სულფატის მჟავა: ფორმულა და ქიმიური თვისებები

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

ერთ-ერთი პირველი მინერალური მჟავა, რომელიც ცნობილი გახდა ადამიანისთვის, არის გოგირდოვანი, ანუ სულფატი. არა მხოლოდ ის, არამედ მისი მრავალი მარილი გამოიყენებოდა მშენებლობაში, მედიცინაში, კვების მრეწველობაში და ტექნიკური მიზნებისთვის. ჯერჯერობით ამ მხრივ არაფერი შეცვლილა. მთელი რიგი მახასიათებლები, რომლებსაც სულფატის მჟავა ფლობს, მას უბრალოდ შეუცვლელს ხდის ქიმიურ სინთეზებში. გარდა ამისა, მისი მარილები გამოიყენება ყოველდღიური ცხოვრების და მრეწველობის თითქმის ყველა სექტორში. ამიტომ, ჩვენ დეტალურად განვიხილავთ რა არის ეს და რა თვისებები აქვს გამოვლენილ თვისებებს.

სახელების მრავალფეროვნება

დავიწყოთ იმით, რომ ამ ნივთიერებას უამრავი სახელი აქვს. მათ შორის არის რაციონალური ნომენკლატურის მიხედვით ჩამოყალიბებული და ისტორიულად განვითარებული. ასე რომ, ეს კავშირი დასახელებულია როგორც:

• სულფატის მჟავა;
• ვიტრიოლი;
• გოგირდის მჟავა;
• ოლეუმი.

მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინი "ოლეუმი" არ არის საკმაოდ შესაფერისი ამ ნივთიერებისთვის, რადგან ის არის გოგირდის მჟავისა და უმაღლესი გოგირდის ოქსიდის ნარევი -ასე_3.

სულფატის მჟავა: ფორმულა და მოლეკულური სტრუქტურა

ქიმიური შემოკლების თვალსაზრისით, ამ მჟავის ფორმულა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად: H₂SO_{4. ცხადია, მოლეკულა შედგება ორი წყალბადის კატიონისგან და მჟავე ნარჩენის ანიონისგან - სულფატის იონისგან, რომელსაც აქვს მუხტი 2+.}

ამ შემთხვევაში, შემდეგი ბმები მოქმედებს მოლეკულის შიგნით:

• კოვალენტური პოლარული გოგირდსა და ჟანგბადს შორის;
• კოვალენტი ძლიერად პოლარული წყალბადსა და მჟავას ნარჩენებს შორის SO_4.

გოგირდი, რომელსაც აქვს 6 დაუწყვილებელი ელექტრონი, ქმნის ორ ორმაგ ბმას ჟანგბადის ორ ატომთან. კიდევ რამდენიმე - მარტოხელა და ისინი, თავის მხრივ, მარტოხელა წყალბადებით. შედეგად, მოლეკულის სტრუქტურა საშუალებას აძლევს მას იყოს საკმარისად ძლიერი. ამავდროულად, წყალბადის კატიონი ძალიან მოძრავია და ადვილად ტოვებს, რადგან გოგირდი და ჟანგბადი ბევრად უფრო ელექტროუარყოფითია. ელექტრონის სიმკვრივის საკუთარ თავზე მიზიდვით, ისინი წყალბადს აწვდიან ნაწილობრივ დადებით მუხტს, რომელიც სრულდება, როდესაც განცალკევდება. ასე წარმოიქმნება მჟავე ხსნარები, რომლებშიც არის H+..

თუ ვსაუბრობთ ნაერთში ელემენტების დაჟანგვის მდგომარეობებზე, მაშინ სულფატმჟავა, რომლის ფორმულაა H₂SO_{4, მარტივად გაძლევს მათი გამოთვლას: წყალბადი +1, ჟანგბადი -2, გოგირდი +6.}

როგორც ნებისმიერ მოლეკულაში, მთლიანი მუხტი ნულია.

აღმოჩენის ისტორია

სულფატის მჟავა ხალხისთვის ცნობილია უძველესი დროიდან. ალქიმიკოსებმაც კი იცოდნენ, როგორ მიეღოთ იგი სხვადასხვა ვიტრიოლის კალცინით. თანჯერ კიდევ მე-9 საუკუნეში ადამიანები იღებდნენ და იყენებდნენ ამ ნივთიერებას. მოგვიანებით, ევროპაში, ალბერტ მაგნუსმა ისწავლა, როგორ გამოეღო მჟავა რკინის სულფატის დაშლისგან.

