חומצה גופרתית: מבנה, תכונות, שמות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

חומצה גופריתית היא oxyacid נוצר על ידי המסת תחמוצת הגופרית, SO ₂ , מים. זוהי חומצה אורגנית חלשה ולא יציבה, שלא התגלתה בתמיסה, מכיוון שתגובת היווצרותה הפיכה והחומצה מתפרקת במהירות בריגנטים שהפיקה אותה (SO ₂ ו- H ₂ O).

מולקולת החומצה הגופריתית התגלתה עד כה רק בשלב הגז. הבסיסים המצורפים של חומצה זו הם אניונים נפוצים בצורות סולפיטים וביסולפיטים.

מקור: Benjah-bmm27, מתוך Wikimedia Commons הספקטרום הראמאני של פתרונות SO ₂ מראה רק איתותים בגלל מולקולת SO ₂ והיון הביסולפיט, HSO ₃ ^- התואמים את שיווי המשקל הבא:

SO ₂ + H ₂ O <=> HSO ₃ ^- + H ⁺

זה מצביע על כך שבעזרת ספקטרום הראמאן לא ניתן לאתר נוכחות של חומצה גופרתית בתמיסה של דו תחמוצת הגופרית במים.

כאשר הוא נחשף לאווירה, הוא הופך במהירות לחומצה גופרתית. חומצה גופרתית מצטמצמת למימן גופרתי על ידי פעולת חומצה גופרתית מדוללת ואבץ.

הניסיון לרכז תמיסה של SO _{2 על} ידי אידוי המים כדי להשיג חומצה גופרית נקייה ממים, לא הניב תוצאות, מכיוון שהחומצה מתפרקת במהירות (מהפך את תגובת היווצרות), כך שהחומצה לא יכולה להיות מבודד.

היווצרות טבעית

חומצה גופרתית נוצרת בטבע על ידי שילוב של דו תחמוצת הגופרית, תוצר של פעילות מפעלים גדולים, עם מים אטמוספריים. מסיבה זו הוא נחשב כמוצר ביניים של גשם חומצי, מה שגורם נזק רב לחקלאות ולסביבה.

צורת החומצה שלה אינה שמישה באופייה, אך בדרך כלל היא מוכנה במלחי נתרן ואשלגן שלה, סולפיט וביסולפיט.

סולפיט נוצר באופן אנדוגני בגוף כתוצאה מטבוליזם של חומצות אמינו המכילות גופרית. כמו כן, סולפיט מיוצר כתוצר של תסיסה של מזון ומשקאות. סולפיט הוא אלרגני, נוירוטוקסי, מטבולי. זה מטבוליזם על ידי האנזים סולפיט אוקסידאז שממיר אותו לסולפט, תרכובת לא מזיקה.

מִבְנֶה

מולקולה מבודדת

בתמונה ניתן לראות מבנה של מולקולה מבודדת של חומצה גופרתית במצב הגזי. הכדור הצהוב במרכז מתאים לאטום הגופרית, האדום לאטומי החמצן, והלבנים למי ההידרוגנים. הגיאומטריה המולקולרית שלה סביב אטום ה- S היא פירמידה טריגונאלית, כאשר אטומי ה- O שורטטים את הבסיס.

ואז, במצב הגזי, ניתן לראות במולקולות H ₂ SO ₃ כפירמידות טריגונליות זעירות המרחפות באוויר, בהנחה שהיא יציבה מספיק כדי להחזיק זמן מסוים מבלי להגיב.

המבנה מבהיר מאיפה מגיעים שתי ההידרוגנים החומציים: מקבוצות ההידרוקסיל הקשורות לגופרית, HO-SO-OH. לכן, עבור תרכובת זו, לא נכון להניח שאחד הפרוטונים החומציים, H ⁺ , משתחרר מאטום הגופרית, H-SO ₂ (OH).

שתי קבוצות ה- OH מאפשרות לחומצה גופרתית לקיים אינטראקציה דרך קשרי מימן, ויתרה מכך, החמצן של הקשר S = O הוא מקבל מימן, מה שהופך את H ₂ SO ₃ לתורם וגם לקבל את הקשרים הללו.

על פי האמור לעיל, H ₂ SO ₃ אמור להיות מסוגל להתעבות לנוזל, כמו שעושה חומצה גופרתית, H ₂ SO ₄ . עם זאת, לא ככה זה קורה.

מולקולה מוקפת מים

נכון להיום לא ניתן היה להשיג חומצה גופרתית מימית, כלומר H ₂ SO ₃ (1); ואילו H ₂ SO ₄ (aq), לעומת זאת, לאחר התייבשותו, הופך לצורתו המיידית, H ₂ SO ₄ (l) שהוא נוזל צפוף וצמיג.

אם ההנחה של מולקולת H ₂ SO ₃ תישאר ללא שינוי, אז היא תוכל להתמוסס במידה רבה במים. האינטראקציות שישלטו בתמיסות מימיות כאמור יהיו שוב קשרי מימן; עם זאת, אינטראקציות אלקטרוסטטיות יתקיימו גם כתוצאה משווי משקל ההידרוליזה:

H ₂ SO ₃ (aq) + H ₂ O (l) <=> HSO ₃ ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

יון הגופרתי, SO ₃ ^2- יהיה באותה מולקולה כנ"ל, אך ללא הכדוריות הלבנות; והיון המימפולי (או ביסולפיט) יון, HSO ₃ ^- , שומר על כדור לבן. אינסופי מלחים יכולים לנבוע משני האונים, חלקם לא יציבים מאחרים.

במציאות, אושר שחלק קטן מאוד מהפתרונות מורכב מ- H ₂ SO ₃ ; כלומר, המולקולה שהוסברה אינה זו שמתקיימת אינטראקציה ישירה עם מולקולות המים. הסיבה לכך נובעת מהעובדה שהיא עוברת פירוק שמקורו ב- SO ₂ ו- H ₂ O, שהוא מועדף תרמודינמית.

SW

המבנה האמיתי של חומצה גופרתית מורכב ממולקולה של דו תחמוצת הגופרית המוקפת בכדור מים המורכב ממולקולות n.

לפיכך, SO ₂ , שהמבנה שלה זוויתי (סוג בומרנג), יחד עם הכדור המימי שלו, אחראים לפרוטונים החומציים המאפיינים חומציות:

SO ₂ ∙ nH ₂ O (aq) + H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + HSO ₃ ^- (aq) + nH ₂ O (l)

HSO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> SO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺

בנוסף לאיזון זה, יש גם איזון מסיסות ל- SO ₂ , שהמולקולה שלו יכולה לברוח מהמים לשלב הגז:

SO ₂ (g) <=> SO ₂ (ac)

תכונות פיזיקליות וכימיות

נוסחה מולקולרית

H ₂ SO ₃

משקל מולקולרי

82.073 גרם / מול.

מראה חיצוני

זהו נוזל חסר צבע, עם ריח גופרית חריף.

צְפִיפוּת

1.03 גרם / מ"ל.

צפיפות אדים

2.3 (ביחס לאוויר שצולם כ- 1)

קורוזיביות

זה מאכל למתכות ובדים.

מסיסות במים

ניתן למים עם מים.

רְגִישׁוּת

הוא רגיש לאוויר.

יַצִיבוּת

יציב, אך לא תואם בסיסים חזקים.

קבוע חומציות (Ka)

1.54 x 10 ^-2

pKa

1.81

pH

1.5 בסולם pH.

נקודת הצתה

לא דליק.

הִתפָּרְקוּת

כאשר מחוממת חומצה גופרתית היא עלולה להתפרק, ופולט עשן תחמוצת גופרית רעילה.

מִנוּחַ

לגופרית יש את הערכים הבאים: ± 2, +4 ו- +6. מהנוסחה H ₂ SO ₃ ניתן לחשב איזה מספר ערך או חמצון יש לגופרית בתרכובת. לשם כך, פשוט פתר סכום אלגברי:

2 (+1) + 1v + 3 (-2) = 0

מכיוון שמדובר במתחם ניטרלי, סכום המטענים של האטומים המהווים אותו חייב להיות 0. פתרון עבור v למשוואה הקודמת, יש לנו:

v = (6-2) / 1

לפיכך, v שווה ל- +4. כלומר, גופרית משתתפת בערכיות השנייה שלה, ולפי הנושאים המסורתיים, יש להוסיף את הסיומת –כמו כן. מסיבה זו, H ₂ SO ₃ ידוע כחומצה גופרית .

דרך מהירה נוספת לקבוע את הערכיות הזו היא על ידי השוואה של H ₂ SO ₃ עם H ₂ SO ₄ . ב- H ₂ SO ₄ , לגופרית יש ערך של +6, כך שאם מוסר O, הערך יורד ל- +4; ואם עוד מוסר, הערכיות הנמוכה 2 (אשר תהיה המקרה עבור חומצת היפו גופרית דוב , H ₂ SO ₂ ).

אמנם פחות ידוע, H ₂ SO ₃ יכול גם להיקרא חומצה trioxosulfuric (IV), על פי המינוח המניות.

סִינתֶזָה

מבחינה טכנית הוא נוצר על ידי שריפת גופרית ליצירת דו תחמוצת הגופרית. ואז הוא מתמוסס במים ליצירת חומצה גופרתית. עם זאת, התגובה הפיכה והחומצה מתפרקת במהירות חזרה למגיבים.

זהו הסבר מדוע חומצה גופרתית אינה נמצאת בתמיסה מימית (כפי שכבר הוזכר בסעיף המבנה הכימי שלה).

יישומים

מקור: Pxhere

באופן כללי, השימושים והיישומים של חומצה גופריתית, מכיוון שלא ניתן לאתר את נוכחותה, מתייחסים לשימושים ושימושים של פתרונות של דו תחמוצת הגופרית ובסיסים ומלחים של החומצה.

ביער

בתהליך הסולפיט מיוצרת עיסת עץ בצורה של סיבי תאית כמעט טהורים. מלחים שונים של חומצה גופרתית משמשים לחילוץ ליגנין משבבי עץ, בעזרת כלי לחץ גבוה הנקראים דיסטורורים.

המלחים המשמשים בתהליך השגת עיסת העץ הם סולפיט (SO ₃ ^2- ) או ביסולפיט (HSO ₃ ^- ), תלוי ב pH. היון הנגדי יכול להיות Na ⁺ , Ca ²⁺ , K ⁺ או NH ₄ ⁺ .

חומר חיטוי והלבנה

חומצה גופרתית משמשת כחומר חיטוי. הוא משמש גם כחומר הלבנה עדין, במיוחד לחומרים הרגישים לכלור. בנוסף, הוא משמש כמלבין שיניים ותוסף מזון.

זה מרכיב במוצרי קוסמטיקה שונים לטיפול בעור ומשמש כמרכיב הדברה בחיסול חולדות. מבטל כתמים הנגרמים על ידי יין או פרי על בדים שונים.

זה משמש כחיטוי, יעיל למניעת דלקות עור. לעיתים, הוא שימש בחיטויים לחיטוי ספינות, חפצים של קורבנות חולים למגפות וכו '.

סוכן משמר

חומצה גופרתית משמשת כחומר משמר לפירות וירקות ולמניעת תסיסה של משקאות כמו יין ובירה, בהיותה אלמנט נוגד חמצון, אנטיבקטריאלי ופטרייתי.

שימושים אחרים

-חומצה גופרתית משמשת לסינתזה של תרופות וכימיקלים; בייצור יין ובירה; זיקוק מוצרי נפט; ומשמש כמגיב אנליטי.

הביסולפיט מגיב עם נוקלעוזידים הפירימידין ומוסיף לקשר הכפול בין מיקום 5 ל 6 של הפירימידין, ומשנה את הקשר. טרנספורמציה של ביזולפיט משמשת לבדיקת מבנים משניים או גבוהים יותר של פולינוקלאוטידים.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). חומצה גופרתית. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. שמות של חומצות. . התאושש מ: 2.chemistry.gatech.edu
3. Voegele F. Andreas & col. (2002). אודות היציבות של חומצה גופרתית (H ₂ SO ₃ ) ודימר שלה. Chem. Eur. J. 2002. 8, No.24.
4. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה רביעית. עמ '393). מק גריי היל.
5. Calvo Flores FG (nd). ניסוח כימיה אורגנית. . התאושש מ: ugr.es
6. PubChem. (2018). חומצה גופרתית. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. סטיבן ס. זומדל. (15 באוגוסט 2008). חמצן. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com