Sülfürik asit - Sulfuric acid
|
|||
İsimler | |||
---|---|---|---|
IUPAC adı
Sülfürik asit
|
|||
Diğer isimler
Vitriol yağı
Hidrojen sülfat |
|||
tanımlayıcılar | |||
3B model ( JSmol )
|
|||
chebi | |||
CHEMBL | |||
Kimyasal Örümcek | |||
ECHA Bilgi Kartı | 100.028.763 | ||
AT Numarası | |||
E numarası | E513 (asitlik düzenleyiciler, ...) | ||
2122 | |||
fıçı | |||
PubChem Müşteri Kimliği
|
|||
RTECS numarası | |||
ÜNİİ | |||
BM numarası | 1830 | ||
CompTox Panosu ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
Özellikler | |||
H 2BU YÜZDEN 4 |
|||
Molar kütle | 98.079 g/mol | ||
Dış görünüş | Berrak, renksiz sıvı | ||
Koku | Kokusuz | ||
Yoğunluk | 1,8302 g / cm 3 , sıvı | ||
Erime noktası | 10,31 °C (50,56 °F; 283,46 K) | ||
Kaynama noktası | 337 °C (639 °F; 610 K) Sülfürik asit 300 °C'nin (572 °F; 573 K) üzerinde olduğunda, yavaş yavaş SO 3 + H 2 O'ya ayrışır | ||
karışabilir, ekzotermik | |||
Buhar basıncı | 0,001 mmHg (20 °C) | ||
Asit (s K a ) | -2.8 , 1.99 | ||
eşlenik taban | bisülfat | ||
viskozite | 26,7 cP (20 °C) | ||
Termokimya | |||
Std molar
entropi ( S |
157 J·mol -1 ·K -1 | ||
Std
oluşum entalpisi (Δ f H ⦵ 298 ) |
-814 kJ·mol -1 | ||
Tehlikeler | |||
Güvenlik Bilgi Formu | Harici MSDS | ||
GHS piktogramları | |||
GHS Sinyal kelimesi | Tehlike | ||
H314 | |||
P260 , P264 , P280 , P301+330+331 , P303+361+353 , P363 , P304+340 , P305+351+338 , P310 , P321 , P405 , P501 | |||
NFPA 704 (ateş elması) | |||
Alevlenme noktası | Yanıcı değil | ||
Eşik sınır değeri (TLV)
|
15 mg / m 3 (IDLH), 1 mg / m 3 (TWA), 2 mg / m 3 (STEL) | ||
Ölümcül doz veya konsantrasyon (LD, LC): | |||
LD 50 ( ortalama doz )
|
2140 mg/kg (sıçan, ağızdan) | ||
LC 50 ( ortanca konsantrasyon )
|
50 mg / m 3 (kobay, 8 saat) 510 mg / m, 3 (sıçan, 2 saat) ve 320 mg / m, 3 (fare, 2 saat) 18 mg / m 3 (hamster) |
||
LC Lo ( yayınlanan en düşük )
|
87 mg / m 3 (kobay, 2.75 saat) | ||
NIOSH (ABD sağlığa maruz kalma sınırları): | |||
PEL (İzin Verilebilir )
|
TWA, 1 mg / m 3 | ||
REL (Önerilen)
|
TWA, 1 mg / m 3 | ||
IDLH (Acil tehlike)
|
15 mg / m 3 | ||
Bağıntılı bileşikler | |||
İlgili güçlü asitler
|
Selenik asit Hidroklorik asit Nitrik asit Kromik asit |
||
Bağıntılı bileşikler
|
Sülfürlü asit Peroksimonosülfürik asit Sülfür trioksit Oleum |
||
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da). |
|||
doğrulamak ( nedir ?) | |||
Bilgi kutusu referansları | |||
Sülfürik asit ( Amerikan yazım ) ya da sülfürik asit ( Commonwealth yazım olarak da bilinir), ve bir yağ sülfatı , a, mineral asidi elemanları oluşan kükürt , oksijen ve hidrojen ile, molekül formülü olarak H 2 SO 4 . Su ile karışabilen renksiz, kokusuz ve viskoz bir sıvıdır .
Saf sülfürik asit, su buharına olan güçlü ilgisi nedeniyle Dünya'da doğal olarak mevcut değildir ; Bu nedenle, bunun higroskopik ve kolayca absorbe su buharı ile ilgili hava . Konsantre sülfürik asit, güçlü dehidrasyon özelliklerine sahip bir oksidan olduğundan, kayalardan metallere kadar diğer malzemelere karşı oldukça aşındırıcıdır. Fosfor pentoksit , asidin sülfürik asidi kükürt trioksite dehidrate eden dehidrasyon özelliğinden etkilenmemesinin dikkate değer bir istisnasıdır . Suya sülfürik asit eklendiğinde önemli miktarda ısı açığa çıkar; bu nedenle, açığa çıkan ısı, işlem sırasında sıcak asit damlacıkları püskürterek çözeltiyi kaynatabileceğinden, aside su ekleme işleminin tersi yapılmamalıdır. Sülfürik asit vücut dokusu ile temas ettiğinde ciddi asidik kimyasal yanıklara ve hatta dehidrasyon nedeniyle ikincil termal yanıklara neden olabilir. Seyreltik sülfürik asit, oksidatif ve dehidrasyon özellikleri olmadığı için önemli ölçüde daha az tehlikelidir; ancak yine de asitliği nedeniyle dikkatli kullanılmalıdır.
Sülfürik asit çok önemli bir ticari kimyasaldır ve bir ülkenin sülfürik asit üretimi, endüstriyel gücünün iyi bir göstergesidir. Temas işlemi , yaş sülfürik asit işlemi , kurşun oda işlemi ve diğer bazı yöntemler gibi farklı yöntemlerle yaygın olarak üretilmektedir . Sülfürik asit de kimya endüstrisinde önemli bir maddedir . En yaygın olarak gübre üretiminde kullanılır , ancak mineral işleme , petrol arıtma , atık su işleme ve kimyasal sentezde de önemlidir . Bu da dahil olmak üzere uç geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir iç asidik temizlik maddeleri bir şekilde, elektrolit olarak kurşun- asit akümülatörleri de bir bileşiğin hidrat giderici olarak, ve çeşitli in temizlik maddeleri . Sülfürik asit, kükürt trioksitin suda çözülmesiyle elde edilebilir .
