ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ H2S04, μοριακό βάρος 98,082; άχρωμος άοσμο ελαιώδες υγρό. Πολύ ισχυρό διβασικό οξύ, στους 18°C pK a 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pK a 2 l.92; μήκη δεσμού στο μόριο S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, γωνία HOSOH 104°, OSO 119°; βράζει με διάφορα, σχηματίζοντας ένα αζεοτροπικό μείγμα (98,3% H 2 SO 4 και 1,7 % H 2 O με σημείο βρασμού 338,8 ° C, βλέπε επίσης Πίνακα 1). ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ, που αντιστοιχεί σε 100% περιεκτικότητα σε H 2 SO 4, έχει τη σύνθεση (%): H 2 SO 4 99,5, 0,18, 0,14, H 3 O + 0,09, H 2 S 2 O 7 0,04, HS 2 O 7 0,05. Αναμειγνύεται με νερό και SO 3 σε όλες τις αναλογίες. Σε υδατικά διαλύματα, το ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ διασπάται σχεδόν πλήρως σε Η+ και . Σχηματίζει υδρίτες H 2 SO 4 nH 2 O, όπου n = 1, 2, 3, 4 και 6,5.
Τα διαλύματα SO 3 σε ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ ονομάζονται ελαιούχο, σχηματίζουν δύο ενώσεις H 2 SO 4 SO 3 και H 2 SO 4 2 SO 3. Το έλαιο περιέχει επίσης πυροθειικό οξύ, το οποίο λαμβάνεται με την αντίδραση: H 2 SO 4 + + SO 3: H 2 S 2 O 7.
Το σημείο βρασμού των υδατικών διαλυμάτων του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ προς.. αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσής του και φτάνει στο μέγιστο σε περιεκτικότητα 98,3% H 2 SO 4 (Πίνακας 2). Το σημείο βρασμού του ελαίου μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε SO 3. Με την αύξηση της συγκέντρωσης των υδατικών διαλυμάτων του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ, η συνολική τάση ατμών στα διαλύματα μειώνεται και, σε περιεκτικότητα 98,3% H 2 SO 4, φτάνει στο ελάχιστο. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του SO 3 στο ελαιόλαδο, η συνολική τάση ατμών πάνω από αυτό αυξάνεται. Η τάση ατμών σε υδατικά διαλύματα ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ c. και ελαίου μπορεί να υπολογιστεί με την εξίσωση: lgp (Pa) \u003d A - B / T + 2,126, οι τιμές των συντελεστών A και B εξαρτώνται από την συγκέντρωση θειικού οξέος γ. Ο ατμός πάνω από υδατικά διαλύματα θειικού οξέος γ. αποτελείται από ένα μείγμα υδρατμών, H 2 SO 4 και SO 3, ενώ η σύσταση του ατμού διαφέρει από τη σύσταση του υγρού σε όλες τις συγκεντρώσεις θειικού οξέος γ., εκτός από το αντίστοιχο αζεοτροπικό μείγμα.
Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η διάσταση του H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 - Q αυξάνεται, η εξίσωση για την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της σταθεράς ισορροπίας lnК p = 14,74965 - 6,71464ln (298 / T) - 8, 10161 104 T 2 -9643,04 /T-9,4577 10 -3 T+2,19062 x 10 -6 T 2 . Σε κανονική πίεση, ο βαθμός διάστασης: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K). Η πυκνότητα του 100% θειικού οξέος μπορεί να προσδιοριστεί από την εξίσωση: d = 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 g / cm 3. Με την αύξηση της συγκέντρωσης των διαλυμάτων ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΥ, η θερμοχωρητικότητα τους μειώνεται και φτάνει στο ελάχιστο για 100% ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ, ενώ η θερμοχωρητικότητα του ελαίου αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε SO 3.
