Оксид серы (VI)

Строение молекулы SO3

В газовой фазе триоксид серы существует в виде мономерных молекул. Атом серы находится в состоянии sp2-гибридизации, форма молекулы – правильный треугольник. Длина связи S – O равна 0,142 нм, валентный угол составляет 120°. Кратность связи S – O равна 2.

Твердый серный ангидрид образует несколько полиморфных модификаций. В льдоподобной γ-SO3 тетраэдры SO4 связаны общими вершинами в циклические тримеры S3O9, напоминающие циклические силикаты.

γ-SO3 кристаллизуется в моноклинной сингонии.

В асбестоподобных модификация тетраэдры SO4 образуют спиральные цепи со степенью полимеризации порядка нескольких тысяч (β-SO3, моноклинная сингония) или связанные в слои (α-SO3, ромбическая сингония).

При плавлении образуется жидкость, состоящая, главным образом, из тримеров.

Получение 1. Оксид серы (VI) получают окислением сернистого газа кислородом воздуха в присутствии катализаторов при температуре 450°С (см. Получение серной кислоты):

2SO2+O2=2SO3 2. Другим способом окисления SO2 до SO3 является использование в качестве окислителя оксида азота (IV):

Се́рная кислота́ H2SO4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 — раствор SO3 в серной кислоте (олеум).

Серная кислота является энергичным окислителем; её окислительные свойства проявляются при взаимодействии со многими веществами.

Взаимодействие серной кислоты с металлами проходит различно в зависимости от её концентрации. Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Из-за этого она взаимодействует только с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода, например:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

Но свинец не растворяется в разбавленной кислоте, поскольку образующаяся соль PbSO4 нерастворима.

Концентрированная серная кислота является окислителем за счёт серы. Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно. Продукты её восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла и от условий (концентрация кислоты, температура). При взаимодействии с малоактивными металлами, например, с медью, кислота восстанавливается до SO2:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O.

При взаимодействии с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как SO2, так и свободная сера и сероводород. Так, при взаимодействии с цинком могут протекать реакции:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O

4ZN + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O.

Серная кислота применяется в производстве минеральных удобрений, для получения разнообразных минеральных кислот и солей, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ, в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности. Самым крупным потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений — суперфосфата и сульфата аммония. На производство одной тонны суперфосфата уходило около 350 кг. серной кислоты, а на производство одной тонны сульфата аммония — 750 кг.

Под действием серной кислоты кожа становится сначала белой, затем буроватой с покраснением. При этом окружающие ткани распухают. При попадании серной кислоты на кожу её необходимо как можно скорее смыть сильной струёй воды, обожжённое место смочить 5% - ным раствором соды.

Химические свойства серной кислоты. Химические свойства серной кислоты такие:

Взаимодействие с металлами:

разбавленная кислота растворяет только те металлы, которые стоят левее водорода в ряду напряжений, например H2+1SO4+ Zn0 = H2O + Zn+2SO4;

окислительные свойства серной кислоты велики. При взаимодействии с различными металлами (кроме Pt, Au) она может восстанавливаться до H2S-2, S+4O2 или S0, например:

2H2+6SO4 + 2Ag0 = S+4O2 + Ag2+1SO4 + 2H2O;

5H2+6SO4 +8Na0 = H2S-2 + 4Na2+1SO4 + 4H2O;

Концентрированная кислота H2S+6O4также реагирует (при нагревании) с некоторыми неметаллами, превращаясь при этом в соединения серы с более низкой степенью окисления, например:

2H2S+6O4 + С0 = 2S+4O2 + C+4O2 + 2H2O;

2H2S+6O4 + S0 = 3S+4O2 + 2H2O;

5H2S+6O4 + 2P0 = 2H3P+5O4 + 5S+4O2 + 2H2O;

С основными оксидами:

H2SO4 + CuO = CuSO4 + H2O;

С гидроксидами:

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O;

Взаимодействие с солями при обменных реакциях:

H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4;

Образование BaSO4 (белого осадка, нерастворимого в кислотах) используется для определения этой кислоты и растворимых сульфатов.

Моногидрат - это ионизирующий растворитель, имеющий кислотный характер. В нём очень хорошо растворять сульфаты многих металлов, например:

2H2SO4 + HNO3 = NO2+ + H3O+ + 2HSO4-;

HClO4 + H2SO4 = ClO4- + H3SO4+.

Концентрированная кислота - это довольно сильный окислитель, особенно при нагревании, например 2H2SO4 + Cu = SO2 + CuSO4 + H2O.

Действуя как окислитель, серная кислота, как правило, восстанавливается до SO2. Но она может быть восстановлена и до S и даже до H2S, например H2S + H2SO4 = SO2 + 2H2O + S.

Моногидрат почти не может проводить электрический ток. И, наоборот, водные растворы кислоты - это хорошие проводники. Серная кислота сильно поглощает влагу, поэтому ее используют для осушки разных газов. Как осушитель, серная кислота действует до тех пор, пока над её раствором давление водяного пара меньше, чем его давление в газе, который осушают.

Если закипятить разбавленный раствор серной кислоты, то из него уберется вода, при этом температура кипения будет повышаться до 337°С, например, когда начинают перегонять серную кислоту в концентрации 98,3%. И наоборот, из растворов, которые более концентрированные, испаряется лишний серный ангидрид. Пар кипящей при температуре 337°С кислоты частично разложен на SO3 и H2O, которые при охлаждении опять будут соединены. Высокая температура кипения этой кислоты подходит для использования её в выделении легколетучих кислот из их солей при нагревании.

О́леум (лат. Oleum) — раствор серного ангидрида SO3 в 100%-й серной кислоте H2SO4.

Олеум представляет собой вязкую маслянистую бесцветную жидкость или легкоплавкие кристаллы, которые, однако, могут приобретать самые различные оттенки вследствие наличия примесей. На воздухе «дымит», реагирует с водой с выделением очень большого количества тепла. Концентрация серного ангидрида может варьировать в очень широких пределах: от единиц до десятков процентов. Олеум по сравнению с концентрированной

серной кислотой обладает ещё большим водоотнимающим и окислительным действием. Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакции:

Тиокислоты и их соли. Тиосерная кислота и тиосульфаты. Строение тиосуль-фат-иона. Восстановительные свойства тиосульфата натрия. Применение тиосульфата натрия. Политионовые кислоты и их соли. Тетратионаты

Тиокислоты. Тиокислоты (от тио...), сернистые аналоги кислородных кислот, в молекулах которых кислород замещен на серу.

Неорганические тиокислоты нестойки и в свободном состоянии их выделить обычно не удаётся; однако соли таких тиокислот (тиосоли), например Na2S2O3, эфиры, например As (SC6H5)3, и ангидриды, например Sb2S3, — достаточно прочные вещества.

Органические тиокислоты (тиокарбоновые кислоты) подразделяются на монотиокарбоновые — тиоловые (а) и тионовые (б), дитиокарбоновые (в) кислоты:

Монотиокарбоновые кислоты существуют в виде таутомерной смеси с сильным преобладанием тиоловой формы; производные известны для обеих форм. Тиокислоты (особенно простейшие) обладают сильным неприятным запахом. По сравнению с соответствующими карбоновыми кислотами, тиокислоты — более сильные кислоты, в воде растворяются хуже, кипят при более низких температурах. Органические тиокислоты получают главным образом взаимодействием карбоновых кислот с пятисернистым фосфором (1) или производных карбоновых кислот с сероводородом (2):

Амиды тионовых кислот (тиоамиды) RC (S) NR¢2 применяются в синтезах гетероциклических соединений; амид a-этилизотионикотиновой кислоты (этионамид) — противотуберкулёзное средство. Эфиры дитиоугольной кислоты (ксантогенаты) используются в производстве вискозного волокна (см. Вискоза), а также в качестве гербицидов.

Тиосерная кислота — неорганическое соединение, двухосновная сильная кислота с формулой H2SO3S. Бесцветная вязкая жидкость, реагирует с водой. Образует соли — тиосульфаты. Тиосерная кислота содержит два атома серы, один из которых имеет степень окисления +6, а второй — -2.

Получение. Реакция сероводорода и триоксида серы в этиловом эфире при низких температурах:

Действие газообразного хлористого водорода на тиосульфат натрия:

Физические свойства. Тиосерная кислота образует бесцветную вязкую жидкость, не замерзающую даже при очень низкой температуре. Термически неустойчива — разлагается уже при комнатной температуре. Быстро, но не мгновенно, разлагается в водных растворах. В присутствии серной кислоты разлагается мгновенно.