Ծծմբական թթու

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ծծմբական թթու
Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg
Sulfuric-acid-3D-vdW.png
Sulfuric acid chemical structure.png
Ընդհանուր տեղեկություններ
Դասական անվանակարգում Ծծմբական թթու
Քիմիական բանաձև H_2SO_4
Ֆիզիկական հատկություններ
Ագրեգատային վիճակ Հեղուկ
Դինամիկ մածուցիկություն 15,01 Պա•վ
Քիմիական հատկություններ
Օպտիկական հատկություններ
Բեկման ցուցիչ 1.397
Կառուցվածք
Դիպոլ մոմենտ 2.72
Դասակարգում
CAS համար 7664-93-9
PubChem 1118
EINECS համար 231-639-5
ЕС 231-639-5
RTECS WS5600000
Թունավորություն
ՄԲ50 510
Թունավորություն
NFPA 704.svg
Hazard C.svg
Եթե հատուկ նշված չէ, ապա բոլոր արժեքները բերված են ստանդարտ պայմանների համար (25 °C, 100 կՊա)

Ծծմբական թթու, քիմիական բանաձևն է H2SO4, ուժեղ երկհիմք թթու, որը պարունակում է 2 ատոմ ջրածին, մեկ ատոմ ծծումբ և 4 ատոմ թթվածին։ Ծծմբական թթուն անջուր թթու է՝ անգույն, անհոտ ծանր օշարականման հեղուկ է, կայուն և ուժեղ թթուներից է (խտությունը 1,83 գ/սմ³), ունի բարձր դիսոցման աստիճան, եռում է բարձր ջերմաստիճաններում (340°C)։ Տեխնիկայում ծծմբական թթու են անվանում նրա խառնուրդը ինչպես ջրի, այնպես էլ ծծմբի եռօքսիդի հետ SO3։

Անվանումը[խմբագրել]

Ծծմբական թթուն 20-րդ դարում անվանում էին նաև արջասպ ծծմբաթթու կամ նավթի արջասպ, այստեղից էլ գալիս է իր աղերի անվանումները արջասպ։

Մոլեկուլի կառուցվածքը[խմբագրել]

Մոլեկուլի էլեկտրոնային և գրաֆիկական բանաձևերն ունեն հետևյալ տեսքը.

որում ծծումբը վեցավալենտ է (առաջացնելով 6 կովալենտային կապեր)։ Ջրային լուծույթում դիսոցվում է երկու փուլով՝ առաջացնելով երկու թթվային մնացորդ՝ սուլֆատ և հիդրոսուլֆատ.

  • H_2 SO_4 \rightarrow H^+ + {HSO_4}^-
  • {HSO_4}^- \rightarrow H^+ + {SO_4}^{2-}

Գումարային ձևով ներկայացվում է այսպես.

  • Mg+H_2 SO_4 \rightarrow 2H^+ + {SO_4}^{2-}

Ծծմբական թթվի ստացումը[խմբագրել]

    1rightarrow.png Հիմնական հոդված ՝ Ծծմբական թթվի ստացումը

Ծծմբական թթուն ամենից շատ արտարվող քիմիական նյութերից մեկն է, տարեկան արտադրանքն աշխարհում շուրջ 100 միլիոն տոննա է։ Դրա մեկ քարորդից ավելին օգտագործվում է գյուղատնտեսության կարիքների համար, ներառյալ պարարտանյութերի արտադրությունը։ Ծծմբական թթուն ստանալու համար օգտագործվում են բնության մեջ լայնորեն տարածված ինչպես ազատ ծծումբը, այնպես էլ մետաղների սուլֆիդներ և ծծմբային կոլչեդան հանքաքարային հումքը։ Ծծմբական թթվի արտադրությունը բաղկացած է 3 փուլից.
Հումք → SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2 SO_4

Առաջին փուլ[խմբագրել]

Ծծմբային գազի ստացման համար աշխարհում հիմնականում օգտագործվում է պիրիտը՝ FeSO_2 (այլ անունով՝ ծծմբի կամ երկաթի կոլչեդան), որը կոչվում է բովման վառարան, տաքացնում են պիրիտը օդի ներկայությամբ։ Տեղի է ունենում վերօքս ռեակցիա, որի հավասարում հետևյալն է.
4FeS_2 + 11O_2= 2Fe_2O_3+8SO_2

