Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Сера — элемент VIa группы 3 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к
группе халькогенов — элементов VIa группы.

Сера — S — простое вещество имеет светло-желтый цвет. Использовалась еще до нашей эры в составе священных курений при
религиозных обрядах.

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Основное и возбужденное состояние атома серы

Электроны s- и p-подуровня способны распариваться и переходить на d-подуровень. Как и всегда, количество валентных
электронов отражает количество возможных связей у атома.

В разных электронных конфигурациях сера способна принимать валентности: II, IV и VI.

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Природные соединения

В местах вулканической активности встречаются залежи самородной серы.

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

В промышленности серу получают из природного газа, который содержит газообразные соединения серы: H2S,
SO2.

H2S + O2 = S + H2O (недостаток кислорода)

SO2 + C = (t) S + CO2

Серу можно получить разложением пирита

FeS2 = (t) FeS + S

В лабораторных условиях серу можно получить слив растворы двух кислот: серной и сероводородной.

H2S + H2SO4 = S + H2O (здесь может также выделяться SO2)

На воздухе сера окисляется, образуя сернистый газ — SO2. Реагирует со многими неметаллами, без нагревания —
только со фтором.

S + O2 = (t) SO2

S + F2 = SF6

S + Cl2 = (t) SCl2

S + C = (t) CS2

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

При нагревании сера бурно взаимодействует со многими металлами с образованием сульфидов.

K + S = (t) K2S

Al + S = (t) Al2S3

Fe + S = (t) FeS

При взаимодействии с концентрированными кислотами (при длительном нагревании) сера окисляется до сернистого газа или серной кислоты.

S + H2SO4 = (t) SO2 + H2O

S + HNO3 = (t) H2SO4 + NO2 + H2O

Сера вступает в реакции диспропорционирования с щелочами.

S + KOH = (t) K2S + K2SO3 + H2O

Сера вступает в реакции с солями. Например, в кипящем водном растворе сера может реагировать с сульфитами с образованием тиосульфатов.

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Сероводород — H2S

Бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Огнеопасен. Используется в химической промышленности и в лечебных целях (сероводородные
ванны).

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Сероводород получают в результате реакции сульфида алюминия с водой, а также взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами.

Al2S3 + H2O = (t) Al(OH)3↓ + H2S↑

FeS + HCl = FeCl2 + H2S↑

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Сероводород плохо диссоциирует в воде, является слабой кислотой. Реагирует с основными оксидами, основаниями с образованием средних и кислых солей (зависит
от соотношения основания и кислоты).

MgO + H2S = (t) MgS + H2O

KOH + H2S = KHS + H2O (гидросульфид калия, избыток кислоты)

2KOH + H2S = K2S + 2H2O

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Ca + H2S = (t) CaS + H2

Сероводород — сильный восстановитель (сера в минимальной степени окисления S2-). Горит в кислороде синим пламенем, реагирует с кислотами.

H2S + O2 = H2O + S (недостаток кислорода)

H2S + O2 = H2O + SO2 (избыток кислорода)

H2S + HClO3 = H2SO4 + HCl

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Качественной реакцией на сероводород является реакция с солями свинца, в ходе которой образуется сульфид свинца.

H2S + Pb(NO3)2 = PbS↓ + HNO3

Оксид серы — SO2

Сернистый газ — SO2 — при нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся
спички).

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

В промышленных условиях сернистый газ получают обжигом пирита.

FeS2 + O2 = (t) FeO + SO2

В лаборатории SO2 получают реакцией сильных кислот на сульфиты. В ходе подобных реакций образуется сернистая кислота,
распадающаяся на сернистый газ и воду.

K2SO3 + H2SO4 = (t) K2SO4 + H2O + SO2↑

Сернистый газ получается также в ходе реакций малоактивных металлов с серной кислотой.

Cu + H2SO4(конц.) = (t) CuSO4 + SO2 + H2O

С основными оксидами, основаниями образует соли сернистой кислоты — сульфиты.

K2O + SO2 = K2SO3

NaOH + SO2 = NaHSO3

2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Химически сернистый газ очень активен. Его восстановительные свойства продемонстрированы в реакциях ниже.

Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O = FeSO4 + H2SO4

SO2 + O2 = (t, кат. — Pt) SO3

В присутствии сильных восстановителей SO2 способен проявлять окислительные свойства (понижать степень окисления).

CO + SO2 = CO2 + S

H2S + SO2 = S + H2O

Сернистая кислота

Слабая, нестойкая двухосновная кислота. Существует лишь в разбавленных растворах.

SO2 + H2O ⇄ H2SO3

Диссоциирует в водном растворе ступенчато.

H2SO3 = H+ + HSO3-

HSO3- = H+ + SO32-

В реакциях с основными оксидами, основаниями образует соли — сульфиты и гидросульфиты.

CaO + H2SO3 = CaSO3 + H2O

H2SO3 + 2KOH = 2H2O + K2SO3 (соотношение кислота — основание, 1:2)

H2SO3 + KOH = H2O + KHSO3 (соотношение кислота — основание, 1:1)

С сильными восстановителями сернистая кислота принимает роль окислителя.

H2SO3 + H2S = S↓ + H 2O

Как и сернистый газ, сернистая кислота и ее соли обладают выраженными восстановительными свойствами.

H2SO3 + Br2 = H2SO4 + HBr

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Оксид серы VI — SO3

Является высшим оксидом серы. Бесцветная летучая жидкость с удушающим запахом. Ядовит.

В промышленности данный оксид получают, окисляя SO2 кислородом при нагревании и присутствии катализатора
(оксид ванадия — Pr, V2O5).

SO2 + O2 = (кат) SO3

В лабораторных условиях разложением солей серной кислоты — сульфатов.

Fe2(SO4)3 = (t) SO3 + Fe2O3

Является кислотным оксидом, соответствует серной кислоте. При реакции с основными оксидами и основаниями образует ее соли — сульфаты и
гидросульфаты. Реагирует с водой с образованием серной кислоты.

SO3 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O (основание в избытке — средняя соль)

SO3 + KOH = KHSO4 + H2O (кислотный оксид в избытке — кислая соль)

SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

SO3 + Li2O = Li2SO4

SO3 + H2O = H2SO4

SO3 — сильный окислитель. Чаще всего восстанавливается до SO2.

SO3 + P = SO2 + P2O5

SO3 + H2S = SO2 + H2O

SO3 + KI = SO2 + I2 + K2SO4

Гидросульфат серы и соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Соли серной кислоты (сульфаты и гидросульфаты)

Сульфаты образуют многие металлы. Их получают путем окисления металлов серной кислотой, окислением сульфидов, нейтра­лизацией H2SO4 оснований и оксидов, а также обменными реакциями.

Из водных растворов сульфаты обычно выделяются в виде крис­таллогидратов. Кристаллогидраты двухвалентных тяжелых металлов называют купоросами:

CuSO4´5H2O — медный купорос, светло-зеленого цвета,

ZnSO4´7H2O — цинковый, белые кристаллы,

CoSO4´7H2O — кобальтовый, темно-красные кристаллы,

NiSO4´7H2O — никелевый, зеленые кристаллы,

FeSO4´7H2O — железный купорос, кристаллы светло-зеленого цвета, на воздухе постепенно выветриваются, окисляясь с поверхности и переходя в желто-бурую основную соль железа (III) FeOHSO4.

Двойные сульфаты — это кристаллогидраты с общей формулой M2SO4´M2(SO4)3´24H2O, где M+ – K+, Na+, NH4+, Rb+ или Cs+; M3+ – Cr3+, Al3+, Fe3+ и др. трехзарядные ионы.

Примеры: K2SO4´Al2(SO4)3´24H2O или KAl(SO4)2´12H2O. Часто пользуются тривиальными названиями этих соединений — алюмокалиевые квасцы, или просто квасцы.

K2SO4´Cr2(SO4)3´24H2O или KCr(SO4)2´12H2O — хромовокалиевые квасцы (иногда слово «калиевые» опускают и указывают просто хромо­вые квасцы), KFe(SO4)2´12H2O — железокалиевые (железные) квасцы, NH4Fe(SO4)2´12H2O — железоаммонийные квасцы (12 гидрат сульфата калия, хрома (III)).

