- Structure de l'acide disulfurique
- Propriétés
- Réaction de déshydratation du sucre
- Nomenclature
- Applications
- Stocke l'acide sulfurique
- Synthèse d'acide sulfurique à 100%
- Sulfonation
- Références
L' acide disulfurique est l'un des nombreux oxoacides du soufre, de formule chimique H 2 S 2 O 7. La formule indique explicitement qu'il y a deux atomes de soufre, et comme son nom l'indique également, il doit y avoir deux molécules H 2 SO 4 en une; cependant, il y a sept oxygènes au lieu de huit, donc un soufre doit en avoir trois.
Cet acide est considéré comme l'un des principaux composants de l'oléum (ou acide sulfurique fumant), qui est une forme «dense» d'acide sulfurique. Telle est sa prédominance, que certains considèrent l'oléum comme synonyme d'acide disulfurique; qui est également connu sous le nom traditionnel d'acide pyrosulfurique.
Oleum. Source: W. Oelen, via Wikimedia Commons
L'image montre un récipient contenant de l'oléum, avec une concentration de trioxyde de soufre, SO 3, à 20%. Cette substance se caractérise par être huileuse et incolore; bien qu'il puisse virer au jaunâtre ou au brun en fonction de la concentration de SO 3 et de la présence de certaines impuretés.
Ce qui précède concerne la participation de SO 3 dans H 2 S 2 O 7; c'est-à-dire qu'une molécule de H 2 SO 4 réagit avec l'un des SO 3 pour former de l'acide disulfurique. Ceci étant le cas, H 2 S 2 O 7 peut également s'écrire H 2 SO 4 · SO 3.
Structure de l'acide disulfurique
Molécule H2S2O7. La source:. Jynto (plus de cet utilisateur), de Wikimedia Commons
Ci-dessus, la structure de H 2 S 2 O 7 dans un modèle de sphères et de barres. Notez au premier coup d'œil la symétrie de la molécule: le côté gauche du pont oxygène est identique au côté droit. De ce point de vue, la structure peut être décrite avec la formule HO 3 SOSO 3 H.
Aux deux extrémités se trouvent chaque groupe hydroxyle, dont l'hydrogène, par effet inductif de tous ces atomes d'oxygène, augmente sa charge partielle positive; et par conséquent, l'acide disulfurique a une acidité encore plus forte que l'acide sulfurique.
La molécule peut être écrite sous la forme H 2 SO 4 · SO 3. Cependant, cela fait plus référence à une composition d'oléum qu'à la structure d'une molécule.
Cependant, si une molécule d'eau est ajoutée à H 2 S 2 O 7, deux molécules de H 2 SO 4 seront libérées:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
L'équilibre peut être déplacé vers la gauche: vers la formation de H 2 S 2 O 7 à partir de H 2 SO 4 si de la chaleur lui est fournie. C'est pour cette raison que H 2 S 2 O 7 est également appelé acide pyrosulfurique; car il peut être généré après le chauffage de l'acide sulfurique.
De plus, comme mentionné au début, H 2 S 2 O 7 est formé par la combinaison directe de H 2 SO 4 et SO 3:
SO 3 + H 2 SO 4 <=> H 2 S 2 O 7
Propriétés
Les propriétés de l'acide disulfurique ne sont pas très bien définies, car il est extrêmement difficile de l'isoler uniquement à partir de l'oléum.
Il faut se rappeler que dans l'oléum, il peut y avoir d'autres composés, avec les formules H 2 SO 4 · xSO 3, où en fonction de la valeur de x, même des structures polymériques peuvent être présentes.
Une façon de le visualiser est d'imaginer que la structure supérieure de H 2 S 2 O 7 s'allonge de plus en plus d'unités SO 3 et de ponts oxygène.
À l'état presque pur, il se compose d'un solide cristallin instable (fumant) qui fond à 36 ° C. Cependant, ce point de fusion peut varier en fonction de la vraie composition.
