نقطه جوش اسید سولفوریک در برابر فشار. اسید سولفوریک

گوگرد است عنصر شیمیاییکه در گروه ششم و دوره سوم جدول تناوبی قرار دارد. در این مقاله نگاهی دقیق به خواص شیمیایی، تولید، کاربرد و غیره آن خواهیم داشت. ویژگی فیزیکی شامل ویژگی هایی مانند رنگ، سطح رسانایی الکتریکی، نقطه جوش گوگرد و غیره است. ویژگی های شیمیایی برهمکنش آن را با سایر مواد توصیف می کند.

گوگرد از دیدگاه فیزیک

این یک ماده شکننده است. در شرایط عادی، در حالت تجمع جامد باقی می ماند. گوگرد دارای رنگ زرد لیمویی است.

و در بیشتر موارد، تمام ترکیبات آن دارای ته رنگ زرد هستند. در آب حل نمی شود. رسانایی حرارتی و الکتریکی پایینی دارد. این ویژگی ها آن را به عنوان یک غیر فلز معمولی مشخص می کند. با اينكه ترکیب شیمیاییگوگرد اصلاً پیچیده نیست، این ماده می تواند تغییرات مختلفی داشته باشد. همه چیز به ساختار شبکه کریستالی بستگی دارد که با کمک آن اتم ها به هم متصل می شوند، اما مولکول تشکیل نمی دهند.

بنابراین، اولین گزینه گوگرد لوزی است. پایدارترین است. نقطه جوش این نوع گوگرد چهارصد و چهل و پنج درجه سانتیگراد است. اما برای اینکه یک ماده معین به حالت گازی تجمع برسد، ابتدا باید از حالت مایع عبور کند. پس ذوب گوگرد در دمای صد و سیزده درجه سانتیگراد اتفاق می افتد.

گزینه دوم سولفور مونوکلینیک است. این یک کریستال سوزنی شکل با رنگ زرد تیره است. ذوب اولین نوع گوگرد و سپس سرد شدن آهسته آن منجر به تشکیل این نوع می شود. این واریته تقریباً خصوصیات فیزیکی یکسانی دارد. مثلاً نقطه جوش این نوع گوگرد همان چهارصد و چهل و پنج درجه است. علاوه بر این، انواع مختلفی از این ماده مانند پلاستیک وجود دارد. با ریختن در به دست می آید آب سردتقریباً به شکل لوزی در حال جوش گرم می شود. نقطه جوش این نوع گوگرد یکسان است. اما این ماده دارای خاصیت کشش مانند لاستیک است.

جزء دیگر خصوصیات فیزیکی، که می خواهم در مورد آن صحبت کنم دمای اشتعال گوگرد است.

این شاخص بسته به نوع ماده و منشاء آن ممکن است متفاوت باشد. برای مثال دمای اشتعال گوگرد فنی صد و نود درجه است. این رقم نسبتاً پایینی است. در موارد دیگر نقطه اشتعال گوگرد می تواند دویست و چهل و هشت درجه و حتی دویست و پنجاه و شش درجه باشد. همه چیز بستگی به این دارد که از چه ماده ای استخراج شده و چگالی آن چقدر است. اما می توان نتیجه گرفت که دمای احتراق گوگرد در مقایسه با سایر عناصر شیمیایی بسیار پایین است، این ماده قابل اشتعال است. علاوه بر این، گاهی اوقات گوگرد می تواند به مولکول هایی متشکل از هشت، شش، چهار یا دو اتم ترکیب شود. اکنون با در نظر گرفتن گوگرد از دیدگاه فیزیک، اجازه دهید به بخش بعدی برویم.

مشخصات شیمیایی گوگرد

این عنصر نسبتا کم است جرم اتمی، برابر با سی و دو گرم در خال است. از ویژگی های عنصر گوگرد می توان به ویژگی این ماده به عنوان توانایی درجات مختلف اکسیداسیون اشاره کرد. این با مثلاً هیدروژن یا اکسیژن متفاوت است. هنگام در نظر گرفتن این سوال که ویژگی های شیمیایی عنصر گوگرد چیست، نمی توان نادیده گرفت که بسته به شرایط، هم خاصیت کاهنده و هم اکسید کننده از خود نشان می دهد. بنابراین، بیایید به ترتیب به تعامل این ماده با ترکیبات شیمیایی مختلف نگاه کنیم.

گوگرد و مواد ساده

مواد ساده موادی هستند که فقط یک عنصر شیمیایی دارند. اتم‌های آن ممکن است به مولکول‌ها ترکیب شوند، مثلاً در مورد اکسیژن، یا ممکن است مانند فلزات ترکیب نشوند. بنابراین، گوگرد می تواند با فلزات، سایر غیر فلزات و هالوژن ها واکنش نشان دهد.

تعامل با فلزات

برای انجام این نوع فرآیند، دمای بالا مورد نیاز است. در این شرایط، یک واکنش اضافه رخ می دهد. یعنی اتم های فلز با اتم های گوگرد ترکیب می شوند و مواد پیچیده سولفید را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، اگر دو مول پتاسیم را گرم کنید و با یک مول گوگرد مخلوط کنید، یک مول سولفید از این فلز به دست می آید. معادله را می توان به صورت زیر نوشت: 2K + S = K 2 S.

واکنش با اکسیژن

این سوزاندن گوگرد است. در نتیجه این فرآیند، اکسید آن تشکیل می شود. دومی می تواند دو نوع باشد. بنابراین احتراق گوگرد می تواند در دو مرحله اتفاق بیفتد. اولین مورد زمانی است که یک مول دی اکسید گوگرد از یک مول گوگرد و یک مول اکسیژن تشکیل می شود. معادله این واکنش شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت: S + O 2 = SO 2. مرحله دوم افزودن یک اتم اکسیژن دیگر به دی اکسید است. اگر در دمای بالا یک مول اکسیژن به دو مول اضافه کنید این اتفاق می افتد. نتیجه دو مول تری اکسید گوگرد است. معادله این برهمکنش شیمیایی به این صورت است: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . در نتیجه این واکنش اسید سولفوریک تشکیل می شود. بنابراین، با انجام دو فرآیند توضیح داده شده، می توانید تری اکسید حاصل را از طریق جریان بخار آب عبور دهید. و به دست می آوریم معادله چنین واکنشی به صورت زیر نوشته شده است: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

تعامل با هالوژن ها

مواد شیمیایی، مانند سایر غیرفلزها، به آن اجازه می دهند با گروه معینی از مواد واکنش نشان دهد. این شامل ترکیباتی مانند فلوئور، برم، کلر، ید است. گوگرد با هر یک از آنها به جز آخرین مورد واکنش نشان می دهد. به عنوان مثال می توان به فرآیند فلورایده شدن عنصر جدول تناوبی که در نظر داریم اشاره کرد. با حرارت دادن نافلز مذکور با هالوژن می توان دو تغییر فلوراید به دست آورد. حالت اول: اگر یک مول گوگرد و سه مول فلوئور بگیریم یک مول فلوراید به دست می آید که فرمول آن SF 6 است. معادله به این صورت است: S + 3F 2 = SF 6. علاوه بر این، گزینه دوم وجود دارد: اگر یک مول گوگرد و دو مول فلوئور بگیریم، یک مول فلوراید با فرمول شیمیایی SF 4 دریافت می کنیم. معادله به صورت زیر نوشته شده است: S + 2F 2 = SF 4. همانطور که می بینید، همه چیز به نسبت هایی بستگی دارد که اجزا در آن مخلوط می شوند. دقیقاً به همین ترتیب، فرآیند کلرزنی گوگرد (دو ماده مختلف نیز می تواند تشکیل شود) یا برم شدن می تواند انجام شود.