Fiziki ozellikleri
Sülfürik asit dereceleri
Neredeyse %100 sülfürik asit çözeltileri yapılabilse de, sonraki SO2 kaybı
3kaynama noktasında konsantrasyonu %98,3 aside getirir. %98,3 kalite depolamada daha kararlıdır ve "konsantre sülfürik asit" olarak tanımlananın olağan şeklidir. Diğer konsantrasyonlar farklı amaçlar için kullanılır. Bazı yaygın konsantrasyonlar şunlardır:
Kütle oranı H 2 SO 4 |
Yoğunluk (kg/L) |
Konsantrasyon (mol/L) |
Yaygın isim |
---|---|---|---|
<29% | 1.00-1.25 | <4.2 | seyreltilmiş sülfürik asit |
%29–32 | 1,25–1,28 | 4.2–5.0 | akü asidi ( kurşun asitli akülerde kullanılır ) |
%62–70 | 1.52-1.60 | 9,6–11,5 | oda asidi gübre asidi |
%78–80 | 1,70–1,73 | 13,5–14,0 | kule asidi Glover asidi |
%93,2 | 1.83 | 17.4 | 66 °Bé ("66 derece Baumé") asit |
%98,3 | 1.84 | 18.4 | konsantre sülfürik asit |
" Bölme asidi" ve "kule asidi", kurşun hazne işlemi tarafından üretilen iki sülfürik asit konsantrasyonuydu , hazne asidi, kurşun haznesinin kendisinde üretilen asittir ( nitrosilsülfürik asitle kontaminasyonu önlemek için <%70 ) ve kule asidi Glover kulesinin dibinden çıkarılan asit. Gerektiğinde laboratuvarda konsantre sülfürik asitten hazırlanabilmelerine rağmen, artık ticari sülfürik asit konsantrasyonları olarak kullanılmazlar. Özellikle, "10M" sülfürik asit (birçok titrasyonda kullanılan oda asidinin modern eşdeğeri ), iyi bir karıştırma ile eşit hacimdeki suya yavaş yavaş %98 sülfürik asit eklenerek hazırlanır: karışımın sıcaklığı 80 °C (176 °F) veya daha yüksek.
Sülfürik asit, anhidriti SO ile reaksiyona girer.
3, H oluşturmak için
2S
2Ö
7, pirosülfürik asit , dumanlı sülfürik asit , Disülfürik asit veya oleum veya daha az yaygın olarak Nordhausen asit olarak adlandırılır . Oleum konsantrasyonları ya % SO cinsinden ifade edilir
3(% oleum olarak adlandırılır) veya % H olarak
2BU YÜZDEN
4( H ise yapılan miktar
2O eklendi); yaygın konsantrasyonlar %40 oleumdur (%109 H
2BU YÜZDEN
4) ve %65 oleum (%114,6 H
2BU YÜZDEN
4). saf H
2S
2Ö
7 36 °C erime noktasına sahip bir katıdır.
Saf sülfürik asit, 25 °C'de <0,001 mmHg ve 145.8 °C'de 1 mmHg buhar basıncına sahiptir ve %98 sülfürik asit, 40 °C'de <1 mmHg buhar basıncına sahiptir.
Saf sülfürik asit, yağ gibi viskoz berrak bir sıvıdır ve bu, asidin eski adını ('vitriol yağı') açıklar.
Ticari sülfürik asit birkaç farklı saflık derecesinde satılmaktadır. Teknik sınıf H
2BU YÜZDEN
4saf değildir ve genellikle renklidir, ancak gübre yapmak için uygundur. USP sınıfı gibi saf kaliteler, ilaç ve boya maddelerinin yapımında kullanılır . Analitik dereceler de mevcuttur.
Dokuz hidratları bilinmektedir, ancak bunların dört tetrahidrat (lH olduğu doğrulanmıştır 2 SO 4 · 4H 2 O), hemihexahydrate (H 2 SO 4 · 6+1 ⁄ 2 H 2 O) ve oktahidrat (H 2 SO 4 · 8H 2 O).
Polarite ve iletkenlik
Türler | mMol/kg |
---|---|
HSO- 4 |
15.0 |
H 3BU YÜZDEN+ 4 |
11.3 |
H 3Ö+ |
8.0 |
HS 2Ö- 7 |
4.4 |
H 2S 2Ö 7 |
3.6 |
H 2Ö |
0.1 |
susuz H
2BU YÜZDEN
4100 civarında bir dielektrik sabiti olan çok polar bir sıvıdır . Otoprotoliz olarak bilinen bir süreç olan protonlama yoluyla ayrışmanın neden olduğu yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir .
- 2 saat
2BU YÜZDEN
4⇌ H
3BU YÜZDEN+
4+ HSO-
4
Denge sabiti Otoprotoliz içindir
-
K ap (25 °C) = [ H
3BU YÜZDEN+
4][ HSO-
4] = 2,7 × 10 −4
Benzer su denge sabiti , K ağırlık 10 -14 , 10, bir faktör 10 (10 milyar dolar) daha küçük.
Asidin viskozitesine rağmen , H'nin etkin iletkenlikleri
3BU YÜZDEN+
4ve HSO-
4iyonlar, molekül içi bir proton değiştirme mekanizması ( sudaki Grotthuss mekanizmasına benzer) nedeniyle yüksektir ve sülfürik asidi iyi bir elektrik iletkeni yapar. Aynı zamanda birçok reaksiyon için mükemmel bir çözücüdür.
Kimyasal özellikler
Su ile reaksiyon ve dehidrasyon özelliği
Çünkü Hidrasyon reaksiyon sülfürik asit yüksek olan egzotermik seyreltme her zaman asit ilave edilerek yapılmalıdır su yerine aside su. Reaksiyon bu, su hızlı bir şekilde protonlanmasını yana su sağlar asitin ilavesi bir denge olduğu için asit sınırlayıcı reaktiftir. Bu reaksiyon en iyi hidronyum iyonlarının oluşumu olarak düşünülür :
-
H
2BU YÜZDEN
4+ H
2O → H
3Ö+
+ HSO-
4 K a1 ≈ 10 3 (kuvvetli asit) -
HSO-
4+ H
2O → H
3Ö+
+ SO2−
4 K a2 =1,0 × 10 −2
HSO-
4olan bisülfat anyonu ve SO2−
4bir sülfat anyonudur. K a1 ve K a2 olan asit ayrışma sabitleri .
Sülfürik asidin hidrasyonu termodinamik olarak uygun olduğundan, suya afinitesi oldukça güçlüdür; bu nedenle, sülfürik asit mükemmel bir dehidrasyon maddesidir. Konsantre sülfürik asit, şeker ve diğer karbonhidratlar dahil olmak üzere diğer kimyasal bileşiklerden suyu ( H 2 O ) uzaklaştıran ve karbon , ısı ve buhar üreten çok güçlü bir dehidrasyon özelliğine sahiptir .
İn laboratuar , bu genellikle karıştırılması ile gösterilmiştir sofra şekeri sülfürik asit içine (sakroz). Karbon oluştuğunda şeker beyazdan koyu kahverengiye ve ardından siyaha dönüşür. Sert bir siyah, gözenekli karbon sütunu da ortaya çıkacaktır. Oluşan ısı nedeniyle karbon güçlü bir karamel kokusu alacaktır .
Benzer şekilde, nişastayı konsantre sülfürik asitle karıştırmak , sülfürik asit tarafından emildiği gibi (biraz seyreltilmiş hale gelen) temel karbon ve suyu verecektir . Bunun etkisi, selülozdan oluşan kağıt üzerine konsantre sülfürik asit döküldüğünde görülebilir ; selüloz yanmış bir görünüm vermek için reaksiyona girer , karbon bir yangında kurum gibi görünür. Daha az dramatik olmasına rağmen, asidin pamuk üzerindeki etkisi, seyreltilmiş halde bile kumaşı tahrip edecektir.
Bakır(II) sülfat ile reaksiyon , sülfürik asidin dehidrasyon özelliğini de gösterebilir. Su çıkarıldığında mavi kristal beyaz toza dönüşür.
Asit-baz özellikleri
Bir asit olarak sülfürik asit , karşılık gelen sülfatı vermek için çoğu bazla reaksiyona girer . Örneğin , yaygın olarak galvanik kaplama için ve bir mantar ilacı olarak kullanılan mavi bakır tuzu bakır(II) sülfat , bakır(II) oksidin sülfürik asit ile reaksiyonu ile hazırlanır:
- CuO (ler) + H
2BU YÜZDEN
4(sulu) → CuSO
4(sulu) + H
2O (l)
Sülfürik asit, daha zayıf asitleri tuzlarından uzaklaştırmak için de kullanılabilir. Sodyum asetat ile reaksiyon , örneğin, asetik asit , CH'nin yerini alır
3COOH ve sodyum bisülfat oluşturur :
-
H
2BU YÜZDEN
4+ CH
3COONa → NaHSO
4+ CH
3COOH
Benzer şekilde, sülfürik asidi potasyum nitrat ile reaksiyona sokmak, nitrik asit ve bir potasyum bisülfat çökeltisi üretmek için kullanılabilir . Nitrik asit ile birleştiğinde , sülfürik asit hem asit hem de dehidrasyon maddesi olarak hareket ederek nitronyum iyonu NO'yu oluşturur.+
2Elektrofilik aromatik ikame içeren nitrasyon reaksiyonlarında önemlidir . Protonasyonun bir oksijen atomunda meydana geldiği bu reaksiyon türü, Fischer esterifikasyonu ve alkollerin dehidrasyonu gibi birçok organik kimya reaksiyonunda önemlidir .
İle reaksiyona girmesine izin verilir zaman superacids , sülfürik asit, bir baz olarak hareket edebilir ve [H oluşturan, protonlanabilir 3 SO 4 ] + iyonu. Tuzları, [E 3 SO 4 ] + sıvı aşağıdaki reaksiyon kullanılarak hazırlanmıştır HF :
- ((CH 3 ) 3 SiO) 2 SO 2 + 3 HF + SbF 5 → [H 3 SO 4 ] + [SbF 6 ] − + 2 (CH 3 ) 3 SiF
Yan üründeki Si-F bağının yüksek bağ entalpisi nedeniyle yukarıdaki reaksiyon termodinamik olarak tercih edilir . Bununla birlikte, sadece HF/SbF 5 kullanılarak yapılan protonasyon , saf sülfürik asit [H 3 O] + iyonları vermek üzere kendi kendine iyonlaşmaya maruz kaldığı için başarısızlıkla karşılaştı.
- 2 H 2 SO 4 ⇌ [H 3 O] + + [HS 2 O 7 ] -
- bu , HF/SbF 5 sistemi tarafından H 2 SO 4'ün [H 3 SO 4 ] +'ya dönüştürülmesini önler .
metallerle reaksiyonlar
Seyreltik sülfürik asit bile diğer tipik asitler gibi tek bir yer değiştirme reaksiyonu yoluyla birçok metalle reaksiyona girerek hidrojen gazı ve tuzları (metal sülfat) üretir . Bu (yukarıdaki pozisyonlarda metaller reaktif metaller saldırır bakır olarak tepkime serisi gibi) , demir , alüminyum , çinko , manganez , magnezyum , ve nikel .
- Fe + H
2BU YÜZDEN
4 → H
2 + FeSO
4
Konsantre sülfürik asit, kükürt dioksit salan oksitleyici bir ajan olarak işlev görebilir :
- Cu + 2 H 2 SO 4 → SO 2 + 2 H 2 O + SO2−
4+ Cu 2+
Ancak kurşun ve tungsten sülfürik aside dayanıklıdır.
Karbon ile reaksiyonlar
Sıcak konsantre sülfürik asit, karbonu (bitümlü kömür olarak) ve sülfürü oksitler :
- C + 2 H 2 SO 4 → CO 2 + 2 SO 2 + 2 H 2 O
- S + 2 H 2 SO 4 → 3 SO 2 + 2 H 2 O
Sodyum klorür ile reaksiyon
Sodyum klorür ile reaksiyona girer ve hidrojen klorür gazı ve sodyum bisülfat verir :
- NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl
Elektrofilik aromatik ikame
Benzen , karşılık gelen sülfonik asitleri vermek için sülfürik asit ile elektrofilik aromatik ikameye tabi tutulur :
oluşum
Saf sülfürik asit, suya olan büyük ilgisi nedeniyle yeryüzünde doğal olarak susuz halde bulunmaz . Seyreltilmiş sülfürik asit bir bileşeni olan asit yağmuru atmosfer ile oluşturulur, oksidasyon bir kükürt dioksit mevcudiyetinde su , yani oksidasyonu - sülfürlü asit . Kömür veya petrol gibi kükürt içeren yakıtlar yakıldığında, ana yan ürün kükürt dioksittir (başlıca ürünler olan karbon oksitler ve su dışında).
Sülfürik asit, demir sülfür gibi sülfür minerallerinin oksidasyonu ile doğal olarak oluşur. Ortaya çıkan su oldukça asidik olabilir ve asit maden drenajı (AMD) veya asit kaya drenajı (ARD) olarak adlandırılır. Bu asidik su, sülfit cevherlerinde bulunan metalleri çözebilir ve bu da parlak renkli, toksik çözeltilerle sonuçlanır. Piritin (demir sülfür) moleküler oksijen tarafından oksidasyonu demir(II) veya Fe üretir.2+
:
- 2 FeS
2(ler) + 7 O
2+ 2 Saat
2O → 2 Fe2+
+ 4 SO2−
4+ 4 Saat+
Fe2+
Fe'ye daha fazla oksitlenebilir3+
:
- 4 Fe2+
+ O
2+ 4 Saat+
→ 4 Fe3+
+ 2 Saat
2Ö
Fe3+
üretilenler hidroksit veya sulu demir oksit olarak çökeltilebilir :
-
Fe3+
+ 3 Saat
2O → Fe(OH)
3↓ + 3 H+
Demir(III) iyonu ("ferrik demir") ayrıca piriti oksitleyebilir:
-
FeS
2(ler) + 14 Fe3+
+ 8 Saat
2O → 15 Fe2+
+ 2 SO2−
4+ 16 Saat+
Piritin demir(III) oksidasyonu meydana geldiğinde, süreç hızlanabilir. Bu işlemle üretilen ARD'de sıfırın altındaki pH değerleri ölçülmüştür.
ARD ayrıca daha yavaş bir hızda sülfürik asit üretebilir, böylece akiferin asit nötrleştirme kapasitesi (ANC) üretilen asidi nötralize edebilir. Bu gibi durumlarda, suyun toplam çözünmüş katı madde (TDS) konsantrasyonu, minerallerin minerallerle asit-nötralizasyon reaksiyonundan çözünmesiyle arttırılabilir.
Sülfürik asit, belirli deniz türleri tarafından bir savunma olarak kullanılır, örneğin, feofit alg Desmarestia munda ( Desmarestiales siparişi ) hücre vakuollerinde sülfürik asidi konsantre eder.
stratosferik aerosol
Atmosferin genellikle Dünya yüzeyinden 10 ila 50 km yukarıda olan ikinci tabakası olan stratosferde , sülfürik asit, volkanik kükürt dioksitin hidroksil radikali tarafından oksidasyonu ile oluşur :
-
BU YÜZDEN
2+ H2O • → HSO
3 -
HSO
3+ O
2→ SO
3+ H O
2 -
BU YÜZDEN
3+ H
2O → H
2BU YÜZDEN
4
Sülfürik asit , stratosferde aşırı doygunluğa ulaştığından , aerosol parçacıklarını çekirdeklendirebilir ve diğer su-sülfürik asit aerosolleri ile yoğunlaşma ve pıhtılaşma yoluyla aerosol büyümesi için bir yüzey sağlayabilir. Bu, stratosferik aerosol tabakası ile sonuçlanır .
dünya dışı sülfürik asit
Kalıcı Venüs bulutları, Dünya atmosferindeki bulutların su yağmuru ürettiği gibi konsantre bir asit yağmuru üretir. Jüpiter uydusu Avrupa sülfürik asit hidratları ihtiva eden bir atmosfere sahip olduğu düşünülmektedir.
imalat
Sülfürik asit, geleneksel temas işlemi (DCDA) veya ıslak sülfürik asit işlemi (WSA) yoluyla kükürt , oksijen ve sudan üretilir .
İletişim süreci
İlk adımda, kükürt dioksit üretmek için kükürt yakılır.
- S (ler) + O
2 → SO
2
Sülfür dioksit, bir vanadyum(V) oksit katalizörü varlığında oksijen ile kükürt trioksite oksitlenir . Bu reaksiyon tersine çevrilebilir ve kükürt trioksit oluşumu ekzotermiktir.
- 2 SO
2+ O
2 ⇌ 2 SO
3
Kükürt trioksit %97-98 H'ye emilir
2BU YÜZDEN
4oleum oluşturmak için ( H
2S
2Ö
7), dumanlı sülfürik asit olarak da bilinir. Oleum daha sonra su ile seyreltilerek konsantre sülfürik asit oluşturulur.
-
H
2BU YÜZDEN
4 + SO
3→ H
2S
2Ö
7 -
H
2S
2Ö
7 + H
2O → 2 Saat
2BU YÜZDEN
4
Doğrudan çözünen SO
3 suda uygulanmaz.
Islak sülfürik asit işlemi
İlk adımda, kükürt dioksit üretmek için kükürt yakılır:
- S + O
2→ SO
2 (-297 kJ/mol)
veya alternatif olarak hidrojen sülfür ( H
2S ) gazın yakılmakta SO
2 gaz:
- 2 saat
2S + 3 O
2→ 2 Saat
2O + 2 SO
2 (−1036 kJ/mol)
Sülfür dioksit daha sonra katalizör olarak vanadyum(V) oksit ile oksijen kullanılarak kükürt trioksite oksitlendi .
- 2 SO
2+ O
2⇌ 2 SO
3 (-198 kJ/mol) (reaksiyon tersine çevrilebilir)
Sülfür trioksit, sülfürik asit H'ye hidratlanır.
2BU YÜZDEN
4:
-
BU YÜZDEN
3+ H
2O → H
2BU YÜZDEN
4(g) (−101 kJ/mol)
Son adım, sülfürik asidin sıvı %97-98 H'ye yoğunlaştırılmasıdır.
2BU YÜZDEN
4:
-
H
2BU YÜZDEN
4(g) → H
2BU YÜZDEN
4(l) (-69 kJ/mol)
Diğer yöntemler. Diğer metodlar
Daha az bilinen bir yöntem, metabisülfitin bir beherin dibine yerleştirildiği ve 12.6 molar konsantrasyonda hidroklorik asidin eklendiği metabisülfit yöntemidir . Ortaya çıkan gaz, reaksiyon ilerledikçe kahverengi/kırmızı nitrojen dioksit buharlarını serbest bırakacak olan nitrik asit içinden fokurdatılır . Reaksiyonun tamamlandığı, dumanların kesilmesiyle gösterilir. Bu yöntem, oldukça uygun olan ayrılmaz bir sis üretmez.
- 3 SO 2 + 2 HNO 3 + 2 H 2 O → 3 H 2 SO 4 + 2 HAYIR
Gübre ile birlikte yanan kükürt ( potasyum nitrat , KNO)
3), buharın varlığında tarihsel olarak kullanılmıştır. Güherçile bozunur olarak, sülfür okside SO
3sülfürik asit üretmek için su ile birleşir.
Alternatif olarak, bakır (II) veya demir (III) klorür gibi oksitleyici bir metal tuzunun sulu bir solüsyonunda kükürt dioksitin çözülmesi:
- 2 FeCl 3 + 2 H 2 O + SO 2 → 2 FeCl 2 + H 2 SO 4 + 2 HCl
- 2 CuCl 2 + 2 H 2 O + SO 2 → 2 CuCl + H 2 SO 4 + 2 HCl
Seyreltik formda ve saflaştırma için ekstra çaba gerektirmesine rağmen, sülfürik asit üretmeye yönelik daha az bilinen iki laboratuvar yöntemi. Bir bakır (II) sülfat çözeltisi, bir bakır katot ve platin/grafit anot ile elektrolize edilerek katotta süngerimsi bakır ve anotta oksijen gazı çıkışı elde edilebilir, seyreltik sülfürik asit çözeltisi, dönüştüğünde reaksiyonun tamamlandığını gösterir. temizlemek için mavi (katotta hidrojen üretimi başka bir işarettir):
- 2 CuSO 4 + 2 H 2 O → 2 Cu + 2 H 2 SO 4 + O 2
Daha maliyetli, tehlikeli ve zahmetli ancak yeni olan , elektrolitik çözelti olarak kükürt , su ve hidrobromik asit karışımı kullanan elektrobromin yöntemidir . Kükürt, asit çözeltisinin altında kabın dibine itilir. Daha sonra, katot yüzeye yakın olacak şekilde bakır katot ve platin/grafit anot kullanılır ve anot, akımı uygulamak için elektrolitin altına yerleştirilir. Bu daha uzun sürebilir ve toksik brom /kükürt bromür buharları yayabilir, ancak reaktan asit geri dönüştürülebilir. Genel olarak, yalnızca kükürt ve su sülfürik aside dönüştürülür (buhar olarak asit kayıpları hariç):
- 2 HBr → H 2 + Br 2 (sulu hidrojen bromür elektroliz)
- Br 2 + Br − ↔ Br 3 − (ilk tribromür üretimi, sonunda Br − tükendiğinde tersine döner )
- 2 S + Br 2 → S 2 Br 2 (brom, kükürt ile reaksiyona girerek disülfür dibromür oluşturur )
- S 2 Br 2 + 8 H 2 O + 5 Br 2 → 2 H 2 SO 4 + 12 HBr (disülfür dibromürün oksidasyonu ve hidrasyonu)
1900'den önce, çoğu sülfürik asit kurşun oda prosesi ile üretildi . 1940 gibi geç bir tarihte, Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen sülfürik asidin %50'ye varan kısmı, hazneli proses tesislerinde üretiliyordu.
19. yüzyılın başlarından ortalarına kadar "vitriol" bitkileri, diğer yerlerin yanı sıra, İskoçya'daki Prestonpans'ta , Shropshire'da ve İrlanda Kontluğu'ndaki Lagan Vadisi'nde keten için ağartıcı olarak kullanıldı. Çamaşırların erken ağartılması, ekşi sütten elde edilen laktik asit kullanılarak yapıldı, ancak bu yavaş bir süreçti ve vitriol kullanımı ağartma sürecini hızlandırdı.
kullanır
Sülfürik asit çok önemli bir kimyasal maddedir ve gerçekten de bir ülkenin sülfürik asit üretimi, endüstriyel gücünün iyi bir göstergesidir. 2004 yılındaki dünya üretimi , aşağıdaki coğrafi dağılımla yaklaşık 180 milyon ton idi : Asya %35, Kuzey Amerika (Meksika dahil) %24, Afrika %11, Batı Avrupa %10, Doğu Avrupa ve Rusya %10, Avustralya ve Okyanusya %7, Güney Amerika %7. Bu miktarın çoğu (≈60%) gübreler, özellikle süperfosfatlar, amonyum fosfat ve amonyum sülfatlar için tüketilir. Yaklaşık %20'si kimya endüstrisinde deterjan, sentetik reçine, boyarmadde, ilaç, petrol katalizörleri, böcek öldürücüler ve antifriz üretiminde ve ayrıca petrol kuyusu asitlendirme, alüminyum küçültme, kağıt boyutlandırma ve su arıtma gibi çeşitli işlemlerde kullanılmaktadır. Kullanımların yaklaşık %6'sı pigmentlerle ilgilidir ve boyaları, emayeleri , baskı mürekkeplerini, kaplanmış kumaşları ve kağıtları içerirken, geri kalanı patlayıcı, selofan , asetat ve viskoz tekstiller, yağlayıcılar, non- engel üretimi gibi çok sayıda uygulamaya dağılmıştır. demirli metaller ve piller.
Kimyasalların endüstriyel üretimi
Sülfürik asidin başlıca kullanımı , fosfatlı gübrelerin imalatında kullanılan fosforik asit üretimi için "ıslak yöntem"dir . Bu yöntemde fosfat kayası kullanılır ve yılda 100 milyon tondan fazla işlenir. Bu ham madde aşağıda fluorapatit olarak gösterilmiştir , ancak tam bileşim değişebilir. Bu, kalsiyum sülfat , hidrojen florür (HF) ve fosforik asit üretmek için %93 sülfürik asit ile işlenir . HF, hidroflorik asit olarak çıkarılır . Genel süreç şu şekilde temsil edilebilir:
Önemli bir azotlu gübre olan amonyum sülfat , en yaygın olarak demir ve çelik üretim tesislerini besleyen kok tesislerinden yan ürün olarak üretilir . Tepki amonyak termal dekompozisyonu üretilen kömürün amonyak artık sülfirik asit ile sağlar (çoğu zaman, demir kirlenme kahverengi) ve tarım kimyasalları sektörüne satılan bir tuzu olarak kristalize edilmesi.
Sülfürik asidin bir diğer önemli kullanımı , kağıt imalatçısı şapı olarak da bilinen alüminyum sülfat üretimi içindir . Bu, kağıt hamuru lifleri üzerinde küçük miktarlarda sabunla reaksiyona girerek , hamur liflerini sert bir kağıt yüzeyine pıhtılaştırmaya yardımcı olan jelatinli alüminyum karboksilatlar verebilir . Ayrıca su arıtma tesislerinde safsızlıkları filtrelemek ve suyun tadını iyileştirmek için kullanılan alüminyum hidroksit yapımında da kullanılır . Alüminyum sülfat , boksitin sülfürik asit ile reaksiyona sokulmasıyla yapılır :
- 2 AlO(OH) + 3H
2BU YÜZDEN
4→ Al
2(BU YÜZDEN
4)
3+ 4 Saat
2Ö
Sülfürik asit, boyarmadde çözeltilerinin imalatında da önemlidir .
Kükürt-iyot döngüsü
Kükürt-iyot çevrim üretmek için muhtemelen kullanılabilir termo-kimyasal işlemler bir dizi hidrojen gelen su . Net reaktanı su ve net ürünleri hidrojen ve oksijen olan üç kimyasal reaksiyondan oluşur .
2 ben
2+ 2 SO
2+ 4 Saat
2O → 4 YÜKSEK + 2 H
2BU YÜZDEN
4(120 °C, Bunsen reaksiyonu ) 2 saat
2BU YÜZDEN
4→ 2 SO
2+ 2 Saat
2O + O
2(830 °C) 4 YÜKSEK → 2 Ben
2+ 2 Saat
2(320 °C)
Kükürt ve iyot bileşikleri geri kazanılır ve yeniden kullanılır, bu nedenle süreç bir döngü olarak değerlendirilir. Bu süreç endotermiktir ve yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmelidir, bu nedenle ısı şeklinde enerji sağlanmalıdır.
Sülfür-iyot döngüsü, hidrojene dayalı bir ekonomi için hidrojen sağlamanın bir yolu olarak önerilmiştir . Elektrolize bir alternatiftir ve mevcut buhar reforming yöntemleri gibi hidrokarbonlar gerektirmez . Ancak, bu şekilde üretilen hidrojendeki mevcut tüm enerjinin, onu yapmak için kullanılan ısı tarafından sağlandığını unutmayın.
Sülfür-iyot döngüsü şu anda hidrojen elde etmek için uygun bir yöntem olarak araştırılmaktadır, ancak yüksek sıcaklıklarda konsantre, aşındırıcı asit, işlem büyük ölçekte inşa edildiyse şu anda aşılmaz güvenlik tehlikeleri oluşturmaktadır.
Endüstriyel temizlik maddesi
Sülfürik asit ile büyük miktarlarda kullanılan demir ve çelik üretim endüstrisi için kaldırma oksidasyon, pas ve ölçekleme sac ve satış önce kütüklerden otomobil ve büyük ev aletleri sanayi. Kullanılmış asit genellikle kullanılmış asit rejenerasyon (SAR) tesisi kullanılarak geri dönüştürülür. Bu tesisler kullanılmış asidi doğal gaz, rafineri gazı, akaryakıt veya diğer yakıt kaynakları ile yakar. Bu yanma işlemi gaz halinde kükürt dioksit ( SO
2) ve kükürt trioksit ( SO
3) daha sonra "yeni" sülfürik asit üretmek için kullanılır. SAR tesisleri, metal eritme tesislerine, petrol rafinerilerine ve sülfürik asidin toplu olarak tüketildiği diğer endüstrilere yapılan yaygın eklemelerdir, çünkü bir SAR tesisi işletmek, harcanan asit bertarafının ve yeni asit alımlarının tekrar eden maliyetlerinden çok daha ucuzdur.
Hidrojen peroksit ( H
2Ö
2) substrat yüzeylerinin temizlenebileceği güçlü ama çok toksik bir temizleme solüsyonu olan piranha solüsyonu üretmek için sülfürik aside eklenebilir . Piranha çözümü tipik olarak mikro elektronik endüstrisinde ve ayrıca laboratuvar ortamlarında cam eşyaları temizlemek için kullanılır.
katalizör
Sülfürik asit, kimya endüstrisinde çeşitli başka amaçlar için kullanılır. Örneğin, dönüşüm için alışılmış asit katalizörüdür sikloheksanon oksim için kaprolaktam yapımında kullanılan, naylon . Bu yapmak için kullanılan hidroklorik asit ile ilgili bir tuz ile Mannheim işlemi . çok H
2BU YÜZDEN
4kullanılan petrol reaksiyonu için bir katalizör olarak örneğin rafine izobütan ile izobütilen elde izooktan , yükselten bir bileşik , oktan değerinin bir benzin (benzin). Sülfürik asit ayrıca, katı karbon oluşturmak için çeşitli şekerlerin dehidrasyonu gibi endüstriyel reaksiyonlarda dehidre edici veya oksitleyici bir ajan olarak da kullanılır.
Elektrolit
Sülfürik asit, kurşun-asit akülerde (kurşun-asit akümülatör) elektrolit görevi görür :
At anot :
-
Pb + SO
42- ⇌ kurşun sülfat ile karıştırılan
4+ 2 e -
At katot :
-
PbO
2+ 4H + + SO
42- + 2 E - ⇌ kurşun sülfat ile karıştırılan
4+ 2H 2 O
Etraflı:
-
Pb + PbO
2+ 4H + + 2SO
42− ⇌ 2 PbSO
4+ 2H 2 O
Ev içi kullanımlar
Yüksek konsantrasyonlarda sülfürik asit, yağı , kılları , kağıt mendilleri vb . çıkarmak için kullanılan asidik tahliye temizleyicilerin ana bileşenidir. Alkali versiyonlarına benzer şekilde , bu tür tahliye açıcılar, hidroliz yoluyla yağları ve proteinleri çözebilir . Ayrıca, konsantre sülfürik asit güçlü bir dehidrasyon özelliğine sahip olduğundan, kurutma işlemi ile kağıt mendilleri de çıkarabilir. Asit su ile kuvvetli reaksiyona girebileceğinden, bu tür asidik tahliye açıcılar temizlenecek boruya yavaş yavaş ilave edilmelidir.