თუმცა, არცერთი მეთოდი არ იყო მომგებიანი. შემდეგ ცნობილი გახდა სინთეზის ეგრეთ წოდებული კამერული ვერსია. ამისთვის გოგირდს და ნიტრატს წვავდნენ, გამოთავისუფლებულ ორთქლებს კი წყალი შთანთქავდა. შედეგად წარმოიქმნა სულფატის მჟავა.

კიდევ მოგვიანებით, ბრიტანელებმა მოახერხეს ამ ნივთიერების მოპოვების ყველაზე იაფი მეთოდის პოვნა. ამისთვის გამოიყენებოდა პირიტი - FeS_{2, რკინის პირიტები. მისი გამოწვა და შემდგომი ურთიერთქმედება ჟანგბადთან კვლავ წარმოადგენს გოგირდმჟავას სინთეზის ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან სამრეწველო მეთოდს. ასეთი ნედლეული უფრო ხელმისაწვდომი, იაფი და ხარისხიანია დიდი მოცულობის წარმოებისთვის.}

ფიზიკური თვისებები

არსებობს რამდენიმე პარამეტრი, მათ შორის გარე, რომლებიც განასხვავებენ სულფატის მჟავას სხვებისგან. მისი ფიზიკური თვისებები შეიძლება რამდენიმე პუნქტით იყოს აღწერილი:

1. თხევადი სტანდარტულ პირობებში.
2. კონცენტრირებულ მდგომარეობაში მძიმეა, ცხიმიანი, რისთვისაც მიიღო სახელწოდება "ვიტრიოლი".
3. მატერიის სიმკვრივე - 1,84 გ/სმ3.
4. არაფერი და სუნი.
5. აქვს გამოხატული "სპილენძის" გემო.
6. ძალიან კარგად იხსნება წყალში, თითქმის შეუზღუდავი.
7. ჰიგროსკოპიული, რომელსაც შეუძლია ქსოვილებისგან თავისუფალი და შეკრული წყლის დაჭერა.
8. არასტაბილური.
9. დუღილის წერტილი - 296oC.
10. დნება 10, 3oC.

ამ ნაერთის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა ჰიდრატაციის უნარი დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფით. ამიტომაც, სკოლის სკამიდანაც კი ბავშვებს ასწავლიან, რომ მჟავაში წყლის დამატება არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება, არამედ პირიქით. წყალი ხომ სიმკვრივით უფრო მსუბუქია, ამიტომ ზედაპირზე დაგროვდება. თუ მას უეცრად დაემატება მჟავას, მაშინ დაშლის რეაქციის შედეგად გამოიყოფა ისეთი დიდი ენერგია, რომ წყალი ადუღდება და საშიში ნივთიერების ნაწილაკებთან ერთად დაიწყებს შპრიცს. ამან შეიძლება გამოიწვიოს ხელების კანის მძიმე ქიმიური დამწვრობა.

ამიტომ მჟავა უნდა ჩაასხათ წყალში თხელი ნაკადით, შემდეგ ნარევი ძალიან გაცხელდება, მაგრამ ადუღება არ მოხდება, რაც იმას ნიშნავს, რომ სითხეც იფრქვევა.

ქიმიური თვისებები

ქიმიის თვალსაზრისით, ეს მჟავა ძალიან ძლიერია, განსაკუთრებით თუ ის კონცენტრირებული ხსნარია. ის ორფუძიანია, ამიტომ იშლება ეტაპობრივად, ჰიდროსულფატისა და სულფატური ანიონების წარმოქმნით.

ზოგადად, მისი ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაერთებთან შეესაბამება ამ კლასის ნივთიერებებისთვის დამახასიათებელ ყველა ძირითად რეაქციას. ჩვენ შეგვიძლია მოვიყვანოთ რამდენიმე განტოლების მაგალითი, რომელშიც სულფატის მჟავა მონაწილეობს. ქიმიური თვისებები ვლინდება მის ურთიერთქმედებაში:

• მარილები;
• მეტალის ოქსიდები და ჰიდროქსიდები;
• ამფოტერული ოქსიდები და ჰიდროქსიდები;
• მეტალები დგანან წყალბადამდე ძაბვის სერიაში.

Bასეთი ურთიერთქმედების შედეგად თითქმის ყველა შემთხვევაში წარმოიქმნება მოცემული მჟავას საშუალო მარილები (სულფატები) ან მჟავე მარილები (ჰიდროსულფატები).

განსაკუთრებული თვისებაა აგრეთვე ის, რომ ლითონებთან ერთად ჩვეულებრივი სქემის მიხედვით Me + H₂SO₄=MeSO₄ + H_{2↑ რეაგირებს მხოლოდ მოცემული ნივთიერების ხსნარი, ანუ განზავებული მჟავა. თუ ავიღებთ კონცენტრირებულ ან ძალიან გაჯერებულს (ოლეუმს), მაშინ ურთიერთქმედების პროდუქტები სრულიად განსხვავებული იქნება.}

გოგირდმჟავას განსაკუთრებული თვისებები

ეს მოიცავს მხოლოდ კონცენტრირებული ხსნარების ურთიერთქმედებას მეტალებთან. ასე რომ, არსებობს გარკვეული სქემა, რომელიც ასახავს ასეთი რეაქციების მთელ პრინციპს:

1. თუ ლითონი აქტიურია, შედეგად წარმოიქმნება წყალბადის სულფიდი, მარილი და წყალი. ანუ გოგირდი მცირდება -2-მდე.
2. თუ ლითონი საშუალო აქტივობისაა, მაშინ შედეგი არის გოგირდი, მარილი და წყალი. ანუ სულფატის იონის დაქვეითება თავისუფალ გოგირდად.
3. დაბალი რეაქტიულობის ლითონები (წყალბადის შემდეგ) - გოგირდის დიოქსიდი, მარილი და წყალი. გოგირდი ჟანგვის მდგომარეობაში +4.

ასევე, სულფატის მჟავას განსაკუთრებული თვისებებია ზოგიერთი არალითონის დაჟანგვის უნარი მათ უმაღლეს ჟანგვის მდგომარეობამდე და რეაგირება რთულ ნაერთებთან და მათი დაჟანგვა მარტივ ნივთიერებებად.

მრეწველობის მოპოვების მეთოდები

გოგირდმჟავას წარმოქმნის სულფატური პროცესი შედგება ორი ძირითადი ტიპისგან:

• კონტაქტი;
• კოშკი.

ორივე ყველაზე გავრცელებული გზააინდუსტრია მსოფლიოს ყველა ქვეყანაში. პირველი ვარიანტი ეფუძნება რკინის პირიტის ან გოგირდის პირიტის გამოყენებას ნედლეულად - FeS_{2. სულ სამი ეტაპია:}

1. ნედლეულის შეწვა წვის პროდუქტის სახით გოგირდის დიოქსიდის წარმოქმნით.
2. გადის ამ აირის ჟანგბადში ვანადიუმის კატალიზატორის მეშვეობით გოგირდის ანჰიდრიდის წარმოქმნით - SO_3.
3. შთანთქმის კოშკში ანჰიდრიდი იხსნება სულფატის მჟავას ხსნარში მაღალი კონცენტრაციის ხსნარის - ოლეუმის წარმოქმნით. ძალიან მძიმე ცხიმიანი სქელი სითხე.

მეორე ვარიანტი პრაქტიკულად იგივეა, მაგრამ აზოტის ოქსიდები გამოიყენება კატალიზატორად. ისეთი პარამეტრების თვალსაზრისით, როგორიცაა პროდუქტის ხარისხი, ღირებულება და ენერგიის მოხმარება, ნედლეულის სისუფთავე, პროდუქტიულობა, პირველი მეთოდი უფრო ეფექტური და მისაღებია, ამიტომ უფრო ხშირად გამოიყენება.

ლაბორატორიული სინთეზი

თუ საჭიროა გოგირდმჟავას მცირე რაოდენობით მიღება ლაბორატორიული კვლევისთვის, მაშინ საუკეთესოდ შეეფერება წყალბადის სულფიდის დაბალაქტიური ლითონების სულფატებთან ურთიერთქმედების მეთოდი.

ამ შემთხვევებში ხდება შავი ლითონის სულფიდების წარმოქმნა და გოგირდის მჟავა წარმოიქმნება გვერდითი პროდუქტის სახით. მცირე კვლევებისთვის ეს ვარიანტი შესაფერისია, მაგრამ ასეთი მჟავა არ განსხვავდება სისუფთავით.

ასევე ლაბორატორიაში შეგიძლიათ ჩაატაროთ თვისებრივი რეაქცია სულფატულ ხსნარებზე. ყველაზე გავრცელებული რეაგენტია ბარიუმის ქლორიდი, ვინაიდან Ba²⁺ იონი, ერთადსულფატის ანიონი იშლება თეთრ ნალექში - ბარიტის რძე: H₂SO₄ + BaCL₂=2HCL + BaSO_4↓

ყველაზე გავრცელებული მარილები

სულფატის მჟავა და მის მიერ წარმოქმნილი სულფატები მნიშვნელოვანი ნაერთებია მრავალ ინდუსტრიაში და საყოფაცხოვრებო პირობებში, მათ შორის საკვებში. გოგირდმჟავას ყველაზე გავრცელებული მარილებია:

1. თაბაშირი (ალაბასტერი, სელენიტი). ქიმიური სახელია კალციუმის სულფატის კრისტალური ჰიდრატი. ფორმულა: CaSO_{4. გამოიყენება მშენებლობაში, მედიცინაში, რბილობი და ქაღალდი, სამკაულების წარმოებაში.}
2. ბარიტი (მძიმე სპარი). ბარიუმის სულფატი. ხსნარში ეს არის რძისფერი ნალექი. მყარი სახით - გამჭვირვალე კრისტალები. გამოიყენება ოპტიკურ ინსტრუმენტებში, რენტგენის სხივებში, საიზოლაციო საფარში.
3. მირაბილიტი (გლაუბერის მარილი). ქიმიური სახელია ნატრიუმის სულფატის დეკაჰიდრატი. ფორმულა: Na₂SO₄10H_{2O. გამოიყენება მედიცინაში, როგორც საფაღარათო საშუალება.}

მარილების მრავალი მაგალითი არსებობს, რომლებსაც აქვთ პრაქტიკული მნიშვნელობა. თუმცა, ზემოთ ნახსენები ყველაზე გავრცელებულია.

სულფატური წიწაკა

ეს ნივთიერება არის ხსნარი, რომელიც წარმოიქმნება ხის, ანუ ცელულოზის თერმული დამუშავების შედეგად. ამ ნაერთის ძირითადი დანიშნულებაა მის ბაზაზე სულფატური საპნის მიღება დალექვით. სულფატის ლიქიორის ქიმიური შემადგენლობა შემდეგია:

• ლიგნინი;
• ჰიდროქსიმჟავები;
• მონოსაქარიდები;
• ფენოლი;
• ფისოვანი;
• არასტაბილური და ცხიმოვანი მჟავები;
• სულფიდები, ქლორიდები, კარბონატები და ნატრიუმის სულფატები.

არსებობს ამ ნივთიერების ორი ძირითადი ტიპი: თეთრი და შავი სულფატური ლიქიორი. თეთრი მიდის მერქნისა და ქაღალდის ინდუსტრიაში, ხოლო შავი გამოიყენება ინდუსტრიაში სულფატის საპნის დასამზადებლად.

მთავარი აპლიკაციები

გოგირდმჟავას წლიური წარმოება წელიწადში 160 მილიონი ტონაა. ეს ძალიან მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია, რაც მიუთითებს ამ ნაერთის მნიშვნელობასა და გავრცელებაზე. არსებობს რამდენიმე ინდუსტრია და ადგილი, სადაც სულფატის მჟავას გამოყენება აუცილებელია:

1. ბატარეებში, როგორც ელექტროლიტი, განსაკუთრებით ტყვიაში.
2. ქარხნებში, სადაც სულფატური სასუქები იწარმოება. ამ მჟავის ძირითადი ნაწილი გამოიყენება სპეციალურად მცენარეებისთვის მინერალური სასუქების დასამზადებლად. ამიტომ, გოგირდმჟავას წარმოებისა და სასუქების წარმოების ქარხნები ყველაზე ხშირად შენდება ერთმანეთის გვერდით.
3. კვების მრეწველობაში, როგორც ემულგატორი, მითითებული კოდით E513.
4. მრავალ ორგანულ სინთეზში, როგორც წყალგამწმენდი აგენტი, კატალიზატორი. ასე მიიღება ასაფეთქებელი ნივთიერებები, ფისები, საწმენდი და სარეცხი საშუალებები, ნეილონი, პოლიპროპილენი და ეთილენი, საღებავები, ქიმიური ბოჭკოები, ეთერები და სხვა ნაერთები.
5. გამოიყენება ფილტრებში წყლის გასაწმენდად და გამოხდილი წყლის დასამზადებლად.
6. გამოიყენება მადნიდან იშვიათი ელემენტების მოპოვებაში და გადამუშავებაში.

ასევე ბევრი არჩვიმჟავა მიდის ლაბორატორიულ კვლევაში, სადაც მიიღება ადგილობრივი მეთოდებით.