Acid sulfuric
Acid sulfuric | |
---|---|
Numele IUPAC | |
acid tetraoxosulfuric (VI) | |
Denumiri alternative | |
dihidrogen tetraoxosulfat acid tetraoxosulfuric (VI) vitriol | |
Caracteristici generale | |
Formula moleculară sau brută | H 2 SO 4 |
Masa moleculară ( u ) | 98.09 |
Aspect | lichid incolor |
numar CAS | |
Numărul EINECS | 231-639-5 |
PubChem | 1118 |
DrugBank | DB11309 |
ZÂMBETE | OS(O)(=O)=O |
Proprietăți fizico-chimice | |
Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 1,84 |
Constanta de disociere a acidului la 298 K. | K 1 : ~ 10 5 K 2 : ~ 10 −2 |
Solubilitate în apă | complet cu reacție exotermă |
Temperatură de topire | −15 ° C ( 258 K ) |
Temperatura de fierbere | 337 ° C ( 610 K ) |
Presiunea de vapori ( Pa ) la 293 K. | 0,01 |
Proprietăți termochimice | |
Δ f H 0 (kJ mol −1 ) | −814 |
Δ f G 0 (kJ mol −1 ) | −690 |
S 0 m (J K −1 mol −1 ) | 156.9 |
C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) | 138,9 |
Informații de siguranță | |
Simboluri de pericol chimic | |
Pericol | |
Fraze H | 314 - 290 |
Sfaturi P | 280 - 301 + 330 + 331 - 305 + 351 + 338 - 309 + 310 [1] |
Acidul sulfuric este un acid mineral puternic, lichid la temperatura camerei , uleios, incolor și inodor; formula sa chimică este H 2 SO 4 , uneori denumită și SO 2 (OH) 2 .
Este oxiacidul de sulf hexavalent, sau sulful (VI). Sărurile sale se numesc sulfați . Un sulfat foarte comun este gipsul , care este sulfatul de calciu dihidrat.
În soluție apoasă concentrată (> 90%) este cunoscut și sub denumirea de vitriol . Soluțiile de trioxid de sulf , care pot fi de până la 30%, în acid sulfuric sunt cunoscute sub numele de oleum .
Solubil în apă și în etanol cu reacție exotermă, chiar violent, în formă concentrată poate provoca arsuri severe la contactul cu pielea .
Acidul sulfuric are numeroase aplicații, atât la nivel de laborator, cât și la nivel industrial. Acestea includ: producția de îngrășăminte , tratarea mineralelor, sinteza chimică , rafinarea petrolului și tratarea apelor uzate. De asemenea, este utilizat ca electrolit în bateriile cu plumb-acid pentru autovehicule.
În combinație cu acidul azotic formează ionul nitroniu (NO + 2 ), un intermediar în reacția de nitrare , utilizat industrial pentru producerea de trinitrotoluen (TNT), nitroglicerină , bumbac pistol și mulți alți explozivi .
Dintre aditivii alimentari , acesta este identificat prin inițialele E 513 .
fundal
Descoperirea acidului sulfuric datează din secolul al IX-lea și este atribuită medicului și alchimistului persan Ibn Zakariyya al-Razi , care l-a obținut prin distilarea uscată a mineralelor care conțin sulfat de fier (II) heptahidrat FeSO 4 • 7 H 2 O - cunoscut sub formă de vitriol verde - și sulfat de cupru (II) pentahidrat CuSO 4 • 5 H 2 O - cunoscut sub numele de vitriol albastru .
Prin calcinare aceste săruri se descompun în oxizii de fier și cupru respectivi, în vapori de apă și anhidridă sulfurică SO 3 [2] ; care prin hidratare devine acid sulfuric.
Producția de vitriol s-a răspândit în Europa prin traducerea scrierilor surselor islamice, din acest motiv, acidul sulfuric era cunoscut de alchimiștii europeni în Evul Mediu cu nume precum ulei de vitriol sau spirit de vitriol .
În secolul al XVII-lea, chimistul germano-olandez Johann Rudolph Glauber a preparat acidul sulfuric prin arderea sulfului și a salpetrului în prezența vaporilor de apă. Saltpetrul oxidează sulful în trioxid de sulf, SO 3 , care se combină cu apa pentru a da acid. Joshua Ward, farmacist din Londra , a adoptat această metodă pentru producția pe scară largă în 1736 .
În 1746, la Birmingham , John Roebuck a început să producă acid sulfuric în mod industrial folosind aceeași metodă, dar funcționând în camere de plumb , care erau mai robuste, mai mari și mai puțin costisitoare decât vasele de sticlă utilizate până atunci. Acest proces al camerei de plumb , ulterior adaptat și rafinat de-a lungul anilor, a rămas cel mai popular proces industrial pentru producerea acidului sulfuric timp de aproape două secole.
