გოგირდმჟავა

გოგირდმჟავა
ზოგადი
სისტემური სახელწოდება	გოგირდმჟავა
ქიმიური ფორმულა	H2SO4
ფარდ. მოლეკ. მასა	98,082 მ. ა. ე.
მოლური მასა	98,082 გ/მოლი
ფიზიკური თვისებები
მდგომარეობა (სტ. პირ.)	სითხე
სიმკვრივე	1,8356 გ/სმ³
თერმული თვისებები
დნობის ტემპერატურა	-10,38 °C
დუღილის ტემპერატურა	279,6 °C
აალების ტემპერატურა	არ აალდება °C
დნობის კუთრი სითბო	10,73 ჯ/კგ
ქიმიური თვისებები
pKa	-3
ხსნადობა წყალში	ირევა გ/100 მლ
ოპტიკური თვისებები
გარდატეხის მაჩვენებელი	1.397
სტრუქტურა
დიპოლური მომენტი	2.72 დ
უსაფრთხოება
LD50	510
კლასიფიკაცია
CAS	7664-93-9
RTECS	WS5600000

გოგირდმჟავა H₂SO₄ — ძლიერი ორფუძიანი მჟავა, რომელიც პასუხობს გოგირდის უმაღლეს დაჟანგვის ხარისხს (+6). ჩვეულებრივ პირობებში კონცენტრირებული გოგირდმჟავა - მძიმე ზეთისმაგვარი უფერო და უსუნო სითხეა. ტექნიკაში გოგირდმჟავას უწოდებენ როგორც მის წყლის ნარევსაც, ისე გოგირდის ანჰიდრიდთან SO₃ ნარევსაც. თუ კი მოლური შეფარდება SO₃ : H₂O < 1, მაშინ ეს გოგირდმჟავის წყლახსნარია, თუ კი > 1 — SO₃-ის ხსნარია გოგირდმჟავაში (ოლეუმი).

სახელწოდება

მე-XX საუკუნემდე გოგირდმჟავას ხშირად უწოდებდნენ შაბიამანს (როგორც წესი ეს იყო კრისტალური ჰიდრატი, რომელიც კონსისტენციით ზეთს ჩამოგავდა) ან შაბიაბნის ზეთს, ალბათ აქედანაა მისი მარილების სახელწოდებებიც (კერძოდ კი კრისტალ ჰიდრატების).

ფიზიკური და ფიზიკო-ქიმიური თვისებები

გოგირდმჟავა ძალიან ძლიერი მჟავაა, 18^оС-ზე pK_a (1) = −2,8, pK_a (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10⁻²); მოლეკულაში ბმების სიგრძეებია S=O 0,143 ნმ, S—OH 0,154 ნმ, კუთხე HOSOH 104°, OSO 119°; დუღილისას, წარმოქმნის აზოეტროპიულ ნარევს (98,3 % H₂SO₄ და 1,7 % H₂О დუღილის ტემპერატურით 338,8^оС). გოგირდმჟავა, რომელიც პასუხობს 100%-იან H₂SO₄ შემცველობას, აქვს შემდეგი შემადგენლობა (%): H₂SO₄ 99,5, HSO₄⁻ — 0,18, H₃SO₄⁺ — 0,14, H₃O⁺ — 0,09, H₂S₂O₇, — 0,04, HS₂O₇⁻ — 0,05. წყალს შეერევა SO₃-იც, ყველანაირი შეფარდებით. გოგირდმჟავა წყალხსნარებში პრაქტიკულად მთლიანად დისოცირდება H⁺, HSO₄⁻, და SO₄²⁻. წარმოქმნის ჰიდრატებს H₂SO₄·nH₂O, სადაც n = 1, 2, 3, 4 და 6,5.

ოლეუმი

გოგირდის ანჰიდრიდის SO₃ ხსნარებს გოგირდმჟავაში უწოდებენ ოლეუმს, ისინი წარმოქმნიან ორ ნაერთს H₂SO₄·SO₃ და H₂SO₄·2SO₃.

ოლეუმი ასევე შეიცავს პიროგოგირდმჟავას, რომელიც მიიღება შემდეგი რეაქციით:

$\mathrm {H_{2}SO_{4}+SO_{3}\rightarrow H_{2}S_{2}O_{7}} ;$

$\mathrm {H_{2}SO_{4}+2SO_{3}\rightarrow H_{2}S_{3}O_{10}} .$

გოგირდმჟავის წყალხსნარების დუღილის ტემპერატურა იზრდებამის კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად და მაქსიმალურს აღწევს 98,3 % H₂SO₄-ის შემცველობისას.

გოგირდმჟავისა და ოლეუმის წყალხსნარების თვისებები

შემცველობა, მასური წილი %		სიმკვრივე 20 ℃-ზე, გრ/სმ³	დნობის ტემპერატურა, ℃	დუღილის ტემპერატურა, ℃
H2SO4	SO3 (თავისუფალი)
10	-	1,0661	−5,5	102,0
20	-	1,1394	−19,0	104,4
40	-	1,3028	−65,2	113,9
60	-	1,4983	−25,8	141,8
80	-	1,7272	−3,0	210,2
98	-	1,8365	0,1	332,4
100	-	1,8305	10,4	296,2
104,5	20	1,8968	−11,0	166,6
109	40	1,9611	33,3	100,6
113,5	60	2,0012	7,1	69,8
118,0	80	1,9947	16,9	55,0
122,5	100	1,9203	16,8	44,7

SO₃-ის შემცველობის მომატებით ოლეუმის დუღილის ტემპერატურა მცირდება. გოგირდმჟავის წყალხსნარების კონცენტრაციის მომატებისას ხსნარებზე ორთქლის საერთო წნევა მცირდება და 98,3 % H₂SO₄-ის შემცველობისას აღწევს მინიმუმს. ოლეუმში SO₃ კონცენტრაციის მომატებისას, ორთქლის საერთო წნევა ზედაპირზე იმატებს. გოგირდმჟავისა და ოლეუმის წყალხსნარების ზედაპირზე საერთო ორთქლის წნევა შეიძლება გამოითვალოს განტოლებით:

$\lg p\ {=}\ {\rm {{A}\ {-}\ {B \over {\it {T}}}\ {+}\ 2{,}126{,}}}$

А და В კოეფიციენტების სიდიდეები დამოკიდებულია გოგირდმჟავის კონცენტრაციაზე. ორთქლი გოგირდმჟავის წყალხსნარებზე შედგება წყლის, H₂SO₄ და SO₃ ნარევისაგან, ამასთან ორთქლის შემადგენლობა განსხვავდება გოგირდმჟავის ყველანაირი კონცენტრაციის სითხის შემადგენლობისაგან, გარდა შესაბამისი აზეოტროპული ნარევისა.

ტემპერატურის ზრდასთან ერთად ძლიერდება დისოციაცია:

$\mathrm {H_{2}SO_{4}\longleftrightarrow H_{2}O+SO_{3}-{\it {Q}}} .$

გაწონასწორების კონსტანტის (გაწონასწორების მუდმივა) ტემპერატურული დამოკიდებულების განტოლება:

$\ln {\it {K_{p}}}=14{,}74965-6{,}71464\ln {298 \over {\it {T}}}-8{,}10161\cdot 10^{4}{\it {{T^{2}}-{{\rm {9643{,}04}} \over {\it {T}}}-{\rm {9{,}4577\cdot 10^{-3}{\it {{T}+{\rm {2{,}19062\cdot 10^{-6}{\it {{T^{2}}.}}}}}}}}}}$

ნორმალური წნევისას დისოციაციის ხარისხი: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).

100%-იანი გოგირდმჟავის სიმკვრივე შეიძლება განისაზღვროს განტოლებით:

${\it {{d}={\rm {1{,}8517-1{,}1\cdot 10^{-3}{\it {{t}+{\rm {2\cdot 10^{-6}{\it {{t^{2}}.}}}}}}}}}}$

გოგირდმჟავის ხსნარების კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად მათი თბოტევადობა მცირდება და მინიმუმს აღწევს 100%-იანი გოგირდმჟავისათვის. თბოტევადობა ოლეუმისათვის SO³-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად იზრდება.

კონცენტრაციის მომატების და ტემპერატურის შემცირების დროს თბოგამტარობა λ მცირდება:

${\rm {\lambda =0{,}518+0{,}0016{\it {{t}-{\rm {(0{,}25+{\it {{t}/{\rm {{1293})\cdot {\it {{C}/{\rm {100,}}}}}}}}}}}}}}$

სადაც С — გოგირდმჟავის კონცენტრაცია, %-ში.

