- โครงสร้างของกรดไดซัลฟิวริก
- คุณสมบัติ
- ปฏิกิริยาการคายน้ำของน้ำตาล
- ศัพท์เฉพาะ
- การประยุกต์ใช้งาน
- เก็บกรดซัลฟิวริก
- การสังเคราะห์กรดซัลฟิวริก 100%
- Sulfonation
- อ้างอิง
กรด disulfuricเป็นหนึ่งในหลาย oxoacids ของกำมะถันที่มีสูตรทางเคมี H 2 S 2 O 7 สูตรนี้ระบุอย่างชัดเจนว่ามีอะตอมของกำมะถันสองอะตอมและตามชื่อของมันก็บ่งบอกเช่นกันว่าจะต้องมีโมเลกุล H 2 SO 4 สองโมเลกุลในหนึ่งโมเลกุล อย่างไรก็ตามมีออกซีเจน 7 ตัวแทนที่จะเป็นแปดดังนั้นกำมะถันจึงต้องมีสามตัว
กรดนี้ถือเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของ oleum (หรือ fuming กรดซัลฟิวริก) ซึ่งเป็นกรดซัลฟิวริกที่ "หนาแน่น" นั่นคือความเด่นของมันที่บางคนคิดว่า oleum เป็นคำพ้องความหมายของกรดไดซัลฟูริก ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อดั้งเดิมของกรดไพโรซัลฟูริก
น้ำมัน ที่มา: W. Oelen ผ่าน Wikimedia Commons
ภาพแสดงภาชนะที่มี oleum ที่มีความเข้มข้นของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ SO 3ที่ 20% สารนี้มีลักษณะเป็นมันและไม่มีสี แม้ว่ามันจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหรือน้ำตาลขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ SO 3และการมีอยู่ของสิ่งสกปรกบางอย่าง
ข้างต้นเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของ SO 3ใน H 2 S 2 O 7 ; นั่นคือโมเลกุลของ H 2 SO 4ทำปฏิกิริยากับ SO 3อย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อสร้างกรดไดซัลฟูริก ในกรณีนี้ H 2 S 2 O 7สามารถเขียนเป็น H 2 SO 4 · SO 3ได้
โครงสร้างของกรดไดซัลฟิวริก
H2S2O7 โมเลกุล ที่มา:. Jynto (เพิ่มเติมจากผู้ใช้รายนี้) จาก Wikimedia Commons
ด้านบนเป็นโครงสร้างของ H 2 S 2 O 7ในรูปแบบทรงกลมและแท่ง สังเกตความสมมาตรของโมเลกุลได้อย่างรวดเร็วก่อน: ด้านซ้ายของสะพานออกซิเจนจะเหมือนกับทางด้านขวา จากมุมมองดังกล่าวโครงสร้างสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร HO 3 SOSO 3 H.
ที่ปลายทั้งสองคือกลุ่มไฮดรอกซิลแต่ละกลุ่มซึ่งไฮโดรเจนโดยผลอุปนัยของอะตอมออกซิเจนทั้งหมดนี้จะเพิ่มประจุบางส่วนที่เป็นบวก ดังนั้นกรดไดซัลฟิวริกจึงมีความเป็นกรดที่เข้มข้นกว่ากรดซัลฟิวริก
โมเลกุลที่สามารถเขียนเป็น H 2 SO 4 · SO 3 อย่างไรก็ตามนี่หมายถึงองค์ประกอบของ oleum มากกว่าโครงสร้างของโมเลกุล
อย่างไรก็ตามหากมีการเพิ่มโมเลกุลของน้ำใน H 2 S 2 O 7โมเลกุลของ H 2 SO 4สองโมเลกุลจะถูกปล่อยออกมา :
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
สมดุลสามารถเลื่อนไปทางซ้าย: ไปที่การก่อตัวของ H 2 S 2 O 7จาก H 2 SO 4ถ้าความร้อนถูกจ่ายให้กับมัน ด้วยเหตุนี้ H 2 S 2 O 7จึงเป็นที่รู้จักกันในชื่อกรดไพโรซัลฟูริก เนื่องจากสามารถสร้างขึ้นได้หลังจากให้ความร้อนกรดซัลฟิวริก
ตามที่กล่าวไว้ตอนต้น H 2 S 2 O 7เกิดจากการรวมกันโดยตรงของ H 2 SO 4และ SO 3 :
ดังนั้น3 + H 2ดังนั้น4 <=> H 2 S 2 O 7
คุณสมบัติ
คุณสมบัติของกรดไดซัลฟิวริกไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนเนื่องจากเป็นการยากอย่างยิ่งที่จะแยกออกจาก oleum อย่างหมดจด
ควรจำไว้ว่าใน oleum อาจมีสารประกอบอื่น ๆ ด้วยสูตร H 2 SO 4 · xSO 3ซึ่งขึ้นอยู่กับค่าของ x แม้กระทั่งโครงสร้างโพลีเมอร์ก็อาจมีอยู่
วิธีหนึ่งที่จะทำให้เห็นภาพคือการจินตนาการว่าโครงสร้างส่วนบนของ H 2 S 2 O 7จะยืดออกมากขึ้นด้วยหน่วย SO 3และสะพานออกซิเจนมากขึ้น
ในสภาพเกือบบริสุทธิ์ประกอบด้วยของแข็งผลึกที่ไม่เสถียร (การรม) ซึ่งละลายที่36ºC อย่างไรก็ตามจุดหลอมเหลวนี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่แท้จริง
กรดซัลฟิวริกสามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าเกลือไดซัลเฟต (หรือไพโรซัลเฟต) ตัวอย่างเช่นถ้ามันจะทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมไฮดรอกไซมันเป็นโพแทสเซียม pyrosulfate, K 2 S 2 O 7
นอกจากนี้ยังสามารถกล่าวได้ว่ามีน้ำหนักโมเลกุล 178 กรัม / โมลและกรด 2 ชนิดที่เทียบเท่ากัน (2 H +ไอออนที่สามารถทำให้เป็นกลางด้วยเบสที่แข็งแกร่ง)
ปฏิกิริยาการคายน้ำของน้ำตาล
ด้วยสารประกอบนี้ในรูปของ oleum ปฏิกิริยาที่น่าสงสัยสามารถทำได้: การเปลี่ยนก้อนน้ำตาลเป็นบล็อกคาร์บอน
H 2 S 2 O 7ทำปฏิกิริยากับน้ำตาลกำจัดหมู่ OH ทั้งหมดในรูปของน้ำซึ่งช่วยสร้างพันธะใหม่ระหว่างอะตอมของคาร์บอน สหภาพแรงงานที่ก่อให้เกิดคาร์บอนสีดำ
ศัพท์เฉพาะ
กรดซัลฟิวริกถือเป็นแอนไฮไดรด์ของกรดซัลฟิวริก กล่าวอีกนัยหนึ่งมันสูญเสียโมเลกุลของน้ำอันเป็นผลมาจากการควบแน่นระหว่างโมเลกุลของกรดสองตัว ด้วยชื่อที่เป็นไปได้มากมายสำหรับสารประกอบนี้ระบบการตั้งชื่อ IUPAC จึงแนะนำให้ใช้กรดไดซัลฟูริก
คำว่า 'pyro' หมายถึงเฉพาะที่เกิดขึ้นจากการใช้ความร้อน IUPAC ไม่แนะนำชื่อนี้สำหรับ H 2 S 2 O 7 ; แต่ปัจจุบันยังคงใช้โดยนักเคมีหลายคน
การสิ้นสุด -ico ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากอะตอมของกำมะถันยังคงรักษาระดับความจุ +6 ตัวอย่างเช่นสามารถคำนวณได้โดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้:
2H + 2S + 7O = 0
2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0
S = 6
การประยุกต์ใช้งาน
เก็บกรดซัลฟิวริก
กรดซัลฟิวริกซึ่งมีคุณสมบัติในการแข็งตัวเหมือนโอเสื่อน้ำมันสามารถละลายและเก็บกรดซัลฟิวริกได้อย่างปลอดภัยมากขึ้น เนื่องจาก SO 3หนีออกมาสร้าง "หมอก" ที่ไม่สามารถระบายออกได้ซึ่งละลายใน H 2 SO 4 ได้มากกว่าในน้ำ เพื่อให้ได้ H 2 SO 4ก็เพียงพอแล้วที่จะเติมน้ำให้กับ oleum:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
การสังเคราะห์กรดซัลฟิวริก 100%
จากสมการก่อนหน้านี้ H 2 SO 4เจือจางในน้ำที่เติม ตัวอย่างเช่นถ้าคุณมีสารละลาย H 2 SO 4ที่เป็นน้ำโดยที่ SO 3มีแนวโน้มที่จะหลบหนีและแสดงถึงความเสี่ยงสำหรับคนงานเมื่อเติม oleum ลงในสารละลายจะทำปฏิกิริยากับน้ำทำให้เกิดกรดซัลฟิวริกมากขึ้น นั่นคือการเพิ่มความเข้มข้นของคุณ
หากยังคงน้ำบางส่วนขึ้นดังนั้น3 จะถูกเพิ่มซึ่งทำปฏิกิริยากับเอช2 SO 4การผลิตกรด disulfuric เพิ่มเติมหรือน้ำมันแล้ว rehydrates นี้โดย "การอบแห้ง" ความ H 2 SO 4 กระบวนการนี้ซ้ำหลายครั้งเพียงพอที่จะได้รับกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้น 100%
กระบวนการที่คล้ายกันนี้ใช้เพื่อให้ได้กรดไนตริก 100% ในทำนองเดียวกันมันถูกใช้เพื่อกำจัดสารเคมีอื่น ๆ ที่ใช้ทำวัตถุระเบิด
Sulfonation
ใช้สำหรับโครงสร้างซัลโฟเนตเช่นสีย้อม นั่นคือมันจะเพิ่ม -SO 3กลุ่มH ซึ่งการสูญเสียโปรตอนที่เป็นกรดจะสามารถยึดตัวเองกับโพลีเมอร์ของเส้นใยสิ่งทอได้
ในทางกลับกันความเป็นกรดของ oleum จะถูกใช้เพื่อให้ได้ไนเตรตที่สอง (เพิ่ม -NO 2กลุ่ม) ให้กับวงแหวนอะโรมาติก
อ้างอิง
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
- วิกิพีเดีย (2018) กรดซัลฟูริก สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- PubChem (2019) กรดไพโรซัลฟิวริก สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee และ Kwang S. Kim (2015) กรดซัลฟิวริกแยกตัวโดยโมเลกุลของน้ำสองโมเลกุล: การเริ่มต้น ab และการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
- บริการด้านสุขภาพ Contra Costa (เอสเอฟ) Oleum / sulfur trioxide: เอกสารข้อเท็จจริงทางเคมี . สืบค้นจาก: cchealth.org