Соль Мора – (NH4)2SO4´FeSO4´6H2O или (NH4)2Fe(SO4)2´6H2O. Это обычная двойная соль с кристаллизационной водой, не относится к квасцам, т.к. железо имеет степень окисления +2 (а не +3, как в квасцах).

В этой соли железо (II) более устойчиво к окислению кислородом в отличие от железного купороса. Двойные соли серной кислоты существуют только в твердом виде, в водных растворах распадаются на ионы:

KAl(SO4)2 ® K+ + Al3+ + 2SO42-

Сульфат и гидросульфат ионы обладают слабым поляризующим действием, величина делокализованного заряда на атомах кислорода в SO42- — ионе равна -0,5, поэтому эти ионы гидролизу практически не подвергаются. Гидролиз сульфатов возможен лишь по катиону, если он обладает поляризующим действием.

Из гидросульфатов в твердом состоянии получены гидросульфаты ак­тивных металлов: NaHSO4, KHSO4 и др.

2Fe2(SO4)3 2Fe2O3 + 6SO2­ + 3O2­

2FeSO4 Fe2O3 + SO3­ + SO2­

HgSO4 Hg + SO2­ + O2­

Кристаллогидраты при нагревании сначала теряют воду, а затем при сильном прокали­вании разлагаются:

CaSO4´2H2O CaSO4 + 2H2O

CaSO4 CaO + SO3­

Гидросульфаты при прокаливании разлагаются сначала до дисульфатов, а затем до сульфатов:

2NaHSO4 Na2S2O7 + H2O­

Na2S2O7 Na2SO4 + SO3­

Сульфат аммония разлагается на аммиак и гидросульфат аммония:

(NH4)2SO4 NH3­ + NH4HSO4

Многие сульфаты — ценные лекарственные средства и широко применяются в медицине. Например, обезвоженный гипс CaSO4´0,5H2O — служит для наложения гипсовых повязок при переломах костей. Вследствие связывания воды, водная кашица быстро за­твердевает:

2CaSO4´0,5H2O + 3H2O ® 2CaSO4´2H2O

Кроме указанного применения в медицине, сульфаты используют в борьбе с вредителями сельского хозяйства — с насекомыми и возбу­дителями грибковых заболеваний. Они представляют собой ценные ядо­химикаты: бордосская жидкость, парижская зелень и др.

Квасцы применяют как вяжущее средство для дубления кож, в производстве красок и т.д.

В виде сульфатных добавок к фосфорным или азотным удобрениям используют микроудобрения: CuSO4´5H2O; ZnSO4´7H2O и другие. CuSO4´5H2O — для протравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредных грибов.

Кроме H2SO3 и H2SO4 сера образует ряд других оксокислот:

H2S3O6 — трисульфоновая кислота

H2S4O6 — тетратионовая кислота

2. Полисерные кислоты H2SO4´n(SO3)

H2S2O7 — дисерная кислота

H2S3O10 — трисерная кислота

3. Пероксокислоты (содержат пероксидную группу ¾О¾О¾)

H2SO5 — монопероксосерная (кислота Каро)

H2S2O8 — пероксодисерная кислота

Способы их получения:

H2SnO6 — взаимодействием H2SO3 и H2S (политионовые кислоты являются промежуточ­ными продуктами)

H2SO4´nSO3 – растворением SO3 в H2SO4 ® олеум

H2SO4 + SO3 ® H2S2O7

H2SO4 + 2SO3 ® H2S3O10

H2SO5 — действием 100%-ного H2O2 на H2SO4 или H2S2O8

H2SO4 + H2O2 ® H2SO5 + H2O

H2S2O8 + H2O2 ® 2H2SO5

Для синтеза пероксокислот применяют электролиз концентрированных водных растворов H2SO4: Катод: 2H3O+ + 2e- ® H2­ + 2H2O

Анод: 2HSO4- — 2e- ® H2S2O8

Пероксокислоты — нестойкие соединения, легко подвергаются гидролизу, что используется в технике для получения H2O2.

