Sumporna kiselina
Sumporna kiselina (H2SO4) je oksokiselina. Svojstva proizlaze iz sastava, veza, geometrije i ponašanja čestica u čistoj tvari ili otopini.
Osnovni podaci
Što govori formula
Jedna formulna jedinka H2SO4 sadrži 2 × vodik (H), 1 × sumpor (S), 4 × kisik (O). Iz relativnih atomskih masa dobiva se molarna masa približno 98.079 g/mol. Indeksi označuju broj atoma; sami ne određuju naboje, geometriju ni oksidacijska stanja.
Maseni udjeli elemenata
Po masi najveći doprinos daje kisik (O, 65.3 %). Maseni udio ovisi i o broju atoma i o relativnim atomskim masama, pa se ne može zaključiti samo iz indeksa u formuli.
| Elementi u formuli | # | % m/m |
|---|---|---|
| vodik (H) | 2 | 2.1 % |
| sumpor (S) | 1 | 32.7 % |
| kisik (O) | 4 | 65.3 % |
Građa i kemijske veze
Molekula H₂SO₄ ima približno tetraedarsko okruženje sumpora s vezama S–O i skupinama O–H. U čistoj tekućini postoji opsežna mreža vodikovih veza i prijenosa protona, pa koncentriranu kiselinu nije dobro zamišljati kao skup potpuno izoliranih molekula.
Pri tumačenju svojstava treba razlikovati čistu tvar od vodene otopine. Ionska disocijacija, hidratacija, koncentracija i pH mogu snažno promijeniti opaženo ponašanje bez promjene elementarne formule. Kemijska jednadžba prikazuje stehiometriju, ali sama ne određuje brzinu ni mehanizam.
R3 prikazi
Kemijsko ponašanje
U vodi je prva protoliza praktično potpuna, dok je druga disocijacija hidrogensulfata ravnotežna: HSO₄⁻ ⇌ H⁺ + SO₄²⁻. Koncentrirana H₂SO₄ snažno veže vodu i u nekim je reakcijama oksidans; to nije isto što i sama činjenica da je kiselina jaka.
Brojčani podaci imaju smisla samo uz uvjete. Agregatno stanje, gustoća, topljivost i sastav otopine ovise o temperaturi, tlaku i koncentraciji. Kod kiselina i baza treba razlikovati termodinamičku jakost, koncentraciju, oksidacijsku sposobnost i nagrizajuće djelovanje — to nisu ista svojstva.
Otopine, ravnoteže i uvjeti
U vodenom okolišu treba pratiti koje kemijske vrste stvarno prevladavaju. Prijenos protona, kompleksiranje ili taloženje mogu promijeniti oblik čestica bez promjene ukupne količine elemenata. Ravnotežni zapis zato nadopunjuje molekulski ili ionski model.
Pri pripravi otopine koncentracija je zasebna veličina: isti spoj u razrijeđenom i koncentriranom obliku može imati vrlo različito kemijsko i sigurnosno ponašanje. Temperatura dodatno mijenja topljivost, brzinu reakcija i ponekad dominantne ravnotežne oblike.
Primjena i značenje
Sumporna kiselina ključna je u proizvodnji gnojiva, preradi ruda, sintezi i olovnim akumulatorima.
Industrijska ili svakodnevna primjena proizlazi iz određene reaktivnosti, topljivosti i dostupnosti tvari. Isto kemijsko svojstvo može biti prednost u kontroliranom procesu, a opasnost pri nekontroliranom dodiru.
Sigurnost i pravilan kontekst
Koncentrirana tekućina je jako nagrizajuća, a razrjeđivanje vodom izrazito egzotermno; kiselina se zato polako dodaje vodi.
Sigurnosni profil ovisi o koncentraciji, agregatnom stanju i načinu izlaganja. Sam naziv tvari zato nije dovoljan; važni su uvjeti, kompatibilnost materijala i odgovarajuće zaštitne mjere.
Važna usporedba
U odnosu na dušičnu kiselinu manje je hlapna i jače dehidrira.
Usporedba srodnih spojeva pokazuje da slična formula ili isti element ne znače jednaku kiselost, bazičnost, topljivost ni oksidacijsko ponašanje. Presudni su cjelokupna građa i okolina.