Acid sulfuric

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 19 august 2022; verificările necesită 4 modificări .
Acid sulfuric
General

Nume sistematic
Acid sulfuric
Nume tradiționale Acid sulfuric, vitriol, oleum
Chim. formulă H2SO4 _ _ _
Şobolan. formulă H2SO4 _ _ _
Proprietăți fizice
Stat Lichid
Masă molară 98,078 ± 0,006 g/ mol
Densitate 1,8356 g/cm³
Vascozitate dinamica 21 mPa s [2]
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea +10,38°C
 •  fierbere +337°C
 • descompunere +450°C
Căldura specifică de fuziune 10,73 J/kg
Presiunea aburului 0,001 ± 0,001 mmHg [3]
Proprietăți chimice
Constanta de disociere a acidului -3
Solubilitate
 • in apa Solubil
Proprietati optice
Indicele de refracție 1.397
Structura
Moment dipol 2,72  D
Clasificare
Reg. numar CAS 7664-93-9
PubChem
Reg. numărul EINECS 231-639-5
ZÂMBETE   OS(O)(=O)=O
InChI   InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E513
RTECS WS5600000
CHEBI 26836
Număr ONU 1830
ChemSpider
Siguranță
Limitați concentrația 1 mg/ m3
LD 50 100 mg/kg
Toxicitate Clasa a 2-a de pericol [1] , efect toxic general.
Personaj scurt. pericol (H) H290 , H314
masuri de precautie. (P) P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
cuvant de semnal periculos
Pictograme GHS Pictograma „Craniu și oase încrucișate” a sistemului CGSPictograma „Coroziunea” a sistemului CGSPictograma „Flacără peste cerc” a sistemului CGSPictograma „Semnul exclamării” a sistemului CGSPictograma GHS de pericol pentru sănătatePictograma de mediu GHS
NFPA 704 NFPA 704 diamant în patru culori 0 3 2WOX
_
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Acidul sulfuric ( formula chimică  - H 2 S O 4 ) este un acid anorganic puternic care corespunde celei mai mari stări de oxidare a sulfului (+6).

În condiții normale, acidul sulfuric concentrat este un lichid uleios greu , incolor și inodor , cu un gust puternic acid de „cupru”. În tehnologie, acidul sulfuric este numit amestecurile sale atât cu apă, cât și cu anhidrida sulfuric SO 3 . Dacă raportul molar SO 3  : H 2 O < 1, atunci aceasta este o soluție apoasă de acid sulfuric, dacă > 1 - o soluție de SO 3 în acid sulfuric ( oleum ). Este toxic în doze mari [4] și are activitate corozivă excepțional de puternică.

Titlu

În secolele XVIII-XIX, sulful pentru praf de pușcă era produs din pirita de sulf (pirită) la fabricile de vitriol. Acidul sulfuric la acea vreme era numit „ulei de vitriol” [5] [6] , evident de aici și originea denumirii sărurilor sale (sau mai bine zis, hidrați cristalini) - vitriol .

Informații istorice

Acidul sulfuric este cunoscut încă din antichitate, prezentând în natură sub formă liberă, de exemplu, sub formă de lacuri lângă vulcani. Poate că prima mențiune a gazelor acide obținute prin calcinarea alaunului sau a sulfatului de fier „piatră verde” se găsește în scrierile atribuite alchimistului arab Jabir ibn Hayyan .

În secolul al IX-lea, alchimistul persan Ar-Razi , calcinând un amestec de fier și sulfat de cupru (FeSO 4 • 7H 2 O și CuSO 4 • 5H 2 O), a obținut și o soluție de acid sulfuric. Această metodă a fost perfecționată de alchimistul european Albert Magnus , care a trăit în secolul al XIII-lea.

Schema de obtinere a acidului sulfuric din sulfatul feros  - descompunerea termica a sulfatului de fier (II), urmata de racirea amestecului [7]

Scrierile alchimistului Valentin (secolul XIII) descriu o metodă de producere a acidului sulfuric prin absorbția gazului (anhidridă sulfurică) eliberat prin arderea unui amestec de pulberi de sulf și nitrat cu apă . Ulterior, această metodă a stat la baza așa-numitului. metoda „cameră”, realizată în camere mici căptușite cu plumb, care nu se dizolvă în acid sulfuric. În URSS, această metodă a existat până în 1955.

Alchimistii secolului al XV-lea cunosteau si o metoda de obtinere a acidului sulfuric din pirita  - pirita de sulf, o materie prima mai ieftina si mai comuna decat sulful. Acidul sulfuric a fost produs în acest fel timp de 300 de ani, în cantități mici în retorte de sticlă . Ulterior, datorită dezvoltării catalizei , această metodă a înlocuit metoda camerei pentru sinteza acidului sulfuric. În prezent, acidul sulfuric este produs prin oxidarea catalitică (pe V 2 O 5 ) a oxidului de sulf (IV) în oxid de sulf (VI) și dizolvarea ulterioară a oxidului de sulf (VI) în acid sulfuric 70% pentru a forma oleum.

În Rusia, producția de acid sulfuric a fost organizată pentru prima dată în 1805, lângă Moscova, în districtul Zvenigorod. În 1913, Rusia ocupa locul 13 în lume la producția de acid sulfuric. [opt]

Proprietăți fizice și fizico-chimice

Acidul sulfuric este un acid dibazic foarte puternic, la 18 o C pK a (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K₂ 1,2 10 -2 ); lungimi de legătură în moleculă S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, unghi HOSOH 104°, OSO 119°; fierbe, formând un amestec azeotrop (98,3% H2SO4 și 1,7% H2O cu un punct de fierbere de 338,8° C). Miscibil cu apa si SO 3 in toate proportiile. În soluții apoase, acidul sulfuric se disociază aproape complet în H 3 O + , HSO 3 + și 2НSO₄ − . Formează hidrați H 2 SO 4 n H 2 O, unde n = 1, 2, 3, 4 și 6,5.

Acidul sulfuric, corespunzător unui conținut de 100% H2SO4 , are o compoziție (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS207⁻ _ _ _ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
compus, % 99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Oleum

Soluțiile de anhidridă sulfuric SO 3 în acid sulfuric se numesc oleum, ele formează doi compuși H 2 SO 4 SO 3 și H 2 SO 4 2SO 3 .

Oleum conține, de asemenea, acizi pirosulfuric formați prin reacțiile:

sulfit

Punctul de fierbere al soluţiilor apoase de acid sulfuric creşte odată cu creşterea concentraţiei acestuia şi atinge un maxim la un conţinut de 98,3% H 2 SO 4 .

Proprietățile soluțiilor apoase de acid sulfuric și oleum
Conținut % din masă Densitate la 20 °C, g/ cm3 Punct de topire , °C Punct de fierbere , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (gratuit)
zece - 1,0661 −5,5 102,0
douăzeci - 1,1394 −19,0 104.4
40 - 1,3028 −65,2 113,9
60 - 1,4983 −25,8 141,8
80 - 1,7272 −3,0 210.2
98 - 1,8365 0,1 332,4
100 - 1,8305 10.4 296,2
104,5 douăzeci 1,8968 −11,0 166,6
109 40 1,9611 33.3 100,6
113,5 60 2,0012 7.1 69,8
118,0 80 1,9947 16.9 55,0
122,5 100 1,9203 16.8 44,7

Punctul de fierbere al oleumului scade odată cu creșterea conținutului de SO3 . Odată cu creșterea concentrației soluțiilor apoase de acid sulfuric, presiunea totală a vaporilor peste soluții scade și la un conținut de 98,3% H 2 SO 4 atinge un minim. Odată cu creșterea concentrației de SO 3 în oleum, presiunea totală a vaporilor deasupra acesteia crește. Presiunea vaporilor peste soluțiile apoase de acid sulfuric și oleum poate fi calculată prin ecuația:

valorile coeficienților A și B depind de concentrația de acid sulfuric. Aburul peste soluții apoase de acid sulfuric constă dintr-un amestec de vapori de apă, H 2 SO 4 și SO 3 , în timp ce compoziția vaporilor diferă de compoziția lichidului la toate concentrațiile de acid sulfuric, cu excepția amestecului azeotrop corespunzător.

Odată cu creșterea temperaturii, disocierea crește:

Ecuația pentru dependența de temperatură a constantei de echilibru :

La presiune normală, gradul de disociere: 10 −5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Densitatea acidului sulfuric 100% poate fi determinată din ecuația:


Odată cu creșterea concentrației soluțiilor de acid sulfuric, capacitatea lor termică scade și atinge un minim pentru acid sulfuric 100%; capacitatea termică a oleumului crește odată cu creșterea conținutului de SO3 .

Cu o creștere a concentrației și o scădere a temperaturii, conductivitatea termică λ scade:

unde C  este concentrația acidului sulfuric, în%.

Oleum H 2 SO 4 · SO 3 are vâscozitatea maximă ; cu creșterea temperaturii, η scade. Pentru oleum, ρ minim este la o concentrație de 10% SO 3 . Pe măsură ce temperatura crește, ρ acidului sulfuric crește. Constanta dielectrică a acidului sulfuric 100% 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); constanta crioscopică 6,12, constantă ebulioscopică 5,33; coeficientul de difuzie a vaporilor de acid sulfuric în aer variază cu temperatura; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

Dependența densității soluțiilor de H 2 SO 4 de fracția sa de masă într-o soluție apoasă la 25 °C [9]
ω, % 5 zece douăzeci treizeci 40 cincizeci 60 70 80 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
pH2S04 , g / ml 1.03 1.064 1,1365 1.215 1,2991 1,3911 1.494 1,6059 1,7221 1,7732 1,7818 1,7897 1,7968 1,8033 1,8091 1,8142 1,8188 1,8227 1.826 1,8286 1,8305 1,8314 1.831 1,8292 1,8255

Proprietăți chimice

Acidul sulfuric în formă concentrată atunci când este încălzit este un agent oxidant destul de puternic.

1. Oxidează HI și parțial HBr pentru a elibera halogeni :

ΔH° = −561,9 kJ/mol (exotermic) [10] ΔG° = −305,4 kJ/mol (exergonic) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endotermic) [11] ΔS° = −14,95 J/mol (exoentropic) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergonic) [11]

Carbon la CO 2 , sulf  la SO 2 .

2. Oxidează multe metale (excepții: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). În acest caz, acidul sulfuric concentrat este redus la dioxid de sulf , de exemplu [12] :

3. La rece în acid sulfuric concentrat , Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba sunt pasivați, iar reacțiile nu au loc.

Cei mai puternici agenți reducători reduc acidul sulfuric concentrat la sulf și hidrogen sulfurat . Acidul sulfuric concentrat absoarbe vaporii de apă, deci este folosit pentru a usca gazele, lichidele și solidele, de exemplu, în desicatoare . Cu toate acestea, H2SO4 concentrat este parțial redus de hidrogen, motiv pentru care nu poate fi folosit pentru uscare. Divizarea apei din compușii organici și lăsând carbonul negru (cărbune), acidul sulfuric concentrat duce la carbonizarea lemnului, zahărului și a altor substanțe [12] .

4. H 2 SO 4 diluat interacționează cu toate metalele situate în seria electrochimică de tensiuni la stânga hidrogenului cu eliberarea acestuia, de exemplu [12] :

5. Proprietățile oxidante ale H 2 SO 4 diluat sunt necaracteristice. Acidul sulfuric formează două serii de săruri: medii - sulfați și acizi - hidrosulfați , precum și esteri. Sunt cunoscuți acizii peroxomonosulfuric ( sau acidul lui Caro ) H2SO5 și peroxodisulfuric H2S2O8 .