Με αύξηση της συγκέντρωσης και μείωση της θερμοκρασίας, η θερμική αγωγιμότητα l μειώνεται: l \u003d 0,518 + 0,0016t - (0,25 + + t / 1293) C / 100, όπου C είναι η συγκέντρωση του θειικού οξέος c., σε% . Μέγιστη. Το ιξώδες έχει ελαιόλαδο H 2 SO 4 SO 3, με την αύξηση της θερμοκρασίας h μειώνεται. Ηλεκτρικός η αντίσταση του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ σε είναι ελάχιστη σε συγκέντρωση 30 και 92% H 2 SO 4 και μέγιστη σε συγκέντρωση 84 και 99,8 % H 2 SO 4 . Για ελαιόλαδο min. r σε συγκέντρωση 10% SO3. Με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται το r ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ. Διηλεκτρικός διαπερατότητα 100% SULFURIC ACID room 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); κρυοσκοπικό σταθερά 6,12, βουλιοσκοπική. σταθερά 5,33; συντελεστής διάχυσης ατμών ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ στον αέρα αλλάζει με τη θερμοκρασία. D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.
Το θειικό οξύ είναι ένα αρκετά ισχυρό οξειδωτικό μέσο, ειδικά όταν θερμαίνεται. οξειδώνει το HI και εν μέρει το HBr σε ελεύθερα αλογόνα, τον άνθρακα σε CO 2, το S σε SO 2, οξειδώνει πολλά μέταλλα (Cu, Hg κ.λπ.). Σε αυτή την περίπτωση, το ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ μειώνεται σε SO 2 και οι ισχυρότεροι αναγωγικοί παράγοντες ανάγονται σε S και H 2 S. Conc. Το H 2 SO 4 ανάγεται μερικώς κατά H 2 , γι' αυτό και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ξήρανση. Διαφ. Αλληλεπίδραση H 2 SO 4 με όλα τα μέταλλα που βρίσκονται στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων στα αριστερά του υδρογόνου, με την απελευθέρωση H 2 . Οξειδώνω Οι ιδιότητες για το αραιό H 2 SO 4 δεν είναι χαρακτηριστικές. Το ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ δίνει δύο σειρές αλάτων: μεσαία θειικά και όξινα υδροθειικά (βλ. Ανόργανα θειικά), καθώς και αιθέρες (βλέπε Οργανικά θειικά άλατα). Είναι γνωστά τα υπεροξομονοθειικά (Caro's acid) H 2 SO 5 και τα υπεροξοδισουλφουρικά H 2 S 2 O 8 οξέα (βλ. Θείο).
Παραλαβή.Οι πρώτες ύλες για την απόκτηση ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ είναι: S, θειούχα μετάλλων, H 2 S, καυσαέρια από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, θειικά άλατα Fe, Ca κ.λπ. Κύρια. στάδια λήψης θειικού οξέος κ.: 1) καβούρδισμα πρώτων υλών για τη λήψη SO 2 . 2) οξείδωση SO 2 σε SO 3 (μετατροπή). 3) Απορρόφηση SO 3. Στη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι για τη λήψη του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ, οι οποίες διαφέρουν ως προς τον τρόπο οξείδωσης του SO 2, επαφή με χρήση στερεών καταλυτών (επαφές) και νιτρώδους, με οξείδια του αζώτου. Για την απόκτηση θειικού οξέος με τη μέθοδο της επαφής, τα σύγχρονα εργοστάσια χρησιμοποιούν καταλύτες βαναδίου που έχουν εκτοπίσει τα οξείδια Pt και Fe. Το καθαρό V 2 O 5 έχει ασθενή καταλυτική δράση, η οποία αυξάνεται απότομα παρουσία αλάτων αλκαλίων, με τα άλατα K να έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση. 7 V 2 O 5 και K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 , αποσυντίθενται στους 315 -330, 365-380 και 400-405 °C, αντίστοιχα). Το ενεργό συστατικό υπό κατάλυση βρίσκεται σε τετηγμένη κατάσταση.
Το σχήμα για την οξείδωση του SO 2 σε SO 3 μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
Στο πρώτο στάδιο, επιτυγχάνεται η ισορροπία, το δεύτερο στάδιο είναι αργό και καθορίζει την ταχύτητα της διαδικασίας.
Η παραγωγή ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ από θείο με τη μέθοδο της διπλής επαφής και της διπλής απορρόφησης (Εικ. 1) αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια. Ο αέρας μετά τον καθαρισμό από τη σκόνη τροφοδοτείται από έναν φυσητήρα αερίου στον πύργο ξήρανσης, όπου ξηραίνεται με 93-98% ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ σε περιεκτικότητα σε υγρασία 0,01% κατ' όγκο. Ο αποξηραμένος αέρας εισέρχεται στον κλίβανο θείου μετά από προθέρμανση. θέρμανση σε έναν από τους εναλλάκτες θερμότητας της μονάδας επαφής. Ο κλίβανος καίει θείο που παρέχεται από ακροφύσια: S + O 2 : SO 2 + + 297.028 kJ. Το αέριο που περιέχει 10-14% κατ' όγκο SO 2 ψύχεται στον λέβητα και, μετά από αραίωση με αέρα σε περιεκτικότητα SO 2 9-10% κατ' όγκο στους 420 ° C, εισέρχεται στη συσκευή επαφής για το πρώτο στάδιο μετατροπής , η οποία προχωρά σε τρεις στρώσεις καταλύτη (SO 2 + V 2 O 2 : : SO 3 + 96.296 kJ), μετά την οποία το αέριο ψύχεται σε εναλλάκτες θερμότητας. Στη συνέχεια, το αέριο που περιέχει 8,5-9,5% SO 3 στους 200 ° C εισέρχεται στο πρώτο στάδιο απορρόφησης στον απορροφητή, ποτίζεται με ελαιόλαδο και 98% ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ σε .: SO 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + + 130,56 kJ . Στη συνέχεια, το αέριο καθαρίζεται από πιτσιλιές ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ, θερμαίνεται στους 420 ° C και εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο μετατροπής, το οποίο λαμβάνει χώρα σε δύο στρώσεις καταλύτη. Πριν από το δεύτερο στάδιο απορρόφησης, το αέριο ψύχεται στον εξοικονομητή και τροφοδοτείται στον απορροφητή δεύτερου σταδίου, ποτίζεται με 98% ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ και στη συνέχεια, αφού καθαριστεί από πιτσιλιές, απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. 
Ρύζι. 1. Σχέδιο για την παραγωγή θειικού οξέος από θείο: 1-θειικός κλίβανος. 2-λέβητας ανάκτησης θερμότητας. 3 - εξοικονομητής? 4-μίζα φωτιά? 5, 6-εναλλάκτες θερμότητας του κλιβάνου εκκίνησης. Συσκευή 7 ακίδων. 8-εναλλάκτες θερμότητας. 9-απορροφητής ελαίου; 10 πύργος ξήρανσης? 11 και 12, αντίστοιχα, ο πρώτος και ο δεύτερος απορροφητές μονοένυδρου. 13-συλλέκτες οξέος.
Εικ.2. Σχέδιο για την παραγωγή θειικού οξέος από πυρίτη: τροφοδότης 1 πιάτου. 2-φούρνος? 3-λέβητας ανάκτησης θερμότητας. 4-κυκλώνες? 5-ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστήρες. 6 πύργοι πλυσίματος. 7-υγρή ηλεκτροστατική κατακρήμνιση; 8 πύργος φυσήματος? 9-ξήρανση πύργος? 10-παγίδα πιτσιλίσματος? 11-πρώτος απορροφητής μονοϋδρίτη. 12-ανταλλαγή θερμότητας-wiki? 13 - συσκευή επαφής. 14-απορροφητής ελαίου; 15 δευτερόλεπτα απορρόφησης μονοϋδρίτη. 16 ψυγεία? 17 συλλογές.
Ρύζι. 3. Σχέδιο για την παραγωγή θειικού οξέος με τη μέθοδο του νιτρώδους: 1 - denitratz. πύργος; 2, 3-πρώτο και δεύτερο προϊόν. πύργοι? 4-οξειδώνουν. πύργος; 5, 6, 7-απορροφ. πύργοι? 8 - ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστήρες.
