Kénsav

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Kénsav
S=O kötéshossz = 142,2 pm, S-O kötéshossz = 157,4 pm, O-H kötéshossz = 97 pm
Sulfuric-acid-Givan-et-al-1999-3D-balls.png
Sulphuric acid 96 percent extra pure.jpg
IUPAC-név kénsav
Más nevek vitriol, óleum, akkumulátorsav
Kémiai azonosítók
CAS-szám 7664-93-9
ChemSpider 1086
EINECS-szám 231-639-5
KEGG D05963
ChEBI 26836
RTECS szám WS5600000
UNII O40UQP6WCF
ChEMBL 572964
Kémiai és fizikai 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
Forráspont 337 °C (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
ΔfHo298
−814 kJ·mol−1[1]
Standard moláris
entrópia
So298
157 J·mol−1·K−1[1]
Hőkapacitás, C 131 J/(mol·K)
Veszélyek
MSDS ICSC 0362
EU osztályozás Korrozív C Veszélyes a környezetre N Mérgező T
EU Index 016-020-00-8
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
W
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

Fizikai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 + HNO3HSO4 + 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 → HSO4 + H3O+
H2SO4 + 2 H2O → SO2−4 + 2 H3O+
HSO4 + 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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) + HSO4 (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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b Zumdahl, Steven S.. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company (2009). ISBN 0-618-94690-X