6. Acidul sulfuric reacționează cu oxizii bazici, formând sulfat metalic și apă:

7. În fabricile de prelucrare a metalelor, o soluție de acid sulfuric este utilizată pentru a îndepărta un strat de oxid metalic de pe suprafața produselor metalice care sunt supuse unei încălziri puternice în timpul procesului de fabricație. Deci, oxidul de fier este îndepărtat de pe suprafața tablei de fier prin acțiunea unei soluții încălzite de acid sulfuric:

8. H 2 SO 4 concentrat transformă unele substanțe organice în alți compuși de carbon:

9. O reacție calitativă la acidul sulfuric și sărurile sale solubile este interacțiunea lor cu sărurile de bariu solubile , în care se formează un precipitat alb de sulfat de bariu , insolubil în apă și acizi, de exemplu [13] :


Obținerea acidului sulfuric

Metoda industrială (de contact)

În industrie, acidul sulfuric este produs prin oxidarea dioxidului de sulf ( gaz sulfuros format în timpul arderii gazelor care conțin sulf elementar , pirită de sulf sau hidrogen sulfurat care provin de la instalațiile de hidrotratare și sistemele de stripare a deșeurilor acide) în trioxid (anhidridă sulfurică) pe un catalizator solid de vanadiu în patru etape (această reacție este exotermă, prin urmare, răcirea intermediară se aplică după primul strat folosind fascicule de tuburi prin care este furnizat aer, iar după următoarele două etape - folosind o țeavă inelară cu diametru mare, prin care aerul este alimentat, deasupra căruia este amplasat un deflector.Aerul este suflat de suflante, o parte din aerul cald este furnizat arzătoarelor cazanelor, în care sunt arse gaze care conțin hidrogen sulfurat), urmată de răcirea și interacțiunea SO 3 cu apă. Acidul sulfuric obtinut prin aceasta metoda se mai numeste si „contact” (concentratie 92-94%).

Metoda azotului (turn)

Anterior, acidul sulfuric se obținea exclusiv prin metoda azotului în turnuri speciale, iar acidul era numit „turn” (concentrație de 75%). Esența acestei metode este oxidarea dioxidului de sulf cu dioxid de azot în prezența apei. În acest fel s-a produs reacția în aerul Londrei în timpul Marelui Smog .

Metode de laborator

În laborator, acidul sulfuric poate fi obținut prin reacția hidrogenului sulfurat , sulfului elementar și dioxidului de sulf cu apă cu clor sau brom sau peroxid de hidrogen :



De asemenea, poate fi obținut prin reacția dioxidului de sulf cu oxigen și apă la +70°C sub presiune în prezența sulfatului de cupru (II) :

Aplicație

Se utilizează acid sulfuric:

Producția mondială de acid sulfuric este de aproximativ 200 de milioane de tone pe an [14] . Cel mai mare consumator de acid sulfuric este producția de îngrășăminte minerale. Pentru îngrășămintele cu fosfat P 2 O 5 se consumă de 2,2–3,4 ori mai mult acid sulfuric în masă, iar pentru (NH 4 ) 2 SO 4 acid sulfuric 75% din masa de (NH 4 ) 2 SO 4 consumată . Prin urmare, plantele de acid sulfuric tind să fie construite împreună cu plante pentru producerea de îngrășăminte minerale.

Efect toxic

Acidul sulfuric și oleum  sunt substanțe foarte caustice care afectează toate țesuturile corpului. Atunci când vaporii acestor substanțe sunt inhalați, ele provoacă dificultăți la respirație, tuse , adesea - laringită , traheită , bronșită etc. Contactul acid cu ochii în concentrație mare poate duce atât la conjunctivită , cât și la pierderea completă a vederii [15] .

Concentrația maximă admisă (MAC) de vapori de acid sulfuric în aerul zonei de lucru este de 1 mg/m 3 , în aerul atmosferic 0,3 mg/m 3 (maximum o singură dată) și 0,1 mg/m 3 (medie zilnică) . Concentrația dăunătoare a vaporilor de acid sulfuric este de 0,008 mg/l ( expunere 60 min), letală 0,18 mg/l (60 min).

