu, põhjustades selle hüdrolüüsi. Puit ei ole lämmastikhappes stabiilne. Lahjendatud vesinikkloriidhappe lahused (10% HC1) tavatemperatuuril puitu ei mõjuta. Puit käitub vesinikfluoriidhappega võrreldes ligikaudu samamoodi.

Mis on 269,2 ºС ja eritihedus on 1,83 g/ml ümbritseva õhu temperatuuril (20º) - see on väävelhape. Selle aine sulamistemperatuur on ainult 10,3ºС.

Kontsentratsioonitase on suuresti määrav tegur selle kasutamisel keemias ja tööstuslikus tootmises. Reeglina eristatakse kahte peamist konventsionaalset kontsentratsioonitasemete jaotust, kuigi rangelt teaduslikus mõttes on nende vahele numbrilist joont võimatu tõmmata. Selle klassifikatsiooni järgi eristatakse lahjendatud väävelhapet ja kontsentreeritud väävelhapet.

Suheldes paljude metallidega, nagu raud, tsink, magneesium, eraldab see aine reaktsiooni käigus vesinikku. Näiteks rauaga suhtlemisel toimub reaktsioon, mille valem on kirjutatud järgmiselt: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2. Tuleb meeles pidada, et lahjendatud väävelhape, mille omadused iseloomustavad seda tugeva oksüdeeriva ainena, praktiliselt ei suhtle madala aktiivsusega metallidega - vase, hõbeda, kullaga.

Kuna see ühend on tugev oksüdeerija, on see võimeline oksüdeerima väga suurt hulka metalle; see omadus määrab selle laialdase kasutuse erinevates tööstusliku tootmise valdkondades.

Reeglina on keemiliselt aktiivsete ainetega, näiteks magneesiumi või naatriumiga, reageerimisel redoksreaktsiooni tulemus (IV) ja kui nendeks toimeaineteks on metallid, siis tekib reaktsioonil vesiniksulfiid (H2S) ja väävel (S). ). Nendeks aktiivseteks metallideks võivad olla kaltsium, kaalium, juba mainitud magneesium jt.

Veevaba või, nagu seda nimetatakse ka väga kontsentreeritud väävelhape, ei suhtle nõrgalt või praktiliselt metallidega, näiteks rauaga, kuna raua keemilise aktiivsuse tase on äärmiselt madal. Nende koostoime tulemuseks võib olla ainult vastupidava kile moodustumine rauda sisaldava sulami pinnal, mille keemiline koostis sisaldab oksiide. See on tingitud asjaolust, et lahjendatud ja veelgi kontsentreeritumat väävelhapet hoitakse ja transporditakse peamiselt metallidest: titaanist, alumiiniumist, niklist valmistatud mahutites.

See aine on võimeline oksüdeerima mittemetalle ja isegi ilmutama oma oksüdeerivaid omadusi reaktsioonides keeruliste ainetega, näiteks redutseerivate ainetega. Selliste reaktsioonide toimumise olemuse määrab lahjendatud väävelhappe kontsentratsioon igal konkreetsel juhul. Teisest küljest on sellel ainel olenemata kontsentratsioonitasemest palju iseloomulikke omadusi, mis on teistel hapetel. Näiteks on see võimeline interakteeruma oksiididega ja viia soolade vabanemiseni. Sama asi juhtub hüdroksiididega suhtlemisel. Lisaks on lahjendatud H2SO4 kahealuseline ühend, mis teiste ainetega suhtlemisel moodustab ka mõningaid ainult talle iseloomulikke omadusi. Peaasi, et nende koostoimete tulemusena moodustuvad kahte tüüpi soolad: keskmised (kontsentreeritud happe jaoks) soolad - sulfaadid ja lahjendatud happe jaoks - hüdrosulfaadid.

Nagu juba märgitud, on lahjendatud väävelhape keemiatööstuses oluline ja laialdaselt kasutatav toode. Ka teistes tööstusvaldkondades on rakendusi mitmetahulised. Seega kasutatakse seda tehiskiudude ja erinevat tüüpi plastide, mineraalväetiste ja värvainete tootmisel. Happe omadused on tootmises nõutud, metallurgilises tootmises on see asendamatu ja laialdaselt kasutusel ka gaaskuivatajana.

Väävelhappe derivaate - sulfaate - kasutatakse aktiivselt põllumajanduses, tööstuses - värvide, paberi, kummi, kipsi ja palju muu tootmisel.

Iga hape on kompleksne aine, mille molekul sisaldab ühte või mitut vesinikuaatomit ja happejääki.

Väävelhappe valem on H2SO4. Järelikult sisaldab väävelhappe molekul kahte vesinikuaatomit ja happelist jääki SO4.