Η παραγωγή ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ από θειούχα μετάλλων (Εικ. 2) είναι πολύ πιο περίπλοκη και αποτελείται από τις ακόλουθες λειτουργίες. Το ψήσιμο του FeS 2 πραγματοποιείται σε κλίβανο ρευστοποιημένης κλίνης με εκτόξευση αέρα: 4FeS 2 + 11O 2: 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Αέριο ψησίματος με περιεκτικότητα SO 2 13-14%, με θερμοκρασία 900 °C, εισέρχεται στο λέβητα, όπου ψύχεται στους 450 °C. Η απομάκρυνση της σκόνης πραγματοποιείται σε έναν κυκλώνα και έναν ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή. Περαιτέρω, το αέριο διέρχεται από δύο πύργους πλυσίματος, ποτιζόμενους με 40% και 10% θειικό οξύ, ενώ ταυτόχρονα το αέριο καθαρίζεται τελικά από σκόνη, φθόριο και αρσενικό. Δύο στάδια υγρών ηλεκτροστατικών κατακρημνιστηρίων παρέχονται για τον καθαρισμό αερίου από αεροζόλ ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ που σχηματίζεται σε πύργους πλύσης. Μετά την ξήρανση σε πύργο ξήρανσης, πριν από τον οποίο το αέριο αραιώνεται σε περιεκτικότητα 9% SO 2 , τροφοδοτείται στο πρώτο στάδιο μετατροπής (3 κλίνες καταλύτη) από έναν φυσητήρα. Στους εναλλάκτες θερμότητας, το αέριο θερμαίνεται στους 420 °C λόγω της θερμότητας του αερίου που προέρχεται από το πρώτο στάδιο της μετατροπής. Το SO 2 , οξειδωμένο σε 92-95% σε SO 3 , πηγαίνει στο πρώτο στάδιο απορρόφησης σε απορροφητές ελαίου και μονοένυδρου, όπου απελευθερώνεται από SO 3 . Στη συνέχεια, το αέριο που περιέχει SO 2 ~ 0,5% εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο μετατροπής, το οποίο λαμβάνει χώρα σε ένα ή δύο στρώματα καταλύτη. Το αέριο θερμαίνεται προκαταρκτικά σε μια άλλη ομάδα εναλλάκτη θερμότητας μέχρι τους 420 °C λόγω της θερμότητας των αερίων που προέρχονται από το δεύτερο στάδιο της κατάλυσης. Μετά τον διαχωρισμό του SO 3 στο δεύτερο στάδιο της απορρόφησης, το αέριο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.
Ο βαθμός μετατροπής του SO 2 σε SO 3 στη μέθοδο επαφής είναι 99,7%, ο βαθμός απορρόφησης του SO 3 είναι 99,97%. Η παραγωγή του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ πραγματοποιείται επίσης σε ένα στάδιο κατάλυσης, ενώ ο βαθμός μετατροπής του SO 2 σε SO 3 δεν ξεπερνά το 98,5%. Πριν απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα, το αέριο καθαρίζεται από το υπόλοιπο SO 2 (βλ. Καθαρισμός αερίου). Η παραγωγικότητα των σύγχρονων εγκαταστάσεων είναι 1500-3100 τόνοι/ημέρα.
Η ουσία της νιτρώδους μεθόδου (Εικ. 3) είναι ότι το αέριο ψησίματος, αφού κρυώσει και καθαριστεί από τη σκόνη, υποβάλλεται σε επεξεργασία με τη λεγόμενη νιτρόζη-C. προς., στην οποία sol. οξείδια του αζώτου. Το SO 2 απορροφάται από τη νιτρόζη και στη συνέχεια οξειδώνεται: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + NO. Το προκύπτον ΝΟ είναι ελάχιστα διαλυτό στη νιτρόζη και απελευθερώνεται από αυτήν και στη συνέχεια οξειδώνεται μερικώς με οξυγόνο στην αέρια φάση σε NO 2 . Το μείγμα NO και NO 2 επαναρροφάται από το ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ. και τα λοιπά. Τα οξείδια του αζώτου δεν καταναλώνονται στη διεργασία του αζώτου και επιστρέφουν στην παραγωγή. κύκλου, λόγω ατελούς απορρόφησης του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ τους προς.παρασύρονται εν μέρει από τα καυσαέρια. Πλεονεκτήματα της νιτρώδους μεθόδου: απλότητα σχεδιασμού υλικού, χαμηλότερο κόστος (10-15% χαμηλότερο από την επαφή), δυνατότητα 100% επεξεργασίας SO 2.
Ο εξοπλισμός της διεργασίας νιτρώδους πύργου είναι απλός: το SO 2 επεξεργάζεται σε 7-8 επενδυμένους πύργους με κεραμικό. ακροφύσιο, ένας από τους πύργους (κούφιο) είναι ένα ρυθμιζόμενο οξειδωτικό. Ενταση ΗΧΟΥ. Οι πύργοι έχουν συλλέκτες οξέος, ψυγεία, αντλίες που παρέχουν οξύ σε δεξαμενές πίεσης πάνω από τους πύργους. Ένας ανεμιστήρας ουράς είναι εγκατεστημένος μπροστά από τους δύο τελευταίους πύργους. Ένας ηλεκτροστατικός κατακρημνιστήρας χρησιμεύει για τον καθαρισμό του αερίου από το αεροζόλ του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ. Τα οξείδια του αζώτου που απαιτούνται για τη διαδικασία λαμβάνονται από HNO 3 . Για τη μείωση της εκπομπής οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα και την επεξεργασία SO 2 100%, ένας κύκλος επεξεργασίας SO 2 χωρίς νίτρο εγκαθίσταται μεταξύ των ζωνών παραγωγής και απορρόφησης σε συνδυασμό με μια μέθοδο νερού-οξέος για βαθιά παγίδευση οξειδίων του αζώτου. Το μειονέκτημα της μεθόδου του αζώτου είναι η χαμηλή ποιότητα των προϊόντων: η συγκέντρωση του ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ είναι 75%, η παρουσία οξειδίων του αζώτου, Fe και άλλων ακαθαρσιών.
Για να μειωθεί η πιθανότητα κρυστάλλωσης ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση, έχουν θεσπιστεί πρότυπα για εμπορικές ποιότητες θειικού οξέος, η συγκέντρωση του οποίου αντιστοιχεί στις χαμηλότερες θερμοκρασίες κρυστάλλωσης. Περιεχόμενο ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ γ.στην τεχν. βαθμοί (%): πύργος (νιτρώδης) 75, επαφή 92,5-98,0, ελαιόλαδο 104,5, υψηλό ποσοστό ελαίου 114,6, μπαταρία 92-94. Το θειικό οξύ αποθηκεύεται σε χαλύβδινες δεξαμενές έως 5000 m 3 σε όγκο, η συνολική χωρητικότητά τους στην αποθήκη είναι σχεδιασμένη για δέκα ημέρες παραγωγής. Το έλαιο και το θειικό οξύ μεταφέρονται σε χαλύβδινες σιδηροδρομικές δεξαμενές. Συμπ. και το SULFURIC ACID της μπαταρίας μεταφέρονται σε χαλύβδινες δεξαμενές ανθεκτικές στα οξέα. Οι δεξαμενές για τη μεταφορά του ελαίου καλύπτονται με θερμομόνωση και το ελαιόλαδο θερμαίνεται πριν το γέμισμα.
Το ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ προσδιορίζεται χρωματομετρικά και φωτομετρικά, με τη μορφή εναιωρήματος BaSO 4 - φωτοθολομετρικά, καθώς και κουλομετρικά. μέθοδος.
Εφαρμογή. Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται στην παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων, ως ηλεκτρολύτης σε μπαταρίες μολύβδου, για την παραγωγή διαφόρων ορυκτών οξέων και αλάτων, χημικών ινών, βαφών, ουσιών που σχηματίζουν καπνό και εκρηκτικών, στο λάδι, τη μεταλλουργία, την κλωστοϋφαντουργία, το δέρμα, και άλλες βιομηχανίες. Χρησιμοποιείται στο χορό. οργανική σύνθεση σε αντιδράσεις αφυδάτωσης (λήψη διαιθυλαιθέρα, εστέρες), ενυδάτωση (αιθανόλη από αιθυλένιο), σουλφονίωση (συνθετικά απορρυπαντικά και ενδιάμεσα προϊόντα στην παραγωγή βαφών), αλκυλίωση (λήψη ισοοκτανίου, πολυαιθυλενογλυκόλης, καπρο-λακτάμης) κ.λπ. Ο μεγαλύτερος καταναλωτής θειικού οξέος είναι η παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων. Για 1 τόνο λιπασμάτων φωσφόρου P 2 O 5, καταναλώνονται 2,2-3,4 τόνοι ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ και για 1 τόνο (NH 4) 2 SO 4 -0,75 τόνοι ΘΕΙΙΚΟ ΟΞΥ. συγκρότημα με εργοστάσια παραγωγής ορυκτών λιπασμάτων. Η παγκόσμια παραγωγή θειικού οξέος το 1987 έφτασε τους 152 εκατομμύρια τόνους.
Το θειικό οξύ και το ελαιόλαδο είναι εξαιρετικά επιθετικές ουσίες που επηρεάζουν την αναπνευστική οδό, το δέρμα, τους βλεννογόνους, προκαλούν αναπνευστικές δυσκολίες, βήχα, συχνά λαρυγγίτιδα, τραχειίτιδα, βρογχίτιδα κ.λπ. Αερόλυμα MPC SULFURIC ACID to. mg / m 3, σε atm. αέρα 0,3 mg / m 3 (μέγιστο μονό) και 0,1 mg / m 3 (ημερήσιος μέσος όρος). Η επιβλαβής συγκέντρωση των ατμών ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΥ είναι 0,008 mg/l (έκθεση 60 λεπτά), θανατηφόρα 0,18 mg/l (60 λεπτά). Κατηγορία κινδύνου 2. Αεροζόλ ΘΕΙΟ ΟΞΥ μπορεί να σχηματιστεί στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα χημικών και μεταλλουργικών εκπομπών. βιομηχανίες που περιέχουν οξείδια S και πέφτουν ως όξινη βροχή.
Literature: Handbook of sulfuric acid, ed. Κ. Μ. Malina, 2η έκδ., Μ., 1971; Amelin A.G., Technology of sulfuric acid, 2nd ed., Μ., 1983; Vasiliev B.T., Otvagina Μ.Ι., Technology of sulfuric acid, Μ., 1985. Yu.V. Filatov.
Χημική εγκυκλοπαίδεια. Τόμος 4 >>
Φυσικές ιδιότητες
Το καθαρό 100% θειικό οξύ (μονοένυδρο) είναι ένα άχρωμο ελαιώδες υγρό που στερεοποιείται σε κρυσταλλική μάζα στους +10 °C. Το δραστικό θειικό οξύ έχει συνήθως πυκνότητα 1,84 g/cm 3 και περιέχει περίπου 95% H 2 SO 4 . Σκληραίνει μόνο κάτω από -20 °C.
Το σημείο τήξης του μονοένυδρου είναι 10,37 °C με θερμότητα σύντηξης 10,5 kJ/mol. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι ένα πολύ παχύρρευστο υγρό με πολύ υψηλή διηλεκτρική σταθερά (e = 100 στους 25 °C). Ασήμαντη δική ηλεκτρολυτική διάσταση του μονοένυδρου προχωρά παράλληλα σε δύο κατευθύνσεις: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 και [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 - 5 . Η μοριακή-ιοντική του σύνθεση μπορεί να χαρακτηριστεί κατά προσέγγιση από τα ακόλουθα δεδομένα (σε %):
H 2 SO 4 HSO 4 - H 3 SO 4 + H 3 O + HS 2 O 7 - H 2 S 2 O 7
99,50,180,140,090,050,04
Όταν προστίθενται ακόμη και μικρές ποσότητες νερού, η διάσταση γίνεται κυρίαρχη σύμφωνα με το σχήμα: H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -
Χημικές ιδιότητες
Το H 2 SO 4 είναι ισχυρό διβασικό οξύ.