L'acide disulfurique peut former ce que l'on appelle des sels de disulfate (ou pyrosulfate). Par exemple, s'il réagit avec l'hydroxyde de potassium, il forme du pyrosulfate de potassium, K 2 S 2 O 7.
De plus, on peut dire qu'il a un poids moléculaire de 178 g / mol, et deux équivalents acides (2 ions H + qui peuvent être neutralisés par une base forte).
Réaction de déshydratation du sucre
Avec ce composé sous forme d'oléum, une curieuse réaction peut être effectuée: la transformation de cubes de sucre en blocs de carbone.
H 2 S 2 O 7 réagit avec les sucres en éliminant tous leurs groupes OH sous forme d'eau, ce qui favorise de nouvelles liaisons entre les atomes de carbone; syndicats qui finissent par causer du noir de carbone.
Nomenclature
L'acide disulfurique est considéré comme l'anhydride de l'acide sulfurique; en d'autres termes, il perd une molécule d'eau à la suite de la condensation entre deux molécules d'acide. Compte tenu de tant de noms possibles pour ce composé, la nomenclature IUPAC recommande simplement l'acide disulfurique.
Le terme «pyro» se réfère exclusivement à celui formé comme un produit de l'application de chaleur. L'UICPA ne conseille pas ce nom pour H 2 S 2 O 7; mais il est encore utilisé aujourd'hui par de nombreux chimistes.
La terminaison -ico reste inchangée puisque l'atome de soufre continue à maintenir une valence de +6. Par exemple, il peut être calculé à l'aide de l'opération arithmétique suivante:
2H + 2S + 7O = 0
2 (+1) + 2S + 7 (-2) = 0
S = 6
Applications
Stocke l'acide sulfurique
L'acide disulfurique, étant donné sa propriété de se solidifier comme l'oléum, est capable de dissoudre et de stocker l'acide sulfurique de manière plus sûre. En effet, le SO 3 s'échappe en créant un «brouillard» irrespirable, qui est beaucoup plus soluble dans H 2 SO 4 que dans l'eau. Pour obtenir H 2 SO 4, il suffirait d'ajouter de l'eau à l'oléum:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Synthèse d'acide sulfurique à 100%
D'après l'équation précédente, le H 2 SO 4 est dilué dans l'eau ajoutée. Par exemple, si vous avez une solution aqueuse de H 2 SO 4, où le SO 3 a tendance à s'échapper et représente un risque pour les travailleurs, lorsque l'oléum est ajouté à la solution, il réagit avec l'eau, formant plus d'acide sulfurique; c'est-à-dire augmenter votre concentration.
S'il reste de l'eau, on ajoute plus de SO 3, qui réagit avec le H 2 SO 4 pour produire plus d'acide disulfurique ou d'oléum, puis celui-ci se réhydrate en «séchant» le H 2 SO 4. Le processus est répété suffisamment de fois pour obtenir de l'acide sulfurique à une concentration de 100%.
Un procédé similaire est utilisé pour obtenir 100% d'acide nitrique. De même, il a été utilisé pour déshydrater d'autres substances chimiques utilisées pour fabriquer des explosifs.
Sulfonation
Il est utilisé pour sulfoner des structures, telles que celles des colorants; c'est-à-dire qu'il ajoute des groupes -SO 3 H qui, en perdant leur proton acide, peuvent s'ancrer au polymère de la fibre textile.
D'autre part, l'acidité de l'oléum est utilisée pour réaliser la seconde nitration (ajouter des groupements -NO 2) aux cycles aromatiques.
Références
- Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (quatrième édition). Mc Graw Hill.
- Wikipédia. (2018). Acide disulfurique. Récupéré de: en.wikipedia.org
- PubChem. (2019). Acide pyrosulfurique. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Seong Kyu Kim, Han Myoung Lee et Kwang S. Kim. (2015). Acide disulfurique dissocié par deux molécules d'eau: calculs ab initio et théorie fonctionnelle de la densité. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 28556
- Services de santé de Contra Costa. (sf). Oleum / trioxyde de soufre: fiche d'information chimique.. Récupéré de: cchealth.org