kyseliny síry

FESTIVAL OXOKYSELIN SÍRY
v čele s
KYSELINOU SÍROVOU
Pavel Jakubů -2004
ÚVOD: / „OBSAH“
Síra tvoří následující oxokyseliny:
vzorec
název
oxidační stav síry
H2SO4
sírová
6
H2S2O7
disírová
6
H2S2O3
thiosírová
2, (nebo lépe 6, -2)
H2SO5
peroxosírová
6
H2S2O8
peroxodisírová
6
H2S2O6**
dithionová*
5
H2SO3
siřičitá*
4
H2S2O5
disiřičitá*
5, 3
H2S2O4
dithioničitá*
3
* kyseliny označené hvězdičkou existují pouze ve formě svých solí
** snadno můžeme odvodit další poly-thionové kyseliny o obecném vzorci H2Sn+2O6
pozn.: některé literatury uvádějí i kyselinu sulfoxylovou (H2SO2) a kyselinu thiosiřičitou
(H2S2O2 , tvoří se přechodně v některých soustavách).
1. H2SO4
Kyselina sírová je silná dvojsytná kyselina mísící se s vodou v libovolném poměru,
přičemž se silně zahřívá. V koncentrovaném stavu (98,3%) je bezbarvá, olejovitá, silně
hygroskopická kapalina s mohutnými dehydratačními účinky.
1.1. Fyzikálně-chemické vlastnosti (některé)
dle software ChemSketch 5,0 / chemicko-analytických tabulek
= 98,080
Formula Weight
= 98.079
Mr
Composition
= H(2.06%) O(65.25%) S(32.69%) tt
= 10,36
Molar Refractivity = 13.92 ± 0.4 cm3
tv
= 273,00
Molar Volume
= 44.5 ± 3.0 cm3
∆hrozp = -945,5
3
Parachor
= 148.8 ± 4.0 cm
wvaq = ∞
Index of Refraction = 1.537 ± 0.02
waqv = ∞
Surface Tension
= 124.1 ± 3.0 dyne/cm
ρ20
= 1,83213
Density
= 2.200 ± 0.06 g/cm3
∆Hf = -814,378
Polarizability
= 5.52 ± 0.5 10-24cm3
pKa1 = -0,40 při 25 °C
Monoisotopic Mass = 97.967381 Da
pKa2 = 1,89 při 20 °C
Nominal Mass
= 98 Da
Average Mass
= 98.077561 Da
1.2. Použití
Kyselina sírová má všestranné použití, ne náhodou se jedná o jednu z nejdůležitějších
průmyslových chemikálií. Výroba této kyseliny je ze všech chemických výrob na světě
největší (co do kyselin navíc i nejlevnější); uvádí se jako jeden z ukazatelů úrovně
průmyslové výroby jednotlivých zemí.
Stručně: hnojiva, chemický provoz, rafinace ropy, metalurgie.
1.3. Historie
Středověcí alchymisté připravovali kyselinu sírovou (tehdy vitriolový olej resp. líh)
destilací vitriolových břidlic (FeSO4· 7H2O zelený vitriol, CuSO4· 5H2O modrý vitriol).
V 17. století připravil H2SO4 německý/holandský chemik Johann Glauber zahříváním
síry s dusičnanem draselným za přítomnosti vodní páry. Tím se zrodil tzv. „komorový
způsob“ výroby této kyseliny, který jako první ve velkém měřítku spustil v roce 1736
londýnský lékař Josua Ward. V roce 1746 brit John Roebuck nahradil dosavadní skleněné
kontejnery olověnými komorami, přičemž z původních 35-40% se postupnými inovacemi
dosáhlo až 78 % produktu.
V průběhu 18. století se stal 78% produkt nedostačujícím, tudíž nastala „renesance“
alchymistických technik; finančně neúnosnou situaci nakonec v roce 1831 rozřešil britský
magnát Peregrine Phillips, který s pomocí platiny dokázal zoxidovat oxid siřičitý na oxid
sírový. Tímto se zrodil tzv. „kontaktní způsob“. První továrna tohoto druhu na výrobu H2SO4
byla sice postavena až o 40 let později, v roce 1915 však německá společnost BASF
nahrazuje platinu oxidem vanadičným, současně narůstá poptávka po koncentrovaném
produktu…výsledek…zatímco v roce 1930 se kontaktní způsob podílel na výrobě H2SO4
z cca 25 %, dnes už není „jiného způsobu“.
1.4. Vizualizace
strukturní 3D vzorec
„spacefill“
„balls and sticks“
Základní pohled
O
H
O
S
O
O
H
Základní parametry
l(O/S) = 1,4404 A O bez H
l(O/S) = 1,6595 A O s H
l(O/H) = 0,9600 A
∠(O/S/O) = 108,8° O bez H
∠(O/S/O) = 109,4° O s H
∠(S/O/H) = 104,5°
pozn.:1 A = 10-10 m
tetraedr
Další pohledy
H
O
O
H
O
S
H
O
O
O
S
O
O
O
H
S
O
O
H
H
O
2. H2S2O7
Vizualizace
O
O
H
O S
O
O S
O
O
H
Základní parametry
shodné
l(O/S) = 1,6596 A centrální O spojující atomy síry
∠(S/O/S) = 104,5°
⇒ spojení 2 molekul (tetraedrů) H2SO4 se současnou eliminací molekuly H2O
3. H2S2O3
Vizualizace
S
S
O
O
O
H
H
Základní parametry
shodné
l(S/S) = 1,8995 A
⇒ deformovaný tetraedr
4. H2SO5
Vizualizace
O
H
O
O
S
O
HO
Základní parametry
shodné
l(O/O) = 1,4799 A
⇒ tetraedr s „přívěsem“
5. H2S2O8
Vizualizace
H
O
O
O
O
S
O
S
O
O
O
H
Základní parametry
shodné
⇒ spojení molekuly (tetraedru) H2SO4 s molekulou H2SO5 (tetraedrem) se
současnou eliminací molekuly H2O
6. H2S2O6
Vizualizace
O
H
O
S
O
O
S
O
H
O
Základní parametry
nevyhodnoceno s ohledem na ryze hypotetickou existenci***
7. H2SO3
Vizualizace
O
H
S
O
O
H
Základní parametry
nevyhodnoceno s ohledem na ryze hypotetickou existenci
***co do solí, lze se domnívat,že odstup atomů síry se nepříliš liší od hodnoty 2,0181A
8. H2S2O5
Vizualizace
H
O
S
O
O
S
O
O
H
Základní parametry
nevyhodnoceno s ohledem na ryze hypotetickou existenci
pozn.:atomy síry NEJSOU spojeny přes kyslík !!! (srovnej se strukturou H2S2O7)
9. H2S2O4
Vizualizace
O
O
S
S
H
O
H
O
Základní parametry
nevyhodnoceno s ohledem na ryze hypotetickou existenci
SOFTWARE:
ChemSketch 5,0 (freeware, dostupný na www.acdlabs.com)
POZNÁMKY:
ChemSketch 5,0 dovede více než 3D zobrazení „spacefill“ a „balls and sticks“, přesto
preferuji právě a pouze tato dvě zobrazení. „Spacefill“ je nejrealističtější; „balls and sticks“
zase tím nejrozumnějším kompromisem co do geometrie sloučeniny/reálná struktura
sloučeniny.
1)
2)
3)
4)
5)
LITERATURA:
Greenwood, N.N., Earnshaw, A.: Chemie prvků 2.díl. Informatorium, Praha 1993
Gažo, J. a kolektiv: Všeobecná a anorganická chémia. ALFA, Bratislava 1978
Vohlídal, J., Julák, A., Štulík, K.: Chemické a analytické tabulky. Grada, Praha 1999
http://en.wikipedia.org/wiki/Sulfuric_acid (web „Wikipedia-The Free Encyclopedia“)
http://www.bartleby.com/65/su/sulfuric.html (web „The Columbia Encyclopedia“)