მაქსიმალური სიბლანტე აქვს ოლეუმს H₂SO₄·SO₃, ტემპერატურის მომატებით η მცირდება. გოგირდმჟავის ელექტრო წინაღობა მინიმალურია SO₃-სა და 92 % H₂SO₄-ის კონცენტრაციის დროს და მაქსიმალურია 84 და 99,8 % H₂SO₄კონცენტრაციის დროს. ოლეუმისათვის მინიმალურია ρ 10 % SO₃ კონცენტრაციისას. გოგირდმჟავის ტემპერატურის ზრდასთან ერთად ρ იზრდება. დიელექტრიკული შეღწევადობა 100%-იან მჟავისათვის არის 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); კრიოსკოპიული მუდმივა - 6,12, ებულიოსკოპიური მედმივა - 5,33; გოგირდმჟავის ორთქლის დიფუზიის კოეფიციენტი ჰაერში იცვლება ტემპერატურასთან ერთად; D = 1,67·10⁻⁵T^3/2 სმ²/წმ.

ქიმიური თვისებები

გოგირდმჟავა — საკმაოდ ძლიერი მჟანგავია, განსაკუთრებულად გახურებისას და კონცენტრირებული სახით; ჟანგავს HI და ნაწილობრივ HBr თავისუფალ ჰალოგენებამდე, ნახშირბადს CO₂-მდე, S — SO₂-მდე, ჟანგავს ბევრ ლითონს (Cu, Hg და სხვას). ამასთან გოგირდმჟავა ღდგება SO₂-მდე, ხოლო ყველაზე ძლიერ აღმდგენებთან — S-მდე და H₂S-მდე. კონცენტრირებული H₂SO₄ ნაწილობრივ ღდგება წყალბადით, რის გამოც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მის გასაშრობად. განზავებული H₂SO₄ ურთიერთქმედებს ყველა ლითონთან, რომლებიც ელექტროქიმიურ დაძაბულობის რიგში დგანან წყალბადის მარცხნივ, წყალბადის გამოყოფით. მჟანგავი თვისებები განზავებული H₂SO₄-ისათვის არადამახასიათებელია. გოგირდმჟავა წარმოქმნის მარილების ორ რიგს: საშუალო — სულფატები და მჟავე — ჰიდროსულფატებს, და ასევე ეთერებს. ცნობილია პეროქსომონოგოგირდმჟავა (ან კაროს მჟავა) H₂SO₅ და პეროქსოდიგოგირდმჟავა H₂S₂O₈.

გამოყენება

გოგირდმჟავა გამოიყენება:

• მინერალური სასუქების წარმოებაში;
• როგორც ელექტროლიტი ტყვიის აკუმულატორებში;
• სხვადასხვაგვარი მინერალური მჟავეებისა და მარილების მისაღებად;
• ქიმიური ბოჭკოების, საღებავების, კვამლწარმომქმნი და ასაფეთქებელი ნივთიერებების წარმოებისათვის;
• მრეწველობის ნავთობის, ლითონდამმუშავებელ, ტექსტილის, ტყავის და სხვა გადამამუშავებელ დარგებში;
• კვების მრეწველობაში — დარეგისტრირებულია როგორც საკვები დანამატი E513(ემულგატორი);
• სამრეწველო ორგანულ სინთეზში რეაქციებში:
  • დეჰიდრატაცია (დიეთილის ეთერის მიღებისას, რთულ ეთერებში);
  • ჰიდრატაციაში (ეთილენიდან ეთანოლში);
  • სულფირებაში (სინთეთიკური სარეცხი საშუალებები და საღებავების წარმოებაში როგორც შუალედური პროდუქტები);
  • ალკილირება (იზოოქტანების მიღება, პოლიეთილენგლიკოლის, კაპროლაქტამი) და სხვა.
  • ფისების აღსადგენად ფილტრებში დისტილირებული წყლის წარმოებაში.

გოგირდმჟავის მსოფლიო წარმოება არის მიახლოებით 160 მლნ ტონა წელიწადში. ყველაზე მსხვილი მომხმარებელია - მინერალური სასუქების ცარმოება. 1 ტ P₂O₅ ფოსფორულ სასუქებზე იხარჯება 2,2-3,4 ტ გოგირდმჟავა, ხოლო 1 ტ (NH₄)₂SO₄ — 0,75 ტ გოგირდმჟავა. ამიტომაც გოგირდმჟავის ქარხნებს ცდილობენ ააგონ მინერალური სასუქების ქარხნებთან ერთად კომპლექსში.