Acidul produs de Roebuck a avut o concentrație medie de 35-40%. Îmbunătățirile ulterioare ale procesului făcute de chimistul francez Joseph Louis Gay-Lussac și chimistul englez John Glover au adus produsul la o concentrație de 78%.
Cu toate acestea, producția unor coloranți, precum și a unor procese chimice au necesitat utilizarea acidului sulfuric mai concentrat, care pentru întregul secol al XVIII-lea a fost obținut doar prin distilarea mineralelor, într-un mod similar cu modul în care a fost operat în mijloc Vârste, prin prăjirea piritei (sulfură de fier, FeS 2 ) în prezența aerului pentru a-l transforma în sulfat feric Fe 2 (SO 4 ) 3 care apoi a fost descompus ulterior prin încălzirea la 480 ° C în oxid feric și anhidridă sulfurică. Anhidrida sulfurică a fost apoi adăugată la apă în proporțiile dorite pentru a obține acid sulfuric la concentrația dorită. Cu toate acestea, acest proces a fost deosebit de costisitor și nu a condus niciodată la producerea de volume mari de acid sulfuric concentrat.
În 1831, un comerciant de oțet , britanicul Peregrine Phillips, a brevetat un proces mai ieftin pentru producerea de trioxid de sulf și acid sulfuric concentrat. În procesul său, sulful sau pirita au fost arse pentru a da dioxid de sulf , SO 2 , care a fost ulterior transformat cu randamente ridicate în SO 3 prin reacția cu oxigenul din aer prin trecerea peste un catalizator de platină la o temperatură ridicată. Cererea de acid sulfuric concentrat la acea vreme nu era de natură să justifice construcția unei instalații; prima fabrică care a folosit acest proces (numită contact ) a fost construită în 1875 în Freiburg , Germania .
În 1915, BASF-ul german a înlocuit catalizatorul de platină cu un catalizator de pentoxid de vanadiu mai ieftin, V 2 O 5 . Acest lucru, combinat cu creșterea cererii, a condus la înlocuirea treptată a sistemelor cu camere de plumb cu sisteme de contact . În 1930 , acesta din urmă a aprovizionat piața cu aproximativ un sfert din producția totală de acid sulfuric, astăzi o aprovizionează aproape în totalitate.
Densitatea soluțiilor apoase | |||
% H 2 SO 4 | Molaritatea | Densitate | ° Ei bine |
---|---|---|---|
0,261 | 0,027 | 1.000 | 0 |
7,704 | 0,825 | 1.050 | 6,87 |
14,73 | 1,652 | 1.100 | 13.12 |
21.38 | 2.507 | 1.150 | 18,82 |
27,72 | 3.302 | 1.200 | 24.05 |
33,82 | 4.310 | 1.250 | 28,86 |
39,68 | 5.259 | 1.300 | 33.3 |
45,26 | 6.229 | 1.350 | 37,42 |
50,50 | 7.208 | 1.400 | 41,23 |
55,45 | 8.198 | 1.450 | 44,79 |
60.17 | 9.202 | 1.500 | 48.11 |
64,71 | 10.23 | 1.550 | 51,21 |
69.09 | 11.27 | 1.600 | 54.12 |
73,37 | 12.43 | 1.650 | 56,85 |
77,63 | 13.46 | 1.700 | 59,43 |
82.09 | 14,65 | 1.750 | 61,85 |
87,69 | 16.09 | 1.800 | 64,14 |
88,65 | 1,8125 | 65 | |
90,60 | 1,8239 | 65,5 | |
93,19 | 1.8354 | 66 | |
94,00 | 1.8381 | ||
96,00 | 1.8427 | ||
98,00 | 1.8437 | ||
100 | 1.8391 |
Producție
Acidul sulfuric este produs industrial direct din sulf conform următoarelor etape:
- sulful este ars, producând dioxid de sulf
reacția este puternic exotermă și cu cantități stoichiometrice ar duce la T = 1600 ° C; apoi se lucrează cu exces de aer într-un arzător; temperatura ajunge la aproximativ 600 ° C.
- SO 2 este oxidat și transformat în anhidridă sulfurică , în prezența unui adecvat catalizator (în acest caz , pentaoxid de vanadiu ); reacția este încă exotermă, deci dezavantajată de temperaturile ridicate; va fi apoi necesar să se efectueze răcirea intermediară în reactor, urmând un profil de temperatură în scădere pe măsură ce reacția progresează; reacția are loc cu o scădere a aluniților și, prin urmare, ar fi favorizată de presiuni ridicate; cu toate acestea, se observă că chiar și o creștere substanțială a presiunii procesului nu corespunde unui beneficiu ridicat în termeni de randament (94% ad 1 bar , 99% a 10 bari ); prin urmare, este de preferat să nu împingeți prea mult condițiile de reacție.
- în cele din urmă, anhidrida sulfurică este hidratată în acid sulfuric prin absorbție în acid sulfuric concentrat (se produce oleum) și apoi prin contact cu apa; reacția este încă exotermă și duce la formarea de ceați, care trebuie filtrate; acidul sulfuric produs (98%) este apoi trimis spre absorbție.
Uneori se adaugă 30% anhidridă sulfurică la acidul sulfuric, obținându-se un acid extrem de concentrat, numit acid disulfuric, fumurând acid sulfuric sau oleum, cu formula H 2 S 2 O 7 .
Când se adaugă cu apă, oleum revine la acid sulfuric cu o reacție puternic exotermă:
Siguranță
Pericole în laborator
Proprietățile corozive ale acidului sulfuric sunt accentuate de reacția sa violentă de disociere exotermă în apă. Arsurile cauzate de acidul sulfuric sunt potențial mai periculoase decât oricare alt acid puternic (de exemplu acidul clorhidric ) și la acest pericol trebuie adăugat și cel al deshidratării pielii din cauza căldurii de disociere. Pericolul este mai mare în cazul soluțiilor cu concentrație mai mare, dar trebuie amintit că acidul sulfuric pentru utilizare în laborator (1 M , 10%) poate provoca daune grave dacă rămâne în contact cu pielea pentru o perioadă suficientă de timp. Soluțiile peste 1,5M pot fi etichetate ca corozive , în timp ce cele sub 0,5M pot fi considerate iritante .
Folosirea fumului acidului sulfuric (oleum) nu este recomandată în medii aglomerate, cum ar fi în școli, din cauza pericolului său ridicat. Primul tratament pentru contactele cu orice acid este aplicarea bicarbonatului de sodiu pentru neutralizarea acidului (turnarea imediată a apei pe acid ar crește dramatic căldura generată) apoi spălarea zonei afectate cu cantități mari de apă: această operație trebuie continuată pentru cel puțin 10 sau 15 minute, pentru a răci țesuturile și a preveni arsurile datorate căldurii generate. Orice îmbrăcăminte contaminată trebuie îndepărtată imediat.
Diluarea acidului sulfuric poate fi la fel de periculoasă: în acest sens ar putea fi util să ne amintim că ar trebui să turnați întotdeauna acidul în apă, nu invers. Adăugarea de apă la acid poate provoca stropiri periculoase și dispersarea aerosolilor de acid sulfuric, care inhalați în cantități excesive pot avea consecințe negative asupra organismului. Pentru a evita astfel de incidente este util să rețineți expresia „nu dați acidului de băut” .
Uneori, mecanismele de răcire sunt utilizate în diluarea unor cantități mari de acid sulfuric, deoarece acest proces poate duce la fierberea necontrolată a soluției în sine.
Pericole industriale
Deși acidul sulfuric nu este inflamabil, contactul cu unele metale duce la eliberarea unor cantități mari de hidrogen . Dispersia vaporilor de trioxid de sulf este un pericol suplimentar de incendiu care afectează acest acid.
Acidul sulfuric corodează țesuturile și vaporii acestuia provoacă iritații severe la nivelul ochilor , căilor respiratorii și mucoaselor ; în cantități mari există și riscul unui edem pulmonar violent, cu afectarea plămânilor . La concentrații scăzute, simptomele expunerii cronice sunt coroziunea dentară și posibile leziuni ale căilor respiratorii . În Statele Unite , concentrația maximă de vapori de acid sulfuric în zonele frecventate este de 1 mg / m 3 , iar în alte țări se aplică limite foarte similare.
Au fost raportate cazuri de ingestie de acid sulfuric, în care a fost documentată o deficiență a vitaminei B2 și, în ceea ce privește nervii optici , deteriorarea axonilor .
Notă
- ^ foaie informativă cu acid sulfuric pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Internet Archive .
- ^ Pierre Joseph Macquer, Andrew Reid, Elements of the theory and practice of chimymistry, Volumul 1 , Londra, Millar și Nourse, 1758, p. 227.
Elemente conexe
- Oleum
- Acid peroximonosulfuric
- Acid peroxidisulfuric
- Acid tiosulfuric
- Trioxid de sulf
- Dioxid de sulf
- Procesul camerei de plumb
Alte proiecte
- Wikibooks conține texte sau manuale despre acid sulfuric
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre acid sulfuric
linkuri externe
- ( EN ) Acid sulfuric , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Controlul autorității | Thesaurus BNCF 31213 · LCCN (RO) sh85130391 · GND (DE) 4180424-7 · BNF (FR) cb12390469w (data) · NDL (RO, JA) 00569903 |
---|