فرمول ساختاری
فرمول واقعی، تجربی یا ناخالص: H2SO4
ترکیب شیمیایی اسید سولفوریک
وزن مولکولی: 98.076
اسید سولفوریک H 2 SO 4 یک اسید دی بازیک قوی است که مربوط به بالاترین حالت اکسیداسیون گوگرد است (6+). در شرایط عادی، اسید سولفوریک غلیظ مایعی سنگین، روغنی، بی رنگ و بی بو، با طعم «مس» ترش است. در تکنولوژی، اسید سولفوریک را مخلوط آن با آب و انیدرید سولفوریک SO 3 می نامند. اگر نسبت مولی SO 3: H 2 O کمتر از 1 باشد، محلول آبی اسید سولفوریک است، اگر بیشتر از 1 باشد، محلول SO 3 در اسید سولفوریک (اولیوم) است.
نام
در قرن 18-19، گوگرد برای باروت از گوگرد پیریت (پیریت) در کارخانه های ویتریول تولید می شد. اسید سولفوریک در آن زمان "روغن ویتریول" نامیده می شد (به عنوان یک قاعده، این یک هیدرات کریستالی بود، با قوام یادآور روغن)، بدیهی است که منشاء نام نمک های آن (یا به عبارت بهتر، هیدرات های کریستالی) - ویتریول است. .
تهیه اسید سولفوریک
روش صنعتی (تماسی).
در صنعت، اسید سولفوریک از اکسیداسیون دی اکسید گوگرد (گاز دی اکسید گوگرد که در طی احتراق گوگرد یا پیریت های گوگرد ایجاد می شود) به تری اکسید (انیدرید سولفوریک) و به دنبال آن واکنش SO 3 با آب تولید می شود. اسید سولفوریک به دست آمده از این روش را اسید تماسی نیز می نامند (غلظت 92-94 درصد).
روش نیتروز (برج).
قبلاً اسید سولفوریک منحصراً به روش نیتروژن در برج های مخصوص تولید می شد و اسید برج اسید (غلظت 75 درصد) نامیده می شد. ماهیت این روش اکسیداسیون دی اکسید گوگرد با دی اکسید نیتروژن در حضور آب است.
یک راه دیگر
در موارد نادری که سولفید هیدروژن (H 2 S) سولفات (SO 4 -) را از نمک (با فلزات مس، نقره، سرب، جیوه) جابجا می کند، محصول جانبی اسید سولفوریک است. سولفیدهای این فلزات دارای بالاترین استحکام و همچنین رنگ مشکی متمایز هستند.
خواص فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی
یک اسید بسیار قوی، در 18 o C pKa (1) = -2.8، pK a (2) = 1.92 (Kz 1.2 10 -2). طول پیوند در مولکول S=O 0.143 نانومتر، S-OH 0.154 نانومتر، زاویه HOSOH 104 درجه، OSO 119 درجه. می جوشد و یک مخلوط آزئوتروپیک تشکیل می دهد (98.3% H 2 SO 4 و 1.7 % H 2 O با نقطه جوش 338.8 o C). اسید سولفوریک مربوط به 100% محتوای H 2 SO 4 دارای ترکیب (%): H 2 SO 4 99.5، HSO 4 - 0.18، H 3 SO 4 + - 0.14، H 3 O + - 0.09، H 2 S 2 O 7، - 0.04، HS 2 O 7 - - 0.05. قابل اختلاط با آب و SO 3 در تمام نسبت ها. در محلول های آبی، اسید سولفوریک تقریباً به طور کامل به H 3 O +، HSO 3 + و 2HSO 4 - تجزیه می شود. هیدرات های H 2 SO 4 · nH 2 O را تشکیل می دهد که n = 1، 2، 3، 4 و 6.5 است.