ტოქსიკური ქმედება

გოგირდმჟავა და ოლეუმი - ძალიან საშიში ნივთიერებებია. ისინი აზიანებენ კანს, ლორწვან გარსს, სასუნთქ გზებს (იწვევს ქიმიურ დამწვრობას). ამ ნივთიერებების ორთქლის ჩასუნთქვისას ისინი იწვევენ სუნთქვის გაძნელებას, ხველებას, ხშირად — ლარინგიტს, ტრაქეიტს, ბრონქიტს და ა.შ. სამუშაო ზონაში ჰაერში გოგირდმჟავის აეროზოლის ზღვრული დასაშვები კონცენტრაცია არის 1,0 მგრ/მ³, ატმოსფეროს ჰაერში 0,3 მგრ/მ³ (მაქსიმალური ერთჯერადი) და 0,1 მგრ/მ³ (საშუალო დღეღამური). გოგირდმჟავის ორთქლის საზიანო კონცენტრაცია არის 0,008 მგრ/ლ (ექსპოზიცია 60 წთ), სასიკვდილო 0,18 მგრ/ლ (60 წთ). საშიშროების კლასი II. გოგირდმჟავის აეროზოლი შეიძლება წარმოიქმნას ატმოსფეროში ქიმიური და მეტალურგიული გამონაბოლქვების დროს, რომლებიც შეიცავენ S-ის ოქსიდებს, და მჟავის წვიმის სახით მოდის.

ისტორიული ცნობები

გოგირდმჟავის მოლეკულა ჯონ დალტონის მიხედვით

გოგირდმჟავა უძველესი დროიდანაა ცნობილი, ბუნებაში თავისუფალი სახით, მაგალითად, ტბების სახით ვულკანებთან ახლოს . სავარაუდოდ, პირველად მჟავა აირები მოხსენიებული აქვს არაბ ალქიმიკოსს ჯაბარ იბნ ჰაიანს რომელიც აღწერს მის მიღებას შაბიამნების ან რკინს სულფატების «რკინის ქვის» გახურებით.

IX საუკუნეში სპარსელმა ალქიმიკოსმა არ-რაზიმ, რკინისა და სპილენძის შაბიამნების ნარევის (FeSO₄•7H₂O და CuSO₄•5H₂O) გახურებისას, ასევე მიიღო გოგირდმჟავის ხსნარი. ეს მეთოდი უფრო დახვეწა ევროპელმა ალქიმიკოსმა ალბერტ მაგნუსმა, რომელიც XIII ს. ცხოვრებდა.

XV საუკუნეში ალქიმიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ გოგირდმჟავა შეიძლება მიღებულ იქნას, გოგირდის და გვარჯილის ნარევის დაწვით, ან გოგირდის კოლჩედანისაგან - პირიტისაგან, უფრო იაფი და გავრცელებული ნედლეულისაგან ვიდრე არის გოგირდი. ამ მეთოდით მიიღებდნენ გოგირდმჟავას 300 წლის განმავლობაში, მცირე რაოდენობებით მინის რეტორტებში. და მხოლოდ მე-18 საუკუნეში, როდესაც დადგენილ იქნა, რომ ტყვია არ იხსნება გოგირდმჟავაში, მინის ლაბორატორიული ჭურჭელიდან გადავიდნენ სამრეწველო ტყვიის კამერებზე.

დამატებითი ცნობები

გოგირდმჟავის მწვრილი წვეთები შეიძლება წარმოიქმნას შუა და ზედა ატმოსფეროში წყლის ორთქლისა და ვულკანური ფერფლის (რომელიც შეიცავს გოგირდის დიდ რაოდენობას) რეაქციის შედეგად. რის გამოც ჭირს მზის სხივების მოხვედრა პლანეტის ზედაპირზე. ამან (ასევე ვულკანური ფერფლის მცირე ნაწილაკების დიდმა რაოდენობამ ატმოსფეროს ზედა ფენებში, ამცირებენ მზის სხივების მოხვედრას დედამიწის ზედაპირზე) განსაკუთრებულად დიდი ვულკანის ამოფრქვევის დროს შეიძლება გამოიწვიოს კლიმატის ცვლილება. მაგალითად, ვულკან კსუდაჩის (კამჩატკის ნახევარკუნძული) ამოფრქვევის შედეგად 1907 წ.) ფერფლისა და მტვერის ჭარბი კონცენტრაცია ატმოსფეროში მიახლოებით 2 წლის განმავლობაში იყო, ხოლო გოგირდმჟავის დამახასიათებელი მოვერცხლისფრო ღრუბლები შეიმჩნეოდა პარიზშიც კი. ვულკან პინატუბოს აფეთქებამ 1991 წ. რომელმაც ატმოსფეროში ამოაფრქვია 3×10⁷ ტონა გოგირდი, მიიყვანა იქამდე, რომ 1992 და 1993 წლები ოყო მნიშვნელოვნად უფრო ცივი იყო ვიდრე 1991 და 1994 .

