Кислородосодержащие соединения серы

Соединений серы с кислородом очень много. Мы рассмотрим лишь оксиды серы(IV) и (VI), сернистую и серную кислоты, а также их соли.

Оксид серы (IV). Диоксид серы (сернистый газ) содержит серу, у которой кислород «забрал» четыре электрона из шести валентных.

Отдавая оставшиеся 2 е серы, активно проявляет восстановительные свойства, например:

.

Окисляется диоксид серы также бромом. И даже кислородом воздуха:

.

Оксид серы (VI). Триоксид серы (серный ангидрид) является жидкостью (б/ц). Ее т.кип. (44,8°С) выше, чем у (–37°C), из-за большего числа атомов в молекуле .

Оксид серы(VI) проявляет окислительные свойства. Например, при нагревании его до 600°C начинает забирать электроны у собственного кислорода, т.е. равновесие реакции смещается влево.

Получение кислот. Отношение и к воде очень различно. Сернистый газ растворяется в ней ограниченно (40 л в 1 л), образуя при этом, в основном, гидраты и лишь частично – сернистую кислоту .

Серный ангидрид, напротив, жадно поглощает воду, полностью переходя в серную кислоту. И даже 100% (жидкость) растворяет до 65% (масс.) , давая т.н. олеум: .

Процесс образования олеума – это третья стадия производства серной кислоты. Олеум затем разбавляют до 98%-ной кислоты, получая т.о. товарный продукт (представляет собой тяжелую маслообразную жидкость).

Зависимость свойств кислот и их солей от ст.ок. серы. Гидроксиды серы (IV) и (VI) тоже (как и оксиды) значительно отличаются друг от друга. Так, сернистая кислота настолько нестабильна, что в свободном состоянии не выделена и существует только в виде разбавленного водного раствора, но даже из него SO₂ улетучивается при об.у.

Серная же кислота (даже 98%-ая) устойчива: разлагается (на SO₃ и Н₂O) лишь при температуре кипения (338°С). Являясь нелетучей, вытесняет из солей летучие кислоты.

Рис. 2 Графические формулы сернистой (а) и серной (б) кислот

Кроме того, – слабая кислота (К_d1=1,7·10^-2), a – сильная (К_d1=1·10³). Такая разница объясняется большим числом оксочастиц (=О) в молекуле H₂SO₄ по сравнению с (при равном числе гидроксогрупп Н–О–). А поскольку частицы (=О) гораздо электрофильнее (то есть «сильнее любят» е, чем Н–О–), то смещают электроны к себе от связей Н–О. И очевидно, что две оксочастицы осуществляют такое смещение гораздо в большей степени, чем одна. (На рисунке 2 это отражено более жирными стрелками.)

Как следствие, связь Н–О в молекуле серной кислоты слабее и, к тому же, более ионная, чем в случае сернистой, а значит, легче разрывается на ионы под действием молекул воды.

То же и по той же причине наблюдается и для солей данных кислот, т.е. в решетке сульфатов ХС более ионные, чем в сульфитах. Поэтому из сульфитов растворимы лишь соли ЩМ, а сульфаты большинства металлов хорошо растворимы. Исключение составляют сульфаты бария, стронция, кальция и свинца.

Взаимодействие серной кислоты с М. Разбавленная (разб.) H₂SO₄ относится к металлам в соответствии с рядом напряжений, т.е. реагирует, например, с Zn, но не с Cu.

Однако Pb, хотя и стоит в ряду левее Н, не растворятся в разб. H₂SO₄ (поэтому ее хранят в свинцовой таре). Дело в том, что данный М уже в первые моменты взаимодействия с кислотой покрывается плотной пленкой малорастворимого продукта (сульфата свинца). Эта пленка защищает его от дальнейшей реакции, т.е. пассивирует (делает пассивным).

Концентрированная (конц.) при действии на металлы способна (из-за окисляющего действия S⁺⁶) отщеплять атомарный кислород, образующий с М (даже с серебром) оксиды. Далее оксиды растворяются в кислоте как результат образования очень прочного соединения – Н₂О. Например, взаимодействие с медью состоит из следующих стадий:

1). «O», 2). Сu+«О»= СuО,

3). CuO + H₂SO₄ = CuSO₄+H₂O.

Или суммарно:

Cu+H₂SO_4(конц.) = CuSO₄+SO₂+H₂O.

(Данная реакция используется для получения SO₂ в лаборатории.)

Однако, если под действием конц. на поверхности металла формируется очень плотная пленка его оксида, то глубже реакция не идет, т.е. М пассивируется. Это происходить в случае таких активных металлов, как Cr, Al и Fe (что используется на практике – конц. перевозят в стальной таре).

Гидратация серной кислоты. Особенностью концентрированной серной кислоты является ее способность жадно поглощать воду, т.к. она образует прочные гидраты: H₂SO₄·H₂O и H₂SO₄·2H₂O. Поэтому конц. применяют для осушки газов (если они не реагируют с данной кислотой). Она отнимает даже химически связанную воду, обугливая (делая углем) древесину, бумагу и т.п., в частности, сахар:

.

Аналогичный процесс происходит и в том случае, когда конц. попадает на кожу, вызывая химический ожог. Поэтому кислоту надо сразу же стереть сухой тряпочкой, а кожу обильно промыть струей воды из-под крана.

Практическое применение. Соединения S широко используются на практике. Так, сернистым газом (который убивает плесень и микробы) окуривают сырые хранилища (сжигая серу); а также фрукты и ягоды перед их транспортировкой.

Кроме того, обесцвечивает многие красители, присоединяясь к их молекулам – это «мягкое» отбеливание. Его используют в случае шерсти, шелка, древесины, соломы, бумаги. Поскольку данные материалы разрушаются при «жестком» отбеливании окислителями, например, хлорной воды, или .

Однако «мягкое» отбеливание недолговечно: при нагревании или на свету молекулы постепенно отщепляются, и изделия из указанных материалов желтеют (восстанавливается окраска красителей). Чтобы вернуть белизну, нужно повторить обработку сернистым газом.

Основная доля промышленного идет на производство серной кислоты. Среди всех реактивов, выпускаемых химическими предприятиями, она занимает первое место по практическому использованию. Причем в самых разных областях. Серная кислота необходима при переработке нефти (для очистки бензина от органических примесей, которые H₂SO₄ окисляет до СО₂ и Н₂О); при никелировании изделий (перед покрытием поверхность М очищают кислотой от оксидов), при выделке кожи; в производстве моющих средств, пластмасс, красок, удобрений, взрывчатых веществ, ядохимикатов, лекарств, косметики, и мн. др.

Широко используются и соли серной кислоты. В частности, купоросы[20] (кристаллогидраты): медный и железный , – применяют в сельском хозяйстве (от болезней растений).

Дата добавления: 2015-07-25