Тиосульфаты

9 заданий

Строение и получение

Тиосульфат-ион \(\ce{S2O3^2-}\) отличается от сульфат-иона тем, что один атом кислорода в нём заменён атомом серы: приставка «тио» означает серу. Три атома кислорода и один атом серы расположены вокруг центрального атома серы тетраэдрически. При этом два атома серы неэквивалентны, то есть различаются своим окружением:

Центральный атом связан с тремя атомами кислорода и по свойствам напоминает серу в сульфате и сульфите.
Концевой атом связан только с центральным атомом серы и по свойствам напоминает сульфидную серу.

Средняя степень окисления серы в тиосульфат-ионе равна \(+2\), но она не описывает каждый атом по отдельности. Центральному атому приписывают \(+4\) (или \(+5\)), а концевому — 0 (или \(-1\)). Такое распределение зависит от принятого способа учёта связей.

Различие между атомами серы можно проверить с помощью радиоактивной метки.

edit_noteМеченая сера

Тиосульфат получают кипячением раствора сульфита с серой: \(\ce{Na2SO3 + S -> Na2S2O3}\). Если взять серу с радиоактивной меткой \(\ce{^35S}\), а затем разложить полученный тиосульфат кислотой, вся метка окажется в выпавшей сере, а не в \(\ce{SO2}\). Следовательно, присоединённый атом остаётся концевым: атомы серы не обмениваются местами.

Помимо реакции сульфита с серой, тиосульфат получают и другими способами.

scienceПолучение тиосульфата

\(\ce{Na2SO3 + S ->[t] Na2S2O3}\) — при нагревании сульфит реагирует с серой с образованием тиосульфата.
\(\ce{2Na2S + Na2CO3 + 4SO2 -> 3Na2S2O3 + CO2}\) — эту реакцию используют для промышленного получения тиосульфата.
\(\ce{2Na2S + 2O2 + H2O -> Na2S2O3 + 2NaOH}\) — тиосульфат образуется при медленном окислении сульфида кислородом воздуха.

Реакции тиосульфата

Различие между атомами серы проявляется в реакциях тиосульфата. При действии кислот тиосульфат разлагается с выделением серы и диоксида серы.

scienceС кислотами

\(\ce{Na2S2O3 + 2HCl -> 2NaCl + S v + SO2 ^ + H2O}\) — при разложении тиосульфата выпадает сера, поэтому раствор постепенно мутнеет.

По времени появления мути судят о скорости реакции. При прочих равных условиях это время приближённо обратно пропорционально концентрации тиосульфата; такую зависимость изучают в классическом школьном опыте по кинетике.

Результат реакции с окислителем зависит от его силы. Иод окисляет тиосульфат до тетратионата, а хлор и бром — до сульфата.

scienceС окислителями

\(\ce{2Na2S2O3 + I2 -> Na2S4O6 + 2NaI}\) — при действии иода, мягкого окислителя, образуется тетратионат; эту реакцию используют в иодометрии.
\(\ce{Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O -> 2NaHSO4 + 8HCl}\) — хлор, сильный окислитель, окисляет тиосульфат до сульфата.
\(\ce{Na2S2O3 + 4Br2 + 5H2O -> Na2SO4 + H2SO4 + 8HBr}\) — бром также окисляет тиосульфат до сульфата.

Поскольку хлор реагирует с тиосульфатом, этот реагент используют для удаления остатков хлора после отбеливания. При таком применении его называют антихлором.

С ионами серебра тиосульфат сначала образует осадок. В избытке тиосульфата бромид серебра, напротив, переходит в раствор в виде комплексного соединения.

scienceС солями серебра

\(\ce{2AgNO3 + Na2S2O3 -> Ag2S2O3 v + 2NaNO3}\) — сначала выпадает белый осадок, который желтеет, буреет и чернеет при разложении по уравнению \(\ce{Ag2S2O3 + H2O -> Ag2S v + H2SO4}\).
\(\ce{AgBr + 2Na2S2O3 -> Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr}\) — в избытке тиосульфата бромид серебра образует растворимое комплексное соединение.

Раствор тиосульфата, который используют для закрепления фотографических изображений, называют фиксажем (урок 75).

Для расчётов по реакциям с окислителями важно учитывать, до какого продукта окисляется тиосульфат.

boltЭлектроны тиосульфата

При окислении до тетратионата каждый тиосульфат-ион отдаёт 1 электрон. Поэтому в иодометрии 1 моль \(\ce{S2O3^2-}\) ≡ ½ моль \(\ce{I2}\). При окислении до сульфата каждый ион отдаёт 8 электронов: \(2\cdot(6 - 2) = 8\). Следовательно, на 1 моль тиосульфата требуется 4 моль \(\ce{Cl2}\).

Тиосульфат в анализе и технике

Иодометрия (урок 111) — главное аналитическое применение тиосульфата. В этом методе тиосульфат служит стандартным восстановителем для титрования иода. Концентрацию его раствора устанавливают по дихромату или иодату. Раствор хранят в тёмной склянке с добавкой соды, поскольку кислотность и деятельность бактерий приводят к разложению тиосульфата.

В фотографии тиосульфат, известный также как «гипосульфит», растворяет неэкспонированный бромид серебра. Способность «гипосульфита» растворять соли серебра установил Гершель в 1819 году; позднее это свойство использовали для закрепления изображений.

В медицине тиосульфат натрия применяют как антидот при отравлении цианидами. Фермент роданеза переносит атом серы на цианид: \(\ce{CN- + S2O3^2- -> SCN- + SO3^2-}\). Образующийся тиоцианат гораздо менее ядовит и выводится почками.

auto_awesomeЗолото без цианида

При тиосульфатном выщелачивании золота используют аммиак и медь, которая служит катализатором. Это менее опасная альтернатива цианированию. В 2014 году компания Barrick запустила первую крупную фабрику такого типа в Неваде.

push_pinГлавное

В тиосульфат-ионе \(\ce{S2O3^2-}\) один атом кислорода сульфат-иона заменён атомом серы, а окружение центрального атома имеет тетраэдрическое строение. Атомы серы неэквивалентны: центральный по свойствам напоминает серу в сульфите и сульфате, концевой — сульфидную серу; средняя степень окисления серы равна +2. Тиосульфат получают кипячением сульфита с серой. Кислоты разлагают его с выделением серы и диоксида серы: \(\ce{S2O3^2- + 2H+ -> S + SO2 + H2O}\). Иод окисляет тиосульфат до тетратионата, \(\ce{2S2O3^2- + I2 -> S4O6^2- + 2I-}\); на этой реакции основана иодометрия. Хлор окисляет его до сульфата, поэтому тиосульфат применяют как антихлор. С ионами серебра тиосульфат может образовать растворимый комплекс \(\ce{[Ag(S2O3)2]^3-}\), используемый при закреплении фотографических изображений, или чёрный \(\ce{Ag2S}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.