Որպեսզի ռեակցիան ավելի արագ ընթանա, վարվում են հետևյալ կերպ։

  • ա) Հանքաքարը մանրացնում են, որպեսզի մեծ մակերես առաջանա, և թթվածինն ավելի շատ հպվի պիրիտի մասնիկներին։ Մանրացված հանքաքարը տրվում է ապարատի վերևի մասից։
  • բ) Տաքացված օդը տրվում է ապարատի ներքևի մասից, որի հետևանքով պիրիտի շիկացած մասնիկները վեր-վեր են թռչում, և այդ ձևով ապահովվում է թթվածնի առավելագույն շփումը պինդ մասնիկների հետ։ Նախնական տաքացումն անհրաժեշտ է ռեակցիայի միայն սկզբի համար, այնուհետև դրա կարիքը վերանում է, որովհետև բուն ռեակցիան ջերմանջատիչ է։

Երկրորդ փուլ[խմբագրել]

Մաքրված ծծմբային գազի և օդի խառնուրդն այնուհետև մղում են հպումային ապարատ, որում SO_295%-ը փոխարինվում է SO
_3
2SO_2+O_2 \rightarrow 2 SO_3

Սա այրման ռեակցիա չէ և ընթանում է շատ դանդաղ։ Որպեսզի այն արագ կատարվի օգտագործում են կատալիզատոր (V_2 O_5 ) և պահպանում են համեմատաբար բարձր ջերմաստիճաններ (մոտ 500°C)։ Ռեակցիան տեղի է ունենում պինդ կատալիզատորի մակերևույթի վրա, երբ SO_2 և O_2 մոլեկուլները հպվում են կատալիզատորի հետ։ Այստեղից էլ արտադրությունն ամբողջությամբ կոչվում է ծծմբական թթվի ստացման հպումային եղանակ։

Երրորդ փուլ[խմբագրել]

Այս վերջին փուլում իրականացվում է ծծմբի(VI) օքսիդի հիդրատացումը.
SO_3 +H_2O=H_2SO_4

Դրա համար հպումային ապարատից դուրս եկող ծծմբի(VI) օքսիդը նախապես սառեցնում են և մտցնում կլանիչ աշտարակ։ Գազը տրվում է ներքևից, իսկ վերևում տեղադրված ցնցուղից ցողվում է լուծիչը։ Լուծումը լրիվ կատարելու համար աշտարակը լցված է խեցե օղակներով, որորնք մեծացնում են հակահոսանքով շարժվող գազի և լուծիչի իրար հետ հպման մակերեսը։ Տեխնոլոգիական որոշ նկատառումներով ջրի փոխարեն ցնցուղից տրվում է անջուր ծծմբական թթու, որում SO_3-ի լուծումը ավելի արդյունավետ է կատարվում։ Արդյունքում ստացվում է օլեում, այսինքն SO_3-ի և H_2SO_4-ի խառնուրդ։ Օլեումը ջրով նոսրացնելով՝ ստանում են անհրաժեշտ կոնցենտրացիայի ծծմբական թթու։ Քիմիական, այդ թվում և ծծմբական թթու արտադրող գործարաններից անխուսափելիորեն օդային կամ ջրային ավազաններն են արտանետվում որոշ քանակությամբ գազային կամ այլ նյութեր, որոնք աղտոտում են շրջակա միջավայրը։ Արտադրությունների ընդլայման հետ արտանետումների ծավալը մեծանում է, այդ պատճառով այժմ աշխարհում մեծ ուշադրություն է դարձվում էկոլոգիական խնդիրներին։ Հսկայական ծախսեր են արվում սարքավորումների հերմետիկությունը մեծացնելու, գազամաքրիչ և ջրամաքրիչ կայանքներ տեղադրելու, նոր տեխնոլոգիաներ մշակելու և այլ միջոցառումներ իրականացնելու ուղղությամբ։

Վերջանյութի ելք[խմբագրել]

Արտադրության ընթացքում լինում են անխուսափելի կորուստներ։ Այդ պատճառով վերջանյութը գործնականում ստացվում է ավելի քիչ, քան կարող էր ստացվել՝ ըստ քիմիական ռեակցիայի հավասարման։ Այդ հարաբերությունը կոչվում է վերջանյութի ելք և նշանակվում է էտա տառով։

Ծծմբական թթվի ֆիզիկական հատկությունները[խմբագրել]

Ծծմբական թթվի լուծույթը

Ծծմբական թթուն երկհիմն շատ ուժեղ թթու է, դիսոցվում է երկու փուլով՝ առաջացնելով երկու թթվային մնացորդ՝ հիդրոսուլֆատ և սուլֆատ։ Ծծմբական թթվի նոսր ջրային լուծույթն օժտված է թթուներին բնորոշ հատկություններով։ Փոխազդում է մետաղների, հիմնային օքսիդների, հիմքերի, աղերի և ամոնիակի հետ։ Կապի երկարությունը S=Oմոլեկուլում 0,143 նմ է, S-OH-ում 0,154 նմ, HOSOH անկյունը՝ 104°, OSO 119°։ Ծծմբային թթու պարունակում է 100% H_2SO_4։ Փոխազդում է ջրի և S0_3-ի հետ բոլոր պայմաններում։ Ջրային լուծույթներում ծծմբական թթուն ամբողջությամբ դիսոցվում է
{H_3O}^+, HSO3^+ և 2HSO^{-4}։

Օլեում[խմբագրել]
    1rightarrow.png Հիմնական հոդված ՝ Օլեում

Ծծմբային անհիդրիդը SO_3 ծծմբական թթվում անվանում են օլեում, նրանք կազմում են երկու կապեր H_2SO_4 \cdot SO_3 և H_2 SO_4 \cdot 2SO_3։

Ծծմբական թթվի եռման ջերմաստիճանը ջրային լուծույթներում բարձրանում է կախված կոնցենտրացիայից և հասնում է առավելագույնի, որը պարունակում է 98,3 % H_2SO_4։

Ծծմբական թթվի և օլեումի հատկությունները նստվածքներում
Նյութերի զանգված (%) Խտություն 20℃, գ/սմ³ Հալման ջերմաստիճան, ℃ Եռման ջերմաստիճան, ℃
H2SO4 SO3 (свободный)
10 - 1,0661 −5,5 102,0
20 - 1,1394 −19,0 104,4
40 - 1,3028 −65,2 113,9
60 - 1,4983 −25,8 141,8
80 - 1,7272 −3,0 210,2
98 - 1,8365 0,1 332,4
100 - 1,8305 10,4 296,2
104,5 20 1,8968 −11,0 166,6
109 40 1,9611 33,3 100,6
113,5 60 2,0012 7,1 69,8
118,0 80 1,9947 16,9 55,0
122,5 100 1,9203 16,8 44,7

Քիմիական հատկությունները[խմբագրել]

ինչպես է ծծմբական թթվի կաթիլները քայքայում բամբակյա սրբիչը

Ծծմբական թթուն բավականին ուժեղ օքսիդացնող է, հատկապես եռացնելիս փոթխազդում է յոդաջրածնի(HI) օքսիլատի և մասամբ HBr-ի, ազատ հալոգենների, ածխածնից մինջև CO_2, ծծմբից մինջև SO_2, շատ մետաղների օքսիդների (Cu, Hg և այլն) հետ։ Դրանով հանդերձ ծծմբական թթուն վերականգնվում է մինջև SO_2-ը, իսկ առավել բարձր ջերմաստիճանում վերականգնվում է մինչև S և H_2S-ը։ Նոսր ծծմբական թթուն ռեակցիայի մեջ է մտնում հետևյալ նյութերի հետ.

  • Մետաղների հետ.

Mg+H_2SO_4=MgSO_4+H_2

  • Օքսիդների հետ.

3H_2SO_4+Al_2O_3=Al_2(SOH_2SO_4)_3+3H_2O

  • Հիմքերի հետ.

H_2SO_4+2KOH = K_2SO_4+2H_2O
Եթե թթուն ավելցուկով է, ապա գոյանում է թթվային աղ.
H_2SO_4+4NaOH=NaHSOH_2SO_4+H_2O

  • Աղերի հետ (պետք է գոյանա կա՛մ գազ, կա՛մ նստվածք, կա՛մ թույլ թթու)։
  • Ամոնիակի հետ.

H_2SO_4+2NH_3=(NH_4)_2SO_4։

Ծծմբական թթվի օքսիդիչ հատկությունները դրսևորվում են թթվի խիտ լուծույթում և անջուր թթվում։ Այդպիսի թթուն փոխազդում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով աղ, ջուր և թթվի վերականգնման արգասիք, հիմնականում՝ SO_2, քիչ դեպքերում ՝ S կամ H_2S։ Օրինակ՝

Zn+2H_2SO_4 (խ)=ZnSO_4+SO_2+2H_2O

Խիտ ծծմբական թթուն սենյակային ջերմաստիճանում չի փոխազդում որոշ մետաղների, մասնավորապես երկաթի և ալյումինի հետ, որի շնորհիվ մեծաքանակ խիտ թթուն տեղափոխում են երկաթե ցիստեռններով։ Ջրի հետ ուժգին փոխազդելու հատկությամբ է պայմանավորված խիտ ծծմբական թթվի խոնավածուծ հատկությունը, որը հաճախ օգտագործվում է լաբարատորիայում և քիմիական արդյունաբերությունում գազերը չորացնելու համար։ Այս նույն հատկության շնորհիվ ծծմբական թթուն կարող է «ջուր կորզել» անգամ օրգանական նյութերի, մասնավորապես ածխաջրերի, օրինակ՝ շաքարի՝ C_{12}H_{22}O_{11}, մոլեկուլներից։ Դրա հետևանքով սպիտակ ածխաջուրը սևանում, ածխանում է.

C_{12}H_{22}O_{11} (պ) \rightarrow 12C (պ)  +11H_2O (հ)
Ծծմբական թթուն փոխազդում է նաև հիմնային օքսիդների հետ, առաջացնելով սուլֆատներ և ջուր.
CuO+H_2SO_4=Fe_2(SO_4)_3+3H_2O

Կիրառություն[խմբագրել]

Ծծմբական թթվի արտադրությունը 2000 թվականին

Ծծմբական թթուն ունի շատ լայն կիրառություն։ Ծծմբաթթու կիրառում են՝

  • Հանքային պարարտանյութերի արտադրությունում
  • Կուտակիչների արտադրությունում
  • Տարբեր հանքային թթուներ և աղերի արտադրությունում
  • Մանրաթելերի, ներկանյութերի, և պայթուցիկ նյութերի արտադրությունում
  • Յուղի, տեքստիլ, կաշվե և այլ իրերի արտադրությունում
  • Սննդի արդյունաբերությունում գրանցված է որպես սննդամթերքի հավելում E513 (էմուլգատոր)
  • Օրգանական մի շարք նյութերի արտադրությունում
    • դեհիդրատացման ռեակցիաներ (դիէթիլ եթերի և եթերներ ստացում)
    • հիդրատացման ռեակցիաներ(էթանոլից էթիլեն)

Ծծմբական թթվի աղերը[խմբագրել]

Ծծմբական թթվի աղերը հայտնաբերում են բարիումի որևէ լուծելի աղով, որի հետ առաջանում է ջրում և թթուներում անլուծելի BaSO_4 սպիտակ նյութը.
{SO_4}^{2-}+Ba^{2+}=BaSO_4
Խիտ, գրեթե անջուր ծծմբական թթուն խոնավածուծ նյութ է։ Եռանդուն կերպով փոխազդում է ջրի հոտ՝ առաջացնելով հիդրատ և անջատելող մեծ քանակությամբ ջերմություն.
H_2SO_4+nH_2O=H_2SO_4 \cdot nH_2O+Q

Ծծմբական թթվի աղերը դժվարալույծ են CaSO_4 և PbSO_4 աղերը, գործնականում անլուծելի է BaSO_4-ը։ Սուլֆատներից մի քանիսն առաջացնում են բյուրեղահիդրատներ, ինչպես, օրինակ՝ Na_2SO_4 \cdot 10H_2O (գլաուբերյան աղ կամ միրաբիլիտ), MgSO_4 \cdot 7H_2O (դառը աղ)։ Դրանցից մի քանիսը կոչվում են արջասպներ՝ CuSO_4 \cdot 5H_2O (պղնձարջասպ), FeSO_4 \cdot 7H_2O (երկաթարջասպ) և այլն։ Հիդրոսուլֆատներից կայուն են միայն ակտիվ մետաղների աղերը, օրինակ՝ NaHSO_4, KHSO_4։ Ամոնիումի սուլֆատը՝ (NH_4)_2SO_4, օգտագործվում է որպես ազոտային պարարտանյութ, նատրիումի սուլֆատը՝ ապակու, թղթի, օճառի արտադրությունում, պղնձարջասպ՝ գյուղատնտեսությունում՝ որպես վնասատուների դեմ պայքարի միջոց, երկաթարջասպը՝ տեքստիլ արտադրությունում՝ գործվածքի ներկման համար։

Թունավոր ազդեցություն[խմբագրել]

Ծծմբական թթվի ազդեցությունը մաշկի վրա, որը առաջացնում է տարբեր աստիճանի քիմիական այրվածքներ

Ծծմբական թթուն և օլեումը կծու թթուներ են։ Նրանք ազդում է մաշկի, լորձաթաղանթի մեմբրանների, շնչուղիների վրա պատճառելով քիմիական այրվածքներ։ Շնչառության ժամանակ օրգանիզմում առաջացնում են թթվածնային քաղց, հազ, բրոնխիտ և այլն։ Ծծմբական թթվի առավելագույն թույլատրելի կոնցենտրացիան օդում 0.1 մգ/մ³ (միջին), մթնոլորտային օդում 0.3 մգ/մ³։ Մահացու դոզան կազնում է 0.18 մգ/լ (60 րոպեում)։ Քիմիական գործարաների քիմիական և մետալուրգիական արտանետումները պարունակում են ծծումբ, որը վտանգավոր է շրջակա միջավայրի համար և կարող է հանգեցնել թթվային անձրևների տեղալուն։

