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
Մոլային զանգված 98,078 ± 0,006 գ/մոլ
Խտություն 1,8356 գ/սմ³
Դինամիկ մածուցիկություն 15,01 Պա•վ
Ջերմային հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան -10,38 °C
Եռման ջերմաստիճան 279,6 °C
Բռնկման ջերմաստիճան 5317,5 °C
Մոլյար ջերմատարողություն 1377 Ջ/(մոլ•Կ)
Քիմիական հատկություններ
Լուծելիությունը ջրում խառնուրդ գ/100 մլ
Օպտիկական հատկություններ
Բեկման ցուցիչ 1.397
Կառուցվածք
Դիպոլ մոմենտ 2.72
Դասակարգում
CAS համար 7664-93-9
PubChem 1118
EINECS համար 231-639-5
SMILES
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 | խմբագրել կոդը]

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

Մոլեկուլի կառուցվածքը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

    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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]
    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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 եթերների ստացում)
    • հիդրատացման ռեակցիաներ(էթիլենից էթանոլ)

Ծծմբական թթվի աղերը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

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 անջատելով 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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

  • 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 | խմբագրել կոդը]

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

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]