Что такое дымящая серная кислота?
Дымящаяся серная кислота, чаще называемая олеумом, получается растворением триоксида серы (SO 3 ) в концентрированной серной кислоте (H 2 SO 4 ). Это приводит к смеси соединений, включая серную кислоту, дисульфуровую кислоту (H 2 S 2 O 7 ) и свободный триоксид серы. Будучи летучим, триоксид серы вызывает выделение кислоты, поскольку она поглощает влагу из воздуха, создавая облако крошечных капель серной кислоты. Дымящаяся серная кислота производится обычным промышленным процессом, используемым для производства серной кислоты, и большая часть ее превращается в этот химикат. Однако относительно небольшая доля сохраняется в виде олеума и используется при изготовлении взрывчатых веществ, наркотиков и красителей.
Промышленный процесс, используемый для производства серной кислоты, начинается с окисления диоксида серы (SO 2 ) с получением триоксида серы; это вещество может реагировать с водой (H 2 O) с образованием серной кислоты. Эта реакция, однако, является слишком сильной, чтобы ее можно было легко контролировать, и поэтому триоксид серы вместо этого растворяется в существующей концентрированной серной кислоте с образованием серокислоты, выделяющей олеум. Большая часть этого затем превращается в серную кислоту, осторожно добавляя ее в соответствующий объем воды. Пока олеум добавляется в воду, а не наоборот, реакция, хотя и экзотермическая, является контролируемой. Оставшийся олеум можно использовать в других промышленных целях.
Олеум выпускается разных марок в зависимости от количества растворенного триоксида серы. Контейнеры будут указывать класс, указав долю свободного триоксида серы - например, 20%, 30% или 65%. Олеум обычно представляет собой маслянистую дымящуюся жидкость, но некоторые формы при комнатной температуре являются твердыми.
Триоксид серы взаимодействует с серной кислотой с образованием дисульфурной кислоты, также называемой пиросерной кислотой: SO 3 + H 2 SO 4 → H 2 S 2 O 7 . Чистая серная кислота является твердой при комнатной температуре, но редко используется в промышленности или в лаборатории. В олеуме он существует наряду с серной кислотой, свободным триоксидом серы и, возможно, некоторыми более сложными молекулами.
Дымящаяся серная кислота является еще более сильным дегидратирующим агентом, чем серная кислота. Он очень бурно реагирует с водой, выделяя большое количество тепла и кислотных брызг, если его не добавлять медленно в воду. Как и серная кислота, она удаляет воду из углеводов, оставляя углерод, так что она обугливает бумагу, древесину и многие другие органические материалы. Эта реакция выделяет так много тепла, что это может вызвать сгорание.
Основное применение дымящей серной кислоты в реакциях нитрования. Он смешивается с азотной кислотой с образованием ионов нитрония (NO 2 + ), которые добавляют нитро (NO 2 ) группы к органическим соединениям. Для многих из этих реакций важно, чтобы не было воды. Это обычно достигается путем смешивания коммерческой - 68,5% - азотной кислоты с дымящей серной кислотой, чтобы последняя поглощала всю воду. Реакции нитрования важны при производстве взрывчатых веществ и красителей.
Олеум также используется в качестве сульфирующего агента в органической химии. Это означает, что он может добавлять группу сульфоновой кислоты (SO 3 H) к органическому соединению. Сульфированные соединения включают важные лекарственные средства, такие как сульфонамиды, а также детергенты и красители.
Из-за своих обезвоживающих свойств, бурной реакции с водой и летучести дымящая серная кислота является очень опасным химическим веществом для работы. Это вызывает серьезные ожоги при контакте с кожей, и вдыхание паров может привести к серьезному повреждению дыхательной системы. В лабораториях эксперименты с использованием дымящей серной кислоты обычно проводятся внутри вытяжного шкафа.