Tarih
Asidin türetilebileceği camsı minerallerin bir kategorisi olan vitriol çalışması eski zamanlarda başlamıştır . Sümerlerin , maddelerin rengine göre sınıflandırdıkları bir vitriol türleri listesi vardı. Vitriolün kökeni ve özellikleri hakkındaki en eski tartışmalardan bazıları, Yunan doktor Dioscorides'in (MS birinci yüzyıl) ve Romalı doğa bilimci Yaşlı Pliny'nin (MS 23-79) eserlerindedir . Galen ayrıca tıbbi kullanımını da tartıştı. Vitriolik maddelerin metalürjik kullanımları Panopolisli Zosimos'un Helenistik simya eserlerinde, Phisica et Mystica incelemesinde ve Leyden papirüsü X'te kaydedilmiştir .
Cabir ibn Hayyan (öldü MS 806 – c. 816, Latincede Geber olarak bilinir), Abū Bakr al-Rāzī (MS 865 – 925, Latincede Rhazes olarak bilinir), İbn Sina (MS 980 – 1037 ) gibi Orta Çağ İslam kimyagerleri , Latince Avicenna olarak bilinir) ve Muhammed ibn Ibrāhīm al-Watwat (MS 1234 - 1318) mineral sınıflandırma listelerine vitriol eklemiştir.
Sülfürik asit, bir demir imbik içinde "yeşil vitriol"ün ( demir(II) sülfat ) kavrulmasıyla hazırlandığı için, ortaçağ Avrupalı simyacılar tarafından "vitriol yağı" olarak adlandırıldı . Buna ilk belirsiz imalar eserleri görünür Beauvais Vincent içinde, Compositum'un de Compositis Aziz atfedilen Albertus Magnus ve içinde sözde Geber 'ler Summa perfectionis (bütün onüçüncü yüzyıl).
On yedinci yüzyılda, Alman-Hollandalı kimyager Johann Glauber, kükürdü güherçile ( potasyum nitrat , KNO) ile birlikte yakarak sülfürik asit hazırladı.
3), buhar varlığında. Güherçile bozunur olarak, sülfür okside SO
3sülfürik asit üretmek için su ile birleşir. 1736'da Londralı bir eczacı olan Joshua Ward , ilk büyük ölçekli sülfürik asit üretimine başlamak için bu yöntemi kullandı.
1746'da Birmingham'da John Roebuck , bu yöntemi , daha güçlü, daha ucuz ve daha önce kullanılan cam kaplardan daha büyük yapılabilen kurşun kaplı odalarda sülfürik asit üretmek için uyarladı . Bu süreç, sülfürik asit üretiminin etkili bir şekilde sanayileşmesine izin verdi. Birkaç iyileştirmeden sonra, kurşun oda süreci veya "oda süreci" olarak adlandırılan bu yöntem, neredeyse iki yüzyıl boyunca sülfürik asit üretimi için standart olarak kaldı.
John Roebuck'ın işlemiyle oluşturulan sülfürik asit, %65'lik bir konsantrasyona yaklaştı. Fransız kimyager Joseph Louis Gay-Lussac ve İngiliz kimyager John Glover tarafından kurşun oda prosesinde daha sonra yapılan iyileştirmeler, konsantrasyonu %78'e çıkardı. Bununla birlikte, bazı boyaların imalatı ve diğer kimyasal işlemler, daha konsantre bir ürün gerektirir. 18. yüzyıl boyunca, bu yalnızca minerallerin orijinal simya süreçlerine benzer bir teknikle kuru damıtılmasıyla yapılabilirdi . Pirit (demir disülfür, FeS
2) havada ısıtılarak demir(II) sülfat, FeSO
4Form hava de ısıtma ile okside edildi demir (III) sülfat , Fe 2 (SO 4 ) 3 ayrıştırılır, 480 ° C'ye kadar ısıtıldı,, demir (III) oksit geçirilir edilebilir ve sülfür trioksit, herhangi bir konsantrasyonda sülfürik asit elde etmek için su. Bununla birlikte, bu işlemin maliyeti, konsantre sülfürik asidin büyük ölçekli kullanımını engelledi.
1831'de İngiliz sirke tüccarı Peregrine Phillips , kükürt trioksit ve konsantre sülfürik asit üretmek için çok daha ekonomik bir süreç olan temas işleminin patentini aldı . Bugün dünyadaki sülfürik asidin neredeyse tamamı bu yöntemle üretilmektedir.
Emniyet
Laboratuvar tehlikeleri
Sülfürik asit, özellikle yüksek konsantrasyonlarda olduğunda çok ciddi yanıklara neden olabilir . Diğer aşındırıcı asitler ve alkalilerde olduğu gibi, deri ve et gibi canlı dokularla temas ettiğinde amid ve ester hidrolizi yoluyla proteinleri ve lipidleri kolayca ayrıştırır . Ayrıca karbonhidratlar üzerinde güçlü bir dehidrasyon özelliği gösterir , ekstra ısı açığa çıkarır ve ikincil termal yanıklara neden olur . Buna göre hızla korneaya saldırır ve göze sıçraması halinde kalıcı körlüğe neden olabilir . Yutulması halinde iç organlara geri dönülemez şekilde zarar verir ve hatta ölümcül olabilir. Bu nedenle, işlenirken her zaman koruyucu ekipman kullanılmalıdır. Ayrıca, güçlü oksitleyici özelliği onu birçok metal için oldukça aşındırıcı yapar ve tahribatını diğer malzemeler üzerinde uzatabilir. Bu gibi nedenlerden dolayı, sülfürik asidin neden olduğu hasar , hidroklorik asit ve nitrik asit gibi diğer karşılaştırılabilir güçlü asitlerden potansiyel olarak daha şiddetlidir .
