Аммония персульфат: получение, применение

Аммония персульфат - удивительное вещество с множеством полезных свойств. Далее мы подробно рассмотрим, что это за соединение, как его получают и где применяют в современном мире.

Что такое аммония персульфат

Аммония персульфат - это неорганическое химическое вещество, представляющее собой бесцветные кристаллы или кристаллический порошок без запаха. Оно является аммонийной солью пероксодисерной кислоты с химической формулой (NH4)2S2O8.

Персульфат аммония отличается высокой растворимостью в воде и обладает сильными окислительными свойствами.

Основные физико-химические характеристики аммония персульфата представлены в таблице:

Синонимы:

• Пероксодисульфат аммония
• Надсернокислый аммоний
• APS (аббревиатура)

Как получают аммония персульфат

В промышленности аммония персульфат производят методом электролиза насыщенного водного раствора сульфата аммония в присутствии серной кислоты. Процесс электролиза проводят при температуре 45-50°С, используя платиновые или графитовые электроды и постоянный ток напряжением 8-14 В.

В качестве сырья для получения аммония персульфата применяют:

• Сульфат аммония
• Серную кислоту
• Воду

На катоде происходит восстановление протонов воды с образованием молекулярного водорода, а на аноде - окисление сульфат-ионов с образованием персульфат-иона. Далее персульфат-ион взаимодействует с катионами аммония, образуя конечный продукт - аммония персульфат.

Полученное вещество представляет собой бесцветные кристаллы, которые отфильтровывают, промывают водой и сушат. Выход аммония персульфата составляет до 98% от теоретически возможного.

Применение в промышленности

Благодаря сильным окислительным свойствам, аммония персульфат нашел широкое применение в различных отраслях промышленности.

В частности, его используют в качестве инициатора радикальной полимеризации при производстве пластмасс и синтетических каучуков - поливинилхлорида, полиакрилонитрила, поливинилацетата. Персульфат аммония запускает процесс образования высокомолекулярных полимерных цепей из мономерных звеньев.

Кроме того, аммония персульфат применяют для синтеза полиакриламидных гелей, используемых в медицине.

В радиотехнике персульфат аммония входит в состав травильных растворов для изготовления печатных плат.

В радиотехнике персульфат аммония входит в состав травильных растворов для изготовления печатных плат. Он используется для травления медной фольги на плате перед нанесением защитной маски и последующего травления открытых участков меди. При этом происходит окисление меди до растворимых солей меди(II).

Применение при травлении печатных плат

Типичный травильный раствор на основе персульфата аммония для печатных плат содержит:

• 250 г персульфата аммония
• 500 мл воды

При интерацтииях персульфата аммония с медью происходит окисление меди до ионов Cu2+, которые затем переходят в раствор. Скорость травления повышается с ростом температуры раствора, поэтому желательно поддерживать ее на уровне 40°C с помощью водяной бани или компрессора для перемешивания.

Применение в фотографии и киноиндустрии

Благодаря сильным окислительным свойствам, персульфат аммония используется для ослабления очень плотных фотографических негативов в черно-белой фотографии. Аналогично он применяется для регулирования плотности кинопленки.

Процесс заключается в частичном растворении серебра, что приводит к ослаблению изображения. При этом сохраняется детализация снимка. Для получения оптимального результата используют 1-2% водный раствор персульфата аммония с добавлением уксусной кислоты.

Применение в аналитической химии

Благодаря окислительно-восстановительным свойствам, персульфат аммония нашел применение в аналитической химии в качестве окислителя.

Его используют для определения различных веществ - ионов металлов, органических соединений, а также для окисления примесей перед проведением количественного и качественного анализа.

Применение в качестве отбеливателя

Персульфат аммония обладает отбеливающим действием за счет окисления окрашенных органических соединений до бесцветных или менее окрашенных продуктов.

Поэтому его применяют для отбеливания целлюлозы, тканей, меха, шерсти, а также зубов в стоматологии. Кроме того, персульфат аммония используется в качестве дезинфицирующего средства благодаря образованию активного кислорода.

Реакции разложения

При нагревании выше 120°C персульфат аммония начинает интенсивно разлагаться с выделением кислорода согласно уравнению:

(NH4)2S2O8 → 2NH4HSO4 + O2

Образующийся пиросульфат аммония является менее активным окислителем. Также возможно разложение персульфата с выделением озона.

Реакции восстановления

Персульфат-ион легко восстанавливается до иона гидросульфата в кислой среде:

S2O82− + 2e− + 2H+ → 2HSO4−

Так, соляная кислота восстанавливает персульфат аммония до бисульфата:

(NH4)2S2O8 + 2HCl → 2NH4HSO4 + Cl2 ↑

Реакция образования

Персульфат аммония образуется на аноде в процессе электролиза раствора сульфата аммония:

2(NH4)2SO4 → 2(NH4)2S2O8 + H2↑

Реакции окисления

Персульфат-ион является сильным окислителем, окисляет многие неорганические и органические вещества.

Пример реакции окисления иодида калия:

2KI + (NH4)2S2O8 → I2 + 2NH4HSO4 + K2SO4

Каталитическое разложение

Персульфат аммония разлагается с выделением активного кислорода в присутствии ионов переходных металлов, например:

(NH4)2S2O8 + 2Fe2+ → 2Fe3+ + 2NH4+ + 2SO42−

Это свойство используется в аналитической химии для определения ионов металлов.

Применение в косметологии

Благодаря сильным окислительным и отбеливающим свойствам, персульфат аммония нашел некоторое применение в косметологии, несмотря на его токсичность.

В частности, он входит в состав некоторых порошков и кремов для осветления кожи как альтернатива токсичным ртутьсодержащим препаратам. При этом персульфат аммония окисляет пигмент меланин в верхних слоях кожи, осветляя ее.

Применение в сельском хозяйстве

В сельском хозяйстве персульфат аммония изредка использовался в качестве дезинфицирующего средства для обработки семян, предотвращая развитие грибковых инфекций. Однако из-за токсичности он позднее был заменен на более безопасные препараты.

Токсикология и меры предосторожности

Несмотря на широкое применение, персульфат аммония является умеренно токсичным веществом. При проглатывании, вдыхании пыли или попадании на кожу он может вызывать раздражение, аллергические реакции.

Поэтому при работе с персульфатом аммония требуется использовать средства индивидуальной защиты - перчатки, респираторы, защитные очки. Также необходимо соблюдать правила личной гигиены и техники безопасности.

Утилизация отходов

Отходы персульфата аммония и растворы, содержащие это вещество, требуют специальных методов утилизации как опасные отходы.

Чаще всего для разложения избытка персульфата применяют реакцию с соляной кислотой, приводящую к образованию хлора и более безопасных сульфатов.