Сульфаты в природе, промышленности и быту

К 6А группе относятся элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний. Все элементы обладают хорошей химической активностью. Наиболее химически активным является кислород. Он взаимодействует непосредственно со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных металлов Ag, Au, Pt и благородных газов, образуя оксиды. Наиболее активные щелочные металлы (K, Rb, Cs) образуют при этом надпероксиды ЭО₂, а Na – пероксид Na₂О₂.

Кислород окисляется только при взаимодействии с фтором. В отличие от кислорода, Se, Te, Po могут окисляться и восстанавливаться. При умеренном нагревании они активно взаимодействуют со многими простыми веществами, при сплавлении – со многими металлами, довольно легко окисляются кислородом и галогенами. В ряду S – Po способность окисляться усиливается, способность восстанавливаться уменьшается. При кипячении в растворах щелочей S, Se и Te диспропорционируют, при нагревании реагируют с кислотами-окислителями. С кислотами-неокислителями – не реагируют. Po взаимодействует с кислотами как типичный металл. S, Se, Te могут растворяться в растворах своих анионов Э^2- с образованием полианионов Э_n^2-.

Э + H₂ ® H₂Э (PoH₂, Te)

Э + Hal₂ ® ЭHal₂, ЭHal₄

Э + O₂ ® ЭO₂

Э + S ® SO₂, PoS

O + N₂ ® NO

Э + P ® Э_xP_y

Э + C ® CЭ₂ (Po)

Э + Me ® Me₂Э, Me₂Э₂

Po + HCl ® PoCl₂

Э + H₂SO₄(к) ® ЭO₂ (PoSO₄)

Po + H₂SO₄(р) ® PoSO₄

Э + NaOH ® Na₂Э + Na₂ЭO₃ (Po)

Po + HF ® PoF₂

Э + H₂O ® S-(H₂S + H₂SO₃), Te-(TeO₂), (Se, Po)

Э + HNO₃(р) ®

Э + HNO₃(к) ® S-(H₂SO₄), Se, Te-(H₂ЭO₃), (Po(NO₃)₄).

Рассмотрим подробнее соединения серы. С водородом этот элемент образует соединение состава H₂S. Это слабая двухосновная кислота; сильный восстановитель, легко окисляется кислородом воздуха: в растворах – до простых веществ, при сжигании – до оксидов. Она может быть получена взаимодействием простых веществ или действием разбавленных кислот на соли. Известны два ряда соединений серы с металлами – сульфиды и полисульфиды.

Все сульфиды, исключая сульфиды щелочных, щелочноземельных металлов и аммония, не растворимы в воде. Сульфиды тяжелых металлов окрашены в различные цвета. Растворимые сульфиды получаются нейтрализацией щелочей сероводородной кислотой и восстановлением сульфатов углем, нерастворимые сульфиды - синтез из простых веществ, а также обменная реакция. В водном растворе сульфиды гидролизуются; некоторые из них необратимо. Многие нерастворимые в воде сульфиды растворяются в кислотах-неокислителях. Сульфиды, ПР которых очень мало, нерастворимы в кислотах-неокислителях, но растворимы в концентрированной азотной кислоте, царской водке. Все сульфиды – восстановители.

Сера образует три оксида: SO, SO₂, SO₃. Первый из них – бесцветный газ, разлагающийся уже при комнатной температуре. SO₂, SO ₃ являются кислотными оксидами. SO₂ получают в промышленности обжигом сернистых руд, в лаборатории – действием сильных кислот на сульфиты; SO ₃ – окисление SO₂ в присутствии катализатора. SO₂ в зависимости от условий может восстанавливаться и окисляться, для него характерны реакции диспропорционирования.

Эти оксидам соответствуют гидроксиды – кислоты. Н₂SO₃ получают растворением SO₂ в воде. Серную кислоту в промышленности получают двумя способами: контактным и нитрозным. Контактный заключается в производстве SO₂, окислении его в SO₃ и превращении его в Н₂SO₄. SO₂ получают в основном обжигом пирита.

Полученный SO₂ подвергают тщательной очистке. После очистки SO₂ в смеси с воздухом поступает в контактный аппарат, где под действием катализатора V₂O₅ окисляется в SO₃. SO3 затем растворяют в конц. Н₂SO₄, получая тем самым олеум.

При нитрозном способе SO₂ окисляют оксидом азота (IV). Конечный продукт содержит 78% Н₂SO₄. Концентрированная Н₂ SO₄ является сильным окислителем. Н₂SO₃ же проявляет восстановительные свойства, но при действии сильных восстановителей восстанавливается. Среди производных гидроксидов наибольшее значение имеют сульфиты и сульфаты. Растворимые в воде соли подвергаются гидролизу.

При действии сильных кислот сульфиты разлагаются. Водные растворы сульфитов обладают восстановительными свойствами, но при действии сильных восстановителей проявляют окислительные свойства.

Кроме Н₂SO₃ и Н₂SO₄ сера образует и ряд других кислот: политионовые (Н₂S_nO₆ ): трисульфоновая (Н₂SO₆), тетратионовая (Н₂S₄O₆), полисерные (Н₂SO ₄·nSO₃): пиросерная (Н₂S₂O₇), трисерная (Н₂S₃O₁₀) и т.д.