اولئوم
محلول های انیدرید سولفوریک SO 3 در اسید سولفوریک اولئوم نامیده می شود که دو ترکیب H 2 SO 4 · SO 3 و H 2 SO 4 · 2SO 3 را تشکیل می دهند. اولئوم همچنین حاوی اسیدهای پیروسولفوریک است. نقطه جوش محلول های آبی اسید سولفوریک با افزایش غلظت آن افزایش می یابد و در محتوای 98.3٪ H 2 SO 4 به حداکثر می رسد. نقطه جوش اولئوم با افزایش محتوای SO3 کاهش می یابد. با افزایش غلظت محلول های آبی اسید سولفوریک، کل فشار بخار بالای محلول ها کاهش می یابد و در محتوای 98.3٪ H2 SO4 به حداقل می رسد. با افزایش غلظت SO3 در اولئوم، کل فشار بخار بالای آن افزایش می یابد. فشار بخار روی محلول های آبی اسید سولفوریک و اولئوم را می توان با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد:
log p=A-B/T+2.126
مقادیر ضرایب A و B به غلظت اسید سولفوریک بستگی دارد. بخار روی محلول های آبی اسید سولفوریک از مخلوطی از بخار آب، H 2 SO 4 و SO 3 تشکیل شده است و ترکیب بخار با ترکیب مایع در تمام غلظت های اسید سولفوریک به جز مخلوط آزئوتروپیک مربوطه متفاوت است. با افزایش دما، تفکیک افزایش می یابد. اولئوم H2SO4·SO3 دارای حداکثر ویسکوزیته است؛ با افزایش دما، η کاهش می یابد. مقاومت الکتریکی اسید سولفوریک در غلظت SO 3 و 92 % H 2 SO 4 حداقل و حداکثر در غلظت 84 و 99.8 % H 2 SO 4 است. برای اولئوم، حداقل ρ در غلظت 10٪ SO3 است. با افزایش دما، ρ اسید سولفوریک افزایش می یابد. ثابت دی الکتریک 100٪ اسید سولفوریک 101 (298.15 K), 122 (281.15 K); ثابت کرایوسکوپی 6.12، ثابت بولیوسکوپی 5.33; ضریب انتشار بخار اسید سولفوریک در هوا بسته به دما متفاوت است. D = 1.67·10-5T3/2 cm²/s.
خواص شیمیایی
اسید سولفوریک به شکل غلیظ هنگامی که حرارت داده می شود یک عامل اکسید کننده نسبتاً قوی است. HI و تا حدی HBr را به هالوژن های آزاد اکسید می کند. بسیاری از فلزات را اکسید می کند (به استثنای طلا، پلاتین، آهن، Rh، Ta.). در این حالت اسید سولفوریک غلیظ به SO 2 کاهش می یابد. در سرما در اسید سولفوریک غلیظ، Fe، Al، Cr، Co، Ni، Ba غیرفعال شده و واکنشی رخ نمی دهد. قوی ترین عوامل کاهنده اسید سولفوریک غلیظ را به S و H 2 S کاهش می دهند. اسید سولفوریک غلیظ بخار آب را جذب می کند، بنابراین برای خشک کردن گازها، مایعات و جامدات، به عنوان مثال، در خشک کن ها استفاده می شود. با این حال، H 2 SO 4 غلیظ تا حدی توسط هیدروژن احیا می شود، به همین دلیل است که نمی توان از آن برای خشک کردن آن استفاده کرد. اسید سولفوریک غلیظ با جدا کردن آب از ترکیبات آلی و باقی گذاشتن کربن سیاه (زغال چوب) منجر به زغال‌زدگی چوب، شکر و سایر مواد می‌شود. H 2 SO 4 رقیق با آزاد شدن آن با تمام فلزات واقع در سری ولتاژ الکتروشیمیایی در سمت چپ هیدروژن برهم کنش می کند. خواص اکسید کننده H 2 SO 4 رقیق نامشخص است. اسید سولفوریک دو سری نمک تشکیل می دهد: سولفات های متوسط و هیدرو سولفات های اسیدی و همچنین استرها. اسیدهای پراکسومنوسولفوریک (یا کارو اسید) H 2 SO 5 و پراکسودی سولفوریک H 2 S 2 O 8 شناخته شده اند. اسید سولفوریک نیز با اکسیدهای بازی واکنش داده و سولفات و آب تشکیل می دهد. در کارخانه‌های فلزکاری، از محلول اسید سولفوریک برای حذف لایه‌ای از اکسید فلزی از سطح محصولات فلزی که در طی فرآیند تولید در معرض حرارت زیاد قرار می‌گیرند، استفاده می‌شود. بنابراین، اکسید آهن از سطح ورق آهن با عمل محلول گرم شده اسید سولفوریک حذف می شود. یک واکنش کیفی به اسید سولفوریک و نمک های محلول آن، برهمکنش آنها با نمک های باریم محلول است که منجر به تشکیل رسوب سفید رنگ سولفات باریم می شود که به عنوان مثال در آب و اسیدها نامحلول است.
کاربرد
اسید سولفوریک استفاده می شود:
- در فرآوری سنگ معدن، به ویژه در استخراج عناصر کمیاب، از جمله اورانیوم، ایریدیوم، زیرکونیوم، اسمیم و غیره.
