Температура сірчаної кислоти. Властивості сірчаної кислоти

Властивості сірчаної кислоти

Безводна сірчана кислота (моногідрат) є важкою маслянистою рідиною, яка змішується з водою у всіх співвідношеннях з виділенням великої кількостітепла. Щільність за 0 °С дорівнює 1,85 г/см 3 . Вона кипить при 296 °С і замерзає при -10 °С. Сірчаною кислотою називають як моногідрат, а й водні розчини його (), і навіть розчини триокису сірки в моногидрате (), звані олеумом. Олеум на повітрі "димить" внаслідок десорбції з нього. Чиста сірчана кислота безбарвна, технічна, забарвлена ​​домішками в темний колір.

Фізичні властивості сірчаної кислоти, такі як щільність, температура кристалізації, температура кипіння, залежать від її складу. На рис. 1 представлена ​​діаграма кристалізації системи. Максимуми в ній відповідають складу сполук або наявність мінімумів пояснюється тим, що температура кристалізації сумішей двох речовин нижче температури кристалізації кожного з них.

Мал. 1

Безводна 100% сірчана кислота має порівняно високу температурукристалізації 10,7 °С. Щоб зменшити можливість замерзання товарного продукту при перевезенні та зберіганні, концентрацію технічної сірчаної кислоти вибирають такою, щоб вона мала досить низьку температуру кристалізації. Промисловість випускає три види товарної сірчаної кислоти.

Сірчана кислотадуже активна. Вона розчиняє оксиди металів і більшість чистих металів; витісняє при підвищеній температурі всі інші кислоти із солей. Особливо жадібно сірчана кислота з'єднується з водою завдяки здатності давати гідрати. Вона забирає воду від інших кислот, від кристалогідратів солей і навіть кисневих похідних вуглеводнів, які містять не воду таку, а водень і кисень у поєднанні Н:О = 2. дерево та інші рослинні та тваринні тканини, що містять целюлозу, крохмаль і цукор, руйнуються у концентрованій сірчаній кислоті; вода зв'язується з кислотою і від тканини залишається лише дрібнодисперсний вуглець. У розведеній кислоті целюлоза та крохмаль розпадаються з утворенням цукрів. При попаданні на шкіру людини концентрована сірчана кислота спричиняє опіки.

Висока активність сірчаної кислоти у поєднанні з порівняно невеликою вартістю виробництва визначили величезні масштаби та надзвичайну різноманітність її застосування (рис. 2). Важко знайти таку галузь, у якій споживалася у тих чи інших кількостях сірчана кислота чи вироблені з неї продукти.

Мал. 2

Найбільшим споживачем сірчаної кислоти є виробництво мінеральних добрив: суперфосфату, сульфату амонію та ін. Багато кислот (наприклад, фосфорна, оцтова, соляна) і солі виробляються в значній частині за допомогою сірчаної кислоти. Сірчана кислота широко застосовується у виробництві кольорових та рідкісних металів. У металообробній промисловості сірчану кислоту або її солі застосовують для травлення сталевих виробів перед забарвленням, лудінням, нікелюванням, хромуванням і т.п. Значні кількості сірчаної кислоти витрачаються на очищення нафтопродуктів. Отримання ряду барвників (для тканин), лаків та фарб (для будівель та машин), лікарських речовин та деяких пластичних мас також пов'язане із застосуванням сірчаної кислоти. За допомогою сірчаної кислоти виробляються етиловий та інші спирти, деякі ефіри, синтетичні миючі засоби, ряд отрутохімікатів для боротьби зі шкідниками сільського господарства та бур'янами. Розбавлені розчини сірчаної кислоти та її солей застосовують у виробництві штучного шовку, у текстильній промисловості для обробки волокна або тканин перед їх фарбуванням, а також в інших галузях легкої промисловості. У харчової промисловостісірчана кислота застосовується при отриманні крохмалю, патоки та інших продуктів. Транспорт використовує свинцеві сірчанокислотні акумулятори. Сірчану кислоту використовують для осушення газів та при концентруванні кислот. Нарешті, сірчану кислоту застосовують у процесах нітрування та при виробництві більшої частини вибухових речовин.

Фізичні та фізико-хімічні властивості

Олеум

Розчини SO 3 в сульфатній кислоті називаються, вони утворюють дві сполуки H 2 SO 4 ·SO 3 і H 2 SO 4 ·2SO 3 . Олеум містить також піросерну кислоту, що виходить за реакцією:

Н 2 SO 4 + SO 3 → H 2 S 2 O 7 .

Температура кипіння водних розчинів сульфатної кислоти підвищується зі зростанням її концентрації і досягає максимуму при вмісті 98,3% H 2 SO 4 .

Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту SO 3 знижується. При збільшенні концентрації водних розчинів сірчаної кислоти загальний тискпара над розчинами знижується і при вмісті 98,3% Н2SO4 досягає мінімуму. Зі збільшенням концентрації SO 3 в олеумі загальний тиск пари над ним підвищується. Тиск пари над водними розчинами сірчаної кислоти та олеуму можна обчислити за рівнянням:

Lg p(Па) = A - B/ T + 2,126,

величини коефіцієнтів А та В залежать від концентрації сірчаної кислоти. Пар над водними розчинами сірчаної кислоти складається з суміші парів води, Н 2 SO 4 і SO 3 при цьому склад пари відрізняється від складу рідини при всіх концентраціях сірчаної кислоти, крім відповідної .

З підвищенням температури посилюється дисоціація Н 2 SO 4 ↔ H 2 O + SO 3 - Q, рівняння температурної залежностіконстанти рівноваги ln K p = 14,74965 − 6,71464ln(298/ T) - 8,10161·10 4 T² - 9643,04/ T- 9,4577 · 10 -3 T+ 2,19062 · 10 -6 T². При нормальному тиску ступінь дисоціації: 10-5 (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К). Щільність 100%-ної сірчаної кислоти можна визначити за рівнянням: d= 1,8517 − 1,1·10 -3 t+ 2·10 -6 t² г/см³. З підвищенням концентрації розчинів сірчаної кислоти їх теплоємність зменшується і досягає мінімуму для 100% сірчаної кислоти, теплоємність олеуму з підвищенням вмісту SO³ збільшується.

При підвищенні концентрації та зниженні температури теплопровідність зменшується: λ = 0,518 + 0,0016 t - (0,25 + t/1293) · З/100, де З-концентрація сірчаної кислоти, %. Максимальну в'язкість має олеум Н 2 SO 4 ·SO 3 з підвищенням температури η знижується. Електричний опірсірчаної кислоти мінімально при концентрації 30 та 92% H2SO4 і максимально при концентрації 84 та 99,8% H 2 SO 4 . Для олеуму мінімальне при концентрації 10 % SO 3 . З підвищенням температури сірчаної кислоти збільшується. Діелектрична проникність 100%-ної сірчаної кислоти 101 (298,15 До), 122 (281,15 До); 6,12, 5,33; коефіцієнт дифузії пари сірчаної кислоти у повітрі змінюється залежно від температури; D= 1,67 · 10 -5 T 3/2 см²/с.

Хімічні властивості

Сірчана кислота – досить сильний окислювач, особливо при нагріванні; окислює HI і частково НВr до вільних, до СО2, - до SO2, окислює багато металів (, та ін). При цьому сірчана кислота відновлюється до SO 2 а найбільш сильними відновниками - до S і H 2 S. Концентрована H 2 SO 4 частково відновлюється Н 2 . Через що не може застосовуватися для його сушіння. Розведена H 2 SO 4 взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному рядунапруг лівіше водню, з виділенням Н 2 . Окислювальні властивостідля розведеної H2SO4 нехарактерні. Сірчана кислота дає два ряди солей: середні – сульфати та кислі – гідросульфати, а також ефіри. Відомі пероксомоносерна (або) Н 2 SО 5; та пероксодисерна H 2 S 2 O 8 кислоти.

Застосування

Сірчану кислоту застосовують:

• у виробництві мінеральних добрив;
• Як електроліт у свинцевих акумуляторах;
• Для отримання різних мінеральних кислот та солей,
• У виробництві хімічних волокон, барвників, димоутворюючих речовин та вибухових речовин,
• У нафтовій, металообробній, текстильній, шкіряній та інших галузях промисловості.
• У харчовій промисловості використовується як ( E513).
• У промисловому органічному синтезі у реакціях:
  • дегідратації (отримання , складних ефірів);
  • гідратації (

Сірчана кислота (H2SO4) – це одна з найїдкіших кислот і небезпечних реагентів, відомих людині, особливо в концентрованому вигляді. Хімічно чиста сірчана кислота являє собою важку токсичну рідину маслянистої консистенції, що не має запаху та кольору. Отримують її методом окиснення сірчистого газу(SO2) контактним способом.

При температурі + 10,5 °C, сірчана кислота перетворюється на застиглу склоподібну кристалічну масу, жадібно, подібно до губки, що поглинає вологу з навколишнього середовища. У промисловості та хімії сірчана кислота є одним з основних хімічних сполукі займає лідируючі позиції щодо обсягу виробництва в тоннах. Саме тому сірчану кислоту називають «кров'ю хімії». За допомогою сірчаної кислоти отримують добрива, лікарські препарати, інші кислоти, добрив, добрив і багато іншого.

Основні фізичні та хімічні властивості сірчаної кислоти

1. Сірчана кислота в чистому вигляді(формула H2SO4), при концентрації 100% є безбарвною густою рідиною. Найважливіша властивість H2SO4 полягає у високій гігроскопічності – це здатність віднімати з повітря воду. Цей процес супроводжується масштабним виділенням тепла.
2. H2SO4 – це сильна кислота.
3. Сірчана кислота називається моногідрат - в ній на 1 моль SO3 припадає 1 моль Н2О (води). Через її значні гігроскопічні властивості її використовують для вилучення вологи з газів.
4. Температура кипіння – 330 °С. При цьому відбувається розкладання кислоти на SO3 та воду. Щільність – 1,84. Температура плавлення – 10,3 °С/.
5. Концентрована сірчана кислота є потужним окислювачем. Щоб запустити окислювально-відновну реакцію, кислоту потрібно нагріти. Підсумок реакції – SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. Залежно від концентрації сірчана кислота по-різному входить у реакцію з металами. У розведеному стані сірчана кислота здатна окислювати всі метали, які стоять у ряді напруги до водню. Виняток становлять як найстійкіші до окиснення. Розведена сірчана кислота взаємодіє з солями, основами, амфотерними та основними оксидами. Сірчана кислота концентрована здатна окислювати всі метали, що стоять у ряді напруги, причому срібло теж.
7. Сірчана кислота утворює два види солей: кислі (це гідросульфати) та середні (сульфати)
8. H2SO4 вступає в активну реакцію з органічними речовинамиі неметалами, причому деякі з них вона здатна перетворити на вугілля.
9. Сірчаний ангідрит відмінно розчиняється в H2SO4, і при цьому утворюється олеум - розчин S3 в сірчаній кислоті. Зовні це виглядає так: сірчана кислота, що димить, що виділяє сірчаний ангідрит.
10. Сірчана кислота в водних розчинахє сильною двоосновною і при додаванні її до води виділяється величезна кількість теплоти. Коли готують розведені розчини H2SO4 з концентрованих, необхідно невеликим струмком додавати більш важку кислоту до води, а не навпаки. Це робиться, щоб уникнути закипання води та розбризкування кислоти.

Концентрована та розведена сірчані кислоти

До концентрованих розчинів сірчаної кислоти відносяться розчини від 40%, здатні розчиняти срібло або паладій.

До розведеної сірчаної кислоти належать розчини, концентрація яких не перевищує 40%. Це не такі активні розчини, але вони здатні вступати в реакцію з латунню та міддю.

Одержання сірчаної кислоти

Виробництво сірчаної кислоти у промислових масштабах було запущено у XV столітті, але на той час її називали “купоросне масло”. Якщо раніше людство споживало лише кілька десятків літрів сірчаної кислоти, то в сучасному світіобчислення йде на мільйони тонн на рік.

Виробництво сірчаної кислоти здійснюється промисловим способом, їх існує три:

1. Контактний метод.
2. Нітрозний спосіб
3. Інші методи

Поговоримо докладно про кожного з них.

Контактний спосіб виробництва

Контактний спосіб виробництва – найпоширеніший, і він виконує такі завдання:

• Виходить продукт, який задовольняє потреби максимальної кількостіспоживачів.
• Під час виробництва скорочується шкода навколишнього середовища.

При контактному способі як сировина використовуються такі речовини:

• пірит (сірчаний колчедан);
• сірка;
• оксид ванадію (ця речовина викликає роль каталізатора);
• сірководень;
• сульфіди різних металів.

Перед запуском процесу виробництва сировину попередньо готують. Для початку в спеціальних дробильних установках колчедан піддається подрібненню, що дозволяє завдяки збільшенню площі дотику активних речовин прискорити реакцію. Пірит піддається очищенню: його опускають у великі ємності з водою, під час чого порожня порода та всілякі домішки спливають на поверхню. Наприкінці процесу їх прибирають.

Виробничу частину поділяють на кілька стадій:

1. Після дроблення колчедан очищають і відправляють у піч - там при температурі до 800 ° C відбувається його випалення. За принципом протитечії в камеру знизу йде подача повітря, що забезпечує перебування піриту в підвішеному стані. На сьогоднішній день, на цей процес витрачається кілька секунд, а раніше на випалення йшло кілька годин. У процесі випалу з'являються відходи як оксиду заліза, які видаляються, і надалі передаються підприємства металургійної промисловості. При випаленні виділяються водяні пари, гази O2 та SO2. Коли завершиться очищення від водної пари і дрібних домішок, виходить чистий оксид сірки і кисень.
2. На другій стадії під тиском відбувається екзотермічна реакціяз використанням ванадієвого каталізатора. Запуск реакції починається при досягненні температури 420 °C, але її можуть підвищити до 550 °C з метою підвищення ефективності. У процесі реакції йде каталітичне окисненнята SO2 стає SO3.
3. Суть третьої стадії виробництва така: поглинання SO3 у поглинальній вежі, під час чого утворюється олеум H2SO4. У такому вигляді H2SO4 розливається в спеціальні ємності (вона не вступає в реакцію зі сталлю) і готова до зустрічі з кінцевим споживачем.

У ході виробництва, як ми вже говорили вище, утворюється багато теплової енергії, яка використовується з опалювальною метою. Багато підприємств з виробництва сірчаної кислоти встановлюють парові турбіни, які використовують пар, що викидається для вироблення додаткової електроенергії.

Нітрозний спосіб отримання сірчаної кислоти

Незважаючи на переваги контактного способу виробництва, при якому виходить концентрована і чиста сірчана кислота і олеум, досить багато H2SO4 отримують нітрозним способом. Зокрема, на суперфосфатних заводах.

Для виробництва H2SO4 вихідною речовиною, Як у контактному, так і в нітрозному способі виступає сірчистий газ. Його одержують спеціально для цих цілей за допомогою спалювання сірки або випалом сірчистих металів.

Переробка сірчистого газу в сірчисту кислотуполягає в окисленні двоокису сірки та приєднанні води. Формула виглядає так:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Але двоокис сірки з киснем не входить у безпосередню реакцію, тому за нітрозному методі окислення сірчистого газу здійснюють з допомогою оксидів азоту. Вищі оксиди азоту (мова йде про двоокиси азоту NO2, триокиси азоту NO3) при даному процесівідновлюються до окису азоту NO, який згодом знову окислюється киснем до вищих оксидів.

Одержання сірчаної кислоти нітрозним способом у технічному плані оформлено у вигляді двох способів:

• Камерний.
• Баштового.

Нітрозний спосіб має ряд переваг та недоліків.

Недоліки нітрозного способу:

• Виходить 75% сірчана кислота.
• Якість продукції низька.
• Неповне повернення оксидів азоту (додавання HNO3). Їхні викиди шкідливі.
• У кислоті присутні залізо, оксиди азоту та інші домішки.

Переваги нітрозного методу:

• Собівартість процесу нижча.
• Можливість переробки SO2 на 100%.
• Простота апаратури.

Основні російські заводи з виробництва сірчаної кислоти

Річне виробництво H2SO4 у нашій країні веде численні шестизначними цифрами – це близько 10 мільйонів тонн. Провідними виробниками сірчаної кислоти у Росії є підприємства, які, крім цього, її основними споживачами. Мова йдепро компанії, сферою діяльності яких є випуск мінеральних добрив. Наприклад, «Балаківські міндобрива», «Аммофос».

У Криму в Армянську працює найбільший виробник діоксиду титану на території Східної Європи « Кримський титан». Крім того, завод займається виробництвом сірчаної кислоти, мінеральних добрив, залізного купоросу і т.д.

Сірчану кислоту різних видіввиробляють багато заводів. Наприклад, акумуляторну сірчану кислоту виробляють: Карабашмедь, ФКП Бійський олеумний завод, Святогор, Славія, Северхімпром і т.д.

Олеум виробляють ОХК Щекіноазот, ФКП Бійський олеумний завод, Уральська гірничо-металургійна компанія, ПО Киришинефтеоргсинтез і т.д.

Сірчану кислоту особливої ​​чистоти виробляють ОХК Щекіноазот, Компонент-Реактив.

Відпрацьовану сірчану кислоту можна купити на заводах ЗСС, Галополімер Кірово-Чепецьк.

Виробниками технічної сірчаної кислоти є Промсинтез, Хіпром, Святогір, Апатит, Карабашмедь, Славія, Лукойл-Пермнафтооргсинтез, Челябінський цинковий завод, електроцинк і т.д.

Через те, що колчедан є основною сировиною при виробництві H2SO4, а це відхід збагачувальних підприємств, його постачальниками виступають Норильська та Талнахська збагачувальні фабрики.

Лідерські світові позиції з виробництва H2SO4 займають США та Китай, на які припадає 30 млн. тонн і 60 млн. тонн відповідно.

Сфера застосування сірчаної кислоти

У світі щорічно споживається близько 200 мільйонів тонн H2SO4, з яких виробляється широкий спектр продукції. Сірчана кислота тримає пальму першості серед інших кислот за масштабами використання в промислових цілях.

Як ви вже знаєте, сірчана кислота є одним із найважливіших продуктів хімічної промисловостітому область застосування сірчаної кислоти досить широка. Основні напрямки використання H2SO4 такі:

• Сірчану кислоту в колосальних обсягах використовують для виробництва мінеральних добрив, і на це йде близько 40% всього тоннажу. З цієї причини заводи, що виробляють H2SO4, будують поряд з підприємствами, що випускають добрива. Це сульфат амонію, суперфосфат тощо. При їх виробництві сірчана кислота береться у чистому вигляді (100% концентрація). Щоб зробити тонну аммофосу або суперфосфату, знадобиться 600 літрів H2SO4. Саме ці добрива в більшості випадків застосовуються в сільському господарстві.
• H2SO4 використовується для виробництва вибухових речовин.
• Очищення нафтопродуктів. Для отримання гасу, бензину мінеральних масел потрібне очищення вуглеводнів, що відбувається із застосуванням сірчаної кислоти. У процесі переробки нафти очищення вуглеводнів дана промисловість «забирає» цілих 30% світового тоннажу H2SO4. Крім того, сірчаною кислотою підвищують октанове число палива і при видобутку нафти обробляють свердловини.
• У металургійній промисловості. Сірчана кислота в металургії використовується для очищення від окалини та іржі дроту, листового металу, а також для відновлення алюмінію під час виробництва кольорових металів. Перед тим як покривати металеві поверхні міддю, хромом або нікелем, поверхня протравлюється сірчаною кислотою.
• При виробництві лікарських засобів.
• При виготовленні фарб.
• У хімічній промисловості. H2SO4 використовується при виробництві миючих засобіветилового засобу, інсектицидів і т.д., і без неї ці процеси неможливі.
• Для отримання інших відомих кислот, органічних та неорганічних сполук, що використовуються в промислових цілях.

Солі сірчаної кислоти та їх застосування

Найкращі важливі солісірчаної кислоти:

• Глауберова сіль Na2SO4 · 10H2O (кристалічний сульфат натрію). Сфера її застосування досить ємна: виробництво скла, соди, у ветеринарії та медицині.
• Сульфат барію BaSO4 використовується у виробництві гуми, паперу, білої мінеральної фарби. До того ж, він незамінний у медицині при рентгеноскопії шлунка. З нього роблять «барієву кашу» щодо цієї процедури.
• Сульфат кальцію CaSO4. У природі його можна зустріти у вигляді гіпсу CaSO4 · 2H2O та ангідриту CaSO4. Гіпс CaSO4 · 2H2O та сульфат кальцію застосовують у медицині та будівництві. З гіпсом при нагріванні до температури 150-170 °C відбувається часткова дегідратизація, внаслідок якої виходить палений гіпс, відомий нам як алебастр. Замішуючи алебастр з водою до консистенції рідкого тіста, маса швидко твердне і перетворюється на подобу каменю. Саме ця властивість алебастру активно використовується в будівельних роботах: з нього роблять зліпки та відливні форми. У штукатурних роботах алебастр незамінний як в'яжучий матеріал. Пацієнтам травматологічних відділень накладають спеціальні фіксуючі тверді пов'язки – робляться з урахуванням алебастру.
• Залізний купорос FeSO4 · 7H2O використовують для приготування чорнила, просочення дерева, а також у сільськогосподарській діяльності для знищення шкідників.
• Гальця KCr(SO4)2 · 12H2O , KAl(SO4)2 · 12H2O та ін. використовують у виробництві фарб і шкіряної промисловості (дублені шкіри).
• Мідний купорос CuSO4 · 5H2O багато хто з вас знає не з чуток. Це активний помічник у сільському господарстві при боротьбі з хворобами рослин та шкідниками – водним розчином CuSO4 · 5H2O протруюють зерно та обприскують рослини. Також його використовують для приготування деяких мінеральних фарб. А у побуті його використовують для виведення плісняви ​​зі стін.
• Сульфат алюмінію – його використовують у целюлозно-паперовій промисловості.

Сірчана кислота в розведеному вигляді застосовується як електроліт у свинцевих акумуляторах. До того ж, вона використовується для виробництва миючих засобів та добрив. Але в більшості випадків вона йде у вигляді олеуму – це розчин SO3 у H2SO4 (можна зустріти й інші формули олеуму).

Дивовижний факт! Олеум хімічно активніший, ніж концентрована сірчана кислота, але, незважаючи на це, він не вступає в реакцію зі сталлю! Саме тому його простіше транспортувати, ніж саму сірчану кислоту.

Сфера використання "королеви кислот" воістину масштабна, і складно розповісти про всі способи її застосування в промисловості. Також вона застосовується як емульгатор у харчовій промисловості, для очищення води, при синтезі вибухових речовин та безліч інших цілей.

Історія появи сірчаної кислоти

Хто з нас хоч раз не чув про мідний купорос? Так ось, його вивченням займалися ще в давнину, і в деяких роботах почала нової еривчені обговорювали походження купоросів та його властивості. Купороси вивчали грецький лікар Діоскорид, римський дослідник природи Пліній Старший, і у своїх працях вони писали про досліди. З медичною метою різні речовини-купороси застосовував древній лікар Ібн Сіна. Як використовувалися купороси в металургії, йшлося у роботах алхіміків Стародавню ГреціюЗосими з Панополіса.

Найпершим способом отримання сірчаної кислоти є процес нагрівання алюмокалієвих галунів, і про це є інформація в алхімічній літературі XIIIстоліття. У той час склад галунів і суть процесу була не відома алхімікам, але вже в XV столітті хімічним синтезом сірчаної кислоти почали цілеспрямовано займатися. Процес був таким: алхіміки обробляли суміш сірки та сульфіду сурми (III) Sb2S3 при нагріванні з азотною кислотою.