H2S2O8 + 2H2O ® 2H2SO4 + H2O2­

H2SO5 + H2O ® H2SO4 + H2O2­

Пероксосерные кислоты и их соли принадлежат к сильным окис­лителям, они способны окислить Mn2+ до MnO4-; Cr3+ до Cr2O72- что позволяет их использовать в химическом анализе и синтезе.

(S2O82- + 2e- ® 2SO42-; Е° = +2,01 В)

2MnSO4 + 5(NH4)2S2O8 + 8H2O ® 2HMnO4 + 5(NH4)2SO4 + 7H2SO4

Реакция проводится при нагревании в присутствии катализатора (AgNO3), который препятствует превращению MnSO4 в бурый оса­док H2MnO3. При выполнении этой реакции раствор окрашивается в красно-фиолетовый цвет (MnO4-).

Биологическая роль серы

По содержанию в организме человека сера относится к макро­элементам (0,16%; ~120 г) и является жизненно необходимой (наряду с другими органогенами: С, Н, N, Р, O и S), которые составляют основу живых систем.

Сера входит в состав различных биомолекул: белков, амино­кислот (цистин, цистеин, метионин), гормонов (инсулин), витаминов (В1), каротина волос, костей и нервной ткани.

Суточная потребность в сере взрослого человека ~4-5 г. Способность атомов серы образовывать гомоцепи (-S-S-) харак­терна и для соединения серы в организме, выполняющих определенную биологическую роль в процессах жизнедеятельности.

Два связанных атома серы -S-S- (дисульфидный мостик) находятся в аминокислоте — цистине:

Другая аминокислота цистеин, содержит сульфгидрильную или тиоловую группу:

Как известно, аминокислоты в белках соединены пептидной связью. Полипептидные белковые молекулы стабилизируются внутримолекулярной водородной связью. Пептидные цепи могут быть связаны также и дисульфидным мостиком (-S-S-), как напри­мер, в керотине волос. На схеме показано образование дисульфидной связи между двумя остатками цистеина, каждый из которых потерял атом водорода:

дисульфидные мостиковые связи создают третичную струтктуру белков. Это функционально-необходимое взаимное расположение в пространстве вторичной структуры белков — спиралей и слоев, образованных полипептидными цепями.

Дисульфидные мостики образуются из сульфгидрильных групп серусодержащей аминокислоты — цистеина.

Очень важной в биологическом отношении является аминокислота — метионин (донор метильной группы — СН3). Активная форма метионина — S-аденозилметионин (Ad-S-CH3). В ней метильная группа соединена через серу с аденином — Ad. В процессах биосинтеза метильная группа переносится на различные акцепторы метильных групп (RH):

Ad-S-CH3 + RH ® Ad-SH + R-CH3

В живых организмах сера окисляется, образуя различные продукты (сульфаты, тиосульфаты, политионовые кислоты и серу)

-SH ® SO42-

-SH ® S2O32-

-SH ® SXO62-

-SH ® S8

В кишечнике из аминокислот микробы вырабатывают ядовитые для организма соединения — фенол, крезол, индол. Образующаяся эндо­генная серная кислота обезвреживает эти вещества, вместе с тем, она связывает многие чужеродные для организма соединения (лекар­ственные препараты и их метаболиты). Со всеми этими соединениями она образует относительно безвредные вещества — коньюгаты, кото­рые выводятся из организма. Например, коньюгат — калиевая соль сернокислого эфира фенола выделяется с мочой.

C6H5OH + HO-SO2-OK ® C6H5O-SO2-OK + H2O

Сульфгидрильные группы в некоторой степени защищают организм от радиационных поражений.

При окислении этих групп (-SH) образуются дисудьфидные связи (-S-S-) и, наоборот, — при восстановлении связей (-S-S-) образуются сульфгидрильные группы (-SH).

R1-S-S-R2 R1SH + R2SH

Эти процессы обратимы. Под влиянием ионизирующего излучения в организме образуются активные свободные радикалы Н· и ОН·, инициирующие процессы окисления. -SH группы вступают в реакцию с радикалами, образуя малоактив­ные радикалы

RSH + ОН· ® RS + H2O

Этим предотвращается воздействие радикалов на нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: