في التكنولوجيا، يسمى حمض الكبريتيك خليطه مع كل من الماء وأنهيدريد الكبريتيك SO3. إذا كانت النسبة المولية SO3:H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1- محلول SO3 في حامض الكبريتيك (الزيتون).

1 عنوان
2 المادية و الخصائص الفيزيائية والكيميائية
- 2.1 أوليوم
3 الخصائص الكيميائية
4 التطبيق
5 التأثير السام
6 معلومات تاريخية
7 معلومات إضافية
8 تحضير حامض الكبريتيك
- 8.1 الطريقة الأولى
- 8.2 الطريقة الثانية
9 معايير
10 ملاحظات
11 الأدب
12 وصلة

اسم

في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، تم إنتاج الكبريت للبارود من بيريت الكبريت (البيريت) في مصانع الزاج. كان يُطلق على حمض الكبريتيك في ذلك الوقت اسم "زيت الزاج" (كقاعدة عامة، كان عبارة عن هيدرات بلورية ذات قوام يشبه الزيت)، ومن الواضح أن أصل اسم أملاحه (أو بالأحرى هيدرات بلورية) - الزاج .

الخصائص الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية

جداً حمض قوي، عند 18 درجة مئوية pKa (1) = −2.8، pKa (2) = 1.92 (K₂ 1.2 10−2)؛ أطوال الروابط في الجزيء S=O 0.143 نانومتر، S-OH 0.154 نانومتر، زاوية HOSOH 104°، OSO 119°؛ يغلي، ويشكل خليط أزيوتروبي (98.3% H2SO4 و1.7% H2O مع نقطة غليان 338.8 درجة مئوية). حمض الكبريتيك، الموافق لمحتوى H2SO4 بنسبة 100%، له التركيبة (%): H2SO4 99.5، HSO4− - 0.18، H3SO4+ - 0.14، H3O+ - 0.09، H2S2O7 - 0.04، HS2O7⁻ - 0 .05. يمتزج مع الماء وSO3 بجميع النسب. في المحاليل المائية، يتفكك حمض الكبريتيك بشكل كامل تقريبًا إلى H3O+ وHSO3+ و2HSO₄−. يشكل هيدرات H2SO4 nH2O، حيث n = 1، 2، 3، 4 و6.5.

أوليوم

المقال الرئيسي: أوليوم

تسمى محاليل أنهيدريد الكبريتيك SO3 في حامض الكبريتيك بالزيت، وهي تشكل مركبين H2SO4 SO3 وH2SO4 2SO3.

يحتوي الزيت أيضًا على أحماض البيروكبرتيك التي يتم الحصول عليها عن طريق التفاعلات:

نقطة الغليان المحاليل المائيةويزداد حمض الكبريتيك مع زيادة تركيزه ويصل إلى الحد الأقصى عند محتوى 98.3% H2SO4.

خواص المحاليل المائية لحمض الكبريتيك والزيت

المحتوى٪ بالوزن		الكثافة عند 20 درجة مئوية، جم/سم3	نقطة الانصهار، ℃	نقطة الغليان، ℃
H2SO4	SO3 (مجاني)	الكثافة عند 20 درجة مئوية، جم/سم3	نقطة الانصهار، ℃	نقطة الغليان، ℃
10	-	1,0661	−5,5	102,0
20	-	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	20	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

تنخفض درجة غليان الزيت مع زيادة محتوى ثاني أكسيد الكبريت (SO3). مع زيادة تركيز المحاليل المائية لحمض الكبريتيك، يقل ضغط البخار الإجمالي فوق المحاليل ويصل إلى الحد الأدنى عند محتوى 98.3٪ H2SO4. ومع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكبريت في الزيت، يزداد ضغط البخار الإجمالي فوقه. يمكن حساب ضغط البخار فوق المحاليل المائية لحمض الكبريتيك والزيت باستخدام المعادلة:

قيم المعاملات A وتعتمد على تركيز حامض الكبريتيك. يتكون البخار فوق المحاليل المائية لحمض الكبريتيك من خليط من بخار الماء H2SO4 وSO3، ويختلف تركيب البخار عن تركيب السائل عند جميع تراكيز حامض الكبريتيك، باستثناء الخليط الأزيوتروبي المقابل.

مع زيادة درجة الحرارة، يزيد التفكك:

معادلة الاعتماد على درجة الحرارة لثابت التوازن:

عند الضغط الطبيعي، درجة التفكك: 10⁻⁵ (373 كلفن)، 2.5 (473 كلفن)، 27.1 (573 كلفن)، 69.1 (673 كلفن).

يمكن تحديد كثافة حمض الكبريتيك 100% بالمعادلة:

مع زيادة تركيز محاليل حامض الكبريتيك، تنخفض قدرتها الحرارية وتصل إلى الحد الأدنى لحمض الكبريتيك 100٪ وتزداد السعة الحرارية للزيت مع زيادة محتوى ثاني أكسيد الكبريت.

مع زيادة التركيز وانخفاض درجة الحرارة، تنخفض الموصلية الحرارية:

حيث C هو تركيز حمض الكبريتيك، في المئة.

يمتلك Oleum H2SO4·SO3 أقصى لزوجة مع زيادة درجة الحرارة، حيث تنخفض η. تكون المقاومة الكهربائية لحمض الكبريتيك في الحد الأدنى عند تركيزات SO3 و92% H2SO4 والحد الأقصى عند تركيزات 84 و99.8% H2SO4. بالنسبة للزيت، يكون الحد الأدنى ρ بتركيز 10% SO3. مع زيادة درجة الحرارة، يزيد ρ حمض الكبريتيك. ثابت العزل الكهربائي لحمض الكبريتيك 100% 101 (298.15 كلفن)، 122 (281.15 كلفن)؛ ثابت التبريد 6.12، ثابت التنظير 5.33؛ يختلف معامل انتشار بخار حامض الكبريتيك في الهواء حسب درجة الحرارة؛ د = 1.67·10⁻⁵T3/2 سم²/ث.

الخصائص الكيميائية

حمض الكبريتيك في شكل مركز عند تسخينه هو عامل مؤكسد قوي إلى حد ما؛ يؤكسد HI وجزئيًا HBr لتحرير الهالوجينات، والكربون إلى ثاني أكسيد الكربون، والكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت، ويؤكسد العديد من المعادن (النحاس والزئبق، باستثناء الذهب والبلاتين). وفي هذه الحالة يتم اختزال حمض الكبريتيك المركز إلى ثاني أكسيد الكبريت، على سبيل المثال:

تعمل أقوى عوامل الاختزال على اختزال حمض الكبريتيك المركز إلى S وH2S. يمتص حامض الكبريتيك المركز بخار الماء، لذلك يستخدم في تجفيف الغازات والسوائل المواد الصلبةعلى سبيل المثال، في المجففات. ومع ذلك، يتم اختزال H2SO4 المركز جزئيًا بواسطة الهيدروجين، ولهذا السبب لا يمكن استخدامه للتجفيف. من خلال فصل الماء عن المركبات العضوية وترك الكربون الأسود (الفحم)، يؤدي حمض الكبريتيك المركز إلى تفحم الخشب والسكر والمواد الأخرى.

يتفاعل H2SO4 المخفف مع جميع المعادن الموجودة فيه سلسلة كهروكيميائيةالفولتية على يسار الهيدروجين مع إطلاقه، على سبيل المثال:

الخصائص المؤكسدة لـ H2SO4 المخفف غير معهود. يشكل حمض الكبريتيك سلسلتين من الأملاح: متوسطة - كبريتات وحمضية - كبريتات، وكذلك استرات. من المعروف أن أحماض البيروكسومونوسلفوريك (أو حمض الكارو) H2SO5 وأحماض البيروكسوديكبريتية H2S2O8 معروفة.

يتفاعل حمض الكبريتيك أيضًا مع أكاسيد أساسيةتشكيل الكبريتات والماء:

في مصانع تشغيل المعادن، يتم استخدام محلول حمض الكبريتيك لإزالة طبقة من أكسيد المعدن من سطح المنتجات المعدنية التي تتعرض لحرارة عالية أثناء عملية التصنيع. وهكذا، تتم إزالة أكسيد الحديد من سطح صفائح الحديد عن طريق عمل محلول ساخن من حمض الكبريتيك:

من التفاعلات النوعية لحمض الكبريتيك وأملاحه القابلة للذوبان هو تفاعلها مع أملاح الباريوم القابلة للذوبان مما يؤدي إلى تكوين راسب أبيض من كبريتات الباريوم غير قابل للذوبان في الماء والأحماض، على سبيل المثال:

طلب

يستخدم حمض الكبريتيك:

في معالجة الخام، وخاصة في استخراج العناصر النادرة، بما في ذلك. اليورانيوم، الإيريديوم، الزركونيوم، الأوسيميوم، وما إلى ذلك؛
في إنتاج الأسمدة المعدنية.
كإلكتروليت في بطاريات الرصاص.
للحصول على الأحماض والأملاح المعدنية المختلفة.
في إنتاج الألياف الكيماوية والأصباغ وتشكيل الدخان و المتفجرات;
في النفط، وتشغيل المعادن، والنسيج، والجلود وغيرها من الصناعات؛
V صناعة المواد الغذائية- مسجل كمضاف غذائي E513(مستحلب)؛
في التخليق العضوي الصناعي في التفاعلات:
- الجفاف (إنتاج ثنائي إيثيل الأثير والاسترات)؛
- الترطيب (الإيثانول من الإيثيلين)؛
- السلفنة (المنظفات الاصطناعية والمواد الوسيطة في إنتاج الأصباغ) ؛
- الألكلة (إنتاج الإيزوأوكتان، البولي إيثيلين جلايكول، الكابرولاكتام)، إلخ.
- لاستعادة الراتنجات في المرشحات في إنتاج الماء المقطر.

الإنتاج العالمي من حمض الكبريتيك هو تقريبا. 160 مليون طن سنويا. أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية. تستهلك أسمدة الفوسفور P₂O₅ كتلة أكبر بمقدار 2.2-3.4 مرة من حمض الكبريتيك، ويستهلك حمض الكبريتيك (NH₄)₂SO₄ 75% من كتلة (NH₄)₂SO₄ المستهلكة. ولذلك يتجهون إلى بناء مصانع حامض الكبريتيك بالتزامن مع مصانع إنتاج الأسمدة المعدنية.

تأثير سام

حمض الكبريتيك والزيت من المواد المسببة للتآكل للغاية. تؤثر على الجلد والأغشية المخاطية والجهاز التنفسي (تسبب حروقًا كيميائية). عند استنشاق أبخرة هذه المواد، فإنها تسبب صعوبة في التنفس، والسعال، وغالباً التهاب الحنجرة، والتهاب القصبات الهوائية، والتهاب الشعب الهوائية، وما إلى ذلك. الحد الأقصى المسموح به لتركيز هباء حامض الكبريتيك في هواء منطقة العمل هو 1.0 ملغم / م 3، وفي الهواء الجوي 0.3 مجم/م3 (الحد الأقصى لمرة واحدة) و0.1 مجم/م3 (المتوسط يوميًا). يبلغ التركيز الضار لبخار حمض الكبريتيك 0.008 ملجم/لتر (التعرض لمدة 60 دقيقة)، والقاتل 0.18 ملجم/لتر (60 دقيقة). فئة الخطر الثانية. يمكن أن يتشكل هباء حمض الكبريتيك في الغلاف الجوي نتيجة للانبعاثات الصادرة عن الصناعات الكيميائية والمعدنية التي تحتوي على أكاسيد S ويسقط على شكل أمطار حمضية.

معلومات تاريخية

حمض الكبريتيك معروف منذ العصور القديمة، ويتواجد في الطبيعة بشكل حر، على سبيل المثال، على شكل بحيرات بالقرب من البراكين. ولعل أول ذكر للغازات الحمضية الناتجة عن تكليس الشب أو كبريتات الحديد لـ”الحجر الأخضر” موجود في كتابات منسوبة إلى الكيميائي العربي جابر بن حيان.

في القرن التاسع، قام الكيميائي الفارسي الرازي، بتكليس خليط من كبريتات الحديد والنحاس (FeSO4 7H2O وCuSO4 5H2O)، بالحصول على محلول حمض الكبريتيك. تم تحسين هذه الطريقة من قبل الكيميائي الأوروبي ألبرت ماغنوس، الذي عاش في القرن الثالث عشر.

مخطط لإنتاج حامض الكبريتيك من كبريتات الحديدوز – التحلل الحراري لكبريتات الحديد (II) متبوعاً بتبريد الخليط

دالتون, جزيء حمض الكبريتيك

2FeSO4+7H2O →Fe2O3+SO2+H2O+O2
SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4

تصف أعمال الكيميائي فالنتين (القرن الثالث عشر) طريقة لإنتاج حمض الكبريتيك عن طريق امتصاص الغاز (أنهيدريد الكبريتيك) المنطلق عن طريق حرق خليط من مساحيق الكبريت والنترات مع الماء. بعد ذلك، شكلت هذه الطريقة أساس ما يسمى. طريقة "الغرفة"، تتم في غرف صغيرة مبطنة بالرصاص، والتي لا تذوب في حامض الكبريتيك. في الاتحاد السوفياتي، كانت هذه الطريقة موجودة حتى عام 1955.

عرف الكيميائيون في القرن الخامس عشر أيضًا طريقة لإنتاج حمض الكبريتيك من البيريت - بيريت الكبريت، وهي مادة خام أرخص وأكثر شيوعًا من الكبريت. ويتم إنتاج حمض الكبريتيك بهذه الطريقة منذ 300 عام، بكميات صغيرة في معوجات زجاجية. بعد ذلك، فيما يتعلق بتطوير الحفز، حلت هذه الطريقة محل طريقة الغرفة لتخليق حمض الكبريتيك. حاليًا، يتم إنتاج حمض الكبريتيك عن طريق الأكسدة الحفزية (على V2O5) لأكسيد الكبريت (IV) إلى أكسيد الكبريت (VI)، ومن ثم إذابة أكسيد الكبريت (VI) في 70% من حمض الكبريتيك لتكوين الزيت.

في روسيا، تم تنظيم إنتاج حمض الكبريتيك لأول مرة في عام 1805 بالقرب من موسكو في منطقة زفينيجورود. في عام 1913، احتلت روسيا المرتبة 13 في العالم في إنتاج حامض الكبريتيك.

مزيد من المعلومات

يمكن أن تتشكل قطرات صغيرة من حمض الكبريتيك في الطبقات الوسطى والعليا من الغلاف الجوي نتيجة تفاعل بخار الماء مع الرماد البركاني المحتوي على كميات كبيرة من الكبريت. التعليق الناتج، بسبب البياض العالي لسحب حمض الكبريتيك، يجعل من الصعب وصول ضوء الشمس إلى سطح الكوكب. ولذلك (وأيضا نتيجة لكثرة عدد الجزيئات الصغيرة من الرماد البركاني في الغلاف الجوي العلوي، والتي تعيق أيضا الوصول إلى ضوء الشمسإلى الكوكب) بعد الانفجارات البركانية القوية بشكل خاص، يمكن أن تحدث تغيرات مناخية كبيرة. على سبيل المثال، نتيجة لثوران بركان كسوداخ (شبه جزيرة كامتشاتكا، 1907)، بقي تركيز متزايد من الغبار في الغلاف الجوي لمدة عامين تقريبًا، ولوحظت سحب حمض الكبريتيك المميزة المميزة حتى في باريس. أدى انفجار جبل بيناتوبو في عام 1991، والذي أطلق 3107 أطنان من الكبريت في الغلاف الجوي، إلى أن يكون عامي 1992 و1993 أكثر برودة بكثير من عامي 1991 و1994.

تحضير حمض الكبريتيك

المقال الرئيسي: إنتاج حمض الكبريتيك

الطريقة الأولى

الطريقة الثانية

في تلك الحالات النادرة عندما يحل كبريتيد الهيدروجين (H2S) محل الكبريت (SO4-) من الملح (مع معادن Cu وAg وPb وHg)، يكون المنتج الثانوي هو حمض الكبريتيك

وتتمتع كبريتيدات هذه المعادن بأعلى قوة، فضلاً عن لونها الأسود المميز.