تعامل با سایر مواد ساده

ویژگی های عنصر گوگرد به همین جا ختم نمی شود. این ماده همچنین می تواند با هیدروژن، فسفر و کربن واکنش شیمیایی بدهد. در اثر برهمکنش با هیدروژن، اسید سولفید تشکیل می شود. در نتیجه واکنش آن با فلزات می توان سولفیدهای آنها را به دست آورد که به نوبه خود مستقیماً از واکنش گوگرد با همان فلز نیز به دست می آید. افزودن اتم های هیدروژن به اتم های گوگرد تنها در شرایط دمایی بسیار بالا اتفاق می افتد. هنگامی که گوگرد با فسفر واکنش می دهد، فسفید آن تشکیل می شود. فرمول زیر را دارد: P 2 S 3. برای بدست آوردن یک مول از این ماده باید دو مول فسفر و سه مول گوگرد مصرف کنید. هنگامی که گوگرد با کربن برهمکنش می کند، کاربید نافلز مورد نظر تشکیل می شود. فرمول شیمیایی آن به این صورت است: CS 2. برای به دست آوردن یک مول از یک ماده، باید یک مول کربن و دو مول گوگرد مصرف کنید. تمام واکنش های افزودنی که در بالا توضیح داده شد تنها زمانی رخ می دهند که معرف ها تا دمای بالا گرم شوند. ما به برهمکنش گوگرد با مواد ساده نگاه کرده ایم، حال اجازه دهید به نکته بعدی برویم.

گوگرد و ترکیبات پیچیده

مواد پیچیده آن دسته از موادی هستند که مولکول های آنها از دو (یا چند عنصر) متفاوت تشکیل شده است. خواص شیمیاییگوگرد به آن اجازه می دهد تا با ترکیباتی مانند قلیایی و همچنین اسید سولفات غلیظ واکنش دهد. واکنش های آن با این مواد کاملاً عجیب و غریب است. ابتدا بیایید ببینیم وقتی نافلز مورد نظر با قلیایی مخلوط می شود چه اتفاقی می افتد. به عنوان مثال، اگر شش مول بردارید و سه مول گوگرد اضافه کنید، دو مول سولفید پتاسیم، یک مول سولفیت پتاسیم و سه مول آب به دست می آورید. این نوع واکنش را می توان با معادله زیر بیان کرد: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. همان اصل برهمکنش رخ می دهد اگر اضافه کنید بعد، رفتار گوگرد را در هنگام محلول غلیظ اسید سولفات در نظر بگیرید. به آن اضافه می شود. اگر یک مول از ماده اول و دو مول از ماده دوم را بگیریم، محصولات زیر را به دست می آوریم: تری اکسید گوگرد به مقدار سه مول، و همچنین آب - دو مول. این واکنش شیمیاییتنها با گرم کردن معرف ها تا دمای بالا می توان به دست آورد.

به دست آوردن غیر فلز مورد نظر

چندین راه اصلی برای استخراج گوگرد از مواد مختلف وجود دارد. اولین روش جداسازی آن از پیریت است. فرمول شیمیایی دومی FeS 2 است. هنگامی که این ماده تا دمای بالا بدون دسترسی به اکسیژن گرم می شود، می توان سولفید آهن دیگری - FeS - و گوگرد به دست آورد. معادله واکنش به صورت زیر نوشته شده است: FeS 2 = FeS + S. روش دوم تولید گوگرد که اغلب در صنعت استفاده می شود، احتراق سولفید گوگرد است به شرطی که مقدار زیاداکسیژن. در این صورت می توانید نافلز مورد نظر و آب را بدست آورید. برای انجام واکنش، باید اجزا را با نسبت مولی دو به یک بگیرید. در نتیجه محصولات نهایی را به نسبت دو به دو به دست می آوریم. معادله این واکنش شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. علاوه بر این، گوگرد را می توان از طریق انواع فرآیندهای متالورژیکی، به عنوان مثال، در تولید فلزاتی مانند نیکل به دست آورد. ، مس و دیگران.

مصارف صنعتی

نافلز مورد نظر ما بیشترین کاربرد خود را در صنایع شیمیایی پیدا کرده است. همانطور که در بالا ذکر شد، در اینجا برای تولید اسید سولفات از آن استفاده می شود. علاوه بر این، گوگرد به دلیل اینکه ماده ای قابل اشتعال است، به عنوان جزئی برای ساخت کبریت استفاده می شود. همچنین در تولید مواد منفجره، باروت، جرقه و غیره ضروری است و همچنین گوگرد به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده در محصولات کنترل آفات استفاده می شود. در پزشکی به عنوان جزئی در ساخت داروهای بیماری های پوستی استفاده می شود. از ماده مورد بحث در تولید رنگ های مختلف نیز استفاده می شود. علاوه بر این، از آن در ساخت فسفر استفاده می شود.

ساختار الکترونیکی گوگرد

همانطور که می دانید، همه اتم ها از یک هسته تشکیل شده اند که در آن پروتون ها - ذرات با بار مثبت - و نوترون ها، یعنی ذرات با بار صفر وجود دارد. الکترون های با بار منفی به دور هسته می چرخند. برای اینکه یک اتم خنثی باشد، باید همان تعداد پروتون و الکترون در ساختار خود داشته باشد. اگر مورد دوم بیشتر باشد، در حال حاضر یک یون منفی است - یک آنیون. اگر برعکس، تعداد پروتون ها از الکترون ها بیشتر باشد، یک یون مثبت یا کاتیون است. آنیون گوگرد می تواند به عنوان یک باقی مانده اسید عمل کند. بخشی از مولکول های موادی مانند اسید سولفید (سولفید هیدروژن) و سولفیدهای فلزی است. آنیون در حین تفکیک الکترولیتی تشکیل می شود که زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در آب حل شود. در این حالت، مولکول به یک کاتیون تجزیه می شود که می تواند به شکل یک فلز یا یون هیدروژن و همچنین یک کاتیون - یونی از یک باقیمانده اسیدی یا یک گروه هیدروکسیل (OH-) ارائه شود.

از آنجایی که شماره سریال گوگرد در جدول تناوبی شانزده است، می توان نتیجه گرفت که هسته آن دقیقاً حاوی این تعداد پروتون است. بر این اساس می توان گفت که شانزده الکترون نیز به دور خود می چرخند. تعداد نوترون ها را می توان با کم کردن شماره سریال عنصر شیمیایی از جرم مولی پیدا کرد: 32 - 16 = 16. هر الکترون به طور آشفته ای نمی چرخد، بلکه در یک مدار خاص می چرخد. از آنجایی که گوگرد یک عنصر شیمیایی است که متعلق به دوره سوم جدول تناوبی است، سه مدار به دور هسته وجود دارد. اولی آنها دارای دو الکترون، دومی دارای هشت و سومی دارای شش الکترون است. فرمول الکترونیکی اتم گوگرد به صورت زیر نوشته شده است: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

شیوع در طبیعت

اساساً عنصر شیمیایی مورد بحث در کانی ها یافت می شود که سولفیدهای فلزات مختلف هستند. اول از همه، این پیریت است - یک نمک آهن. همچنین سرب، نقره، درخشش مس، مخلوط روی، سینابار - سولفید جیوه است. علاوه بر این، گوگرد همچنین می تواند بخشی از مواد معدنی باشد که ساختار آن توسط سه یا چند عنصر شیمیایی نشان داده شده است.

به عنوان مثال، کالکوپیریت، میرابیلیت، کیزریت، گچ. می توانید هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید. پیریت سولفید فرو یا FeS 2 است. دارای رنگ زرد روشن با براق طلایی است. این ماده معدنی اغلب به عنوان ناخالصی در لاجورد یافت می شود که به طور گسترده ای برای ساخت جواهرات استفاده می شود. این به دلیل این واقعیت است که این دو کانی اغلب دارای یک ذخیره مشترک هستند. درخشش مس - کالکوسیت یا کالکوسیت - یک ماده خاکستری مایل به آبی شبیه فلز است. و درخشش نقره ای (آرژانتیت) خواص مشابهی دارند: هر دو از نظر ظاهری شبیه فلز هستند و رنگ خاکستری دارند. سینابار یک ماده معدنی کدر مایل به قهوه ای مایل به قرمز با لکه های خاکستری است. کالکوپیریت که فرمول شیمیایی آن CuFeS 2 است به رنگ زرد طلایی است که به آن مخلوط طلا نیز می گویند. رنگ مخلوط روی (اسفالریت) می تواند از کهربایی تا نارنجی آتشین متغیر باشد. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - بلورهای شفاف یا سفید. همچنین به آن در پزشکی استفاده می شود. فرمول شیمیایی کیزریت MgSO 4 xH 2 O است. ظاهری شبیه پودر سفید یا بی رنگ دارد. فرمول شیمیایی سنگ گچ CaSO 4 x2H 2 O می باشد. علاوه بر این، این عنصر شیمیایی بخشی از سلول های موجودات زنده و یک عنصر کمیاب مهم است.

هر فردی در درس شیمی اسیدها را مطالعه کرد. یکی از آنها اسید سولفوریک نام دارد و HSO 4 نامیده می شود. مقاله ما در مورد خواص اسید سولفوریک به شما می گوید.

خواص فیزیکی اسید سولفوریک

اسید سولفوریک خالص یا مونوهیدرات یک مایع روغنی بی رنگ است که در دمای 10+ درجه سانتیگراد به یک توده کریستالی تبدیل می شود. اسید سولفوریک در نظر گرفته شده برای واکنش ها حاوی 95% H 2 SO 4 و چگالی آن 1.84 g/cm 3 است. 1 لیتر از چنین اسیدی 2 کیلوگرم وزن دارد. اسید در دمای -20 درجه سانتیگراد سخت می شود. گرمای همجوشی 10.5 کیلوژول بر مول در دمای 10.37 درجه سانتیگراد است.

خواص اسید سولفوریک غلیظ متفاوت است. به عنوان مثال، زمانی که این اسید در آب حل می شود، به دلیل تشکیل هیدرات ها، مقدار زیادی گرما (19 کیلو کالری بر مول) آزاد می شود. این هیدرات ها را می توان از محلول در دمای پایین به شکل جامد جدا کرد.

اسید سولفوریک یکی از اساسی ترین محصولات در صنایع شیمیایی است. این برای تولید کودهای معدنی (سولفات آمونیوم، سوپر فسفات)، نمک ها و اسیدهای مختلف، مواد شوینده و داروها، الیاف مصنوعی، رنگ ها و مواد منفجره در نظر گرفته شده است. اسید سولفوریک همچنین در متالورژی (به عنوان مثال، تجزیه سنگ معدن اورانیوم)، برای خالص سازی فرآورده های نفتی، برای خشک کردن گازها و غیره استفاده می شود.

خواص شیمیایی اسید سولفوریک

خواص شیمیایی اسید سولفوریک عبارتند از:

  1. برهمکنش با فلزات:
    • اسید رقیق تنها فلزاتی را حل می کند که در سمت چپ هیدروژن در سری ولتاژ قرار دارند، برای مثال H 2 + 1 SO 4 + Zn 0 = H 2 O + Zn + 2 SO 4.
    • خواص اکسید کننده اسید سولفوریک عالی است. هنگام تعامل با فلزات مختلف (به جز پلاتین، طلا)، می توان آن را به H 2 S -2، S + 4 O 2 یا S 0 کاهش داد، به عنوان مثال:
    • 2H 2 + 6 SO 4 + 2Ag 0 = S + 4 O 2 + Ag 2 + 1 SO 4 + 2H 2 O;
    • 5H 2 + 6 SO 4 + 8 Na 0 = H 2 S -2 + 4Na 2 + 1 SO 4 + 4H 2 O;
  2. اسید غلیظ H 2 S + 6 O 4 همچنین با برخی از غیر فلزات (هنگامی که گرم می شود) واکنش می دهد و به ترکیبات گوگردی با حالت اکسیداسیون پایین تر تبدیل می شود، به عنوان مثال:
    • 2H 2 S + 6 O 4 + C 0 = 2S + 4 O 2 + C + 4 O 2 + 2H 2 O;
    • 2H 2 S + 6 O 4 + S 0 = 3S + 4 O 2 + 2H 2 O;
    • 5H 2 S + 6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P + 5 O 4 + 5S + 4 O 2 + 2H 2 O;
  3. با اکسیدهای اساسی:
    • H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O ;
  4. با هیدروکسیدها:
    • Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
    • 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O;
  5. تداخل با نمک ها در طی واکنش های متابولیک:
    • H 2 SO 4 + BaCl 2 = 2HCl + BaSO 4 .

برای تعیین این اسید و سولفات های محلول از تشکیل BaSO 4 (یک رسوب سفید نامحلول در اسیدها) استفاده می شود.

مونوهیدرات یک حلال یونیزه است که ماهیت اسیدی دارد. بسیار خوب است که سولفات های بسیاری از فلزات را در آن حل کنید، به عنوان مثال:

  • 2H 2 SO 4 + HNO 3 = NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 - ;
  • HClO 4 + H 2 SO 4 = ClO 4 - + H 3 SO 4 +.

اسید غلیظ یک عامل اکسید کننده نسبتاً قوی است، به ویژه هنگامی که گرم می شود، به عنوان مثال 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

اسید سولفوریک که به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، معمولاً به SO 2 کاهش می یابد. اما می توان آن را به S و حتی به H 2 S کاهش داد، برای مثال H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

مونوهیدرات تقریباً قادر به هدایت جریان الکتریکی نیست. برعکس، محلول های اسید آبی رسانای خوبی هستند. اسید سولفوریک به شدت رطوبت را جذب می کند، بنابراین برای خشک کردن گازهای مختلف استفاده می شود. به عنوان یک ماده خشک کن، اسید سولفوریک تا زمانی عمل می کند که فشار بخار آب بالای محلول آن کمتر از فشار آن در گازی است که در حال خشک شدن است.

اگر محلول رقیق اسید سولفوریک را بجوشانید، آب از آن خارج می شود و نقطه جوش به 337 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، به عنوان مثال، زمانی که شروع به تقطیر اسید سولفوریک با غلظت 98.3٪ می کنند. برعکس، از محلول هایی که غلظت بیشتری دارند، انیدرید سولفوریک اضافی تبخیر می شود. بخار اسیدی که در دمای 337 درجه سانتیگراد می جوشد تا حدی به SO 3 و H 2 O تجزیه می شود که پس از سرد شدن دوباره با هم ترکیب می شوند. حرارتنقطه جوش این اسید برای استفاده در جداسازی اسیدهای بسیار فرار از نمک آنها در هنگام گرم شدن مناسب است.

اقدامات احتیاطی هنگام کار با اسید

هنگام استفاده از اسید سولفوریک، باید بسیار مراقب باشید. وقتی این اسید روی پوست می‌رسد، پوست سفید می‌شود، سپس قهوه‌ای می‌شود و قرمزی ظاهر می‌شود. بافت های اطراف متورم می شوند. اگر این اسید به قسمتی از بدن برسد، باید سریعاً با آب شسته شود و محل سوخته با محلول سودا روغن کاری شود.

اکنون می دانید که اسید سولفوریک که خواص آن به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، برای انواع تولید و استخراج مواد معدنی به سادگی غیر قابل جایگزینی است.

خواص اسید سولفوریک

اسید سولفوریک بی آب (مونوهیدرات) یک مایع روغنی سنگین است که به نسبت های مختلف با آب مخلوط می شود و مقدار زیادی گرما آزاد می کند. چگالی در دمای 0 درجه سانتی گراد 1.85 گرم بر سانتی متر مکعب است. در دمای 296 درجه سانتی گراد می جوشد و در دمای 10- درجه سانتی گراد یخ می زند. اسید سولفوریک نه تنها مونوهیدرات، بلکه محلول های آبی آن () و همچنین محلول های تری اکسید گوگرد در مونوهیدرات ()، به نام اولئوم نامیده می شود. اولئوم در هوا به دلیل دفع از آن "دود" می کند. اسید سولفوریک خالص بی رنگ است، در حالی که اسید سولفوریک فنی توسط ناخالصی ها تیره رنگ می شود.

خواص فیزیکی اسید سولفوریک مانند چگالی، دمای تبلور، نقطه جوش به ترکیب آن بستگی دارد. در شکل شکل 1 نمودار تبلور سیستم را نشان می دهد. حداکثر در آن مربوط به ترکیب ترکیبات یا وجود حداقل ها با این واقعیت است که دمای تبلور مخلوط دو ماده کمتر از دمای تبلور هر یک از آنها است.

برنج. 1

اسید سولفوریک 100% بدون آب دارای دمای تبلور نسبتاً بالایی 10.7 درجه سانتیگراد است. برای کاهش احتمال انجماد یک محصول تجاری در حین حمل و نقل و ذخیره سازی، غلظت اسید سولفوریک فنی به گونه ای انتخاب می شود که دمای تبلور آن به اندازه کافی پایین باشد. این صنعت سه نوع اسید سولفوریک تجاری تولید می کند.

اسید سولفوریک بسیار فعال است. اکسیدهای فلزات و اکثر فلزات خالص را حل می کند؛ در دمای بالا، تمام اسیدهای دیگر را از نمک ها جابجا می کند. اسید سولفوریک به دلیل توانایی خود در تشکیل هیدرات، به طور خاص با آب ترکیب می شود. آب را از سایر اسیدها، از هیدرات های کریستالی نمک ها و حتی مشتقات اکسیژن هیدروکربن ها، که حاوی آب نیست، بلکه هیدروژن و اکسیژن در ترکیب H:O = 2 است، می گیرد. چوب و سایر بافت های گیاهی و حیوانی حاوی سلولز، نشاسته و شکر در اسید سولفوریک غلیظ از بین می روند. آب با اسید متصل می شود و تنها کربن پراکنده ریز از بافت باقی می ماند. در اسید رقیق، سلولز و نشاسته تجزیه شده و قند تشکیل می دهند. اگر اسید سولفوریک غلیظ با پوست انسان تماس پیدا کند باعث سوختگی می شود.

فعالیت بالای اسید سولفوریک، همراه با هزینه نسبتاً پایین تولید، مقیاس عظیم و تنوع شدید کاربرد آن را از پیش تعیین کرد (شکل 2). یافتن صنعتی که در آن اسید سولفوریک یا محصولات ساخته شده از آن در مقادیر مختلف مصرف نشده باشد، دشوار است.


برنج. 2

بزرگترین مصرف کننده اسید سولفوریک تولید کودهای معدنی است: سوپر فسفات، سولفات آمونیوم، و غیره. اسید سولفوریک به طور گسترده در تولید فلزات غیر آهنی و کمیاب استفاده می شود. در صنعت فلزکاری از اسید سولفوریک یا نمک های آن برای ترشی کردن محصولات فولادی قبل از رنگ آمیزی، قلع کاری، آبکاری نیکل، آبکاری کروم و غیره استفاده می شود. مقادیر قابل توجهی از اسید سولفوریک برای پالایش فرآورده های نفتی هزینه می شود. تولید تعدادی رنگ (برای پارچه)، لاک و رنگ (برای ساختمان ها و ماشین آلات)، مواد دارویی و برخی پلاستیک ها نیز مستلزم استفاده از اسید سولفوریک است. با استفاده از اسید سولفوریک، اتیل و سایر الکل ها، برخی استرها، مواد شوینده مصنوعی و تعدادی آفت کش برای کنترل آفات تولید می شود. کشاورزیو علف های هرز محلول های رقیق اسید سولفوریک و نمک های آن در تولید ریون، در صنعت نساجی برای تصفیه الیاف یا پارچه قبل از رنگرزی و همچنین در سایر صنایع سبک استفاده می شود. در صنایع غذایی از اسید سولفوریک برای تولید نشاسته، ملاس و تعدادی فرآورده دیگر استفاده می شود. حمل و نقل از باتری های اسید سولفوریک سرب استفاده می کند. اسید سولفوریک برای خشک کردن گازها و برای تغلیظ اسیدها استفاده می شود. در نهایت، اسید سولفوریک در فرآیندهای نیتراسیون و در تولید بیشتر مواد منفجره استفاده می شود.


اسید سولفوریک H 2 SO 4، جرم مولی 98.082; بی رنگ، روغنی، بی بو. اسید دی بازیک بسیار قوی، در دمای 18 درجه سانتیگراد K a 1 - 2.8، K 2 1.2 10 -2، pK آ 2 1.92; طول پیوند در S=O 0.143 نانومتر، S-OH 0.154 نانومتر، زاویه HOSOH 104 درجه، OSO 119 درجه. با تجزیه می جوشد و تشکیل می شود (98.3% H 2 SO 4 و 1.7 % H 2 O با نقطه جوش 338.8 درجه سانتیگراد؛ همچنین به جدول 1 مراجعه کنید). اسید سولفوریک، مربوط به 100٪ محتوای H 2 SO 4، دارای ترکیب (%): H 2 SO 4 99.5٪، HSO 4 - 0.18٪، H 3 SO 4 + 0.14٪، H 3 O + 0.09٪، H 2 S 2 O 7 0.04٪، HS 2 O 7 0.05٪. با و SO 3 در همه نسبت ها مخلوط می شود. در محلول های آبی اسید سولفوریکتقریباً به طور کامل به H +، HSO 4 - و SO 4 2- تجزیه می شود. H2SO4 را تشکیل می دهد n H 2 O، کجا n= 1، 2، 3، 4 و 6.5.

محلول های SO 3 در اسید سولفوریک اولئوم نامیده می شوند که دو ترکیب H 2 SO 4 · SO 3 و H 2 SO 4 · 2SO 3 را تشکیل می دهند. اولئوم همچنین حاوی اسید پیروسولفوریک است که از واکنش به دست می آید: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7.

تهیه اسید سولفوریک

مواد اولیه برای به دست آوردن اسید سولفوریکخدمت: S، سولفیدهای فلزی، H2S، ضایعات نیروگاه های حرارتی، آهن، سولفات های کلسیم و غیره. مراحل اصلی تولید اسید سولفوریک: 1) مواد خام برای تولید SO 2؛ 2) SO 2 به SO 3 (تبدیل). 3) SO 3. در صنعت از دو روش برای به دست آوردن استفاده می شود اسید سولفوریک، در روش اکسیداسیون SO 2 - تماس با استفاده از کاتالیزورهای جامد (تماس) و نیتروژن - با اکسیدهای نیتروژن متفاوت است. برای گرفتن اسید سولفوریکبا روش تماسی، کارخانه های مدرن از کاتالیزورهای وانادیوم استفاده می کنند که جایگزین اکسیدهای پلاتین و آهن شده است. V 2 O 5 خالص دارای فعالیت کاتالیزوری ضعیف است که در حضور فلزات قلیایی به شدت افزایش می یابد. بیشترین تاثیردارای املاح K. نقش ترویجی فلزات قلیایی به دلیل تشکیل پیروسولفونادات های کم ذوب (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5، 2K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 و K 2 S 2 O 7 V است. 2 O 5، به ترتیب در 315-330، 365-380 و 400-405 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. جزء فعال در شرایط کاتالیز در حالت مذاب است.

طرح اکسیداسیون SO2 به SO3 را می توان به صورت زیر نشان داد:

در مرحله اول تعادل حاصل می شود، مرحله دوم کند است و سرعت فرآیند را تعیین می کند.

تولید اسید سولفوریکاز گوگرد با استفاده از روش تماس مضاعف و جذب مضاعف (شکل 1) شامل مراحل زیر است. هوا پس از پاکسازی از گرد و غبار، توسط یک دمنده گاز به برج خشک کن می رسد و در آنجا تا 93-98 درصد خشک می شود. اسید سولفوریکتا رطوبت 0.01 درصد حجمی. هوای خشک شده پس از پیش گرم شدن در یکی از مبدل های حرارتی واحد تماس وارد کوره گوگرد می شود. کوره گوگرد عرضه شده توسط نازل ها را می سوزاند: S + O 2 = SO 2 + 297.028 کیلوژول. گاز حاوی 10 تا 14 درصد حجمی SO 2 در دیگ خنک می شود و پس از رقیق شدن با هوا تا 9 تا 10 درصد حجمی SO 2 در دمای 420 درجه سانتیگراد، وارد دستگاه تماس برای مرحله اول تبدیل می شود. روی سه لایه کاتالیزور (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96.296 کیلوژول) اتفاق می افتد، پس از آن گاز در مبدل های حرارتی خنک می شود. سپس گاز حاوی 8.5-9.5 درصد SO 3 در دمای 200 درجه سانتیگراد وارد مرحله اول جذب، آبیاری و 98 درصد می شود. اسید سولفوریک: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 130.56 کیلوژول. در مرحله بعد، گاز تحت تمیز کردن پاشش قرار می گیرد اسید سولفوریک، تا دمای 420 درجه سانتی گراد گرم می شود و وارد مرحله دوم تبدیل می شود که روی دو لایه کاتالیزور اتفاق می افتد. قبل از مرحله دوم جذب، گاز در اکونومایزر خنک می شود و با آبیاری 98 درصد به جاذب مرحله دوم می رسد. اسید سولفوریکو پس از تمیز کردن پاشش ها، در جو منتشر می شود.

1 - کوره گوگرد؛ 2 - دیگ حرارت هدر رفته; 3 - اکونومایزر; 4 - راه اندازی فایرباکس; 5، 6 - مبدل های حرارتی کوره شروع. 7 - دستگاه تماس؛ 8 - مبدل های حرارتی; 9 - جاذب اولئوم; 10 - برج خشک کن؛ 11 و 12 - به ترتیب اولین و دومین جاذب مونوهیدرات. 13 - مجموعه اسید.

1 - فیدر دیسک؛ 2 - فر؛ 3 - دیگ حرارت هدر رفته; 4 - طوفان; 5 - رسوب دهنده های الکتریکی; 6 - برج های شستشو; 7 - رسوب دهنده های الکترواستاتیک مرطوب; 8 - برج دمنده؛ 9 - برج خشک کن; 10 - تله پاشش; 11 - اولین جاذب مونوهیدرات; 12 - مبدل های حرارتی؛ 13 - دستگاه تماس؛ 14 - جاذب اولئوم; 15 - جاذب مونوهیدرات دوم؛ 16 - یخچال و فریزر; 17 - مجموعه ها.

1 - برج آبگیری؛ 2، 3 - برج های تولید اول و دوم. 4 - برج اکسیداسیون; 5، 6، 7 - برج های جذب؛ 8 - رسوبگیرهای برقی.

تولید اسید سولفوریکاز سولفیدهای فلزی (شکل 2) بسیار پیچیده تر است و شامل عملیات زیر است. FeS 2 در یک کوره بستر سیال با استفاده از انفجار هوا شلیک می شود: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 کیلوژول. گاز برشته با مقدار SO 2 13-14 درصد با دمای 900 درجه سانتیگراد وارد دیگ شده و تا 450 درجه سانتیگراد خنک می شود. حذف گرد و غبار در یک سیکلون و یک رسوب دهنده الکتریکی انجام می شود. سپس گاز از دو برج شستشو عبور می کند که با 40% و 10% آبیاری می شود. اسید سولفوریک. در این حالت گاز در نهایت از گرد و غبار، فلوئور و آرسنیک پاک می شود. برای تصفیه گاز از آئروسل اسید سولفوریکتولید شده در برج های شستشو، دو مرحله رسوب دهنده های الکترواستاتیک مرطوب ارائه می شود. پس از خشک شدن در برج خشک کن، که قبل از آن گاز تا 9% SO 2 رقیق می شود، توسط یک دمنده گاز به مرحله اول تبدیل (3 لایه کاتالیزور) می رسد. در مبدل های حرارتی، به لطف گرمای گاز حاصل از مرحله اول تبدیل، گاز تا دمای 420 درجه سانتی گراد گرم می شود. SO 2 که 92 تا 95 درصد در SO 3 اکسید می شود، به مرحله اول جذب به جاذب های اولئوم و مونوهیدرات می رود و در آنجا از SO3 آزاد می شود. سپس، گاز حاوی SO 2 ~ 0.5٪ وارد مرحله دوم تبدیل می شود که روی یک یا دو لایه کاتالیزور انجام می شود. گاز در گروه دیگری از مبدل های حرارتی به لطف گرمای گازهای حاصل از مرحله دوم کاتالیز تا دمای 420 درجه سانتیگراد گرم می شود. پس از جدا شدن SO3 در مرحله دوم جذب، گاز به اتمسفر آزاد می شود.

درجه تبدیل SO 2 به SO 3 با استفاده از روش تماس 99.7 درصد، درجه جذب SO 3 99.97 درصد است. تولید اسید سولفوریکدر یک مرحله از کاتالیز انجام می شود، در حالی که درجه تبدیل SO2 به SO3 از 98.5٪ تجاوز نمی کند. قبل از رها شدن در اتمسفر، گاز از SO2 باقی مانده پاک می شود (نگاه کنید به). بهره وری تاسیسات مدرن 1500-3100 تن در روز است.

ماهیت روش نیتروز (شکل 3) این است که گاز برشته پس از خنک شدن و تمیز شدن از گرد و غبار، به اصطلاح با نیتروز تصفیه می شود - اسید سولفوریک، که در آن اکسیدهای نیتروژن حل می شود. SO 2 توسط نیتروز جذب شده و سپس اکسید می شود: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO. NO به دست آمده در نیتروز ضعیف حل می شود و از آن آزاد می شود و سپس تا حدی توسط اکسیژن در فاز گاز به NO 2 اکسید می شود. مخلوط NO و NO 2 دوباره جذب می شود اسید سولفوریکو غیره. اکسیدهای نیتروژن در فرآیند نیتروژن مصرف نمی شوند و به دلیل جذب ناقص به چرخه تولید باز می گردند. اسید سولفوریکآنها تا حدی توسط گازهای اگزوز منتقل می شوند. مزایای روش نیتروز: سادگی ابزار دقیق، هزینه کمتر (10-15٪ کمتر از تماس)، امکان بازیافت 100٪ SO 2.

طراحی سخت افزاری فرآیند نیتروز برج ساده است: SO 2 در برج های 7-8 خط دار با بسته بندی سرامیکی پردازش می شود، یکی از برج ها (توخالی) یک حجم اکسیداسیون قابل تنظیم است. برج ها دارای کلکتور اسید، یخچال و پمپ هایی هستند که اسید را به مخازن تحت فشار بالای برج ها تامین می کنند. یک فن دم در جلوی دو برج آخر نصب شده است. برای تصفیه گاز از آئروسل اسید سولفوریکبه عنوان یک رسوب دهنده الکتریکی عمل می کند. اکسیدهای نیتروژن مورد نیاز برای فرآیند از HNO 3 به دست می آیند. برای کاهش انتشار اکسیدهای نیتروژن به اتمسفر و بازیافت 100٪ SO 2، یک چرخه فرآوری SO 2 بدون نیتروژن بین مناطق تولید و جذب در ترکیب با روش آب-اسید جذب عمیق اکسیدهای نیتروژن نصب شده است. عیب روش نیتروز این است کیفیت پایینمحصولات: تمرکز اسید سولفوریک 75% وجود اکسیدهای نیتروژن، آهن و سایر ناخالصی ها.

برای کاهش احتمال تبلور اسید سولفوریکاستانداردهایی برای درجه های تجاری در طول حمل و نقل و ذخیره سازی ایجاد می شود اسید سولفوریک، که غلظت آن مربوط به کمترین دمای تبلور است. محتوا اسید سولفوریکدر درجات فنی (%): برج (نیتروژن) 75، تماس 92.5-98.0، اولئوم 104.5، اولئوم با درصد بالا 114.6، باتری 92-94. اسید سولفوریکذخیره شده در مخازن فولادی با حجم تا 5000 متر مکعب، ظرفیت کل آنها در انبار برای خروجی تولید ده روزه طراحی شده است. اولئوم و اسید سولفوریکدر مخازن راه آهن فولادی حمل می شود. متمرکز و باتری اسید سولفوریکحمل و نقل در مخازن ساخته شده از فولاد مقاوم در برابر اسید. مخازن حمل اولئوم با عایق حرارتی پوشانده می شوند و اولئوم قبل از پر شدن گرم می شود.

تعريف كردن اسید سولفوریکاز نظر رنگ سنجی و فتومتریک، به صورت سوسپانسیون BaSO 4 - به صورت نوری کدورت سنجی و همچنین به روش کولومتری.

کاربرد اسید سولفوریک

اسید سولفوریک در تولید کودهای معدنی، به عنوان الکترولیت در باتری‌های سرب، برای تولید اسیدها و نمک‌های معدنی مختلف، الیاف شیمیایی، رنگ‌ها، مواد دودزا و مواد منفجره، در نفت، فلزکاری، نساجی، چرم و ... استفاده می‌شود. سایر صنایع در سنتز آلی صنعتی در واکنش های کم آبی (تولید دی اتیل اتر، استرها)، هیدراتاسیون (اتانول از اتیلن)، سولفوناسیون (و محصولات واسطه ای در تولید رنگ)، آلکیلاسیون (تولید ایزواکتان، پلی اتیلن گلیکول، کاپرولاکتام) استفاده می شود. و غیره بزرگترین مصرف کننده اسید سولفوریک- تولید کودهای معدنی برای 1 تن P 2 O 5 کودهای فسفاته 2.2-3.4 تن مصرف می شود اسید سولفوریکو برای 1 تن (NH 4) 2 SO 4 - 0.75 تن اسید سولفوریک. بنابراین، آنها تمایل دارند تا کارخانه های اسید سولفوریک را همراه با کارخانه هایی برای تولید کودهای معدنی بسازند. تولید جهانی اسید سولفوریکدر سال 1987 به 152 میلیون تن رسید.

اسید سولفوریکو اولئوم مواد بسیار تهاجمی هستند که بر مجاری تنفسی، پوست، غشاهای مخاطی اثر می گذارند، باعث مشکل در تنفس، سرفه و اغلب لارنژیت، نای، برونشیت و غیره می شوند. حداکثر غلظت مجاز آئروسل اسید سولفوریک در هوای محل کار 0/1 میلی گرم بر متر مکعب، در جو 3/0 میلی گرم بر متر مکعب (حداکثر یک بار) و 1/0 میلی گرم بر متر مکعب (متوسط ​​روزانه) است. غلظت بخار شگفت انگیز اسید سولفوریک 008/0 میلی گرم در لیتر (قرار گرفتن در معرض 60 دقیقه)، کشنده 18/0 میلی گرم در لیتر (60 دقیقه). کلاس خطر 2. آئروسل اسید سولفوریکمی تواند در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای از صنایع شیمیایی و متالورژیکی حاوی اکسیدهای S در اتمسفر تشکیل شود و به صورت باران اسیدی بریزد.

مشخصات فیزیکی.

اسید سولفوریک 100% خالص (مونوهیدرات) یک مایع روغنی بی رنگ است که در دمای 10+ درجه سانتیگراد به یک توده کریستالی تبدیل می شود. اسید سولفوریک واکنش پذیر معمولاً دارای چگالی 1.84 گرم بر سانتی متر مکعب است و حاوی حدود 95٪ H 2 SO 4 است. فقط زیر 20- درجه سانتیگراد سخت می شود.

نقطه ذوب مونوهیدرات 10.37 درجه سانتی گراد با گرمای همجوشی 10.5 کیلوژول بر مول است. که در شرایط عادیاین یک مایع بسیار چسبناک با بسیار است ارزش بالاثابت دی الکتریک (e = 100 در 25 درجه سانتیگراد). تفکیک الکترولیتی ذاتی جزئی مونوهیدرات به صورت موازی در دو جهت انجام می شود: [H 3 SO 4 + ]· [НSO 4 - ] = 2·10 -4 و [H 3 O + ]· [НS 2 О 7 - ] = 4 · 10 - 5 . ترکیب یونی مولکولی آن را می توان تقریباً با داده های زیر (در درصد) مشخص کرد:

H2SO4 HSO 4 - H3SO4+ H3O+ HS 2 O 7 - H2S2O7
99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

هنگام افزودن حتی مقادیر کمی آب، تفکیک طبق طرح زیر غالب می شود:

H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -

خواص شیمیایی.

H 2 SO 4 یک اسید دی بازیک قوی است.

H2SO4<-->H + + H SO 4 -<-->2H + + SO 4 2-

مرحله اول (برای غلظت های متوسط) منجر به تفکیک 100٪ می شود:

K 2 = ( ) / = 1.2 10 -2

1) تعامل با فلزات:

آ) اسید سولفوریک رقیق فقط فلزات سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن را حل می کند:

روی 0 + H 2 + 1 SO 4 (رقیق شده) --> روی + 2 SO 4 + H 2 O

ب) H 2 + 6 SO 4 غلیظ یک عامل اکسید کننده قوی است. هنگام تعامل با فلزات (به جز Au، Pt) می توان آن را به S +4 O 2، S 0 یا H 2 S -2 کاهش داد (Fe، Al، Cr نیز بدون گرم شدن واکنش نمی دهند - آنها غیرفعال می شوند):

2Ag 0 + 2H 2 + 6 SO 4 --> Ag 2 + 1 SO 4 + S + 4 O 2 + 2H 2 O

8Na 0 + 5H 2 + 6 SO 4 --> 4Na 2 + 1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O

2) H 2 S + 6 O 4 غلیظ واکنش نشان می دهد هنگام گرم شدن با برخی از غیر فلزات به دلیل خواص اکسید کننده قوی آن، تبدیل به ترکیبات گوگردی با حالت اکسیداسیون پایین تر (به عنوان مثال، S +4 O 2):

C 0 + 2H 2 S + 6 O 4 (conc) --> C + 4 O 2 + 2S + 4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S + 6 O 4 (conc) --> 3S +4 O 2 + 2H 2 O

2P 0 + 5H 2 S + 6 O 4 (conc) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P + 5 O 4 + 2H 2 O

3) با اکسیدهای اساسی:

CuO + H 2 SO 4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H 2 O

4) با هیدروکسیدها:

H 2 SO 4 + 2 NaOH --> Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H + + OH - --> H 2 O

H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 --> CuSO 4 + 2H 2 O

2H + + Cu(OH) 2 --> Cu 2+ + 2H2 O

5) واکنش های مبادله ای با نمک ها:

BaCl 2 + H 2 SO 4 --> BaSO 4 + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- --> BaSO 4

از تشکیل رسوب سفید BaSO 4 (غیر محلول در اسیدها) برای شناسایی اسید سولفوریک و سولفات های محلول استفاده می شود.

مونوهیدرات (100% اسید سولفوریک خالص) یک حلال یونیزه کننده است که ماهیت اسیدی دارد. سولفات های بسیاری از فلزات به خوبی در آن حل می شوند (تبدیل به بی سولفات ها) ، در حالی که نمک های سایر اسیدها معمولاً فقط در صورتی حل می شوند که بتوان آنها را حل کرد (تبدیل به بی سولفات). اسید نیتریک در مونوهیدرات به عنوان یک باز ضعیف عمل می کند

HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 -

پرکلریک - مانند یک اسید بسیار ضعیف

H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 -

اسیدهای فلوروسولفونیک و کلروسولفونیک اسیدهای کمی قوی تر هستند (HSO 3 F > HSO 3 Cl > HClO 4). مونوهیدرات به خوبی بسیاری از مواد آلی حاوی اتم‌های دارای جفت الکترون تنها (قابلیت اتصال پروتون) را حل می‌کند. سپس می توان برخی از آنها را بدون تغییر به سادگی با رقیق کردن محلول با آب جدا کرد. مونوهیدرات دارای ثابت کرایوسکوپی بالایی (6.12 درجه) است و گاهی اوقات به عنوان یک محیط برای تعیین وزن مولکولی استفاده می شود.

H 2 SO 4 غلیظ یک عامل اکسید کننده نسبتاً قوی است، به ویژه هنگامی که حرارت داده می شود (معمولاً به SO 2 کاهش می یابد). به عنوان مثال، HI و تا حدی HBr (اما نه HCl) را به هالوژن های آزاد اکسید می کند. بسیاری از فلزات نیز توسط آن اکسید می شوند - مس، جیوه و غیره (در حالی که طلا و پلاتین نسبت به H 2 SO 4 پایدار هستند). بنابراین برهمکنش با مس از این رابطه پیروی می کند:

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

اسید سولفوریک که به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، معمولاً به SO 2 کاهش می یابد. با این حال، با قوی ترین عوامل کاهنده می توان آن را به S و حتی H 2 S کاهش داد. اسید سولفوریک غلیظ با سولفید هیدروژن مطابق با معادله واکنش می دهد:

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

لازم به ذکر است که با گاز هیدروژن نیز تا حدی کاهش می یابد و بنابراین نمی توان از آن برای خشک کردن استفاده کرد.

برنج. 13. هدایت الکتریکی محلول های اسید سولفوریک.

انحلال اسید سولفوریک غلیظ در آب با آزاد شدن قابل توجه گرما (و کاهش جزئی در حجم کل سیستم) همراه است. مونوهیدرات تقریباً جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. برعکس، محلول های آبی اسید سولفوریک رسانای خوبی هستند. همانطور که می توان در شکل دیده می شود. 13، تقریبا 30٪ اسید دارای حداکثر هدایت الکتریکی است. حداقل منحنی مربوط به هیدرات با ترکیب H 2 SO 4 · H 2 O است.