У середньовічні часи в Європі сірчану кислоту називали «купоросною олією», але потім назва змінилася на купоросні кислоти.

У XVII столітті Йоганн Глаубер внаслідок горіння калійної селітри та самородної сірки у присутності водяної пари отримав сірчану кислоту. В результаті окислення сірки селітрою виходив оксид сірки, що вступав у реакцію з парами води, і в результаті виходила рідина маслянистої консистенції. Це була купоросна олія, і ця назва сірчаної кислоти існує й досі.

Фармацевт із Лондона Уорд Джошуа в тридцяті роки XVIII століття застосовував цю реакцію для промислового виробництва сірчаної кислоти, але у середньовіччі її споживання обмежувалося кількома десятками кілограмів. Сфера використання була вузькою: для алхімічних дослідів, очищення дорогоцінних металів та в аптекарській справі. Концентрована сірчана кислота в невеликих обсягах використовувалася у виробництві спеціальних сірників, що містили бертолетову сіль.

На Русі тільки в XVII столітті з'явилася купоросна кислота.

В Англії в Бірмінгемі Джон Робак в 1746 адаптував зазначений вище спосіб отримання сірчаної кислоти і запустив виробництво. При цьому він використовував міцні великі освинцьовані камери, які були дешевшими за скляні ємності.

У промисловості цей спосіб тримав позиції майже 200 років, і в камерах отримували 65% сірчану кислоту.

Через час англійський Гловер та французький хімікГей-Люссак удосконалили сам процес, і сірчана кислота почала виходити з концентрацією 78%. Але для виробництва, наприклад, барвників така кислота не пасувала.

На початку 19 століття були відкриті нові способи окислення сірчистого газу сірчаний ангідрид.

Спочатку це робили із застосуванням оксидів азоту, а потім використовували як каталізатор платину. Два ці методи окислення сірчистого газу вдосконалилися і далі. Окислення сірчистого газу на платинових та інших каталізаторах стало називатися контактним способом. А окислення цього газу окислами азоту отримало назву нітрозного способу отримання сірчаної кислоти.

Британський торговець оцтовою кислотоюПерегрін Філіпс лише в 1831 році запатентував економічний процес для виробництва оксиду сірки (VI) і концентрованої сірчаної кислоти, і саме він на сьогоднішній день знайомий світові як контактний спосіб її отримання.

Виробництво суперфосфату почалося 1864 року.

У вісімдесяті роки дев'ятнадцятого століття Європі виробництво сірчаної кислоти досягло 1 мільйона тонн. Головними виробниками стали Німеччина та Англія, що випускають 72% від усього обсягу сірчаної кислоти у світі.

Перевезення сірчаної кислоти є трудомістким та відповідальним заходом.

Сірчана кислота відноситься до класу небезпечних хімічних речовин, і при контакті зі шкірними покривами викликає найпотужніші опіки. До того ж, вона може спричинити хімічне отруєння людини. Якщо під час транспортування не буде дотримано певні правила, то сірчана кислота через свою вибухонебезпечність може заподіяти чимало шкоди, як людям, так і навколишньому середовищу.

Сірчану кислоту присвоєно 8 клас небезпеки та перевезення повинні здійснювати спеціально навчені та підготовлені професіонали. Важливою умовою доставки сірчаної кислоти є дотримання спеціально розроблених Правил перевезення небезпечних вантажів.

Перевезення автомобільним транспортомздійснюється відповідно до таких правил:

1. Під перевезення виготовляють спеціальні ємності з особливого сталевого сплаву, що не вступає в реакцію із сірчаною кислотою або титаном. Такі ємності не окислюються. Небезпечну сірчану кислоту перевозять у спеціальних сірчанокислотних хімічних цистернах. Вони відрізняються по конструкції і під час перевезення підбираються в залежності від виду сірчаної кислоти.
2. При перевезенні кислоти, що димиться, беруться спеціалізовані ізотермічні цистерни-термоси, в яких для збереження хімічних властивостейкислоти підтримується потрібний температурний режим.
3. Якщо перевозиться звичайна кислота, вибирається сірчанокислотна цистерна.
4. Перевезення сірчаної кислоти автотранспортом, таких як димна, безводна, концентрована, для акумуляторів, гловерна здійснюється у спеціальній тарі: цистернах, бочках, контейнерах.
5. Перевезенням небезпечного вантажу можуть займатися виключно водії, які мають на руках свідоцтво АДР.
6. Час у дорозі не має обмежень, тому що при перевезенні потрібно суворо дотримуватись допустимої швидкості.
7. При перевезенні будується спеціальний маршрут, який повинен пролягати, минаючи місця великого скупченнялюдей та виробничі об'єкти.
8. Транспорт повинен мати спеціальне маркування та знаки небезпеки.

Небезпечні властивості сірчаної кислоти для людини

Сірчана кислота становить підвищену небезпеку для людського організму. Її токсична дія настає не тільки при безпосередньому контакті зі шкірою, але при вдиханні її пари, коли відбувається виділення сірчистого газу. Небезпечний впливпоширюється на:

• Дихальну систему;
• Шкірні покриви;
• Слизові оболонки.

Інтоксикацію організму може посилити миш'як, який часто входить до складу сірчаної кислоти.

Важливо! Як ви знаєте, при дотику кислоти зі шкірою відбуваються сильні опіки. Не меншу небезпеку становить отруєння парами сірчаної кислоти. Безпечна дозавміст сірчаної кислоти в повітрі дорівнює всього 0,3 мг на 1 квадратний метр.

Якщо на слизові покриви або на шкіру потрапляє сірчана кислота, з'являється сильний опік, що погано загоюється. Якщо за масштабом опік значний, у постраждалого розвивається опікова хвороба, яка може призвести навіть до смерті, якщо своєчасно не буде надано кваліфіковану медичну допомогу.

Важливо! Для дорослої людини смертельна доза сірчаної кислоти дорівнює лише 0,18 см на 1 літр.

Безумовно, «випробувати на собі» токсичну дію кислоти звичайного життяпроблематично. Найчастіше отруєння кислотою відбувається через нехтування технікою безпеки на виробництві під час роботи з розчином.

Може статися масове отруєння парами сірчаної кислоти внаслідок технічних неполадок на виробництві чи необережності, і відбувається масивний викид в атмосферу. Для запобігання таким ситуаціям працюють спеціальні служби, завдання яких контролювати функціонування виробництва, де використовується небезпечна кислота.

Які симптоми спостерігаються при інтоксикації сірчаною кислотою

Якщо кислота була прийнята всередину:

• Біль у галузі травних органів.
• Нудота та блювання.
• Порушення випорожнень, як результат сильних кишкових розладів.
• Сильне виділення слини.
• Через токсичний вплив на нирки, сеча стає червоною.
• Набряк гортані та горла. Виникають хрипи, осиплість. Це може привести до летального результатувід ядухи.
• На яснах з'являються бурі плями.
• Шкірні покриви синіють.

При опіку шкірних покривівможуть бути всі ускладнення, притаманні опіковій хворобі.

При отруєнні парами спостерігається така картина:

• Опік слизової оболонки очей.
• Кровотеча з носа.
• Опік слизових оболонок дихальних шляхів. У цьому потерпілий відчуває сильний больовий симптом.
• Набряк гортані із симптомами задушення (брак кисню, шкіра синіє).
• Якщо отруєння сильне, то може бути нудота та блювання.

Важливо знати! Отруєння кислотою після прийому внутрішньо набагато небезпечніше, ніж інтоксикація від вдихання парів.

Перша допомога та терапевтичні процедури при ураженні сірчаною кислотою

Дійте за наступною схемою при контакті із сірчаною кислотою:

• Насамперед викличте швидку допомогу. Якщо рідина потрапила всередину, зробіть промивання шлунка теплою водою. Після цього дрібними ковткамизнадобиться випити 100 г соняшникової або оливкової олії. Крім того, слід проковтнути шматочок льоду, випити молоко або палену магнезію. Це потрібно зробити для зниження концентрації сірчаної кислоти та полегшення стану людини.
• Якщо кислота потрапила у вічі, потрібно промити їх проточною водою, та був закапати розчином дикаїну і новокаїну.
• При попаданні кислоти на шкіру обпалене місце потрібно добре промити під проточною водою і накласти пов'язку з содою. Промивати потрібно близько 10-15 хвилин.
• При отруєнні парами потрібно вийти на свіже повітря, а також промити в міру доступності потерпілих слизові води.

В умовах стаціонару лікування залежатиме від площі опіку та ступеня отруєння. Знеболення здійснюють лише новокаїном. Щоб уникнути розвитку у сфері ураження інфекції, пацієнту підбирають курс антибіотикотерапії.

При шлунковій кровотечі вводиться плазма чи переливається кров. Джерело кровотечі можуть усувати оперативним шляхом.

1. Сірчана кислота в чистому 100% вигляді зустрічається в природі. Наприклад, в Італії на Сицилії у Мертвому морі можна побачити унікальне явище- Сірчана кислота просочується прямо з дна! А відбувається ось що: пиріт з земної корислужить у разі сировиною на її освіти. Це місце ще називають Озером смерті, і до нього бояться підлітати навіть комахи!
2. Після великих вивержень вулканів у земній атмосферічасто можна виявити краплі сірчаної кислоти, і в таких випадках «вина» може принести негативні наслідкидля навколишнього середовища та стати причиною серйозних змін клімату.
3. Сірчана кислота є активним поглиначемводи, тому її використовують як осушувач газів. У минулі часиЩоб у приміщеннях не запітнівали вікна, цю кислоту наливали в баночки і ставили між шибками віконних отворів.
4. Саме сірчана кислота – основна причина випадання кислотних дощів. Головна причинаутворення кислотного дощу – забруднення повітря діоксидом сірки, і він при розчиненні у воді утворює сірчану кислоту. У свою чергу двоокис сірки виділяється при спалюванні викопного палива. У кислотних дощах, що досліджуються за Останніми роками, збільшився вміст азотної кислоти Причина такого явища – зниження викидів двоокису сірки. Незважаючи на цей факт, основною причиною появи кислотних дощів і залишається сірчана кислота.

Ми пропонуємо вам відеодобірку цікавих дослідівіз сірчаною кислотою.

Розглянемо реакцію сірчаної кислоти за її заливанні в цукор. На перших секундах попадання сірчаної кислоти в колбу із цукром відбувається потемніння суміші. Після кількох секунд субстанція набуває чорного кольору. Далі відбувається найцікавіше. Маса починає швидко рости і вилазити за межі колби. На виході отримуємо горду речовину, схожу на пористе деревне вугілля, що перевищує початковий об'єм у 3-4 рази.

Автор відео пропонує порівняти реакцію кока-коли з соляною кислотоюта сірчаною кислотою. При змішуванні Кока-коли із соляною кислотою жодних візуальних змін не спостерігається, а ось при змішуванні із сірчаною кислотою Кока-кола починає закипати.

Цікаву взаємодію можна спостерігати при попаданні сірчаної кислоти на туалетний папір. Папір туалетний складається з целюлози. При попаданні кислоти молекули целюлози миттєво руйнуйся із виділенням вільного вуглецю. Подібне обвуглювання можна спостерігати при попаданні кислоти на деревину.

У колбу з концентрованою кислотоюдодаю маленький шматочоккалію. На першій секунді відбувається виділення диму, після чого метал миттєво спалахує, спалахує і вибухає, обробляючись на шматочки.

У наступний досвідпри попаданні сірчаної кислоти на сірник відбувається її спалахування. У другій частині досвіду занурюють алюмінієву фольгу з ацетоном та сірником усередині. Відбувається миттєве нагрівання фольги із виділенням величезної кількостідиму та повне її розчинення.

Цікавий ефект спостерігається при додаванні харчової соди до сірчаної кислоти. Сода миттєво забарвлюється в жовтий колір. Реакція протікає з бурхливим кипінням та збільшенням обсягу.

Всі вищенаведені досліди ми категорично не рекомендуємо проводити в домашніх умовах. Сірчана кислота дуже агресивна та токсична речовина. Подібні досліди необхідно проводити у спеціальних приміщеннях, обладнаних примусовою вентиляцією. Гази, що виділяються в реакціях із сірчаною кислотою, дуже токсичні і можуть спричинити ураження дихальних шляхів та отруєння організму. Крім того, подібні досліди проводяться у засобах індивідуального захистушкірних покривів та органів дихання. Бережіть себе!

Сірчана кислота H 2 SO 4 , молярна маса 98,082; безбарвна масляниста без запаху. Дуже сильна двоосновна кислота, при 18°С p K a 1 - 2,8, K 2 1,2 · 10 -2 pK a 2 1,92; довжини зв'язків S=O 0,143 нм, S-ОН 0,154 нм, кут HOSOH 104°, OSO 119°; кипить з розкладанням, утворюючи (98,3% H 2 SO 4 і 1,7% Н 2 Про з температурою кипіння 338,8 ° С; див. також табл. 1). Сірчана кислота, Що відповідає 100%-го змісту H 2 SO 4 має склад (%): H 2 SO 4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H 3 SO 4 + 0,14%, H 3 Про + 0 ,09%, H 2 S 2 O 7 0,04%, HS 2 O 7 0,05%. Змішується з SO 3 у всіх співвідношеннях. У водних розчинах сірчана кислотапрактично повністю дисоціює на Н + , HSO 4 - і SO 4 2-. Утворює H 2 SO 4 · n H 2 O, де n=1, 2, 3, 4 та 6,5.

розчини SO 3 в сірчаній кислоті називаються олеумом, вони утворюють дві сполуки H 2 SO 4 ·SO 3 і H 2 SO 4 ·2SO 3 . Олеум містить також піросерну кислоту, що виходить за реакцією: Н 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Одержання сірчаної кислоти

Сировиною для отримання сірчаної кислотислужать: S, сульфіди металів, H 2 S, що відходять теплоелектростанцій, сульфати Fe, Ca та ін. сірчаної кислоти: 1) сировини з отриманням SO2; 2) SO 2 до SO 3 (конверсія); 3) SO 3 . У промисловості застосовують два методи одержання сірчаної кислоти, що відрізняються способом окислення SO 2 - контактний з використанням твердих каталізаторів (контактів) і нітрозний - з оксидами азоту. Для отримання сірчаної кислотиконтактним способом на сучасних заводах застосовують ванадієві каталізатори, що витіснили Pt та оксиди Fe. Чистий V 2 O 5 має слабку каталітичну активність, що різко зростає в присутності лужних металів, причому найбільший вплив надають солі К. Промотируюча роль лужних металів обумовлена ​​утворенням низькоплавких піросульфованадатів O 5 розкладаються відповідно при 315-330, 365-380 і 400-405 °С). Активний компонент в умовах каталізу знаходиться у розплавленому стані.

Схему окислення SO 2 SO 3 можна представити наступним чином:

На першій стадії досягається рівновага, друга стадія повільна та визначає швидкість процесу.

Виробництво сірчаної кислотиіз сірки за методом подвійного контактування та подвійної абсорбції (рис. 1) складається з наступних стадій. Повітря після очищення від пилу подається газодувкою в сушильну вежу, де воно осушується 93-98%-ною сірчаною кислотоюдо вмісту вологи 0,01% за обсягом. Осушене повітря надходить у сірчану піч після попереднього підігріву в одному з теплообмінників контактного вузла. У печі спалюється сірка, що подається форсунками: S + О 2 = SO 2 + 297,028 кДж. Газ, що містить 10-14% за обсягом SO 2 охолоджується в котлі і після розведення повітрям до вмісту SO 2 9-10% за об'ємом при 420°С надходить в контактний апарат на першу стадію конверсії, яка протікає на трьох шарах каталізатора (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 кДж), після чого газ охолоджується у теплообмінниках. Потім газ, що містить 8,5-9,5% SO 3 при 200°С надходить на першу стадію абсорбції в абсорбер, зрошуваний і 98%-ний сірчаною кислотою: SO 3 + Н 2 О = Н 2 SO 4 + 130,56 кДж. Далі газ проходить очищення від бризок сірчаної кислоти, нагрівається до 420°З надходить на другу стадію конверсії, що протікає на двох шарах каталізатора. Перед другою стадією абсорбції газ охолоджується в економайзері і подається в абсорбер другого ступеня, 98%-ний зрошуваний сірчаною кислотою, а потім після очищення від бризок викидається в атмосферу.

1 – сірчана піч; 2 – котел-утилізатор; 3 – економайзер; 4 – пускова топка; 5, 6 – теплообмінники пускової топки; 7 – контактний апарат; 8 – теплообмінники; 9 – олеумний абсорбер; 10 – сушильна вежа; 11 та 12 - відповідно перший та другий моногідратні абсорбери; 13 – збірники кислоти.

1 - тарілчастий живильник; 2 - піч; 3 – котел-утилізатор; 4 – циклони; 5 – електрофільтри; 6 – промивні вежі; 7 – мокрі електрофільтри; 8 - віддувна вежа; 9 – сушильна вежа; 10 - бризкоуловлювач; 11 - перший моногідратний абсорбер; 12 – теплообмінники; 13 – контактний апарат; 14 – олеумний абсорбер; 15 - другий моногідратний абсорбер; 16 – холодильники; 17 – збірники.

1 – денітраційна вежа; 2, 3 - перша та друга продукційні вежі; 4 - окисна вежа; 5, 6, 7 – абсорбційні вежі; 8 – електрофільтри.

Виробництво сірчаної кислотиіз сульфідів металів (рис. 2) істотно складніше і складається з наступних операцій. Випал FeS 2 роблять у печі киплячого шару на повітряному дутті: 4FeS 2 + 11О 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 кДж. Випалювальний газ із вмістом SO 2 13-14%, що має температуру 900°С, надходить у котел, де охолоджується до 450°С. Очищення від пилу здійснюють у циклоні та електрофільтрі. Далі газ проходить через дві промивні вежі, зрошувані 40% і 10%. сірчаною кислотою. При цьому газ остаточно очищається від пилу, фтору та миш'яку. Для очищення газу від аерозолю сірчаної кислоти, що утворюється в промивних вежах, передбачені два ступені мокрих електрофільтрів. Після осушення в сушильній вежі, перед якою газ розбавляється до вмісту 9% SO 2 його газодувкою подають на першу стадію конверсії (3 шари каталізатора). У теплообмінниках газ підігрівається до 420°З завдяки теплу газу, що надходить із першої стадії конверсії. SO 2 окислений на 92-95% в SO 3 йде на першу стадію абсорбції в олеумний і моногідратний абсорбери, де звільняється від SO 3 . Далі газ із вмістом SO 2 ~ 0,5% надходить на другу стадію конверсії, яка протікає на одному або двох шарах каталізатора. Попередньо газ нагрівається в іншій групі теплообмінників до 420 ° С завдяки теплу газів, що йдуть з другої стадії каталізу. Після відділення SO 3 другої стадії абсорбції газ викидається в атмосферу.

Ступінь перетворення SO 2 SO 3 при контактному способі 99,7%, ступінь абсорбції SO 3 99,97%. Виробництво сірчаної кислотиздійснюють і в одну стадію каталізу, при цьому ступінь перетворення SO 2 SO 3 не перевищує 98,5%. Перед викидом в атмосферу газ очищають від SO 2 (див. ). Продуктивність сучасних установок 1500-3100 т/добу.

Сутність нітрозного методу (рис. 3) полягає в тому, що випалювальний газ після охолодження та очищення від пилу обробляють так званою нітрозою. сірчаною кислотою, В якій розчинені оксиди азоту SO 2 поглинається нітрозою, а потім окислюється: SO 2 + N 2 O 3 + Н 2 О = Н 2 SO 4 + NO. Що утворюється NO погано розчинний у нітрозі і виділяється з неї, а потім частково окислюється киснем у газовій фазі до NO 2 . Суміш NO і NO 2 знову поглинається сірчаною кислотоюі т.д. Оксиди азоту не витрачаються у нітрозному процесі та повертаються у виробничий цикл, внаслідок неповного поглинання їх сірчаною кислотоювони частково відносяться газами, що відходять. Переваги нітрозного методу: простота апаратурного оформлення, нижча собівартість (на 10-15% нижче за контактну), можливість 100%-ної переробки SO 2 .

Апаратурне оформлення баштового нітрозного процесу нескладно: SO 2 переробляється в 7-8 футерованих вежах з керамічною насадкою, одна з веж (порожниста) є регульованим окисним об'ємом. Башти мають збірники кислоти, холодильники, насоси, що подають кислоту напірні баки над вежами. Перед двома останніми вежами встановлюється хвостовий вентилятор. Для очищення газу від аерозолю сірчаної кислотислужить електрофільтр. Оксиди азоту, необхідні процесу, отримують з HNO 3 . Для скорочення викиду оксидів азоту в атмосферу та 100%-ної переробки SO 2 між продукційною та абсорбційною зонами встановлюється безнітрозний цикл переробки SO 2 у комбінації з водно-кислотним методом глибокого уловлювання оксидів азоту. Недолік нітрозного методу - низька якістьпродукції: концентрація сірчаної кислоти 75%, наявність оксидів азоту, Fe та ін домішок.

Для зменшення можливості кристалізації сірчаної кислотипри перевезенні та зберіганні встановлено стандарти на товарні сорти сірчаної кислотиконцентрація яких відповідає найнижчим температурам кристалізації. Зміст сірчаної кислотиу технічних сортах (%): баштова (нітрозна) 75, контактна 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентний олеум 114,6, акумуляторна 92-94. Сірчану кислотузберігають у сталевих резервуарах обсягом до 5000 м 3 їх загальна ємність на складі розрахована на десятидобовий випуск продукції. Олеум та сірчану кислотуперевозять у сталевих залізничних цистернах. Концентровану та акумуляторну сірчану кислотуперевозять у цистернах із кислотостійкої сталі. Цистерни для перевезення олеуму покривають теплоізоляцією та перед заливкою олеум підігрівають.

Визначають сірчану кислотуколориметрично та фотометрично, у вигляді суспензії BaSO 4 - фототурбідиметрично, а також кулонометричним методом.

Застосування сірчаної кислоти

Сірчану кислоту застосовують у виробництві мінеральних добрив, як електроліт у свинцевих акумуляторах, для отримання різних мінеральних кислот і солей, хімічних волокон, барвників, димоутворюючих речовин та вибухових речовин, у нафтовій, металообробній, текстильній, шкіряній та ін галузях промисловості. Її використовують у промисловому органічному синтезі в реакціях дегідратації (отримання діетилового ефіру, складних ефірів), гідратації (етанол з етилену), сульфування (і проміжні продукти у виробництві барвників), алкілування (отримання ізооктану, поліетиленгліколю, капролактаму) та ін. сірчаної кислоти- Виробництво мінеральних добрив. На 1 т Р 2 Про 5 фосфорних добриввитрачається 2,2-3,4 т сірчаної кислотиа на 1 т (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 т сірчаної кислоти. Тому сірчанокислотні заводи прагнуть будувати в комплексі із заводами з виробництва мінеральних добрив. Світове виробництво сірчаної кислоти 1987 року досягло 152 млн. тонн.

Сірчана кислотаі олеум - надзвичайно агресивні речовини, що вражають дихальні шляхи, шкіру, слизові оболонки, викликають утруднення дихання, кашель, нерідко – ларингіт, трахеїт, бронхіт тощо. ГДК аерозолю сірчаної кислоти в повітрі робочої зони 1,0 мг/м 3 в атмосферному 0,3 мг/м 3 (максимальна разова) і 0,1 мг/м 3 (середньодобова). Вражаюча концентрація парів сірчаної кислоти 0,008 мг/л (експозиція 60 хв), смертельна 0,18 мг/л (60 хв). Клас небезпеки 2. Аерозоль сірчаної кислотиможе утворюватися в атмосфері в результаті викидів хімічних та металургійних виробництв, що містять оксиди S, та випадати у вигляді кислотних дощів.