Acidul sulfuric este o substanță toxică. În conformitate cu GOST 12.1.007-76, acidul sulfuric este o substanță toxică foarte periculoasă [16] în ceea ce privește efectele asupra organismului, clasa de pericol 2 .

Aerosolul de acid sulfuric se poate forma în atmosferă ca urmare a emisiilor din industriile chimice și metalurgice care conțin oxizi de sulf și cad sub formă de ploaie acide .

În Rusia, circulația acidului sulfuric cu o concentrație de 45% sau mai mult este limitată legal [17] .

Informații suplimentare

Cele mai mici picături de acid sulfuric se pot forma în atmosfera medie și superioară ca urmare a reacției vaporilor de apă și cenușii vulcanice care conțin cantități mari de sulf. Suspensia rezultată din cauza albedo -ului ridicat al norilor de acid sulfuric face dificilă atingerea luminii solare la suprafața planetei. Prin urmare (și, de asemenea, ca urmare a unui număr mare de particule minuscule de cenușă vulcanică în atmosfera superioară, care îngreunează și lumina soarelui să ajungă pe planetă), pot apărea schimbări climatice semnificative după erupții vulcanice deosebit de puternice. De exemplu, ca urmare a erupției vulcanului Ksudach ( Peninsula Kamchatka , 1907), o concentrație crescută de praf în atmosferă a persistat timp de aproximativ 2 ani, iar nori de argint caracteristici de acid sulfuric au fost observați chiar și la Paris [18] . Explozia vulcanului Pinatubo din 1991, care a trimis 3⋅10 7 tone de sulf în atmosferă, a dus la faptul că 1992 și 1993 au fost mult mai reci decât 1991 și 1994 [19] .

Standarde

Note

  1. Acid sulfuric tehnic GOST 2184-77
  2. Enciclopedia tehnologiei chimice  (engleză) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. nume= https://docs.cntd.ru_Acid sulfuric
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasily Mihailovici Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Shafranovsky. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Vezi și Ulei de piatră
  7. Epstein, 1979 , p. 40.
  8. Epstein, 1979 , p. 41.
  9. Calculator  densitate- concentrație . Preluat la 21 decembrie 2021. Arhivat din original la 21 decembrie 2021.
  10. ↑ 1 2 acid sulfuric iodură de hidrogen -> iod H2S apă - Wolfram|  Alfa . www.wolframalpha.com . Data accesului: 19 mai 2022.
  11. ↑ 1 2 3 acid sulfuric bromură de hidrogen -> brom dioxid de sulf apă - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Data accesului: 19 mai 2022.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Proprietăţile chimice ale acidului sulfuric // Chimie anorganică: Manual pentru clasele 7-8 de liceu. - Ed. a XVIII-a. - M . : Educaţie , 1987. - S. 209-211. — 240 s. — 1.630.000 de exemplare.
  13. Hodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Reacție calitativă la acidul sulfuric și sărurile sale // Chimie anorganică: manual pentru clasele 7-8 de liceu. - Ed. a XVIII-a. - M . : Educaţie , 1987. - S. 212. - 240 p. — 1.630.000 de exemplare.
  14. Acid sulfuric  (engleză) // „Industria chimică esențială - online”
  15. ACID SULFURIC | Produse chimice CAMEO | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Preluat: 22 mai 2020.
  16. nume= https://docs.cntd.ru_GOST  (link inaccesibil) 12.1.007-76. SSBT. Substanțe dăunătoare. Clasificare și cerințe generale
  17. Decretul Guvernului Federației Ruse din 3 iunie 2010 Nr. 398 (link inaccesibil) . Preluat la 30 mai 2016. Arhivat din original la 30 iunie 2016. 
  18. vezi articolul „Vulcani și climă” Arhivat 28 septembrie 2007 la Wayback Machine  (rusă)
  19. Arhipelagul rus - Este omenirea de vină pentru schimbările climatice globale? Arhivat la 1 decembrie 2007 la Wayback Machine  (rusă)

Literatură

Link -uri