Сера

Растворы SO3 в серной кислоте дымят на воздухе вследствие выделения паров серного ангидрида. Поэтому содержащая растворённый SO3 серная кислота называется “дымящей” (иначе — “олеумом”). Так как H2SO4 растворяет серный ангидрид в любых соотношениях, выраженный формулой H2SO4·xSO3 состав олеума может быть различным. При х = 1, образуются бесцветные кристаллы пиросерной кислоты H2S2O7, строение которой сокращённо выражается формулой HO-SO2-O-SO2-OH. Соли её (пирофосфаты) могут быть получены нагреванием соответствующих бисульфатов, например, по реакции:

2 KHSO4 = H2O­ + K2S2O7

Они представляют собой бесцветные кристаллические вещества, под действием воды переходящие обратно в гидросульфаты.

В продажу олеум обычно поступает с содержанием растворённого SO3 не 6олее 25 %, т. е. значительно меньшим, чем то отвечает пиросерной кислоте (45 вес. %). Кристаллы последней плавятся при 35 °С и очень гигроскопичны. Накаливание пиросульфатов ведёт к отщеплению ими SO3, например, по схеме:

Na2S2O7 = Na2SO4 + SO3.

Были получены также соли (K, Na, NH4) фторопиросерной кислоты — HS2O6F.

При взаимодействии SO3 с HClO4 образуется, по-видимому, чрезвычайно взрывчатое соединение. Ему приписывается формула [ClO3+] [HS2O7–]. Если это действительно так, то пиросерная кислота оказывается даже сильнее хлорной.

Действием SO3 на Na2S2O7 может быть получен Na2S3O10. Соответствующей этой соли “трисерной” кислоте H2S3O10 отвечает структурная формула HO–SO2–O–SO2–O–SO2–OH. При обычных температурах Na2S3O10 устойчивее пиросульфата и переходит в него с отщеплением SO3 лишь выше 150 °С. У солей Ca, Sr и Ba такой переход происходит около 75 °С. Интересным производным H2S3O10 является красный взрывчатый (ClO2)2S3O10 (т. пл. 75 °С), который может быть получен взаимодействием KClO3 с избытком SO3. По-видимому, способны существовать также производные кислот H2S4O13 и H2S5O16. В самом олеуме предполагаются равновесия по общей схеме:

H2SO4 + n SO3 Û H2Sn+1O3n+4 (где n = 1 , 2 или 3).

При взаимодействии иода с олеумом образуются синие растворы. Результаты изучения их свойств говорят о наличии окислительно-восстановительного равновесия по схеме:

I2 + H2S2O7 + 3 SO3 Û 2 I+ + 2 HS2O7– + SO2 или

2 I2 + H2S2O7 + 3 SO3 Û 2 I2+ + 2 HS2O7– + SO2.

Вероятно, не исключена и возможность равновесия по схеме:

I2 + SO3 Û I2SO3 Û I+ + ISO3–

Интересно, что цвет рассматриваемых растворов иода такой же, как и у его аддукта с крахмалом.

Если насыщенный раствор гидросульфата калия подвергнуть электролизу, то на катоде происходит выделение водорода и накопление КОН, а на аноде по схеме:

2 HSO4– - 2 e- = H2S2O8

образуется надсерная кислота. Получающийся в результате последующей нейтрализации H2S2O8 (персульфат калия) малорастворим и поэтому осаждается в виде бесцветных кристаллов. Большинство других солей надсерной кислоты хорошо растворимо в воде. Все персульфаты являются сильными окислителями. Например, серебро может быть окислено по уравнению:

(NH4)2S2O8 + 2 Ag = Ag2SO4 + (NH4)2SO4

Реакция эта используется в фотографии.

Рис. 22. Строение иона S2O82–.

Свободная надсерная кислота представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. Строение её молекулы выражается формулой HO-SO2-O-O-SO2-OH, т. е. она содержит пероксидную цепочку. Пространственная структура отвечающего ей иона S2O82- показана на рис. 22. Каждая половина этого рисунка в отдельности соответствует строению сульфат-иона.

Хотя окислительные свойства надсерной кислоты (т. пл. 65 °С, с разложением) выражены очень сильно, однако со многими восстановителями она при обычных температурах реагирует в растворах настолько медленно, что окисление практически не происходит. Характерным для H2S2O8 катализатором, резко ускоряющим подобные процессы, является ион Ag2+. В его присутствии надсерная кислота способна окислять Mn2+ до HMnO4. Интересно, что тиосульфат окисляется ею только до тетратионата (а не до сульфата).

При взаимодействии H2S2O8 с концентрированным пероксидом водорода по уравнению

H2S2O8 + H2O2 = 2 H2SO5

образуется мононадсерная кислота, по строению отвечающая серной кислоте, в которой один гидроксид замещён на группу OOH. В свободном состоянии эта кислота представляет собой бесцветные и весьма гигроскопичные кристаллы (т. пл. 47 °С с разложением). Мононадсерная кислота является ещё более сильным окислителем, чем надсерная, и взаимодействие её со многими органическими веществами (например, бензолом) сопровождается взрывом. Она устойчивее H2S2O8 в кислых средах и менее устойчива в нейтральных и щелочных. Особенно это относится к pH = 9, когда раствор содержит равные концентрации ионов HSO5– и SO52–. Соли H2SO5 малоустойчивы. В них кислота обычно фигурирует как одноосновная. Обусловлено это затруднённостью ионизации водорода группы –OOH (K2 = 5·10-10).

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru