Ácido sulfato: fórmula e propriedades químicas

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Um dos primeiros ácidos minerais que se tornaram conhecidos pelo homem é o sulfúrico, ou sulfato. Não só ela mesma, mas também muitos de seus sais foram usados na construção, na medicina, na indústria alimentícia e para fins técnicos. Até agora, nada mudou nesse sentido. Uma série de características que o ácido sulfato possui o tornam simplesmente indispensável em sínteses químicas. Além disso, seus sais são utilizados em quase todos os setores da vida cotidiana e da indústria. Portanto, consideraremos em detalhes o que é e quais são as características das propriedades manifestadas.

Variedade de nomes

Vamos começar com o fato de que essa substância tem muitos nomes. Entre eles estão aqueles que são formados de acordo com a nomenclatura racional, e aqueles que se desenvolveram historicamente. Assim, esta conexão é designada como:

ácido sulfato;
vitríolo;
ácido sulfúrico;
oleum.

Embora o termo "oleum" não seja muito adequado para esta substância, pois é uma mistura de ácido sulfúrico e óxido de enxofre superior -SO_3.

Ácido sulfato: fórmula e estrutura molecular

Do ponto de vista da abreviatura química, a fórmula deste ácido pode ser escrita da seguinte forma: H₂SO_{4. Obviamente, a molécula consiste em dois cátions de hidrogênio e um ânion do resíduo ácido - íon sulfato, que tem uma carga de 2+.}

Neste caso, as seguintes ligações atuam dentro da molécula:

polar covalente entre enxofre e oxigênio;

covalente fortemente polar entre hidrogênio e resíduo ácido SO_4.

O enxofre, com 6 elétrons desemparelhados, forma duas ligações duplas com dois átomos de oxigênio. Com mais um par - único, e aqueles, por sua vez, únicos com hidrogênios. Como resultado, a estrutura da molécula permite que ela seja forte o suficiente. Ao mesmo tempo, o cátion hidrogênio é muito móvel e sai facilmente, porque o enxofre e o oxigênio são muito mais eletronegativos. Ao puxar a densidade eletrônica para si mesmos, eles fornecem ao hidrogênio uma carga parcialmente positiva, que fica cheia quando desconectada. É assim que as soluções ácidas são formadas, nas quais há H+.

Se falarmos sobre os estados de oxidação dos elementos no composto, então sulfato ácido, cuja fórmula é H₂SO_{4, permite calculá-los facilmente: hidrogênio +1, oxigênio -2, enxofre +6.}

Como em qualquer molécula, a carga total é zero.

Histórico de descobertas

O ácido sulfatado é conhecido pelas pessoas desde a antiguidade. Até os alquimistas sabiam como obtê-lo calcinando vários vitríolos. ComJá no século IX, as pessoas recebiam e usavam essa substância. Mais tarde, na Europa, Albert Magnus aprendeu a extrair ácido da decomposição do sulfato de ferro.

No entanto, nenhum dos métodos foi lucrativo. Então a chamada versão de câmara de síntese tornou-se conhecida. Para isso, o enxofre e o nitrato foram queimados e os vapores liberados foram absorvidos pela água. Como resultado, o ácido sulfato foi formado.

Ainda mais tarde, os britânicos conseguiram encontrar o método mais barato de obter essa substância. Pirita foi usada para isso - FeS_{2, piritas de ferro. Sua torrefação e subsequente interação com o oxigênio ainda constituem um dos métodos industriais mais importantes para a síntese de ácido sulfúrico. Essas matérias-primas são mais acessíveis, mais baratas e de maior qualidade para grandes volumes de produção.}

Propriedades físicas

Existem vários parâmetros, inclusive externos, que distinguem o ácido sulfato dos demais. Suas propriedades físicas podem ser descritas em vários pontos:

Líquido em condições padrão.
Em seu estado concentrado, é pesado, oleoso, pelo qual recebeu o nome de "vitríolo".
Densidade da matéria - 1,84 g/cm3.
Sem cor ou odor.
Tem um gosto pronunciado de "cobre".
Dissolve-se muito bem em água, quase ilimitada.
Higroscópico, capaz de reter tanto a água livre quanto a água ligada dos tecidos.
Não volátil.
Ponto de ebulição - 296oC.
Derretendo a 10, 3oC.

Uma das características mais importantes deste composto é a capacidade de se hidratar com a liberação de uma grande quantidade de calor. É por isso que, mesmo do banco da escola, as crianças são ensinadas que não é possível adicionar água ao ácido, mas apenas o contrário. Afinal, a água é mais leve em densidade, então ela se acumulará na superfície. Se for adicionado abruptamente ao ácido, como resultado da reação de dissolução, uma quantidade tão grande de energia será liberada que a água ferverá e começará a respingar junto com partículas de uma substância perigosa. Isso pode causar queimaduras químicas graves na pele das mãos.

Portanto, o ácido deve ser derramado na água em um fluxo fino, então a mistura ficará muito quente, mas não ocorrerá fervura, o que significa que o líquido também respingará.

Propriedades Químicas

Do ponto de vista da química, esse ácido é muito forte, principalmente se for uma solução concentrada. É dibásico, portanto se dissocia em etapas, com a formação de ânions hidrossulfato e sulfato.

Em geral, sua interação com vários compostos corresponde a todas as principais reações características dessa classe de substâncias. Podemos dar exemplos de várias equações nas quais o ácido sulfato faz parte. As propriedades químicas se manifestam em sua interação com:

sais;
óxidos e hidróxidos metálicos;
óxidos e hidróxidos anfotéricos;
metais em uma série de voltagens até o hidrogênio.

Bcomo resultado dessas interações, em quase todos os casos, são formados sais médios de um determinado ácido (sulfatos) ou sais ácidos (hidrosulfatos).

Uma característica especial também é aquela com metais de acordo com o esquema usual Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ apenas uma solução de uma dada substância reage, ou seja, um ácido diluído. Se tomarmos concentrado ou altamente saturado (oleum), os produtos de interação serão completamente diferentes.}

Propriedades especiais do ácido sulfúrico

Incluem apenas a interação de soluções concentradas com metais. Então, existe um certo esquema que reflete todo o princípio de tais reações:

Se o metal estiver ativo, o resultado é a formação de sulfeto de hidrogênio, sal e água. Ou seja, o enxofre é reduzido para -2.
Se o metal é de atividade média, então o resultado é enxofre, sal e água. Ou seja, a redução do íon sulfato a enxofre livre.
Metais de baixa reatividade (após o hidrogênio) - dióxido de enxofre, sal e água. Enxofre em estado de oxidação +4.

Além disso, as propriedades especiais do ácido sulfato são a capacidade de oxidar alguns não metais ao seu estado de oxidação mais alto e reagir com compostos complexos e oxidá-los em substâncias simples.

Métodos de obtenção na indústria

O processo de sulfato para produção de ácido sulfúrico consiste em dois tipos principais:

contato;
torre.

Ambas são as formas mais comuns deindústria em todos os países do mundo. A primeira opção é baseada no uso de pirita de ferro ou pirita de enxofre como matéria-prima - FeS_{2. Existem três estágios no total:}

Torra de matérias-primas com formação de dióxido de enxofre como produto da combustão.

Passando este gás através do oxigênio sobre um catalisador de vanádio para formar anidrido sulfúrico - SO_3.
Na torre de absorção, o anidrido é dissolvido em uma solução de ácido sulfato com a formação de uma solução de alta concentração - oleum. Líquido oleoso muito pesado.

A segunda opção é praticamente a mesma, mas os óxidos de nitrogênio são usados como catalisador. Do ponto de vista de parâmetros como qualidade do produto, custo e consumo de energia, pureza das matérias-primas, produtividade, o primeiro método é mais eficiente e aceitável, por isso é mais usado.

Síntese laboratorial

Se for necessário obter ácido sulfúrico em pequenas quantidades para pesquisas de laboratório, então o método de interação do sulfeto de hidrogênio com sulfatos de metais pouco ativos é o mais adequado.

Nestes casos, ocorre a formação de sulfetos de metais ferrosos, e o ácido sulfúrico é formado como subproduto. Para estudos pequenos, esta opção é adequada, mas tal ácido não diferirá em pureza.

Também no laboratório você pode realizar uma reação qualitativa a soluções de sulfato. O reagente mais comum é o cloreto de bário, pois o íon Ba²⁺, juntamente comânion sulfato precipita em um precipitado branco - leite de barita: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

Os sais mais comuns

O ácido sulfatado e os sulfatos que ele forma são compostos importantes em muitas indústrias e residências, incluindo alimentos. Os sais mais comuns de ácido sulfúrico são:

Gypsum (alabastro, selenita). O nome químico é um hidrato cristalino de sulfato de cálcio aquoso. Fórmula: CaSO_{4. Usado na construção, medicina, papel e celulose, fabricação de joias.}
Barita (spar pesado). Sulfato de Bário. Em solução, é um precipitado leitoso. Na forma sólida - cristais transparentes. Usado em instrumentos ópticos, raios X, revestimento isolante.

Mirabilite (sal de Glauber). O nome químico é sulfato de sódio decahidratado. Fórmula: Na₂SO₄10H_{2O. Usado na medicina como laxante.}

Existem muitos exemplos de sais que têm significado prático. No entanto, os mencionados acima são os mais comuns.

Solução de sulfato

Esta substância é uma solução que se forma como resultado do tratamento térmico da madeira, ou seja, a celulose. O principal objetivo deste composto é obter sabão de sulfato em sua base por sedimentação. A composição química do licor de sulfato é a seguinte:

lignin;
hidroxiácidos;
monossacarídeos;
fenóis;
resina;
ácidos voláteis e graxos;
sulfetos, cloretos, carbonatos e sulfatos de sódio.

Existem dois tipos principais desta substância: licor de sulfato branco e preto. O branco vai para a indústria de celulose e papel, enquanto o preto é usado para fazer sabão de sulfato na indústria.

Principais aplicações

A produção anual de ácido sulfúrico é de 160 milhões de toneladas por ano. Este é um número muito significativo, o que indica a importância e prevalência deste composto. Existem várias indústrias e locais onde é necessário o uso de ácido sulfato:

Em baterias como eletrólito, especialmente nas de chumbo.
Em fábricas onde são produzidos fertilizantes à base de sulfato. A maior parte desse ácido é usada especificamente para a fabricação de fertilizantes minerais para plantas. Por isso, as plantas para a produção de ácido sulfúrico e a fabricação de fertilizantes são, na maioria das vezes, construídas lado a lado.
Na indústria alimentícia como emulsificante, indicado pelo código E513.
Em inúmeras sínteses orgânicas como agente desaguador, um catalisador. Assim são obtidos explosivos, resinas, detergentes e limpeza, nylons, polipropileno e etileno, corantes, fibras químicas, ésteres e outros compostos.
Usado em filtros para purificar a água e fazer água destilada.
Usado na extração e processamento de elementos raros do minério.

Também muita camurçaácido vai para a pesquisa de laboratório, onde é obtido por métodos locais.