Kénsav
| Kénsav | |
|---|---|
 |
|
 |
|
 |
|
| IUPAC név | kénsav |
| Más nevek | vitriol, óleum, akkumulátorsav |
| Azonosítók | |
| CAS-szám | [7664-93-9] |
| ChemSpider | 1086 |
| EINECS-szám | 231-639-5 |
| KEGG | D05963 |
| ChEBI | 26836 |
| RTECS szám | WS5600000 |
| SMILES | OS(=O)(=O)O |
| InChI | InChI=1/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4) |
| Tulajdonságok | |
| Kémiai képlet | H2SO4 |
| Moláris tömeg | 98,079 g/mol |
| Megjelenés | tiszta, színtelen, szagtalan, olajszerű viszkózus folyadék |
| Sűrűség | 1,84 g/cm3 (folyadék) |
| Olvadáspont |
10 °C, 283 K, 50 °F |
| Forráspont |
337 °C, 610 K, 639 °F (300 °C felett lassan bomlik) |
| Oldhatóság (vízben) | korlátlanul elegyedik exoterm reakció |
| Savasság (pKa) | −3, 1,99 |
| Viszkozitás | 26,7 cP (20 °C) |
| Termokémia | |
| Std. képződési entalpia ΔfH |
−814 kJ·mol−1[1] |
| Standard moláris entrópia S |
157 J·mol−1·K−1[1] |
| Hőkapacitás, C | 131 J/(mol·K) |
| Veszélyek | |
| MSDS | ICSC 0362 |
| EU osztályozás |  C  N  T |
| EU Index | 016-020-00-8 |
| NFPA 704 |
0
3
2
|
| R mondatok | R35 |
| S mondatok | (S1/2) S26 S30 S45 |
| Lobbanáspont | nem gyúlékony |
| LD50 | 2140 mg/kg (patkány, szájon át), LC50 = 25 mg/m3 (patkány, belélegezve) |
| Rokon vegyületek | |
| Azonos anion | Szulfátok |
| Rokon vegyületek | Kénessav |
| Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standard állapotára vonatkoznak. (25 °C, 100 kPa) |
|
A kénsav (H2SO4) színtelen, nagy sűrűségű folyadék, kétértékű, erős ásványi sav. Vízzel korlátlanul elegyedik. A kénsav a kémiai ipar egyik legfontosabb vegyülete, a legnagyobb mennyiségben előállított anyag. 2001-ben 165 millió tonnát gyártottak belőle. Legnagyobb arányban a műtrágyaipar hasznosítja, de szinte minden vegyipari ágazat alapanyagként használja.
A tömény kénsav erélyes vízelvonószer. Noha előállítható a 100%-os töménységű, ún. füstölgő kénsav (vagy még töményebb óleum) is, a gyakorlatban 98,3%-nál töményebb savat a kén-trioxid (SO3) párolgása miatt nem használnak. A gyakorlatban használt tömény kénsav 96(±2) %-os. Az ólomakkumulátorok celláit 33,5%-os kénsavval töltik fel.
A kénsavat az iparban a kén-trioxid kénsavban való elnyeletésével, majd az így keletkezett óleum vízzel való hígításával állítják elő.
- H2SO4 + SO3 → H2S2O7
- H2S2O7 + H2O → 2 H2SO4
Tartalomjegyzék |
Fizikai tulajdonságai [szerkesztés]
A kénsav tiszta állapotban színtelen, olajszerű, magas forráspontú (338 °C) folyadék. Ezen tulajdonságai a kénsavmolekulák között fellépő hidrogénkötésen alapulnak. A tömény, vagy koncentrált kénsav 98 tömegszázalékos. Magas a viszkozitása.
Kémiai tulajdonságai [szerkesztés]
A tömény kénsav erős vízelvonó (higroszkópos) tulajdonságú. A levegő nedvességtartalmát megköti, a szerves anyagokat, szénhidrátokat pedig elszenesíti: a hidrogént és az oxigént elvonja belőlük, és a szén marad vissza. Még a sók kristályvizét is képes elvonni.
A kénsav a hangyasavat is elbontja, szén-monoxid fejlődése közben. Így állítanak elő a laboratóriumokban is CO-ot.
Mivel a kénsav a legerősebb savak egyike (a tömény kénsav saverősségi határt jelent az erős savak és a szupersavak között), a gyengébb savak viselkedhetnek vele szemben bázisként (például a salétromsav). A forró, tömény kénsav olyan erős oxidálószer, hogy oxidálja a nemfémes elemek egy részét, többek között a szenet, a ként és a foszfort.
- H2SO4 + HNO3 → HSO−4 + H2NO+3
A kénsav maró hatású anyag, nagyon óvatosan kell vele dolgozni. A kénsavat úgy kell hígítani, hogy az üvegbot állandó kevergetése közben vízbe öntjük. Ugyanis a kénsav vízben való oldódása erősen exoterm folyamat. Tilos a tömény kénsavba vizet önteni! Ilyenkor a fejlődő hőtől a víz felforr, és szétfröccsenti a kénsavat, ami súlyos sérülést okozhat.
A kénsav a vízzel korlátlanul elegyedik. Vízben való oldásakor két lépésben disszociál, először hidrogén-szulfátionra, majd szulfátionra. Mint minden kétértékű sav esetén, itt is az első disszociáció megy nagyobbrészt végbe, vagyis a kénsav erősebb sav, mint a hidrogén-szulfátion. Mindkettő a kénsav savmaradékionja. A kénsav és a hidrogén-szulfátion savkitevői: pKs1=-3,00; pKs2=1,99
- H2SO4 + H2O → HSO−4 + H3O+
- H2SO4 + 2 H2O → SO2−4 + 2 H3O+
- HSO−4 + H2O → SO2−4 + H3O+
Vízben jól oldódik. A kénsav vízben való oldódása EXOTERM folymat ezért nagyon felmelegszik! Oldása: mindig a tömény kénsavat öntsük a vízhez, lassan, vékony sugárban, keverés közben! Vízben való oldódás egyenlete: H2SO4 + H2O = H3O+ + HSO4- HSO4- + H2O = H3O+ + SO42-
Szulfátok [szerkesztés]
A hidrogén-szulfátok és a szulfátok a kénsav sói. A hidrogén-szulfátok vízzel hidrolizálnak, átadják a protonjukat, ezért ezeknek vizes oldata savas kémhatású.
- Na+ (aq) + HSO−4 (aq) → Na+ + SO2−4 + H3O+
Vagyis az oldatban az oxóniumionok kerülnek túlsúlyba a hidroxidionokkal szemben.
Az alumínium-szulfát, a alumínium-kálium-szulfát, az ammónium-szulfát, a réz-szulfát és a vas(III)-szulfát vizes oldata is savas kémhatású.
A híg kénsav reakcióba lép a vassal, a magnéziummal, és az alumíniummal. Nem reagál a rézzel és az ólommal. Vassal való reakciójának egyenlete:
- Fe + H2SO4 = H2 + FeSO4 vas-szulfát
A forró tömény kénsav a rezet is feloldja, két lépésben, mivel előbb oxidálja:
- Cu + cc. H2SO4 → CuO + H2O + SO2
- CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Hasonlóan viszi oldatba a forró tömény kénsav a higanyt és az ezüstöt is.
A tömény kénsav oxidálja a vasat, tömör vas-oxid réteg alakul ki. Ezért lehet a kénsavat vastartályban szállítani.
Az ólmot már a híg kénsav is passziválja, az ólom felületén oldhatatlan ólom-szulfát keletkezik.
A tömény kénsav lúgokkal, például nátrium-hidroxid oldattal közömbösíthető. Ekkor nátrium-szulfát (glaubersó) és víz keletkezik.
- H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
- H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2 H2O
Kénsavészterek [szerkesztés]
A kénsavészterek a kénsav és különböző alkoholok vegyületei. Nagy gyakorlati jelentőségük van, mosószerként használatosak. Előnyük a szappanokkal szemben, hogy kemény vízben vagy savas közegben is kifejtik hatásukat. Gyártásuk során a kénsavnak csak egyik felét észteresítik el, a másik savas csoportot sóvá alakítják.
Kénsavgyártás [szerkesztés]
A kénsavgyártás alapanyaga többnyire elemi kén, illetve a fém-szulfidok. A ként elégetve vagy a szulfidokat pörkölve kén-dioxid keletkezik.
- S + O2 → SO2
- 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
- HgS + O2 → Hg + SO2
A kén-dioxidot tovább oxidálják, ilyenkor kén-trioxid keletkezik:
- 2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3
Az exoterm reakció egyensúlyra vezet, ezért célszerű alacsony hőmérsékleten (400-500 °C) végezni, azonban homogén fázisban a reakció sebessége nagyon kicsi. A reakciósebességet vanádium-pentoxid katalizátor alkalmazásával növelik. A kén-trioxidot gyakorlati okok miatt nem vízben, hanem tömény kénsavban nyeletik el, majd az így keletkező dikénsavat (pirokénsav, óleum) vízben a megfelelő töménységűre hígítják.
Felhasználása [szerkesztés]
A kénsav vegyipari alapanyag, emellett a laboratóriumban is gyakran használják. A kénsavat műtrágyagyártásra, mosószergyártásra, festékgyártásra, gyógyszergyártásra és robbanószerek gyártására is használják. Emellett kénsav az ólomakkumulátorok töltőfolyadéka.
A kénessav [szerkesztés]
A kén égésekor keletkező kén-dioxid vízzel kénessavat alkot.
- SO2 + H2O = H2SO3
A kénessav bomlékony vegyület, kén-dioxid szabadul föl belőle.
- H2SO3 = SO2 + H2O
A kénessav redukáló hatású vegyület.
Források [szerkesztés]
- ^ a b Zumdahl, Steven S.. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company (2009). ISBN 0-618-94690-X