المعايير

حمض الكبريتيك التقني GOST 2184-77
بطارية حمض الكبريتيك. تحديدغوست 667-73
حمض الكبريتيك ذو نقاء خاص. المواصفات الفنية GOST 1422-78
الكواشف. حمض الكبريتيك. المواصفات الفنية GOST 4204-77

ملحوظات

Ushakova N. N.، Figurnovsky N. A. Vasily Mikhailovich Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. شافرانوفسكي. م: ناوكا، 1981. ص59.
1 2 3 خوداكوف يو.في.، إبشتين د.أ.، غلوريوزوف ب.أ. § 91. الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك // الكيمياء غير العضوية: كتاب مدرسي للصفوف 7-8 مدرسة ثانوية. - الطبعة 18. - م: التربية، 1987. - ص209-211. - 240 ثانية. - 1,630,000 نسخة.
خوداكوف يو.في.، إبشتين د.أ.، غلوريوزوف ب.أ. § 92. رد فعل نوعيعن حامض الكبريتيك وأملاحه // الكيمياء غير العضوية: كتاب مدرسي للصفوف 7-8 من المدرسة الثانوية. - الطبعة الثامنة عشرة. - م: التربية، 1987. - ص212. - 240 ص. - 1,630,000 نسخة.
وكان المدير الفني لمسرح البولشوي سيرجي فيلين قد تعرض لرش حمض الكبريتيك على وجهه
ابستين، 1979، ص. 40
إبستين، 1979، ص. 41
انظر مقال "البراكين والمناخ" (بالروسية)
الأرخبيل الروسي - هل تتحمل البشرية المسؤولية عن تغير المناخ العالمي؟ (الروسية)

الأدب

دليل حمض الكبريتيك، أد. K. M. مالينا، الطبعة الثانية، م.، 1971
إبشتين د.أ.جنرال التكنولوجيا الكيميائية. - م: الكيمياء 1979. - 312 ص.

روابط

مقال “حمض الكبريتيك” (الموسوعة الكيميائية)
قيمة الكثافة ودرجة الحموضة لحمض الكبريتيك عند t = 20 درجة مئوية

الكبريتات

الألومنيوم (KAl(SO4)2 · 12H2O) كبريتات الألومنيوم الأمونيوم ((NH4)Al(SO4)2) كبريتات حديد الأمونيوم (NH4Fe(SO4)2) كبريتات حديد الأمونيوم (II) (22) كبريتات حديد الأمونيوم (III) (NH4Fe( SO4)2) كبريتات الأمونيوم السيريوم (IV) ((NH4)4Ce(SO4)4) كبريتات المغنيسيوم سباعي هيدرات (MgSO4) كبريتات هيدروجين الأمونيوم ((NH4)HSO4) كبريتات هيدروجين البوتاسيوم (KHSO4) كبريتات هيدروجين الصوديوم (NaHSO4) ثاني كبريتات البوتاسيوم ( K2S2O7) ثاني كبريتات الصوديوم (Na2S2O7) كبريتات الحديد (III) الأساسية ((OH)2) الشب الزاج كبريتات أكسيد التيتانيوم (TiOSO4) الأوليوم (H2SO4 xSO3) حمض البيروكبريت (H2S2O7) (H2SO4) أملاح توتون كبريتات الأكتينيوم (III) ( Ac2( SO4)3) كبريتات الألومنيوم (Al2(SO4)3) كبريتات الألومنيوم الصوديوم (NaAl(SO4)2) كبريتات الأمونيوم ((NH4)2SO4) كبريتات الباريوم (BaSO4) كبريتات البيريليوم (BeSO4) كبريتات الفاناديل (VOSO4) كبريتات الفاناديوم (III) ) (V2(SO4)3) كبريتات البزموت (Bi2(SO4)3) كبريتات هيدروكسي الأمونيوم ((NH3OH)2SO4) كبريتات الحديد (II) (FeSO4) كبريتات الحديد (III) (Fe2 (SO4) 3) كبريتات الإنديوم (III) ) (In2(SO4)3) كبريتات الإيريديوم (III) (Ir2(SO4)3) كبريتات الكادميوم (CdSO4) كبريتات البوتاسيوم (K2SO4) كبريتات الكالسيوم (CaSO4) كبريتات الكوبالت (II) (CoSO4) كبريتات الكوبالت (III) (Co2) (SO4)3) كبريتات الليثيوم (Li2SO4) كبريتات المغنيسيوم (MgSO4) كبريتات المنغنيز (II) (MnSO4) كبريتات المنغنيز (III) (Mn2(SO4)3) كبريتات النحاس (I) (Cu2SO4) كبريتات النحاس (II) (CuSO4) ) كبريتات الصوديوم (Na2SO4) كبريتات النيكل (II) (NiSO4) كبريتات القصدير (II) (SnSO4) كبريتات البراسيوديميوم (Pr2(SO4)3) كبريتات الزئبق (I) (Hg2SO4) كبريتات الزئبق (II) (HgSO4) كبريتات الرصاص( II) (PbSO4) كبريتات الفضة (Ag2SO4) كبريتات السترونتيوم (SrSO4) كبريتات الأنتيمون (Sb2(SO4)3) كبريتات الثاليوم (I) (Tl2SO4) كبريتات الثاليوم (III) (Tl2(SO4)3) كبريتات النحاس رباعي الأمين (II) ( النحاس (NH3)4SO4) كبريتات التيتانيوم (III) (Ti2(SO4)3) كبريتات التيتانيوم (IV) (Ti(SO4)2) كبريتات اليورانيوم (U(SO4)2) كبريتات اليورانيل (UO2SO4) كبريتات الكروم (III) (Cr2(SO4)3) الكروم (III) - كبريتات البوتاسيوم (KCr(SO4)2) كبريتات السيزيوم (Cs2SO4) كبريتات السيريوم (IV) (Ce(SO4)2) كبريتات الزنك (ZnSO4) كبريتات الزركونيوم (Zr(SO4) 2 )

حمض الكبريتيك، حمض الكبريتيك ويكيبيديا، التحلل المائي لحمض الكبريتيك، حمض الكبريتيك تأثيره 1، فئة خطر حمض الكبريتيك، شراء حمض الكبريتيك في أوكرانيا، تطبيق حمض الكبريتيك، تآكل حمض الكبريتيك، حمض الكبريتيك مع الماء، صيغة حمض الكبريتيك

معلومات عن حمض الكبريتيك

الأحماض هي المركبات الكيميائية، وتتكون من ذرات الهيدروجين وبقايا حمضية، مثلاً SO4، SO3، PO4 وغيرها، وهي غير عضوية وعضوية. الأول يشمل حمض الهيدروكلوريك والفوسفوريك والكبريتيد والنيتريك وحمض الكبريتيك. والثاني يشمل حمض الأسيتيك، وحمض البالمتيك، وحمض الفورميك، وحامض دهني، وما إلى ذلك.

ما هو حمض الكبريتيك

يتكون هذا الحمض من ذرتي هيدروجين والبقايا الحمضية SO4. له الصيغة H2SO4.

يشير حمض الكبريتيك أو كما يطلق عليه أيضًا الكبريتات إلى أحماض ديباسيك غير عضوية تحتوي على الأكسجين. تعتبر هذه المادة من أكثر المواد عدوانية ونشاطًا كيميائيًا. في معظم التفاعلات الكيميائية يعمل كعامل مؤكسد. يمكن استخدام هذا الحمض بشكل مركز أو مخفف، وفي هذه الحالة يكون له خصائص كيميائية مختلفة قليلاً.

الخصائص الفيزيائية

حمض الكبريتيك في الظروف العاديةله حالة سائلة، تبلغ درجة غليانه حوالي 279.6 درجة مئوية، ونقطة التجمد عندما يتحول إلى بلورات صلبة تبلغ حوالي -10 درجات لمائة في المائة، وحوالي -20 لـ 95 في المائة.

حمض الكبريتات النقي 100% هو مادة سائلة زيتية عديمة اللون والرائحة، تبلغ كثافتها ضعف كثافة الماء تقريبًا - 1840 كجم/م3.

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتات

يتفاعل حمض الكبريتيك مع المعادن وأكاسيدها وهيدروكسيداتها وأملاحها. يمكن أن يتصرف بشكل مختلف عند تخفيفه بالماء بنسب مختلفة، لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائص المحاليل المركزة والضعيفة لحمض الكبريتيك بشكل منفصل.

محلول حمض الكبريتيك المركز

يعتبر المحلول الذي يحتوي على 90 بالمائة على الأقل من حمض الكبريتات مركزًا. مثل هذا المحلول من حامض الكبريتيك قادر على التفاعل حتى مع القليل المعادن النشطةوكذلك مع اللافلزات والهيدروكسيدات والأكاسيد والأملاح. تشبه خصائص هذا المحلول من حمض الكبريتات خصائص حمض النترات المركز.

التفاعل مع المعادن

أثناء التفاعل الكيميائي لمحلول حمض الكبريتات المركز مع المعادن الموجودة على يمين الهيدروجين في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن (أي مع عدم وجود أكثرها نشاطًا) تتشكل المواد التالية: كبريتات المعدن التي بها يحدث التفاعل، الماء وثاني أكسيد الكبريت. المعادن، نتيجة للتفاعل الذي تتشكل فيه المواد المدرجة، تشمل النحاس (كبروم)، الزئبق، البزموت، الفضة (الأرجنتوم)، البلاتين والذهب (أوروم).

التفاعل مع المعادن غير النشطة

مع المعادن التي تقع على يسار الهيدروجين في سلسلة الجهد، يتصرف حمض الكبريتيك المركز بشكل مختلف قليلاً. ونتيجة لهذا التفاعل الكيميائي تتشكل المواد التالية: كبريتات معدن معين، كبريتيد الهيدروجين أو الكبريت النقي والماء. المعادن التي يحدث معها تفاعل مماثل تشمل أيضًا الحديد (السيرووم) والمغنيسيوم والمنغنيز والبريليوم والليثيوم والباريوم والكالسيوم وجميع المعادن الأخرى الموجودة في سلسلة الجهد على يسار الهيدروجين، باستثناء الألومنيوم والكروم والنيكل والتيتانيوم - معهم لا يتفاعل حمض الكبريتات المركز.

التفاعل مع غير المعادن

تعتبر هذه المادة عامل مؤكسد قوي، لذلك فهي قادرة على المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال الكيميائية مع اللافلزات، مثل، على سبيل المثال، الكربون (الكربون) والكبريت. نتيجة لمثل هذه التفاعلات، يتم إطلاق الماء بالضرورة. عند إضافة هذه المادة إلى الكربون، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت أيضًا. وإذا أضفت حمضًا إلى الكبريت، فلن تحصل إلا على ثاني أكسيد الكبريت والماء. في مثل هذا التفاعل الكيميائي، يلعب حمض الكبريتات دور عامل مؤكسد.

التفاعل مع المواد العضوية

من بين تفاعلات حامض الكبريتيك مع المواد العضوية يمكن تمييز التفحم. وتحدث هذه العملية عندما تصطدم هذه المادة بالورق والسكر والألياف والخشب وغيرها. وفي هذه الحالة يتم إطلاق الكربون في كل الأحوال. يمكن للكربون المتكون أثناء التفاعل أن يتفاعل جزئيًا مع حمض الكبريتيك إذا كان زائدًا. تظهر الصورة تفاعل السكر مع محلول حامض الكبريتات ذو التركيز المتوسط.

ردود الفعل مع الأملاح

كما يتفاعل المحلول المركز من H2SO4 مع الأملاح الجافة. وفي هذه الحالة يحدث تفاعل تبادل قياسي، حيث تتشكل كبريتات المعدن التي كانت موجودة في بنية الملح والحمض مع البقايا التي كانت في الملح. ومع ذلك، حمض الكبريتيك المركز لا يتفاعل مع المحاليل الملحية.

التفاعل مع المواد الأخرى

أيضًا ، يمكن لهذه المادة أن تتفاعل مع أكاسيد المعادن وهيدروكسيداتها ، وفي هذه الحالات تحدث تفاعلات تبادلية ، في الحالة الأولى يتم إطلاق كبريتات المعدن والماء ، وفي الثانية - نفس الشيء.

الخواص الكيميائية لمحلول ضعيف من حامض الكبريتات

يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع العديد من المواد وله نفس خصائص جميع الأحماض. وهو، على عكس المعدن المركز، يتفاعل فقط مع المعادن النشطة، أي تلك الموجودة على يسار الهيدروجين في سلسلة الجهد. في هذه الحالة، يحدث نفس رد الفعل الاستبدال كما هو الحال في أي حمض. هذا يطلق الهيدروجين. أيضًا، يتفاعل هذا المحلول الحمضي مع المحاليل الملحية، مما يؤدي إلى تفاعل التبادل، الذي تمت مناقشته بالفعل أعلاه، مع الأكاسيد - مثل الأكاسيد المركزة، مع الهيدروكسيدات - أيضًا نفس الشيء. بالإضافة إلى الكبريتات العادية، هناك أيضًا هيدروكبريتات، وهي نتاج تفاعل الهيدروكسيد وحمض الكبريتيك.

كيفية معرفة ما إذا كان المحلول يحتوي على حمض الكبريتيك أو الكبريتات

لتحديد ما إذا كانت هذه المواد موجودة في الحل، يتم استخدام رد فعل نوعي خاص لأيونات الكبريتات، مما يجعل من الممكن معرفة ذلك. يتكون من إضافة الباريوم أو مركباته إلى المحلول. وهذا قد يؤدي إلى هطول الأمطار أبيض(كبريتات الباريوم) مما يدل على وجود الكبريتات أو حمض الكبريتيك.

كيف يتم إنتاج حمض الكبريتيك؟

الطريقة الأكثر شيوعا الإنتاج الصناعييتم استخراج هذه المادة من بيريت الحديد. تتم هذه العملية على ثلاث مراحل، في كل منها معينة تفاعل كيميائي. دعونا ننظر إليهم. أولاً، يتم إضافة الأكسجين إلى البيريت، مما يؤدي إلى تكوين أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت، والذي يستخدم لمزيد من التفاعلات. يحدث هذا التفاعل عند درجة حرارة عالية. وتأتي بعد ذلك المرحلة التي يتم فيها الحصول على ثالث أكسيد الكبريت بإضافة الأكسجين في وجود عامل محفز وهو أكسيد الفاناديوم. الآن، في المرحلة الأخيرة، يتم إضافة الماء إلى المادة الناتجة، ويتم الحصول على حمض الكبريتات. هذه هي العملية الأكثر شيوعًا للاستخلاص الصناعي لحمض الكبريتات، ويتم استخدامها في أغلب الأحيان لأن البيريت هو المادة الخام الأكثر سهولة في الوصول إليها والمناسبة لتخليق المادة الموضحة في هذه المقالة. يتم استخدام حمض الكبريتيك الذي يتم الحصول عليه من خلال هذه العملية في مختلف مجالات الصناعة - سواء في المجال الكيميائي أو في العديد من المجالات الأخرى، على سبيل المثال، في تكرير النفط، وتجهيز الخام، وما إلى ذلك. وغالبًا ما يتم توفير استخدامه أيضًا في تكنولوجيا إنتاج العديد من المنتجات. ألياف صناعية .

حمض مركز، احتياطات السلامة عند العمل.

حمض الكبريتيك. الخصائص الفيزيائية والكيميائية.

الخصائص الفيزيائية: حمض الكبريتيك اللامائي هو سائل زيتي عديم اللون يتبلور عند درجة حرارة 10.5 درجة مئوية. وهو قابل للامتزاج مع الماء بأي نسبة. عند ذوبانه في الماء، يتم إطلاق كمية كبيرة منه

الدفء. في هذه الحالة، يتم تشكيل هيدرات حمض الكبريتيك.

لأن ويصاحب ذوبان H2SO4 في الماء إطلاق كمية كبيرة من الحرارة؛ ويجب تنفيذ هذه العملية بحذر شديد. لتجنب تناثر الطبقة السطحية الساخنة من المحلول، يجب صب حمض الكبريتيك في الماء.

يمتص حامض الكبريتيك المركز الرطوبة بقوة ولذلك يستخدم لتجفيف الغازات.

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك.

وهو حمض ديباسيك.

الصيغة الهيكلية:

حمض الكبريتيك المركز - عامل مؤكسد نشط :

1. عند تسخينه، فإنه يتأكسد معظم المعادن، بما في ذلك النحاس والفضة والزئبق. اعتمادا على نشاط المعدن، يمكن أن تكون منتجات الاختزال: ق 0 , SO 2 , ح 2 ق، ولكن في كثير من الأحيان حتى ثاني أكسيد الكبريت.

على سبيل المثال: عند تفاعله مع النحاس وغيره من المعادن منخفضة النشاط عند التسخين يتشكل SO 2.

Cu + 2 H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

مؤكسد مختزل

النحاس 0 - 2ē - النحاس +2 1حسنا، أنا سعيد

SO 4 2- + 4H - +2ē - SO 2 0 +2H 2 O 1افي.الأحد موافق

في البرد، لا يتفاعل حمض الكبريتيك المركز (أعلى من 93%) مع المعادن النشطة مثل الألومنيوم والحديد والكروم.

يتم تفسير هذه الظاهرة من خلال تخميل المعادن. تستخدم هذه الميزة لحمض الكبريتيك على نطاق واسع لنقل الأخير في حاويات حديدية.

2. عند غليه فإنه يتأكسد اللافلزات مثل الكبريت والكربون :

S + 2 H 2 SO 4 = 3 SO 2 +2 H 2 O

C + 2 H 2 SO 4 = CO 2 + 2 SO 2 + 2 H 2 O

3. تأثير إزالة الماء (التفحم).

خصائص حمض الكبريتيك المخفف.

1. يغير لون المؤشر.

2. يتفاعل مع الأكاسيد الأساسية والمذبذبة:

نا 2 O + H 2 SO 4 = نا 2 SO 4 + H 2 O

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

3. مع القواعد (تفاعل التحييد):

ح 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + H 2 O

3H 2 SO 4 + 2 Al(OH) 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 6 H 2 O

4. بالأملاح :

H 2 SO 4 + Ba(NO 3) 2 = BaSO 4 ↓+ 2 HNO 3

الاستنتاجات:

1. حمض الكبريتيك اللامائي هو سائل زيتي عديم اللون يتبلور عند درجة حرارة 10.5 درجة مئوية. ويمكن خلطه بالماء بأي نسبة.

2. لأن ويصاحب ذوبان H2SO4 في الماء إطلاق كمية كبيرة من الحرارة؛ ويجب تنفيذ هذه العملية بحذر شديد. لتجنب تناثر الطبقة السطحية الساخنة من المحلول، يجب صب حمض الكبريتيك في الماء.

3. يمتص حامض الكبريتيك المركز الرطوبة بقوة ولذلك يستخدم في تجفيف الغازات.

4. حمض الكبريتيكهو حمض ديباسيك.

5. حامض الكبريتيك المركز - عامل مؤكسد نشط .

· عند تسخينه يقوم بأكسدة معظم المعادن بما فيها النحاس والفضة والزئبق. اعتمادا على نشاط المعدن، يمكن أن تكون منتجات الاختزال: ق 0 , SO 2 , ح 2 ق، ولكن في كثير من الأحيان حتى ثاني أكسيد الكبريت.

· في البرد لا يتفاعل حامض الكبريتيك المركز (أكثر من 93%) مع المعادن النشطة مثل الألومنيوم والحديد والكروم.

· عند غليه فإنه يؤكسد اللافلزات مثل الكبريت والكربون.

· عمل إزالة الماء (تفحم).

6. خصائص حمض الكبريتيك المخفف.

· تغيير لون المؤشر.

· يتفاعل مع:

· مع الأكاسيد الأساسية والمذبذبة.

· مع القواعد (تفاعل التحييد).

· بالأملاح.

الكبريتات. رد فعل نوعي لأيون الكبريتات

كاشف أيون الكبريتات هو كلوريد الباريوم.

كلوريد الباريوم BaCl2يترسب من المحاليل المخففة للكبريتات وهو راسب بلوري أبيض غير قابل للذوبان من كبريتات الباريوم:

BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2 NaCl

با 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓

رد الفعل الدوائي.

تقنية:إلى 2 قطرة من محلول كبريتات الصوديوم Na2SO4أضف محلول كلوريد الباريوم BaCl2ومراقبة هطول الأمطار.

الاستنتاجات:

1. كاشف أيون الكبريتات هو كلوريد الباريوم.

2. كلوريد الباريوم BaCl2يترسب راسب أبيض بلوري غير قابل للذوبان من كبريتات الباريوم من المحاليل المخففة للكبريتات.

حمض الكبريتيك، H2SO4، حمض ديباسيك قوي، الموافق أعلى درجةأكسدة الكبريت (+6). وفي الظروف العادية يكون سائلاً زيتيًا ثقيلًا بدون لون أو رائحة. في التكنولوجيا، يسمى حمض الكبريتيك خليطه مع كل من الماء وأنهيدريد الكبريتيك. إذا كانت النسبة المولية لـ SO3: H2O أقل من 1، فهو محلول مائي لحمض الكبريتيك؛ وإذا كانت أكبر من 1، فهو محلول SO3 في حامض الكبريتيك.

الرواسب الطبيعية للكبريت الأصلي صغيرة نسبيا. إجمالي محتوى الكبريت في قشرة الأرضهو 0.1%. يوجد الكبريت في النفط والفحم والغازات القابلة للاحتراق والمداخن. يوجد الكبريت غالبًا في الطبيعة على شكل مركبات تحتوي على الزنك والنحاس ومعادن أخرى. وتجدر الإشارة إلى أن حصة البيريت والكبريت في التوازن العام للمواد الخام لحمض الكبريتيك تتناقص تدريجياً، كما أن حصة الكبريت المستخرج من النفايات المختلفة تتزايد تدريجياً. إن إمكانيات الحصول على حامض الكبريتيك من النفايات كبيرة جدًا. إن استخدام غازات النفايات الناتجة عن المعادن غير الحديدية يجعل من الممكن الحصول، دون تكاليف خاصة في أنظمة حمض الكبريتيك، على تحميص المواد الخام المحتوية على الكبريت.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لحمض الكبريتيك

يُطلق على مائة بالمائة من H2SO4 (SO3 x H2O) اسم مونوهيدرات. المركب لا يدخن، وفي شكله المركز لا يدمر المعادن الحديدية، في حين أنه من أقوى الأحماض؛

فلهذه المادة تأثير ضار على أنسجة النبات والحيوان، حيث تسحب الماء منها، مما يؤدي إلى تفحمها.
يتبلور عند 10.45 درجة مئوية؛
تكيب 296.2 "ج؛
الكثافة 1.9203 جم/سم3؛
القدرة الحرارية 1.62 جول/جم.

حمض الكبريتيكيمتزج مع H2O وSO3 بأي نسبة مكوناً مركبات:

H2SO4 × 4 H2O (mp - 28.36 "C)،
H2SO4 × 3 H2O (mp - 36.31 "ج)،
H2SO4 × 2 H2O (mp - 39.60 "C)،
H2SO4 × H2O (تذوب - 8.48 درجة مئوية)،
H2SO4 x SO3 (H2S2O7 - حمض ثنائي الكبريتيك أو حمض البيروكبرتيك، نقطة الانصهار 35.15 "C) - الزيت،
H2SO x 2 SO3 (H2S3O10 - حمض ثلاثي الكبريتيك، نقطة الانصهار 1.20 "C).

عند تسخين وغلي المحاليل المائية لحمض الكبريتيك التي تحتوي على ما يصل إلى 70% من حمض الكبريتيك، يتم إطلاق بخار الماء فقط في مرحلة البخار. يظهر بخار حمض الكبريتيك أيضًا فوق المحاليل الأكثر تركيزًا. يتم تقطير محلول بنسبة 98.3% من H2SO4 (خليط أزيوتروبي) بالكامل عند الغليان (336.5 درجة مئوية). ويطلق حمض الكبريتيك المحتوي على أكثر من 98.3% من H2SO4 بخار SO3 عند تسخينه.
حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي. يقوم بأكسدة HI وHBr لتحرير الهالوجينات. عند تسخينه، فإنه يؤكسد جميع المعادن باستثناء النحاس والمعادن البلاتينية (باستثناء Pd). في البرد، يعمل حمض الكبريتيك المركز على تخميل العديد من المعادن، بما في ذلك الرصاص والكروم والنيكل والصلب والحديد الزهر. يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع جميع المعادن (عدا Pb) التي تسبق الهيدروجين في سلسلة الجهد، على سبيل المثال: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

كيف يزيح الحمض القوي H2SO4 الأحماض الأضعف من أملاحها، مثل حمض البوريك من البوراكس:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O = Na2SO4 + 4 H2BO3،

وعند تسخينه فإنه يزيح المزيد من الأحماض المتطايرة، على سبيل المثال:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3.