- در تولید کودهای معدنی؛
- به عنوان یک الکترولیت در باتری های سرب؛
- برای به دست آوردن اسیدهای معدنی و نمک های مختلف؛
- در تولید الیاف شیمیایی، رنگ، دودزا و مواد منفجره؛
- در صنایع نفت، فلزکاری، نساجی، چرم و سایر صنایع؛
- در صنایع غذایی - ثبت شده به عنوان افزودنی مواد غذایی E513 (امولسیفایر)؛
- در سنتز آلی صنعتی در واکنش ها:
- کم آبی (تولید دی اتیل اتر، استرها)؛
- هیدراتاسیون (اتانول از اتیلن)؛
- سولفوناسیون (شوینده های مصنوعی و مواد واسطه در تولید رنگ)؛
- آلکیلاسیون (تولید ایزواکتان، پلی اتیلن گلیکول، کاپرولاکتام) و غیره.
- برای ترمیم رزین در فیلترها در تولید آب مقطر.
تولید جهانی اسید سولفوریک تقریباً 160 میلیون تن در سال. بزرگترین مصرف کننده اسید سولفوریک تولید کودهای معدنی است. کودهای فسفر P 2 O 5 2.2-3.4 برابر بیشتر از اسید سولفوریک مصرف می کنند و (NH 4) 2 SO 4 اسید سولفوریک 75 درصد از جرم مصرفی (NH 4) 2 SO 4 را مصرف می کند. بنابراین، آنها تمایل دارند تا کارخانه های اسید سولفوریک را همراه با کارخانه هایی برای تولید کودهای معدنی بسازند.
اطلاعات تاریخی
اسید سولفوریک از زمان های قدیم شناخته شده است و در طبیعت به صورت آزاد وجود دارد، به عنوان مثال، به شکل دریاچه هایی در نزدیکی آتشفشان ها. شاید اولین ذکر گازهای اسیدی حاصل از تکلیس زاج یا سولفات آهن «سنگ سبز» در نوشته‌های منسوب به کیمیاگر عرب جابر بن حیان باشد. در قرن نهم، کیمیاگر ایرانی ار رازی، با کلسینه کردن مخلوطی از آهن و سولفات مس (FeSO 4 7H 2 O و CuSO 4 5H 2 O)، محلولی از اسید سولفوریک نیز به دست آورد. این روش توسط کیمیاگر اروپایی آلبرت مگنوس که در قرن سیزدهم زندگی می کرد، بهبود یافت. طرح تولید اسید سولفوریک از سولفات آهن، تجزیه حرارتی سولفات آهن (II) و سپس خنک شدن مخلوط است. آثار والنتین کیمیاگر (قرن سیزدهم) روشی را برای تولید اسید سولفوریک با جذب گاز (انیدرید سولفوریک) آزاد شده از سوزاندن مخلوطی از پودرهای گوگرد و نیترات با آب توصیف می کند. متعاقباً، این روش اساس به اصطلاح را تشکیل داد. روش "محفظه"، در محفظه های کوچک پوشیده شده با سرب انجام می شود که در اسید سولفوریک حل نمی شود. در اتحاد جماهیر شوروی، این روش تا سال 1955 وجود داشت. کیمیاگران قرن پانزدهم همچنین روشی را برای تولید اسید سولفوریک از پیریت می دانستند - پیریت گوگرد، ماده خام ارزان تر و گسترده تر از گوگرد. اسید سولفوریک به مدت 300 سال به این روش و به مقدار کم در مخازن شیشه ای تولید می شود. متعاقباً در ارتباط با توسعه کاتالیز، این روش جایگزین روش محفظه ای برای سنتز اسید سولفوریک شد. در حال حاضر، اسید سولفوریک با اکسیداسیون کاتالیزوری (روی V 2 O 5) اکسید گوگرد (IV) به اکسید گوگرد (VI) و متعاقب انحلال اکسید گوگرد (VI) در اسید سولفوریک 70 درصد برای تشکیل اولئوم تولید می شود. در روسیه، تولید اسید سولفوریک برای اولین بار در سال 1805 در نزدیکی مسکو در منطقه Zvenigorod سازماندهی شد. در سال 1913، روسیه در تولید اسید سولفوریک در رتبه سیزدهم جهان قرار گرفت.