Sülfürik asit, reaktif olmayan malzemeden (cam gibi) yapılmış kaplarda dikkatli bir şekilde saklanmalıdır. 1,5 M'ye eşit veya daha güçlü çözeltiler "AŞINDIRICI" olarak etiketlenirken 0,5 M'den büyük ancak 1,5 M'den küçük çözeltiler "TAHRİŞ EDİCİ" olarak etiketlenir. Bununla birlikte, normal laboratuvar "seyreltik" derecesi bile (yaklaşık 1 M, %10) yeterli bir süre temas halinde bırakılırsa kağıdı kömürleştirir.
Derideki asit döküntüleri için standart ilk yardım tedavisi, diğer aşındırıcı maddelerde olduğu gibi büyük miktarlarda su ile yıkamadır. Asit yanığını çevreleyen dokuyu soğutmak ve ikincil hasarı önlemek için yıkamaya en az on ila on beş dakika devam edilir. Kirlenmiş giysiler hemen çıkarılır ve alttaki deri iyice yıkanır.
Seyreltme tehlikeleri
Seyreltilmiş asidin hazırlanması, seyreltme işleminde açığa çıkan ısı nedeniyle tehlikeli olabilir. Sıçramayı önlemek için konsantre asit genellikle suya eklenir, tersi olmaz. Su, asitten daha yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir ve bu nedenle, bir soğuk su kabı asit eklendiğinde ısıyı emecektir.
Fiziksel özellik | H 2 SO 4 | Suçlu | Birimler |
---|---|---|---|
Yoğunluk | 1.84 | 1.0 | kg/L |
Hacimsel ısı kapasitesi | 2.54 | 4.18 | kJ/L |
Kaynama noktası | 337 | 100 | °C |
Ayrıca asit sudan daha yoğun olduğu için dibe çöker. Isı, kabın dibinde bulunan asit ve su arasındaki arayüzde üretilir. Kaynama noktası yüksek olduğu için asit kaynamaz. Ara yüzeyin yakınındaki ılık su, ara yüzeyi soğutan ve asit veya suyun kaynamasını önleyen konveksiyon nedeniyle yükselir .
Tersine, konsantre sülfürik aside su eklenmesi, asidin üzerinde ince bir su tabakası oluşmasına neden olur. Bu ince su tabakasında üretilen ısı kaynayabilir ve sülfürik asit aerosolünün dağılmasına veya daha kötüsü patlamaya neden olabilir .
Konsantrasyonda 6 M'den (%35) daha büyük çözeltilerin hazırlanması en tehlikelidir, çünkü üretilen ısı seyreltilmiş asidi kaynatmak için yeterli olabilir: verimli mekanik karıştırma ve harici soğutma (buz banyosu gibi) esastır.
Reaksiyon hızları , sıcaklıktaki yaklaşık her 10 santigrat derecelik artış için ikiye katlanır . Bu nedenle, karışıma soğuması için zaman verilmedikçe, seyreltme ilerledikçe reaksiyon daha şiddetli hale gelecektir. Ilık suya asit eklemek şiddetli bir reaksiyona neden olur.
Laboratuvar ölçeğinde, sülfürik asit, deiyonize sudan yapılmış kırılmış buz üzerine konsantre asit dökülerek seyreltilebilir. Buz, asidi çözerken endotermik bir süreçte erir. Bu süreçte buzu eritmek için gereken ısı miktarı, asidin çözülmesiyle açığa çıkan ısı miktarından daha fazladır, böylece çözelti soğuk kalır. Tüm buz eridikten sonra, su kullanılarak daha fazla seyreltme yapılabilir.
Endüstriyel tehlikeler
Sülfürik asit yanıcı değildir.
Bu asidin oluşturduğu başlıca mesleki riskler, yanıklara (yukarıya bakın) yol açan cilt teması ve aerosollerin solunmasıdır. Yüksek konsantrasyonlarda aerosollere maruz kalma, gözlerde, solunum yollarında ve mukoza zarlarında ani ve ciddi tahrişe yol açar: bu, maruziyetten sonra hızla durur, ancak doku hasarı daha şiddetliyse müteakip pulmoner ödem riski vardır. Daha düşük konsantrasyonlarda, sülfürik asit aerosollerine kronik maruziyetin en yaygın olarak bildirilen semptomu, hemen hemen tüm çalışmalarda bulunan diş aşınmasıdır: 1997'den itibaren solunum yollarında olası kronik hasar belirtileri yetersizdir. Sülfürik asit sislerine tekrar tekrar mesleki maruziyet akciğer kanseri olasılığını yüzde 64'e kadar artırabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, izin verilebilir maruz kalma sınırı sülfürik asit (PEL) 1 mg sabitlenir / m 3 : diğer ülkelerde sınırlar benzerdir. Subakut kombine dejenerasyon ile birlikte B12 vitamini eksikliğine yol açan sülfürik asit alımına ilişkin raporlar bulunmaktadır . Bu gibi durumlarda en sık omurilik etkilenir, ancak optik sinirler demiyelinizasyon , akson kaybı ve gliozis gösterebilir .
Yasal kısıtlamalar
Uluslararası sülfürik asit ticareti, sülfürik asidi, narkotik ilaçların veya psikotrop maddelerin yasa dışı üretiminde sıklıkla kullanılan bir kimyasal olarak sözleşmenin II. Tablosu'nda listeleyen , 1988 tarihli Uyuşturucu Uyuşturucu ve Psikotrop Maddelerin Yasadışı Ticaretine Karşı Birleşmiş Milletler Sözleşmesi kapsamında kontrol edilmektedir .
Ayrıca bakınız
- aqua regia
- Dietil eter - "tatlı vitriol yağı" olarak da bilinir
- Piranha çözümü
- kükürt oksoasit
- Sülfürik asit zehirlenmesi
Referanslar
Dış bağlantılar
- Uluslararası Kimyasal Güvenlik Kartı 0362
- Sülfürik asit de video periyodik tablonun (Nottingham Üniversitesi)
- Kimyasal Tehlikeler için NIOSH Cep Kılavuzu
- CDC – Sülfürik Asit – NIOSH İşyeri Güvenliği ve Sağlığı Konusu
- Dış Malzeme Güvenlik Bilgi Formu
- Hesaplayıcılar: yüzey gerilimleri ve sulu sülfürik asidin yoğunlukları, molariteleri ve molaliteleri
- Sülfürik asit analizi – ücretsiz titrasyon yazılımı
- Kurşun odası prosesi ile sülfürik asit üretiminin proses akış şeması