حمض الكبريتيكيسلب كيميائيا المياه المرتبطةمن المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل - OH. يؤدي تجفيف الكحول الإيثيلي في وجود حمض الكبريتيك المركز إلى إنتاج الإيثيلين أو ثنائي إيثيل الأثير. إن تفحم السكر والسليلوز والنشا والكربوهيدرات الأخرى عند ملامستها لحمض الكبريتيك يرجع أيضًا إلى جفافها. كحمض ديباسيك، يشكل حمض الكبريتيك نوعين من الأملاح: الكبريتات والكبريتات المائية.

نقطة تجمد حمض الكبريتيك:
تركيز، ٪	درجة حرارة التجمد "ج
74,7	-20
76,4	-20
78,1	-20
79,5	-7,5
80,1	-8,5
81,5	-0,2
83,5	1,6
84,3	8,5
85,7	4,6
87,9	-9
90,4	-20
92,1	-35
95,6	-20

المواد الخام لإنتاج حامض الكبريتيك

يمكن أن تكون المواد الخام لإنتاج حامض الكبريتيك هي: الكبريت وبيريت الكبريت FeS2 وغازات النفايات الناتجة عن أفران التحميص التأكسدي لخامات كبريتيد الزنك والنحاس والرصاص والمعادن الأخرى التي تحتوي على ثاني أكسيد الكبريت. في روسيا، يتم الحصول على الكمية الرئيسية من حمض الكبريتيك من بيريت الكبريت. يتم حرق FeS2 في الأفران، حيث يكون في حالة طبقة مميعة. يتم تحقيق ذلك عن طريق نفخ الهواء بسرعة عبر طبقة من البيريت المطحون جيدًا. يحتوي خليط الغاز الناتج على شوائب SO2، O2، N2، SO3، أبخرة H2O، As2O3، SiO2 وغيرها، ويحمل الكثير من غبار الرماد، الذي يتم تنقية الغازات منه في المرسبات الكهربائية.

طرق إنتاج حامض الكبريتيك

يتم الحصول على حمض الكبريتيك من ثاني أكسيد الكبريت بطريقتين: النيتروز (البرج) والاتصال.

طريقة النتروز

تتم معالجة ثاني أكسيد الكبريت إلى حامض الكبريتيك باستخدام طريقة النيتروز في أبراج الإنتاج - خزانات أسطوانية (ارتفاعها 15 مترًا أو أكثر) مملوءة بحشوة من الحلقات الخزفية. يتم رش "النيتروز" من الأعلى باتجاه تدفق الغاز - حمض الكبريتيك المخفف الذي يحتوي على حمض الكبريتيك النتروسيل NOOSO3H، الناتج عن التفاعل:

N2O3 + 2 H2SO4 = 2 NOOSO3H + H2O.

تحدث أكسدة ثاني أكسيد الكبريت بواسطة أكاسيد النيتروجين في المحلول بعد امتصاصه بواسطة النتروز. يتم تحلل النتروز بالماء:

NOOSO3H + H2O = H2SO4 + HNO2.

ثاني أكسيد الكبريت الذي يدخل إلى الأبراج يشكل حامض الكبريتيك مع الماء:

SO2 + H2O = H2SO3.

يؤدي تفاعل HNO2 وH2SO3 إلى إنتاج حامض الكبريتيك:

2 HNO2 + H2SO3 = H2SO4 + 2 NO + H2O.

يتم تحويل NO المنطلق في برج الأكسدة إلى N2O3 (بتعبير أدق، إلى خليط من NO + NO2). ومن هناك تدخل الغازات إلى أبراج الامتصاص، حيث يتم إمدادها بحمض الكبريتيك لمقابلتها من الأعلى. ويتكون مادة النتروز، والتي يتم ضخها في أبراج الإنتاج. وهذا يضمن استمرارية إنتاج وتداول أكاسيد النيتروجين. يتم تعويض خسائرهم الحتمية مع غازات العادم بإضافة HNO3.

يحتوي حمض الكبريتيك الناتج بطريقة النيتروز على تركيز عالٍ غير كافٍ ويحتوي على شوائب ضارة (على سبيل المثال، As). ويصاحب إنتاجه إطلاق أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ("ذيل الثعلب"، الذي سمي على اسم لون NO2).

طريقة الاتصال

تم اكتشاف مبدأ طريقة التلامس لإنتاج حامض الكبريتيك في عام 1831 على يد ب. فيليبس (بريطانيا العظمى). المحفز الأول كان البلاتين. في نهاية التاسع عشر - بداية القرن العشرين. تم اكتشاف تسارع أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت بواسطة أنهيدريد الفاناديوم V2O5. لعبت دراسات العلماء السوفييت A. E. Adadurov، G. K. Boreskov، F. N. Yushkevich دورًا مهمًا بشكل خاص في دراسة عمل محفزات الفاناديوم واختيارها.

تم بناء محطات حمض الكبريتيك الحديثة لتعمل بطريقة التلامس. يتم استخدام أكاسيد الفاناديوم مع المواد المضافة SiO2، Al2O3، K2O، CaO، BaO بنسب مختلفة كقاعدة محفز. تظهر جميع كتل التلامس الخاصة بالفاناديوم نشاطها فقط عند درجة حرارة لا تقل عن ~ 420 درجة مئوية. في جهاز التلامس، يمر الغاز عادةً عبر 4 أو 5 طبقات من كتلة التلامس. وفي إنتاج حمض الكبريتيك بطريقة التلامس، يمر غاز التحميص تتم تنقيته مبدئيًا من الشوائب التي تسمم المحفز، تتم إزالة Se والغبار المتبقي في أبراج الغسيل المروية بحمض الكبريتيك، ومن الضباب، يتم إطلاق حمض الكبريتيك (المتكون من SO3 وH2O الموجود في خليط الغاز) في كهرباء رطبة. يتم امتصاص أبخرة H2O بواسطة حامض الكبريتيك المركز في أبراج التجفيف ثم يمر خليط ثاني أكسيد الكبريت والهواء عبر المحفز (كتلة التلامس) ويتأكسد إلى SO3:

SO2 + 1/2 O2 = SO3.

SO3 + H2O = H2SO4.

اعتمادًا على كمية الماء التي تدخل العملية، يتم الحصول على محلول حمض الكبريتيك في الماء أو الزيت.
يتم الآن إنتاج حوالي 80% من H2SO4 في العالم من خلال هذه الطريقة.

تطبيق حامض الكبريتيك

يمكن استخدام حمض الكبريتيك لتنقية المنتجات البترولية من المركبات العضوية الكبريتية غير المشبعة.

في علم المعادن، يستخدم حمض الكبريتيك لإزالة القشور من الأسلاك، وكذلك الصفائح قبل التعليب والجلفنة (المخففة)، لحفر الأسطح المعدنية المختلفة قبل طلاءها بالكروم والنحاس والنيكل، إلخ. الخامات المعقدة (على وجه الخصوص، اليورانيوم) .

في التخليق العضوي، يعد حمض الكبريتيك المركز مكونًا ضروريًا في مخاليط النترات، وكذلك عامل سلفنة في تحضير العديد من الأصباغ والمواد الطبية.

يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع لإنتاج الأسمدة والكحول الإيثيلي والألياف الاصطناعية والكابرولاكتام وثاني أكسيد التيتانيوم وأصباغ الأنيلين وعدد من المركبات الكيميائية الأخرى.

يستخدم حمض الكبريتيك المستهلك (النفايات) في الصناعات الكيميائية والمعادن والنجارة وغيرها من الصناعات. يستخدم حمض الكبريتيك في البطاريات في إنتاج مصادر الطاقة الحمضية.

مقدمة

حمض الكبريتيك هو المنتج الأكثر أهمية في الصناعة الكيميائية. ومن بين الأحماض المعدنية التي تنتجها الصناعة الكيميائية، يحتل حامض الكبريتيك المرتبة الأولى من حيث الإنتاج والاستهلاك. ويفسر ذلك لسببين: تكلفته المنخفضة مقارنة بجميع الأحماض الأخرى، وخصائصه. يستخدم حمض الكبريتيك في مختلف الصناعات الاقتصاد الوطنيحيث أنه يمتلك مجموعة من الخصائص الخاصة التي تسهل استخدامه التكنولوجي. حمض الكبريتيك لا يدخن، في شكل مركز لا يؤدي إلى تآكل المعادن الحديدية، قادر على تكوين العديد من الأملاح المستقرة وهو مادة خام رخيصة لمختلف الصناعات. أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك حاليًا هو صناعة الأسمدة المعدنية الفوسفورية والنيتروجينية، مثل كبريتات الأمونيوم، والأموفوس، والسوبر فوسفات، وما إلى ذلك. ويتم الحصول على السوبر فوسفات البسيط عن طريق معالجة الأباتيت والفوسفوريت بحمض الكبريتيك. يساعد استخدام الأسمدة المعدنية على زيادة إنتاجية المحاصيل الزراعية ومحتوى المواد المفيدة فيها. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم حامض الكبريتيك في إنتاج بعض الأحماض (الفوسفوريك، الهيدروكلوريك، الخليك)، الكبريتات، الألياف الصناعية، الورنيش، الدهانات، البلاستيك، المنظفات، المتفجرات، الأدوية، المبيدات الحشرية، وكذلك في إنتاج المواد غير الحديدية. والمعادن النادرة والكحوليات والأثيرات. يتم استخدامه لتنقية المنتجات البترولية، كإلكتروليت في البطاريات الحمضية، وفي الهندسة الميكانيكية - لإعداد سطح المعادن عند تطبيق الطلاءات الجلفانية. في صناعة تشغيل المعادن، يتم استخدام حمض الكبريتيك وأملاحه لتخليل منتجات الصلب. قبل العثور على استخدام لمادة ما، يتم أولاً دراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية بالتفصيل. وبعد ذلك تتضح حدود استخدام المادة.

الجزء التكنولوجي

حامض الكبريتيك: الخواص الفيزيائية والكيميائية والتطبيق

الخصائص الفيزيائية

حمض الكبريتيك H2SO4 هو حمض ديباسيك قوي يتوافق مع أعلى حالة أكسدة للكبريت (+6). في الظروف العادية، يكون حمض الكبريتيك المركز سائلًا زيتيًا ثقيلًا، عديم اللون والرائحة. في التكنولوجيا، حمض الكبريتيك هو خليط من الماء وأنهيدريد الكبريتيك SO3. إذا كانت النسبة المولية لـ SO3: H2O هي 1، - محلول SO3 في حامض الكبريتيك (الزيت). تبلغ كثافة حمض الكبريتيك التفاعلي عادةً 1.84 جم/سم3 ويحتوي على حوالي

95% حمض الهيدروكلوريك 4. يصلب فقط أقل من -20 درجة مئوية. درجة انصهار مونوهيدرات هي 10.37 درجة مئوية مع حرارة انصهار تبلغ 10.5 كيلو جول / مول. في الظروف العادية، يكون سائلًا لزجًا جدًا وثابت عزل كهربائي مرتفع جدًا (e = 100 عند 25 درجة مئوية). المحتوى الحراري القياسي للتكوين DH = 298 كيلوجول/مول. طاقة جيبس القياسية للتكوين DG=298 كيلوجول/مول. الإنتروبيا القياسية للتكوين S=298 J/mol·K. السعة الحرارية المولية القياسية Cp = 298 J/mol·K.

الخصائص الكيميائية

حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي، ويحدث تفككه على مرحلتين:

H2SO4 = H+ + HSO4- - المرحلة الأولى

HSO4 =H+ + SO42- - المرحلة الثانية

في المحاليل المركزة، يكون تفكك حمض الكبريتيك في المرحلة الثانية غير مهم.

حمض الكبريتيك هو أقوى مادة مجففة (إزالة الماء). يمتص الرطوبة من الهواء (استرطابي) ويزيل الماء من الهيدرات البلورية:

H2SO4 con. + CuSO4*5H2O الأزرق = CuSO4 الأبيض + 5H2O؛

الكربوهيدرات:

(تفحم الخشب والورق):

H2SO4conc.+ C12H22O= 12C + 11H2O؛

H2SO4 conc.+ C2H5OH = CH2=CH2 + H2O

يُظهر حمض الكبريتيك جميع خصائص الأحماض القوية:

أ) يتفاعل مع الأكاسيد الأساسية، على سبيل المثال:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

ب) مع الأسباب، على سبيل المثال:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

ج) يزيح الأحماض الأخرى من أملاحها، مثلاً تلك الأضعف منها:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

أو أكثر تطايرًا (لها درجة غليان أقل من حمض الكبريتيك):

نانو3سول. + H2SO4 conc= NaH SO4 + HNO3- عند تسخينه.

في تفاعلات الأكسدة والاختزال، يُظهر حمض الكبريتيك المخفف خصائص الحمض العادي (عامل غير مؤكسد) - في هذه الحالة، يتم تقليل أيونات H+، على سبيل المثال: Fe + H2SO4 مخفف = Fe SO4 + H2. لا يتفاعل H2SO4 المخفف مع المعادن الموجودة في سلسلة الجهد على يمين الهيدروجين. حمض الكبريتيك المركز هو حمض مؤكسد، مما يقلل الكبريت (+6). يقوم بأكسدة المعادن الموجودة في سلسلة الجهد على يمين الهيدروجين: Cu + 2 H2SO4conc = Cu SO4 + SO2 + 2H2O والمعادن الموجودة على يسار الهيدروجين، بينما يتم اختزال الكبريت إلى حالات الأكسدة +4، 0 و -2:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4 + SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

يتم تخميل الحديد والألومنيوم والكروم (لا تتفاعل) مع حامض الكبريتيك المركز، ولكن متى حرارة عاليةيبدأ التفاعل، على سبيل المثال:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

يعمل حمض الكبريتيك المركز على أكسدة اللافلزات، على سبيل المثال:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1.16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

يتأكسد حمض الكبريتيك المركز أيضًا مواد معقدة، على سبيل المثال HI وHBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O؛

أملاح الحديد:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2.

يتم إنتاج حمض الكبريتيك في عدة درجات. وهي تختلف في تركيز وكمية الشوائب. لإنتاج الأدوية، وخاصة الكواشف النقية، ولملء البطاريات، هناك حاجة إلى حمض نقي. عند حفر المعادن، في إنتاج السوبر فوسفات، يمكنك استخدام حمض يحتوي على بعض الملوثات. إنه مفيد اقتصاديًا. وهذا الحمض أرخص وتنتج صناعة حامض الكبريتيك ما يسمى بالأوليوم، الذي يستخدم في إنتاج بعض المستحضرات العضوية والمتفجرات. الزيت هو محلول أنهيدريد الكبريتيك في حامض الكبريتيك. تختلف درجات الزيت في تركيز أنهيدريد الكبريتيك في حامض الكبريتيك. ولبعض الأغراض الخاصة، يتم إنتاج الزيت الذي يحتوي على ما يصل إلى 60% من أنهيدريد الكبريتيك. وبالتالي، يتم استخدام حمض الكبريتيك التقني والزيت التقني (GOST 2184-77) في إنتاج الأملاح المختلفة، والأحماض، وجميع أنواع المنتجات العضوية، والأصباغ، والمتفجرات، والأسمدة المعدنية، كعامل لإزالة الماء وتجفيفه، في العمليات من التحييد والنقش وغيرها الكثير. هذه المنتجات غير قابلة للاشتعال وتنتمي إلى مواد فئة السمية الثانية.

يجد حمض الكبريتيك التطبيق الأوسع. أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية. لكل طن واحد من أسمدة الفوسفور P2O5، يتم استهلاك 2.2-3.4 طن من حمض الكبريتيك، ولطن واحد من (NH4)2SO4 - 0.75 طن من حمض الكبريتيك. ولذلك يتجهون إلى بناء مصانع حامض الكبريتيك بالتزامن مع مصانع إنتاج الأسمدة المعدنية. كما يستخدم حمض الكبريتيك لإنتاج الهيدروكلوريك والنيتريك والفوسفوريك والهيدروفلوريك والعديد من الأحماض العضوية عن طريق التبادل، ومركبات السلفو العضوية، لتنقية الغازات المختلفة، وهي جزء من مخاليط النترات، وتستخدم في إنتاج الأصباغ، لشحن البطاريات، وفي علم المعادن، يُستخدم حمض الكبريتيك للكشف عن الشقوق الدقيقة في المنتجات النهائية؛ وفي مصانع تشغيل المعادن، يُستخدم حمض الكبريتيك في محلات الجلفنة. كما هو معروف، قبل تطبيق النيكل أو الكروم أو النحاس على المنتجات المعدنية بالطريقة الكهربائية، يجب تنظيفها جيدًا ومسحها وإزالة الشحوم منها، وأخيراً الاحتفاظ بها لفترة قصيرة في الحمام بمحلول حمض الكبريتيك. وفي الوقت نفسه، يقوم بإذابة أنحف طبقة من المعدن ويزيل معها آثار الملوثات. في الوقت نفسه، يصبح سطح المعدن أكثر خشونة: تظهر عليه انخفاضات ونتوءات مجهرية. تلتصق الطلاءات الإلكتروليتية بشكل أفضل بمثل هذا السطح وتلتصق بقوة أكبر بالمعدن. حمض الكبريتيك ضروري أيضًا لمعالجة الخامات والمعادن المختلفة. عند معالجة خامات المعادن النادرة، فإن الطريقة الحمضية لتكسيرها لها أهمية كبيرة. عادة ما يتم استخدام أرخص حمض الكبريتيك غير المتطاير لهذا الغرض. يتم خلط الخام المسحوق بنسبة معينة مع حامض الكبريتيك وتسخينه. تتم معالجة المحلول الناتج والرواسب كيميائيًا بناءً على الخصائص الكيميائيةالعنصر الذي يجب عزله من المحلول . يتم استخدام آلاف الأطنان من حمض الكبريتيك في المعالجة الكيميائية لخامات العناصر النادرة. تتطلب صناعة تكرير النفط كميات كبيرة من حمض الكبريتيك لتنقية النفط وجزيئاته المختلفة. في التخليق العضوي، يعد حمض الكبريتيك المركز عنصرًا ضروريًا في تحضير العديد من الأصباغ والمواد الطبية. تستخدم أملاح حامض الكبريتيك على نطاق واسع. تستخدم كبريتات الصوديوم (ملح جلوبر Na2SO4 * 10H2O) لإنتاج الصودا وفي صناعة الزجاج. كبريتات الكالسيوم شائعة في الطبيعة في شكل هيدرات بلورية جبسية ثنائية الهيدرات (CaSO4 * 2H2O) وملح الأنهيدريت اللامائي (CaSO4). يتم إنتاج مواد رابطة الأنهيدريت عن طريق حرق حجر الجبس في درجات حرارة مرتفعة (600-700 درجة مئوية) مع إضافات مختلفة. في هذه الحالة يتم الحصول على تشطيب الأسمنت الجبس والجبس المكلس (الجبس الشديد). تتصلب هذه المواد بشكل أبطأ بكثير من الجبس شبه المائي، وتستخدم في صناعة الملاط والخرسانة منخفضة القوة، وكذلك الرخام الاصطناعي، والأرضيات غير الملحومة، وما إلى ذلك. يتم استخدام كبريتات المغنيسيوم، أو الملح المر (MgSO4 * 7H2O)، يستخدم في الطب كملين. تستخدم كبريتات الحديد (II)، أو كبريتات الحديدوز (FeSO4*7H2O) لتحضير ملح الدم الأصفر (K4)، والحبر، لتنقية المياه وحفظ الأخشاب. تستخدم كبريتات النحاس أو كبريتات النحاس (CuSO4*5H2O) لمكافحة الفطريات والآفات المختلفة. زراعةلإنتاج الطلاءات النحاسية وإنتاج مركبات النحاس المختلفة. من المحاليل التي تحتوي على كبريتات فلز ثلاثي التكافؤ (Fe3+، Al3+، Cr3+) وكبريتات فلز أحادية التكافؤ (K+، NH4+، Rb+)، تتبلور أملاح مزدوجة من النوع K2 SO4Al2(SO4)32*4H2O أو KAl(SO4)3*12H2O. بدلا من البوتاسيوم والألومنيوم، يمكن استخدام العناصر المدرجة في أي مجموعة. وتسمى هذه المركبات الشب. الشبة موجودة فقط في شكل صلب. وفي المحلول يتصرفان كأملحين مستقلين، أي كخليط من كبريتات فلز أحادية وثلاثية التكافؤ. وتستخدم المحاليل المخففة لحمض الكبريتيك وأملاحه في صناعة المنسوجات، وكذلك في فروع الصناعات الخفيفة الأخرى. وفي صناعة المواد الغذائية، يستخدم حمض الكبريتيك لإنتاج النشا ودبس السكر وعدد من المنتجات الأخرى. في الهندسة الكهربائية، يتم استخدامه كإلكتروليت في البطاريات. يستخدم حمض الكبريتيك لتجفيف الغازات وتركيز الأحماض. وأخيرا، يتم استخدام حمض الكبريتيك كأحد مكونات وسط التفاعل في عمليات النترات، وخاصة في إنتاج المتفجرات.

طرق إنتاج حامض الكبريتيك

مرة أخرى في القرن الثالث عشر. تم الحصول على حمض الكبريتيك بكميات صغيرة عن طريق التحلل الحراري لكبريتات الحديد FeSO4، ولهذا السبب حتى الآن يُطلق على أحد أنواع حمض الكبريتيك اسم زيت الزاج، على الرغم من عدم إنتاج حمض الكبريتيك من الزاج لفترة طويلة.

حاليًا، يتم إنتاج حامض الكبريتيك بطريقتين: النيتروز، الموجود منذ أكثر من 200 عام، والاتصال، الذي تم تطويره صناعيًا في أواخر التاسع عشروبداية القرن العشرين.

اعتمادًا على كيفية تنفيذ عملية أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت، هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج حمض الكبريتيك. في طريقة التلامس لإنتاج حمض الكبريتيك، يتم إجراء أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت على محفزات صلبة. يتم تحويل ثالث أكسيد الكبريت إلى حامض الكبريتيك في المرحلة الأخيرة من العملية - امتصاص ثالث أكسيد الكبريت، والذي يمكن تبسيطه بمعادلة التفاعل: SO3 + H2O = H2SO4

عند تنفيذ العملية بطريقة النيتروز (البرج)، يتم استخدام أكاسيد النيتروجين كحامل للأكسجين. تتم أكسدة ثاني أكسيد الكبريت في الطور السائل ويكون المنتج النهائي هو حمض الكبريتيك: SO2 + N2O3 + H2O= H2SO4 + 2NO

حاليًا، تستخدم الصناعة بشكل أساسي طريقة التلامس لإنتاج حامض الكبريتيك، مما يسمح باستخدام الأجهزة بكثافة أكبر.

خصائص المواد الخام

إن قاعدة المواد الخام لإنتاج حامض الكبريتيك هي مركبات تحتوي على الكبريت، والتي يمكن الحصول منها على ثاني أكسيد الكبريت. في الصناعة، يتم الحصول على حوالي 80٪ من حمض الكبريتيك من الكبريت الطبيعي وبيريت الحديد (الكبريت). تحتل غازات العادم الناتجة عن المعادن غير الحديدية مكانًا مهمًا في توازن المواد الخام. تستخدم بعض الصناعات كبريتيد الهيدروجين كمادة خام، والتي تتشكل أثناء تنقية الكبريت في تكرير النفط.

يمكن أن تكون كواشف البداية لإنتاج حمض الكبريتيك عبارة عن كبريت عنصري ومركبات تحتوي على الكبريت، والتي يمكن الحصول منها على الكبريت أو ثاني أكسيد الكبريت. تقليديا، المصادر الرئيسية للمواد الخام هي الكبريت وبيريت الحديد (الكبريت). يتم الحصول على حوالي نصف حمض الكبريتيك من الكبريت، والثلث من البايرايت. تحتل غازات العادم الناتجة عن المعادن غير الحديدية التي تحتوي على ثاني أكسيد الكبريت مكانًا مهمًا في توازن المواد الخام. وفي الوقت نفسه، تعتبر غازات النفايات أرخص المواد الخام، وأسعار البيريت بالجملة منخفضة، وأغلى المواد الخام هي الكبريت. وبالتالي، لكي يكون إنتاج حامض الكبريتيك من الكبريت مجديا اقتصاديا، يجب وضع مخطط تكون فيه تكلفة معالجته أقل بكثير من تكلفة معالجة البايرايت أو غازات النفايات.