PROFILPELAJAR.COM

A kénsav (H₂SO₄) színtelen, nagy sűrűségű folyadék, kétértékű, erős ásványi sav. Vízzel korlátlanul elegyedik. A kénsav a kémiai ipar egyik legfontosabb vegyülete, a legnagyobb mennyiségben előállított anyag. 2001-ben 165 millió tonnát gyártottak belőle. Legnagyobb arányban a műtrágyaipar hasznosítja, de szinte minden vegyipari ágazat alapanyagként használja.

A tömény kénsav erélyes vízelvonószer. Noha előállítható a 100%-os töménységű, úgynevezett füstölgő kénsav (más néven: óleum) is, a gyakorlatban 98,3%-nál töményebb savat a kén-trioxid (SO₃) párolgása miatt nem használnak. Az ólom akkumulátorok celláit 33,5%-os kénsavval töltik fel.

A kénsav előfordul a természetben is, de csak kis mennyiségben, például egyes vulkáni vidékek folyóiban, vagy a kénvegyületek oxidációjaként kén-hidrogént tartalmazó barlangokban. Az iparban a kén-trioxid kénsavban való elnyeletésével, majd az így keletkezett óleum vízzel való hígításával állítják elő.

H₂SO₄ + SO₃ → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄

Fizikai tulajdonságai

A kénsav tiszta állapotban színtelen, olajszerű, magas forráspontú (338 °C) folyadék. Ezen tulajdonságai a kénsavmolekulák között fellépő hidrogénkötésen alapulnak. A tömény vagy koncentrált kénsav 96(±2) tömegszázalékos. Magas a viszkozitása és mesterségesen állítják elő, bár kis mennyiségben a természetben is előfordulhat főleg a vulkáni tevékenység következtében. A torjai Büdös-barlang kén-hidrogént is tartalmaz és az ottani lassú oxidáció eredményezheti a kénsav megjelenését.^[2]

Kémiai tulajdonságai

A tömény kénsav erős vízelvonó (higroszkópos) tulajdonságú. A levegő nedvességtartalmát megköti, a szerves anyagokat, szénhidrátokat pedig elszenesíti: a hidrogént és az oxigént elvonja belőlük, és a szén marad vissza. Még a sók kristályvizét is képes elvonni.

A kénsav a hangyasavat is elbontja, szén-monoxid fejlődése közben. Így állítanak elő a laboratóriumokban is CO-ot.

Mivel a kénsav a legerősebb savak egyike (a tömény kénsav saverősségi határt jelent az egyszerűen erős savak és a szupersavak között), a gyengébb savak viselkedhetnek vele szemben bázisként (például a salétromsav). A forró, tömény kénsav olyan erős oxidálószer, hogy oxidálja a nemfémes elemek egy részét, többek között a szenet, a ként és a foszfort.

H₂SO₄ + HNO₃ → HSO−4 + H₂NO+3

A kénsav maró hatású anyag, ezért a vele való munka elővigyázatot igényel. A kénsav hígítását emiatt úgy végzik, hogy az üvegbot állandó kevergetése közben lassan, vékony sugárban adják a vízhez. A kénsav vízben való oldódása erősen exoterm folyamat, ezért a nem megfelelően végzett hígításkor a víz felforrhat a fejlődő hő miatt, és szétfröccsentheti a kénsavat, ami súlyos sérüléseket okozhat.

A kénsav a vízzel korlátlanul elegyedik. Vízben való oldásakor két lépésben disszociál, először hidrogén-szulfátionra, majd szulfátionra. Mint minden kétértékű sav esetén, itt is az első disszociáció megy nagyobbrészt végbe, vagyis a kénsav erősebb sav, mint a hidrogén-szulfátion. Mindkettő a kénsav savmaradékionja. A kénsav és a hidrogén-szulfátion savállandói: pK_s1=-3,00; pK_s2=1,99

H₂SO₄ + H₂O → HSO−4 + H₃O⁺

H₂SO₄ + 2 H₂O → SO2−4 + 2 H₃O⁺

HSO−4 + H₂O → SO2−4 + H₃O⁺

A kénsav vízben való oldódásának egyenlete:

H₂SO₄ + H₂O = H₃O⁺ + HSO₄^-

HSO₄^- + H₂O = H₃O⁺ + SO₄^2-

Egyes reakciói:

2 NaCl + H₂SO₄ = 2 HCl + Na₂SO₄

Ezzel a reakcióval sósavat és glaubersót lehet előállítani.

NaCl + H₂SO₄ = HCl + NaHSO₄

Ezzel a reakcióval nátrium-biszulfátot és sósavat lehet előállítani. A reakcióban a nátrium-biszulfát és a nátrium-klorid hevítése további sósavat tehet szabaddá.

NaCl + NaHSO₄ = HCl + Na₂SO₄

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

Szulfátok

A hidrogén-szulfátok és a szulfátok a kénsav sói. A hidrogén-szulfátok vízzel hidrolizálnak, átadják a protonjukat, ezért ezeknek vizes oldata savas kémhatású.

Na⁺ (aq) + HSO−4 (aq) → Na⁺ + SO2−4 + H₃O⁺

Vagyis az oldatban az oxóniumionok kerülnek túlsúlyba a hidroxidionokkal szemben.

Az alumínium-szulfát, az alumínium-kálium-szulfát, az ammónium-szulfát, a réz-szulfát és a vas(III)-szulfát vizes oldata is savas kémhatású.

A híg kénsav reakcióba lép a vassal, a magnéziummal, és az alumíniummal. Nem reagál a rézzel és az ólommal. Vassal való reakciójának egyenlete:

Fe + H₂SO₄ = H₂ + FeSO₄ vas-szulfát

A forró tömény kénsav a rezet is feloldja, két lépésben, mivel előbb oxidálja:

Cu + cc. H₂SO₄ → CuO + H₂O + SO₂

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Hasonlóan viszi oldatba a forró tömény kénsav a higanyt és az ezüstöt is.

A tömény kénsav oxidálja a vasat, tömör vas-oxid réteg alakul ki. Ezért lehet a kénsavat vastartályban szállítani.

Az ólmot már a híg kénsav is passziválja, az ólom felületén oldhatatlan ólom-szulfát keletkezik.

A tömény kénsav lúgokkal, például nátrium-hidroxid oldattal közömbösíthető. Ekkor nátrium-szulfát (glaubersó) és víz keletkezik.

H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2 H₂O

Kénsavészterek

A kénsavészterek a kénsav és különböző alkoholok vegyületei. Nagy gyakorlati jelentőségük van, mosószerként használatosak. Előnyük a szappanokkal szemben, hogy kemény vízben vagy savas közegben is kifejtik hatásukat. Gyártásuk során a kénsavnak csak egyik felét észteresítik el, a másik savas csoportot sóvá alakítják.

Kénsavgyártás

A kénsavgyártás alapanyaga többnyire elemi kén, illetve a fém-szulfidok. A ként elégetve vagy a szulfidokat pörkölve kén-dioxid keletkezik.

S + O₂ → SO₂

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

HgS + O₂ → Hg + SO₂

A kén-dioxidot tovább oxidálják, ilyenkor kén-trioxid keletkezik:

2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃

Az exoterm reakció egyensúlyra vezet, ezért célszerű alacsony hőmérsékleten (400-500 °C) végezni, azonban homogén fázisban a reakció sebessége nagyon kicsi. A reakciósebességet vanádium-pentoxid katalizátor alkalmazásával növelik. A kén-trioxidot gyakorlati okok miatt nem vízben, hanem tömény kénsavban nyeletik el, majd az így keletkező dikénsavat (pirokénsav, óleum) vízben a megfelelő töménységűre hígítják.

Felhasználása

A kénsav vegyipari alapanyag, emellett a laboratóriumban is gyakran használják. A kénsavat műtrágyagyártásra, mosószergyártásra, festékgyártásra, gyógyszergyártásra és robbanószerek gyártására is használják. Emellett kénsav az ólomakkumulátorok töltőfolyadéka.

Jegyzetek

↑ ^a ^b Zumdahl, Steven S.. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company, A23. o. (2009). ISBN 0-618-94690-X
↑ Kén oxidjai és oxosavai (magyar nyelven). ttko.hu. (Hozzáférés: 2023. augusztus 9.)