آزاد شدن گرما هنگام حل کردن مونوهیدرات در آب (بسته به غلظت نهایی محلول) تا 84 کیلوژول بر مول H 2 SO 4 است. در مقابل، با مخلوط کردن 66٪ اسید سولفوریک، از قبل خنک شده تا 0 درجه سانتیگراد، با برف (1:1 وزن)، می توان به کاهش دما به -37 درجه سانتیگراد دست یافت.

تغییر در چگالی محلول های آبی H 2 SO 4 با غلظت آن (وزنی %) در زیر آورده شده است:

5 10 20 30 40 50 60
15 درجه سانتی گراد 1,033 1,068 1,142 1,222 1,307 1,399 1,502
25 درجه سانتی گراد 1,030 1,064 1,137 1,215 1,299 1,391 1,494
70 80 90 95 97 100
15 درجه سانتی گراد 1,615 1,732 1,820 1,839 1,841 1,836
25 درجه سانتی گراد 1,606 1,722 1,809 1,829 1,831 1,827

همانطور که از این داده ها مشاهده می شود، تعیین با چگالی غلظت اسید سولفوریک بالای 90 وزنی. % بسیار نادرست می شود.

فشار بخار آب بر محلول های H 2 SO 4 با غلظت های مختلف در دماهای مختلفدر شکل نشان داده شده است. 15. اسید سولفوریک فقط تا زمانی می تواند به عنوان یک خشک کننده عمل کند که فشار بخار آب بالای محلول آن کمتر از فشار جزئی آن در گاز در حال خشک شدن باشد.

برنج. 15. فشار بخار آب.

برنج. 16. نقطه جوش بر روی محلول های H 2 SO 4 . محلول های H 2 SO 4.

هنگامی که محلول رقیق اسید سولفوریک جوشانده می شود، آب از آن تقطیر می شود و نقطه جوش تا 337 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، زمانی که 98.3٪ از H 2 SO 4 شروع به تقطیر می کند (شکل 16). برعکس، انیدرید سولفوریک اضافی از محلول های غلیظ تر تبخیر می شود. بخار اسید سولفوریک که در دمای 337 درجه سانتیگراد می جوشد تا حدی به H 2 O و SO 3 تجزیه می شود که پس از سرد شدن دوباره ترکیب می شوند. نقطه جوش بالای اسید سولفوریک اجازه می دهد تا از آن برای جداسازی اسیدهای بسیار فرار از نمک آنها در هنگام گرم شدن استفاده شود (مثلاً HCl از NaCl).

اعلام وصول.

مونوهیدرات را می توان با کریستالیزاسیون اسید سولفوریک غلیظ در دمای 10- درجه سانتی گراد به دست آورد.

تولید اسید سولفوریک

مرحله 1.کوره برای پخت پیریت.

4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

فرآیند ناهمگن است:

1) آسیاب پیریت آهن (پیریت)

2) روش "بستر سیال".

3) 800 درجه سانتیگراد؛ حذف گرمای اضافی

4) افزایش غلظت اکسیژن در هوا

مرحله 2.پس از تمیز کردن، خشک کردن و تبادل حرارت، دی اکسید گوگرد وارد دستگاه تماس می شود و در آنجا به انیدرید سولفوریک اکسید می شود (450 ° C - 500 ° C؛ کاتالیزور V 2 O 5):

2SO2 + O2<-->2SO 3

مرحله 3.برج جذب:

nSO 3 + H 2 SO 4 (conc) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (اولیوم)

به دلیل تشکیل مه نمی توان از آب استفاده کرد. از نازل های سرامیکی و اصل جریان مخالف استفاده می شود.

کاربرد.

یاد آوردن! اسید سولفوریک باید در قسمت های کوچک در آب ریخته شود و نه برعکس. در غیر این صورت، ممکن است یک واکنش شیمیایی شدید رخ دهد که منجر به سوختگی شدید شود.

اسید سولفوریک یکی از محصولات اصلی صنایع شیمیایی است. مورد استفاده برای تولید کودهای معدنی (سوپر فسفات، سولفات آمونیوم)، اسیدها و نمک های مختلف، دارویی و مواد شوینده، رنگ ، الیاف مصنوعی ، مواد منفجره. در متالورژی (تجزیه سنگ معدن، به عنوان مثال اورانیوم)، برای خالص سازی فرآورده های نفتی، به عنوان خشک کننده و غیره استفاده می شود.

عملاً مهم است که اسید سولفوریک بسیار قوی (بالاتر از 75 درصد) روی آهن تأثیری نداشته باشد. این اجازه می دهد تا آن را در مخازن فولادی ذخیره و حمل کنید. برعکس، H 2 SO 4 رقیق شده، آهن را با آزاد شدن هیدروژن به راحتی حل می کند. خاصیت اکسید کننده اصلاً مشخصه آن نیست.

اسید سولفوریک قوی به شدت رطوبت را جذب می کند و بنابراین اغلب برای خشک کردن گازها استفاده می شود. آب را از بسیاری از مواد آلی حاوی هیدروژن و اکسیژن که اغلب در فناوری استفاده می شود، حذف می کند. این (و همچنین خواص اکسید کننده H 2 SO 4 قوی) با اثر مخرب آن بر بافت های گیاهی و جانوری همراه است. اگر در حین کار به طور تصادفی اسید سولفوریک روی پوست یا لباس شما خورد، باید فوراً آن را با آب فراوان بشویید، سپس ناحیه آسیب دیده را با محلول آمونیاک رقیق مرطوب کرده و دوباره با آب بشویید.

مولکول های اسید سولفوریک خالص

عکس. 1. طرح پیوندهای هیدروژنی در یک کریستال H 2 SO 4.

مولکول هایی که کریستال مونوهیدرات (HO) 2 SO 2 را تشکیل می دهند، توسط پیوندهای هیدروژنی نسبتاً قوی (25 کیلوژول بر مول) به یکدیگر متصل می شوند، همانطور که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 1. مولکول (HO) 2 SO 2 خود دارای ساختار یک چهار وجهی تحریف شده با اتم گوگرد در نزدیکی مرکز است و با پارامترهای زیر مشخص می شود: (d(S-OH) = 154 pm، PHO-S-OH = 104 درجه، d(S=O) = 143 بعد از ظهر، POSO = 119 درجه در یون HOSO 3، d(S-OH) = 161 و d(SO) = 145 بعد از ظهر، و هنگام حرکت به SO 4 2 - یون، چهار وجهی شکل صحیح را به دست می آورد و پارامترها هم تراز می شوند.

کریستال هیدرات های اسید سولفوریک.

چندین هیدرات کریستالی برای اسید سولفوریک شناخته شده است که ترکیب آنها در شکل 1 نشان داده شده است. 14. فقیرترین آنها در آب نمک اکسونیوم است: H 3 O + HSO 4 - . از آنجایی که سیستم مورد بررسی بسیار مستعد سوپرسرد شدن است، دمای انجماد واقعی مشاهده شده در آن بسیار کمتر از دمای ذوب است.

برنج. 14. نقاط ذوب در سیستم H 2 O·H 2 SO 4.



 

شاید خواندن آن مفید باشد: