Rūgštys ir bazės: savybės, gavimas ir pramoniniai procesai

Rūgštys ir bazės: savybės, gavimas ir pramoniniai procesai

Mokymosi tikslai

• Pagal dalelių protonų perdavimą atpažinti rūgštį ir bazę.
• Sudaryti rūgščių bei bazių reakcijų su oksidais, metalais ir druskomis lygtis.
• Taikyti neutralizacijos stechiometriją poliprotonei rūgščiai ar daugiahidroksilei bazei.
• Paaiškinti sieros ir azoto rūgščių gamybos etapų sąlygų, saugos ir taršos kontrolės pasirinkimą.

Sąvokos

Brønstedo rūgštis, Brønstedo bazė, konjuguotoji pora, neutralizacija, amfoteriškumas, kontaktinis procesas, oleumas, Ostvaldo procesas, katalizatorius, genetinis ryšys.

Rūgščių ir bazių reakcijos sieja neorganinių junginių klases. Sprendžiant virsmų grandines svarbu ne iškalti poras, o nustatyti varomąją jėgą: vandens, dujų, nuosėdų ar silpno elektrolito susidarymą, taip pat redokso galimybę.

Prisimink

Rūgštys gali reaguoti su:

• baziniais ir amfoteriniais oksidais;
• bazėmis;
• aktyvesniais už vandenilį metalais, jei rūgštis ir sąlygos leidžia išsiskirti $\ce{H2}$;
• druskomis, jei susidaro dujos, nuosėdos ar silpnas elektrolitas.

Bazės gali reaguoti su rūgštimis, rūgštiniais oksidais ir tirpiomis druskomis, kai susidaro netirpus hidroksidas.

$\ce{Cu^{2+}(aq) + 2OH-(aq) -> Cu(OH)2(s)}.$

Amfoteriniai metalai ir hidroksidai

Cinkas ir aliuminis reaguoja ne tik su rūgštimis, bet tinkamomis sąlygomis ir su stipraus šarmo tirpalu.

$\ce{Zn(OH)2(s) + 2H+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + 2H2O(l)},$

$\ce{Zn(OH)2(s) + 2OH-(aq) -> [Zn(OH)4]^{2-}(aq)}.$

Aliuminio reakcija stipriai bazinėje vandeninėje terpėje:

$\ce{2Al + 2OH- + 6H2O -> 2[Al(OH)4]- + 3H2}.$

Aliuminio paviršiaus oksido plėvelė gali pradžioje lėtinti reakciją. Vandenilis degus, o koncentruoti šarmai ėsdina, todėl toks bandymas atliekamas tik kontroliuojamai.

Sieros rūgšties gamybos principas

Kontaktiniame procese siera ar sulfidinės žaliavos pirmiausia paverčiamos $\ce{SO2}$, tada:

$\ce{2SO2(g) + O2(g) <=>[V2O5] 2SO3(g)}.$

Reakcija egzoterminė ir grįžtamoji, todėl temperatūra parenkama kaip greičio ir pusiausvyros kompromisas. Pramonėje $\ce{SO3}$ absorbuojamas koncentruotoje sieros rūgštyje, gaunamas oleumas, kuris kontroliuojamai skiedžiamas. Tiesioginė didelio $\ce{SO3}$ kiekio reakcija su vandeniu sukuria sunkiai suvaldomą rūgšties rūką.

Azoto rūgšties gamybos principas

Ostvaldo proceso pagrindiniai etapai:

$\ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt] 4NO + 6H2O},$

$\ce{2NO + O2 -> 2NO2},$

$\ce{3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO}.$

Susidaręs $\ce{NO}$ gali būti vėl oksiduojamas. Procesuose būtina kontroliuoti azoto oksidų emisijas, nes jos žalingos sveikatai ir aplinkai.

Genetinių ryšių grandinė

Pavyzdys:

$\ce{S -> SO2 -> SO3 -> H2SO4 -> Na2SO4}.$

Kiekvienam žingsniui parašyk lygtį ir sąlygas. Paskutinis virsmas gali būti neutralizacija su tinkamu $\ce{NaOH}$ kiekiu. Jei šarmo nepakanka, gali susidaryti rūgščioji druska $\ce{NaHSO4}$.

Išspręstas pavyzdys

Kiek NaOH reikia $0{,}050\ \mathrm{mol}$ $\ce{H2SO4}$ visiškai neutralizuoti?

$\ce{H2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2H2O}.$

Vienam moliui rūgšties reikia dviejų molių NaOH, todėl:

$n(\ce{NaOH})=2\cdot0{,}050=0{,}100\ \mathrm{mol}.$

Koeficientą 2 lemia du neutralizuojami rūgšties protonai ir du produkto vandens moliai.

Dažnos klaidos

• Bet kuri metalo ir rūgšties reakcija užrašoma kaip vandenilio išsiskyrimas; oksiduojančios rūgštys gali redukuotis kitaip.
• Rūgšties stiprumas painiojamas su jos ėsdinančiu poveikiu ar koncentracija.
• Kontaktiniame procese katalizatoriui priskiriamas pusiausvyros pastūmimas.
• Amfoterinė reakcija su šarmu užrašoma neįvardijus, ar nagrinėjamas lydalas, ar vandeninis tirpalas.

Pasitikrink

1. Parašyk $\ce{Al(OH)3}$ reakcijos su $\ce{H+}$ jonais lygtį.
2. Kodėl kontaktiniame procese nenaudojama kuo žemesnė temperatūra, nors ji palanki egzoterminei pusiausvyrai?
3. Koks katalizatorius nurodytas amoniako oksidacijos etape Ostvaldo procese?

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, rūgštys, bazės ir jų gavimas.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
• SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota pramoninių procesų, pusiausvyros ir saugos kontekstui.

Santrauka

Rūgščių ir bazių reakcijų eigą lemia dalelių savybės, terpė ir kiekiai. Pramoniniame procese kartu optimizuojami greitis, pusiausvyra, sauga, energija ir teršalų kontrolė.