اطلاعات اضافی
در نتیجه واکنش بخار آب و خاکستر آتشفشانی حاوی مقادیر زیادی گوگرد، قطرات ریز اسید سولفوریک می توانند در لایه های میانی و بالایی جو ایجاد شوند. تعلیق حاصل، به دلیل آلبدوی بالای ابرهای اسید سولفوریک، رسیدن نور خورشید به سطح سیاره را دشوار می کند. بنابراین (و همچنین به عنوان یک نتیجه از تعداد زیادی ذرات ریز خاکستر آتشفشانی در جو فوقانی، که همچنین مانع دسترسی نور خورشید به سیاره می شود)، تغییرات آب و هوایی قابل توجهی می تواند پس از فوران های آتشفشانی به خصوص قوی رخ دهد. به عنوان مثال، در نتیجه فوران آتشفشان Ksudach (شبه جزیره کامچاتکا، 1907)، غلظت فزاینده ای از گرد و غبار در جو برای حدود 2 سال باقی ماند و ابرهای شب تاب اسید سولفوریک حتی در پاریس مشاهده شد. انفجار کوه پیناتوبو در سال 1991، که 3 × 10 7 تن گوگرد را در اتمسفر آزاد کرد، باعث شد که سال های 1992 و 1993 به طور قابل توجهی سردتر از سال های 1991 و 1994 باشد.
استانداردها
- اسید سولفوریک فنی GOST 2184-77
- اسید سولفوریک باتری. مشخصات فنی GOST 667-73
- اسید سولفوریک با خلوص خاص. مشخصات فنی GOST 1422-78
- معرف ها اسید سولفوریک. مشخصات فنی GOST 4204-77
خواص فیزیکی اسید سولفوریک:
مایع روغنی سنگین ("روغن ویتریول")؛
چگالی 1.84 گرم بر سانتی متر مکعب; غیر فرار، بسیار محلول در آب - با حرارت قوی؛ t°pl. = 10.3 درجه سانتیگراد، درجه جوش. = 296 درجه سانتیگراد، بسیار رطوبت گیر، دارای خاصیت حذف آب (زغال کردن کاغذ، چوب، شکر).
گرمای هیدراتاسیون آنقدر زیاد است که مخلوط می تواند بجوشد، پاشیده شود و باعث سوختگی شود. بنابراین لازم است اسید به آب اضافه شود و نه برعکس، زیرا وقتی آب به اسید اضافه می شود، آب سبک تری روی سطح اسید قرار می گیرد و تمام گرمای تولید شده در آنجا متمرکز می شود.
تولید صنعتی اسید سولفوریک (روش تماسی):
1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3
3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (اولیوم)
پیریت خرد شده، خالص شده و مرطوب (گوگرد پیریت) برای پختن در کوره در بالا ریخته می شود. بستر سیال". هوای غنی شده با اکسیژن از پایین عبور می کند (اصل ضد جریان).
گاز کوره از کوره خارج می شود که ترکیب آن عبارت است از: SO 2، O 2، بخار آب (پیریت مرطوب بود) و ذرات ریز خاکستر (اکسید آهن). گاز از ناخالصی های ذرات جامد (در یک سیکلون و رسوب دهنده الکتریکی) و بخار آب (در برج خشک کن) خالص می شود.
در یک دستگاه تماسی، دی اکسید گوگرد با استفاده از کاتالیزور V 2 O 5 (پنتوکسید وانادیم) برای افزایش سرعت واکنش اکسید می شود. فرآیند اکسیداسیون یک اکسید به اکسید دیگر برگشت پذیر است. بنابراین، شرایط بهینه برای واکنش مستقیم انتخاب می شود - افزایش فشار (از آنجایی که واکنش مستقیم با کاهش حجم کل رخ می دهد) و دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد (از آنجایی که واکنش گرمازا است).
در برج جذب، اکسید گوگرد (VI) توسط اسید سولفوریک غلیظ جذب می شود.
از جذب توسط آب استفاده نمی شود، زیرا اکسید گوگرد با آزاد شدن مقدار زیادی گرما در آب حل می شود، بنابراین اسید سولفوریک حاصل می جوشد و به بخار تبدیل می شود. برای جلوگیری از تشکیل مه اسید سولفوریک از اسید سولفوریک غلیظ 98 درصد استفاده کنید. اکسید گوگرد به خوبی در چنین اسیدی حل می شود و اولئوم را تشکیل می دهد: H 2 SO 4 nSO 3
خواص شیمیایی اسید سولفوریک:
H 2 SO 4 یک اسید دی بازیک قوی، یکی از قوی ترین اسیدهای معدنی است که به دلیل قطبیت بالا، پیوند H-O به راحتی شکسته می شود.
1)
اسید سولفوریک در محلول آبی تجزیه می شود
، تشکیل یون هیدروژن و پسماند اسیدی:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
معادله خلاصه:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .
2) برهمکنش اسید سولفوریک با فلزات:
اسید سولفوریک رقیق فقط فلزات سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن را حل می کند:
روی 0 + H 2 + 1 SO 4 (رقیق شده) → روی + 2 SO 4 + H 2
3)
واکنش اسید سولفوریکبا اکسیدهای اساسی:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
واکنش اسید سولفوریک باهیدروکسیدها:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O
5)
واکنش های مبادله با نمک ها:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
از تشکیل رسوب سفید BaSO 4 (غیر محلول در اسیدها) برای تشخیص اسید سولفوریک و سولفات های محلول (واکنش کیفی به یون سولفات) استفاده می شود.
خواص ویژه H 2 SO 4 غلیظ:
1) متمرکز شده است اسید سولفوریک است عامل اکسید کننده قوی ; هنگام تعامل با فلزات (به جز Au، Pt)، بسته به فعالیت فلز به S +4 O 2، S 0 یا H 2 S -2 کاهش می یابد. بدون گرم کردن، با Fe، Al، Cr - غیرفعال شدن واکنش نمی دهد. هنگام تعامل با فلزات با ظرفیت متغیر، دومی اکسید می شود به حالت های اکسیداسیون بالاتر نسبت به محلول اسید رقیق: Fe 0→ Fe 3+، Cr 0→ Cr 3+، Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
فلز فعال
8 Al + 15 H 2 SO 4 (conc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 - 6 ه— → 2Al 3+ — اکسیداسیون
3│ S 6+ + 8e → S 2– بازیابی
4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
فلز با فعالیت متوسط
2Cr + 4 H 2 SO 4 (conc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + اس
1│ 2Cr 0 – 6e → 2Cr 3+ - اکسیداسیون
1│ S 6 + + 6e → S 0 - بازیابی
فلز کم فعال
2Bi + 6H 2 SO 4 (conc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – اکسیداسیون
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - بازیابی
2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) اسید سولفوریک غلیظ برخی از غیر فلزات را معمولاً تا حداکثر حالت اکسیداسیون اکسید می کند و خود به آن کاهش می یابد.S+4O2:
C + 2H 2 SO 4 (conc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H 2 SO 4 (conc) → 3SO 2 + 2H 2 O
2P+ 5H 2 SO 4 (conc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O
3) اکسیداسیون مواد پیچیده:
اسید سولفوریک HI و HBr را به هالوژن های آزاد اکسید می کند:
2 KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
اسید سولفوریک غلیظ نمی‌تواند یون‌های کلرید را به کلر آزاد اکسید کند، که این امر به دست آوردن HCl با واکنش تبادلی را ممکن می‌سازد:
NaCl + H 2 SO 4 (conc.) = NaHSO 4 + HCl
اسید سولفوریک آب متصل به شیمیایی را از ترکیبات آلی حاوی گروه های هیدروکسیل حذف می کند. کم آبی اتیل الکل در حضور اسید سولفوریک غلیظ باعث تولید اتیلن می شود:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
زغال‌شدن قند، سلولز، نشاسته و سایر کربوهیدرات‌ها در تماس با اسید سولفوریک نیز با کم‌آبی آنها توضیح داده می‌شود:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
این نام تاریخی دارد: روغن ویتریول. مطالعه اسید در دوران باستان آغاز شد؛ پزشک یونانی دیوسکوریدس، طبیعت‌شناس رومی پلینی بزرگ، کیمیاگران اسلامی گبر، رازی و ابن سینا و دیگران آن را در آثار خود توصیف کردند. در سومری ها فهرستی از ویتریول ها وجود داشت که بر اساس رنگ ماده طبقه بندی می شدند. امروزه کلمه "ویتریول" ترکیبی از هیدرات های کریستالی سولفات های فلزی دو ظرفیتی است.
در قرن هفدهم، یوهان گلوبر، شیمیدان آلمانی-هلندی، اسید سولفوریک را با سوزاندن گوگرد با (KNO3) در حضور در سال 1736، جاشوا وارد (داروساز از لندن) از این روش در تولید استفاده کرد. این زمان را می توان نقطه شروعی در نظر گرفت که اسید سولفوریک در مقیاس بزرگ شروع به تولید کرد. فرمول آن (H2SO4)، همانطور که معمولاً تصور می شود، توسط شیمیدان سوئدی برزلیوس (1779-1848) کمی بعد ایجاد شد.
برزلیوس با استفاده از نمادهای الفبایی (نشان دهنده عناصر شیمیایی) و شاخص های دیجیتالی پایین (که تعداد اتم های یک نوع معین در یک مولکول را نشان می دهد)، ثابت کرد که یک مولکول حاوی 1 اتم گوگرد (S)، 2 اتم هیدروژن (H) و 4 اکسیژن است. اتم ها (O ). از آن زمان، ترکیب کیفی و کمی مولکول شناخته شد، یعنی اسید سولفوریک به زبان شیمی توصیف شد.
با نشان دادن آرایش نسبی اتم ها در مولکول و پیوندهای شیمیایی بین آنها (معمولاً با خطوط نشان داده می شوند) به صورت گرافیکی نشان می دهد که در مرکز مولکول یک اتم گوگرد وجود دارد که با پیوندهای دوگانه با دو به هم متصل شده است. اتم های اکسیژن با دو اتم اکسیژن دیگر که هر یک دارای یک اتم هیدروژن هستند، همان اتم گوگرد با پیوندهای منفرد به هم متصل می شود.
خواص
اسید سولفوریک مایعی کمی مایل به زرد یا بی رنگ و چسبناک است که با هر غلظتی در آب محلول است. این ماده معدنی قوی است و نسبت به فلزات (غلیظ شده بدون حرارت با آهن برهمکنش نمی کند، بلکه آن را غیرفعال می کند)، سنگ ها، بافت های حیوانی یا مواد دیگر بسیار تهاجمی است. با رطوبت سنجی بالا و خواص برجسته یک عامل اکسید کننده قوی مشخص می شود. در دمای 10.4 درجه سانتیگراد، اسید جامد می شود. هنگامی که تا دمای 300 درجه سانتیگراد گرم می شود، تقریباً 99٪ اسید انیدرید سولفوریک (SO3) را از دست می دهد.
خواص آن بسته به غلظت محلول آبی آن متفاوت است. نام های رایجی برای محلول های اسیدی وجود دارد. تا 10 درصد اسید رقیق در نظر گرفته می شود. باتری - از 29 تا 32٪. هنگامی که غلظت کمتر از 75٪ باشد (همانطور که در GOST 2184 تعیین شده است)، به آن برج می گویند. اگر غلظت 98٪ باشد، از قبل اسید سولفوریک غلیظ خواهد بود. فرمول (شیمیایی یا ساختاری) در همه موارد بدون تغییر باقی می ماند.
هنگامی که انیدرید سولفوریک غلیظ در اسید سولفوریک حل می شود، اولئوم یا اسید سولفوریک بخار تشکیل می شود که فرمول آن را می توان به صورت زیر نوشت: H2S2O7. اسید خالص (H2S2O7) یک جامد با نقطه ذوب 36 درجه سانتیگراد است. واکنش های هیدراتاسیون اسید سولفوریک با انتشار گرما در مقادیر زیاد مشخص می شود.
اسید رقیق با فلزات واکنش می دهد و در واکنش با آن خواص یک عامل اکسید کننده قوی را نشان می دهد. در این حالت، اسید سولفوریک کاهش می یابد؛ فرمول مواد تشکیل شده حاوی اتم گوگرد احیا شده (به +4، 0 یا -2) می تواند: SO2، S یا H2S باشد.
با غیر فلزات مانند کربن یا گوگرد واکنش می دهد:
2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O
با کلرید سدیم واکنش نشان می دهد:
H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl
با واکنش جایگزینی الکتروفیلیک اتم هیدروژن متصل به حلقه بنزن یک ترکیب معطر توسط گروه -SO3H مشخص می شود.
اعلام وصول
در سال 1831 روش تماسی برای تولید H2SO4 که در حال حاضر روش اصلی است، به ثبت رسید. امروزه بیشتر اسید سولفوریک با این روش تولید می شود. ماده خام مورد استفاده سنگ معدن سولفیدی (معمولاً پیریت آهن FeS2) است که در کوره های مخصوص پخته می شود و گاز برشته تولید می کند. از آنجایی که دمای گاز 900 درجه سانتی گراد است، با اسید سولفوریک با غلظت 70 درصد خنک می شود. سپس گاز در سیکلون و رسوب‌دهنده الکترواستاتیک، در برج‌های شستشو با اسید با غلظت 40 و 10 درصد سموم کاتالیزوری (As2O5 و فلوئور)، و در رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک مرطوب از آئروسل اسیدی از گرد و غبار پاک می‌شود. سپس گاز برشته شده حاوی 9% دی اکسید گوگرد (SO2) خشک شده و وارد دستگاه تماس می شود. پس از عبور از 3 لایه کاتالیزور وانادیوم، SO2 به SO3 اکسید می شود. اسید سولفوریک غلیظ برای حل کردن انیدرید سولفوریک حاصل استفاده می شود. فرمول محلول انیدرید سولفوریک (SO3) در اسید سولفوریک بی آب H2S2O7 است. در این شکل اولئوم در مخازن فولادی به مصرف کننده منتقل می شود و در آنجا به غلظت مورد نظر رقیق می شود.