Պատմական տեղեկություններ[խմբագրել]

Ծծմբական թթվի մոլեկուլի կառուցվածքը ըստ Դալտոնի

Ծծմբական թթուն հայտնի է դեռ վաղուց, բնության մեջ հանդես է եկել ազատ վիճակում, օրինակ՝ լճերին մոտ հրաբուխների տեսքով։ Երևի առաջին անգամ հիշատակվել է ծծմբային գազը, որը ստացվել է կարծրացած շիբից կամ երկաթի սուլֆատից «Կանաչ քար», այն առաջին անգամ հանդիպել է արաբ ալքիմիկոս Ջաբիր իբն Հայանի տարբեր գրվածքներում։ 9-րդ դարում պարսիկ ալքիմիկոս Ար-Ռազին, հայտնաբերեց երկաթի և պղնձի սուլֆատների խառնուրդները (FeSO_4 \bullet 7H_2O և CuSO_4 \bullet 5H_2O), ինչպես նաև ստացավ ծծմբային թթվի լուծույթը։ Այդ եղանակը բարելավեց ալքիմիկոս Ալբերտ Մագնուսը, 13-րդ դարում։ Ծծմբական թթվի ստացման սխեման երկաթի սուլֆատից ստացվում է համապատասխան ռեակցիայի հավասարումով.

  1. 2Fe SO_4+7H_2O \rightarrow Fe_2O_3 +SO_2 +H_2O+O_2
  2. SO_2+H_2O +1/2 O_2 \leftrightarrows H_2 SO_4

Ալքիմիկոս Վալենտինի ջանքերով (13-րդ դար) նկարագրվեց ծծմբական թթվի ստացման եղանակները ջրային գազի կլանման ճանապարհով (ծծմբի երկօքսիդի)։ Ալքիմիկոսների կողմից 15-րդ դարում հայտնի է դարձավ նաև ծծմբաական թթվի ստացման եղանակները պիրիտից, որը ավելի էժան հումք էր, քան ծծումբը։ Այս եղանակով ծծմբական թթուն ստացան շուրջ 300 տարի։

Լրացուցիչ տեղեկություններ[խմբագրել]

Ծծմբային թթվի փոքր կաթիլները կարող են հավաքվել մթնոլորտի միջին և վերին շերտերում, ինչի արդյունքում տեղի են ունենում տարբեր տեսակի ռեակցիաներ, որոնք հանգեցնում է մեծ քանակությամբ մոխրի կուտակվելուն։ Մթնոլորտում առաջանում են ծծմբական թթվի ամպեր, որոնք դժվարացնում են արեգակնային ճառագայթների ներթփանցմանը երիր մոլորակ։ Այդ պատճառով ուժեղ հրաբխային ժայթկումները կարող են մեծ ազդեցություն ունենալ կլիմայի փոփոխության վրա։ Օրինակ՝ Կսուդաչի (Կամչատկա թերակղզի, 1907) հրաբխի ժայթկման ժամանակ շատացավ փոշու քանակը, որը մթնոլորտում կախված մնաց շուրջ 2 տարի, իսկ ծծմբական թթվի արծաթափայլ ամպերև երևում էին նույնիսկ Ֆրանսիայում։[1] Պունատուբոյի հրաբխային ժայթկման ժամանակ 1991 թվականին, մթնոլորտում առաջացավ 3×107 տոննա ծծումբ, որը բերեց նրան, որ 1992 և 1993 թվականներին եղանակը զգալիորեն ցուրտ էր քան 1991 և 1994 թվականներին։[2]։

Չափանիշները[խմբագրել]

  • Ծծմբական թթու տեխնիկական ԳՕՍՏ 2184-77
  • Ծծմբական թթու մարտկոցի։ Տեխնիկական պայմանները ԳՕՍՏ 667-73
  • Ծծմբական թթու բարձր մաքրության։ Տեխնիկական պայմանները ԳՕՍՏ 14262-78
  • Ռեակտվիներ։ Ծծմբական թթու։ Տեխնիկական պայմանները ԳՕՍՏ 4204-77

Գրականություն[խմբագրել]

  • Справочник сернокислотчика, под ред. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971
  • 10-րդ դասարանի Քիմիայի դասագիրք

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]


Արտաքին հղումներ[խմբագրել]