Тиосульфат натрия и его свойства¶

Тиосульфат (триосульфат, соль тиосерной кислоты) — неорганическое соединение, содержащее анион S₂O₃²⁻. В бытовом и промышленном употреблении под этим словом чаще всего понимают тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ — бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Название «триосульфат» встречается реже и отражает формальный состав аниона, в котором три атома кислорода соединены с двумя атомами серы. Тиосульфаты применяются в фотографии, медицине, аналитической химии, текстильной и горнодобывающей промышленности.

¶Номенклатура и строение

Строго говоря, термин «триосульфат» не является рекомендованным. По правилам номенклатуры ИЮПАК анион S₂O₃²⁻ называется тиосульфатом, поскольку один из атомов кислорода сульфат-иона SO₄²⁻ формально замещён атомом серы. Приставка «тио-» указывает на такую замену. Вариант «триосульфат» иногда использовался в старой литературе и в некоторых языках, где подчёркивалось наличие трёх атомов кислорода.

Строение аниона можно описать как тетраэдр, в центре которого находится атом серы, связанный с тремя атомами кислорода и одним атомом серы. Центральный атом серы имеет степень окисления +5, а концевой — −1. Это объясняет восстановительные свойства тиосульфатов: они легко окисляются до тетратионатов, сульфатов и других соединений серы.

Тиосерная кислота H₂S₂O₃ неустойчива и в свободном виде не выделена: она разлагается уже при слабом подкислении растворов её солей с выделением серы и диоксида серы. Поэтому практическое значение имеют именно соли — прежде всего натриевая и аммониевая.

¶Физические и химические свойства

Тиосульфат натрия образует крупные бесцветные кристаллы, часто в виде гидрата Na₂S₂O₃·5H₂O. Вещество без запаха, имеет солоновато-горький вкус, плавится около 48 °C в кристаллогидратной форме. Хорошо растворяется в воде, растворимость заметно растёт с температурой; в этаноле практически нерастворим.

Химические свойства тиосульфатов разнообразны:

• Восстановительные свойства. Тиосульфат легко окисляется мягкими окислителями. С иодом он количественно превращается в тетратионат: 2Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ + 2NaI. Эта реакция лежит в основе иодометрического титрования.
• Реакция с кислотами. При подкислении растворов выделяется серная коллоидная сера и диоксид серы, раствор мутнеет.
• Комплексообразование. Тиосульфат-ион образует устойчивые комплексы с ионами серебра, меди, золота. Именно на этом основано растворение галогенидов серебра в фотографии.
• Термическое разложение. При нагревании кристаллогидрат теряет воду, а безводная соль при сильном нагреве диспропорционирует с образованием сульфата и полисульфидов.

¶Получение

Основной промышленный способ — взаимодействие сульфита натрия с серой при нагревании:

Na₂SO₃ + S → Na₂S₂O₃.

Реакция идёт в водной среде при температуре около 60–100 °C. Другой путь — окисление сульфида натрия или обработка сульфидных щелоков диоксидом серы. В лаборатории тиосульфат получают также обменными реакциями, например действием серы на растворы сульфитов. Продукт очищают перекристаллизацией.

¶Применение

¶Фотография

Классическое применение — фиксирование изображения. Тиосульфат натрия («гипосульфит») растворяет неэкспонированный бромид серебра, переводя его в растворимый комплекс:

AgBr + 2Na₂S₂O₃ → Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaBr.

Без этой стадии изображение со временем потемнело бы. В современной плёночной и рентгеновской фотографии используют в основном тиосульфат аммония, действующий быстрее.

¶Медицина

Тиосульфат натрия применяется как антидот при отравлениях цианидами: он ускоряет превращение цианида в менее токсичный тиоцианат под действием фермента роданезы. Используется также при аллергических состояниях, некоторых кожных заболеваниях и как компонент растворов для десенсибилизации. В дерматологии известен под торговыми наименованиями.

¶Аналитическая химия

Иодометрия — один из важнейших методов объёмного анализа. Тиосульфат служит стандартным титрантом для определения окислителей: иода, активного хлора, пероксидов, меди(II). Точность метода высока, а растворы тиосульфата относительно устойчивы при хранении с добавками.

¶Промышленность

В горнодобыче тиосульфаты применяются для выщелачивания золота и серебра — так называемое тиосульфатное выщелачивание, альтернатива цианидному процессу, менее токсичная. В текстильной промышленности тиосульфат используют для удаления остатков хлора после отбеливания, в кожевенном деле — для восстановительной обработки. В водоочистке им нейтрализуют избыток хлора и окислителей.

¶Безопасность и обращение

Тиосульфат натрия относится к веществам умеренно опасным. При попадании в глаза и на слизистые вызывает раздражение, возможны аллергические реакции. Пыль может раздражать дыхательные пути. Хранят его в сухом месте, поскольку кристаллы постепенно выветриваются и теряют кристаллизационную воду. При работе с порошком используют средства индивидуальной защиты. В окружающей среде тиосульфаты малотоксичны и разлагаются с участием микроорганизмов.

¶Тиосульфаты других металлов

Помимо натриевой соли, известны тиосульфаты аммония, калия, кальция, бария, свинца и серебра. Большинство из них растворимы; исключение составляют соли тяжёлых металлов, часто выпадающие в осадок. Тиосульфат аммония (NH₄)₂S₂O₃ применяется в фотографии как более активный фиксаж. Тиосульфат кальция образуется в некоторых технологических процессах и может вызывать отложения в оборудовании. Тиосульфатные комплексы серебра и золота имеют значение в гидрометаллургии.

¶Историческая справка

Тиосульфат натрия был известен химикам с конца XVIII — начала XIX века. Его фиксирующее действие в фотографии обнаружил в 1819 году Джон Гершель, что сделало возможным закрепление изображений в ранней фотографии. Промышленное производство развивалось вместе с фотографической индустрией во второй половине XIX века. Метод иодометрического титрования с использованием тиосульфата вошёл в практику аналитической химии в том же столетии и сохраняет значение до сих пор.