გოგირდმჟავის მიღება

გოგირდმჟავა ქიმიური მრეწველობის უმნიშვნელოვანესი პროდუქტია. დღეისთვის მას აწარმოებენ კონტაქტური მეთოდით. აღნიშნული მეთოდით გოგირდმჟავას წარმოება სტადიებად მიმდინარეობს. პირველ სტადიაზე ხდება გოგირდოვანი ანჰიდრიდის მიღება, ნედლეულად კი იყენებენ პირიტს- FeS₂, პირიტს წინასწარ დააქუცმაცებენ განსაკუთრებული ზომის ნაწილაკამდე, ჩატვირთავენ სპეციალურ ღუმელებში,რომელშიც ქვემოდან ცხელ ჰარეს უბერავენ. ღუმელში წარმოიქმნება ე.წ "მდუღარე შრე" და გამოწვა სწრაფად ხდება:

4FeS₂+ 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

ღუმელიდან გამომავალი SO₂ უამრავ მინარებს და მტვერს შეიცავს. მას ღუმელის გაზი ეწოდება, მას გაატარებენ სპეციალურ დანადგარებში გასასუფთავებლად და გასაშრობად, პირველად გაივლის ელექტროფილტრში, აქედან კი საშრობ კოშკში. მისი გაშრობა ხდება კონცენტრირებული გოგირდმჟავათი. აქ ღუმელის გაზი და გოგირდმჟავა მოძრაობს ურთიერთსაპირისპირო მიმართულებით, რომელსაც წინაღდგენი პრინციპი ეწოდება. საშრობი კოშკიდან გოგირდოვანი გაზი მიეწოდება საკონტაქტო აპარატს,რომელშიც მოთავსებულია ე.წ კატალიზატორის კოლოგი, რომელშიც კატალიზატორად იყენებენ პლატინის ან ვანადიუმის (V) ოქსიდს. გოგირდოვანი გაზის დაჟანგვა შექცევადი პროცესია. სითბოს გამოყოფით მიმდინარეობს და საჭირო ხდება ოპტიმალური პირობების დაცვა SO₂-ის გამოსავლიანობის გადიდების მიზნით

2SO₂ + O₂ → 2SO₃ + Q

ტემპერატურული რეჟიმია 450-600^° , ამ ტემპერატურული რეჟიმის შესანარჩუნებლად გამოყენებულია ამ რეაქციაში წარმოშობილი სითბო, რის გამოც მიღებულ პროდუქტს თბოგადამცემში (მაცივარში) ატარებენ, ნაჭარბი სითბო აპარატში შესასვლელი ნარევის გათბობას ხმარდება. აღნიშნულ პრინციპს თბოგადაცემის პრინციპი ეწოდება. მესამე სტადიაზე ხდება გოგირდმჟავას მიღება

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ + Q

აღნიშნული რეაქცია ეგზოთერმულია, ამის გამო მშთანთქმელ კოშკში ნისლი წარმოიქმნება და პროცესი წყდება, ამიტომ კოშკში ზემოდან ასხამენ არა წყალს, არამედ განზავებულ გოგირდმჟავას (საშრობი კოშკიდან მოდის) შედეგად მიღება ძლიერ კონცენტრირებულ გოგირდმჟავა - ოლეუმი, რომლის წყლთ განზავებისას მიიღება სასურველი კონცენტრაციის გოგირდმჟავა. ოლეუმის გაცივებისას მისგან გამოიყოფა პიროგოგირდმჟავა

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄

ლიტერატურა

• ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 3, თბ., 1978. — გვ. 198.
• მეგოგირდმჟავის ცნობარი, რედ. კ. მ. მალინა, 2 გამოც., მ., 1971

რესურსები ინტერნეტში

• სტატია «გოგირდმჟავა» (ქიმიური ენციკლოპედია)
• გოგირდმჟავის სიმკვრივე და pH-ის მნიშვნელობა t=20 °C