کاربرد
H2SO4 به دلیل خواص شیمیایی متفاوتی که دارد، کاربردهای وسیعی دارد. در تولید خود اسید، به عنوان یک الکترولیت در باتری های سرب اسیدی، برای ساخت محصولات پاک کننده مختلف، یک معرف مهم در صنایع شیمیایی نیز می باشد. همچنین در تولید الکل، پلاستیک، رنگ، لاستیک، اتر، چسب، صابون و مواد شوینده، محصولات دارویی، خمیر و کاغذ، فرآورده های نفتی استفاده می شود.
اسیدها ترکیبات شیمیایی متشکل از اتم های هیدروژن و بقایای اسیدی هستند، مثلاً SO4، SO3، PO4 و غیره غیرآلی و آلی هستند. اولین ها شامل اسید کلریدریک، فسفریک، سولفید، نیتریک و اسید سولفوریک می باشد. مورد دوم شامل اسید استیک، اسید پالمیتیک، اسید فرمیک، اسید استئاریک و غیره است.
اسید سولفوریک چیست؟
این اسید از دو اتم هیدروژن و باقیمانده اسیدی SO4 تشکیل شده است. دارای فرمول H2SO4 است.
اسید سولفوریک یا همان طور که به آن اسید سولفات نیز گفته می شود، به اسیدهای دی بازیک حاوی اکسیژن معدنی اطلاق می شود. این ماده یکی از تهاجمی ترین و فعال ترین مواد شیمیایی در نظر گرفته می شود. در بیشتر واکنش های شیمیایی به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند. این اسید را می توان به صورت غلیظ یا رقیق استفاده کرد که در این صورت دارای خواص شیمیایی کمی متفاوت است.
مشخصات فیزیکی
اسید سولفوریک در شرایط عادی مایع است، نقطه جوش آن تقریباً 279.6 درجه سانتیگراد است، نقطه انجماد هنگامی که به بلورهای جامد تبدیل می شود حدود 10- درجه برای صد درصد و حدود 20- برای 95 درصد است.
اسید سولفات صد در صد خالص یک ماده مایع بدون بو، بی رنگ و روغنی است که تقریباً دو برابر چگالی آب - 1840 کیلوگرم بر متر مکعب است.
خواص شیمیایی اسید سولفات
اسید سولفوریک با فلزات، اکسیدهای آنها، هیدروکسیدها و نمک ها واکنش می دهد. رقیق شده با آب به نسبت های مختلف، می تواند رفتار متفاوتی داشته باشد، بنابراین بیایید به طور جداگانه به خواص محلول های غلیظ و ضعیف اسید سولفوریک نگاهی دقیق بیندازیم.
محلول اسید سولفوریک غلیظ
محلول حاوی حداقل 90 درصد اسید سولفات غلیظ در نظر گرفته می شود. چنین محلولی از اسید سولفوریک حتی با فلزات کم فعال و همچنین غیر فلزات، هیدروکسیدها، اکسیدها و نمک ها نیز قادر به واکنش است. خواص چنین محلولی از اسید سولفات مشابه خواص اسید نیترات غلیظ است.
تعامل با فلزات
در طی واکنش شیمیایی محلول غلیظ اسید سولفات با فلزات واقع در سمت راست هیدروژن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات (یعنی با فعال ترین آنها) مواد زیر تشکیل می شود: سولفات فلز که با آن برهمکنش رخ می دهد، آب و دی اکسید گوگرد. فلزات در نتیجه برهمکنشی که مواد ذکر شده با آن تشکیل می شوند عبارتند از مس (کاپروم)، جیوه، بیسموت، نقره (آرژانتوم)، پلاتین و طلا (اوروم).
برهمکنش با فلزات غیر فعال
با فلزاتی که در سمت چپ هیدروژن در سری ولتاژ قرار دارند، اسید سولفوریک غلیظ کمی متفاوت رفتار می کند. در نتیجه این واکنش شیمیایی، مواد زیر تشکیل می شود: سولفات یک فلز خاص، سولفید هیدروژن یا گوگرد خالص و آب. فلزاتی که با آنها واکنش مشابهی رخ می دهد نیز شامل آهن (فروم)، منیزیم، منگنز، بریلیم، لیتیوم، باریم، کلسیم و سایر فلزاتی است که در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن هستند، به جز آلومینیوم، کروم، نیکل و تیتانیوم - اسید سولفات غلیظ با آنها تعامل ندارد.
تعامل با غیر فلزات
این ماده یک عامل اکسید کننده قوی است، بنابراین می تواند در واکنش های شیمیایی ردوکس با غیر فلزات مانند کربن (کربن) و گوگرد شرکت کند. در نتیجه چنین واکنش هایی، آب لزوما آزاد می شود. هنگامی که این ماده به کربن اضافه می شود، دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد نیز آزاد می شود. و اگر اسید را به گوگرد اضافه کنید، فقط دی اکسید گوگرد و آب دریافت می کنید. در چنین واکنش شیمیایی، اسید سولفات نقش یک عامل اکسید کننده را ایفا می کند.
تعامل با مواد آلی
از میان واکنش های اسید سولفوریک با مواد آلی، زغال سنگ را می توان تشخیص داد. این فرآیند زمانی اتفاق می افتد که این ماده با کاغذ، شکر، الیاف، چوب و ... برخورد کند در این صورت در هر صورت کربن آزاد می شود. کربن تشکیل شده در طول واکنش می تواند تا حدی با اسید سولفوریک واکنش دهد اگر بیش از حد باشد. عکس واکنش قند را با محلول اسید سولفات با غلظت متوسط نشان می دهد.
واکنش با نمک
همچنین محلول غلیظ H2SO4 با نمک های خشک واکنش می دهد. در این حالت یک واکنش تبادل استاندارد رخ می دهد که در آن سولفات فلزی که در ساختار نمک وجود داشت و اسید با باقیمانده ای که در نمک بود تشکیل می شود. با این حال، اسید سولفوریک غلیظ با محلول های نمک واکنش نمی دهد.
تعامل با سایر مواد
همچنین، این ماده می تواند با اکسیدهای فلزی و هیدروکسیدهای آنها واکنش نشان دهد، در این موارد واکنش های تبادلی رخ می دهد، در اول، سولفات فلز و آب آزاد می شود، در دوم - همان.
خواص شیمیایی محلول ضعیف اسید سولفات
اسید سولفوریک رقیق با بسیاری از مواد واکنش می دهد و خواصی مشابه همه اسیدها دارد. برخلاف فلز غلیظ، فقط با فلزات فعال، یعنی آنهایی که در سمت چپ هیدروژن در سری ولتاژ قرار دارند، تعامل دارد. در این مورد، همان واکنش جایگزینی در مورد هر اسید رخ می دهد. این باعث آزاد شدن هیدروژن می شود. همچنین، چنین محلول اسیدی با محلول های نمک تعامل می کند، و در نتیجه یک واکنش تبادلی، که قبلاً در بالا توضیح داده شد، با اکسیدها - همان یک غلیظ، با هیدروکسیدها - نیز یکسان است. علاوه بر سولفات های معمولی، هیدروسولفات ها نیز وجود دارند که محصول برهمکنش هیدروکسید و اسید سولفوریک هستند.
چگونه تشخیص دهیم محلول حاوی اسید سولفوریک یا سولفات است؟
برای تعیین اینکه آیا این مواد در یک محلول وجود دارند یا خیر، از یک واکنش کیفی ویژه به یون های سولفات استفاده می شود که امکان پیدا کردن را فراهم می کند. این شامل افزودن باریم یا ترکیبات آن به محلول است. این ممکن است منجر به یک رسوب سفید (سولفات باریم) شود که نشان دهنده وجود سولفات ها یا اسید سولفوریک است.
اسید سولفوریک چگونه تولید می شود؟
رایج ترین روش تولید صنعتی این ماده استخراج آن از پیریت آهن است. این فرآیند در سه مرحله انجام می شود که هر مرحله شامل یک واکنش شیمیایی خاص است. بیایید به آنها نگاه کنیم. ابتدا اکسیژن به پیریت اضافه می شود و در نتیجه اکسید فرو و دی اکسید گوگرد تشکیل می شود که برای واکنش های بعدی استفاده می شود. این تعامل در دمای بالا رخ می دهد. مرحله بعدی فرا می رسد که در آن تری اکسید گوگرد با افزودن اکسیژن در حضور یک کاتالیزور که اکسید وانادیم است به دست می آید. حال در مرحله آخر آب به ماده حاصل اضافه می شود و اسید سولفات بدست می آید. این رایج ترین فرآیند برای استخراج صنعتی اسید سولفات است، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا پیریت در دسترس ترین ماده خام مناسب برای سنتز ماده توصیف شده در این مقاله است. اسید سولفوریک که از طریق این فرآیند به دست می آید در زمینه های مختلف صنعت - هم در صنایع شیمیایی و هم در بسیاری دیگر، به عنوان مثال، در پالایش نفت، سنگ زنی و غیره استفاده می شود. .