Väävelhape tekib vääveloksiidi reageerimisel veega

SO3+H2O -> H2SO4

Puhas 100% väävelhape (monohüdraat) on raske vedelik, viskoosne nagu õli, värvitu ja lõhnatu, hapu "vase" maitsega. Juba temperatuuril +10 ° C see kõvastub ja muutub kristalliliseks massiks.

Kontsentreeritud väävelhape sisaldab ligikaudu 95% H2SO4. Ja see kõveneb temperatuuril alla –20°C.

Koostoime veega

Väävelhape lahustub hästi vees, segades sellega mis tahes vahekorras. See vabastab suurel hulgal soojust.

Väävelhape suudab imada õhust veeauru. Seda omadust kasutatakse tööstuses gaaside kuivatamiseks. Gaasid kuivatatakse, lastes need läbi spetsiaalsete väävelhappega mahutite. Loomulikult saab seda meetodit kasutada ainult nende gaaside puhul, mis sellega ei reageeri.

On teada, et kui väävelhape puutub kokku paljude orgaaniliste ainetega, eriti süsivesikutega, siis need ained söestuvad. Fakt on see, et süsivesikud, nagu vesi, sisaldavad nii vesinikku kui ka hapnikku. Väävelhape võtab need elemendid neilt ära. Järele jääb kivisüsi.

H2SO4 vesilahuses muutuvad indikaatorid lakmus ja metüüloranž punaseks, mis näitab, et sellel lahusel on hapu maitse.

Koostoime metallidega

Nagu iga teine ​​hape, on väävelhape võimeline asendama oma molekulis vesinikuaatomeid metalliaatomitega. See suhtleb peaaegu kõigi metallidega.

Lahjendatud väävelhape reageerib metallidega nagu tavaline hape. Reaktsiooni tulemusena moodustub sool happelise jäägi SO4 ja vesinikuga.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

A kontsentreeritud väävelhape on väga tugev oksüdeerija. See oksüdeerib kõiki metalle, olenemata nende asukohast pingereas. Ja metallidega reageerides redutseeritakse see ise SO2-ks. Vesinik ei eraldu.

Сu + 2 H2SO4 (konts.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (konts.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Kuid kuld, raud, alumiinium ja plaatina rühma metallid ei oksüdeeru väävelhappes. Seetõttu transporditakse väävelhapet terasmahutites.

Selliste reaktsioonide tulemusena tekkivaid väävelhappe sooli nimetatakse sulfaatideks. Need on värvitud ja kergesti kristalliseeruvad. Mõned neist on vees hästi lahustuvad. Ainult CaSO4 ja PbSO4 lahustuvad vähe. BaSO4 on vees peaaegu lahustumatu.

Koostoime alustega

Hapete ja aluste vahelist reaktsiooni nimetatakse neutraliseerimisreaktsiooniks. Väävelhappe neutraliseerimisreaktsiooni tulemusena tekib sool, mis sisaldab happejääki SO4 ja vett H2O.

Väävelhappe neutraliseerimisreaktsioonide näited:

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Väävelhape reageerib neutraliseerimisel nii lahustuvate kui ka lahustumatute alustega.

Kuna väävelhappe molekulis on kaks vesinikuaatomit ja selle neutraliseerimiseks on vaja kahte alust, klassifitseeritakse see kahealuseliseks happeks.

Koostoime aluseliste oksiididega

Kooli keemiakursusest teame, et oksiidid on kompleksained, mis sisaldavad kahte keemilist elementi, millest üks on hapnik oksüdatsiooniastmes -2. Aluselisi oksiide nimetatakse 1, 2 ja mõnede 3 valentsmetallide oksiidideks. Aluseliste oksiidide näited: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.

Väävelhape reageerib neutraliseerimisreaktsioonis aluseliste oksiididega. Selle reaktsiooni tulemusena, nagu ka reaktsioonis alustega, moodustub sool ja vesi. Sool sisaldab happelist jääki SO4.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Koostoime sooladega

Väävelhape reageerib nõrgemate või lenduvate hapete sooladega, tõrjudes need happed neilt välja. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub sool happelise jäägiga SO4 ja hape

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Väävelhappe ja selle ühendite kasutamine

Baariumpuder BaSO4 on võimeline blokeerima röntgenikiirgust. Täides sellega inimkeha õõnsaid organeid, uurivad radioloogid neid.

Meditsiinis ja ehituses kasutatakse laialdaselt looduslikku kipsi CaSO4 * 2H2O ja kaltsiumsulfaadi kristalset hüdraati. Glauberi soola Na2SO4 * 10H2O kasutatakse meditsiinis ja veterinaarmeditsiinis, keemiatööstuses - sooda ja klaasi tootmiseks. Vasksulfaat CuSO4 * 5H2O on tuntud aednikele ja agronoomidele, kes kasutavad seda kahjurite ja taimehaiguste vastu võitlemiseks.

Väävelhapet kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes: keemia-, metalli-, õli-, tekstiili-, naha- ja teistes tööstusharudes.