H2SO4<-->H + + HSO 4 -<-->2H + + SO 4 2-
Το πρώτο στάδιο (για μεσαίες συγκεντρώσεις) οδηγεί σε 100% διάσταση:
Κ2 = ( ) / = 1,2 10-2
1) Αλληλεπίδραση με μέταλλα:
α) το αραιό θειικό οξύ διαλύει μόνο μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσης στα αριστερά του υδρογόνου:
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (razb) --> Zn +2 SO 4 + H 2 O
β) συμπυκνωμένο H 2 + 6 SO 4 - ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα (εκτός από Au, Pt), μπορεί να μειωθεί σε S +4 O 2, S 0 ή H 2 S -2 (Fe, Al, Cr επίσης δεν αντιδρούν χωρίς θέρμανση - παθητικοποιούνται):
- 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) το συμπυκνωμένο H 2 S + 6 O 4 αντιδρά όταν θερμαίνεται με ορισμένα αμέταλλα λόγω των ισχυρών οξειδωτικών του ιδιοτήτων, μετατρέποντας σε θειούχες ενώσεις χαμηλότερης οξείδωσης (για παράδειγμα, S + 4 O 2):
С 0 + 2H 2 S +6 O 4 (συμπ.) --> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O
S 0 + 2H 2 S +6 O 4 (συμπ.) --> 3S +4 O 2 + 2H 2 O
- 2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (συμπ.) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O
- 3) με βασικά οξείδια:
CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O
CuO + 2H + --> Cu 2+ + H 2 O
4) με υδροξείδια:
H 2 SO 4 + 2NaOH --> 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+ + 2H 2 O
- 5) αντιδράσεις ανταλλαγής με άλατα:
BaCl 2 + H 2 SO 4 --> BaSO 4 + 2HCl
Ba 2+ + SO 4 2- --> BaSO 4
Ο σχηματισμός ενός λευκού ιζήματος BaSO 4 (αδιάλυτο σε οξέα) χρησιμοποιείται για την αναγνώριση του θειικού οξέος και των διαλυτών θειικών αλάτων.
MgCO 3 + H 2 SO 4 --> MgSO 4 + H 2 O + CO 2 H 2 CO 3
Το μονοένυδρο (καθαρό, 100% θειικό οξύ) είναι ένας ιονιστικός διαλύτης με όξινο χαρακτήρα. Τα θειικά άλατα πολλών μετάλλων διαλύονται καλά σε αυτό (μετατρέπονται σε διθειικά), ενώ τα άλατα άλλων οξέων διαλύονται, κατά κανόνα, μόνο εάν μπορούν να διαλυθούν (με μετατροπή σε διθειικά). Το νιτρικό οξύ συμπεριφέρεται στο μονοένυδρο ως αδύναμη βάση HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - υπερχλωρικό - ως πολύ ασθενές οξύ Cl > HClO 4). Το μονοένυδρο διαλύει καλά πολλές οργανικές ουσίες που περιέχουν άτομα με μη κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων (ικανά να συνδέουν ένα πρωτόνιο). Μερικά από αυτά μπορούν στη συνέχεια να απομονωθούν αμετάβλητα με απλή αραίωση του διαλύματος με νερό. Το μονοένυδρο έχει υψηλή κρυοσκοπική σταθερά (6,12°) και μερικές φορές χρησιμοποιείται ως μέσο για τον προσδιορισμό των μοριακών βαρών.
Το συμπυκνωμένο H 2 SO 4 είναι ένας αρκετά ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, ειδικά όταν θερμαίνεται (συνήθως ανάγεται σε SO 2). Για παράδειγμα, οξειδώνει το HI και εν μέρει το HBr (αλλά όχι το HCl) σε ελεύθερα αλογόνα. Επίσης οξειδώνει πολλά μέταλλα - Cu, Hg, κ.λπ. (ενώ ο χρυσός και η πλατίνα είναι σταθερά σε σχέση με το H 2 SO 4). Έτσι η αλληλεπίδραση με τον χαλκό πηγαίνει σύμφωνα με την εξίσωση:
Cu + 2 H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + H 2 O
Λειτουργώντας ως οξειδωτικός παράγοντας, το θειικό οξύ συνήθως ανάγεται σε SO2. Ωστόσο, μπορεί να αναχθεί σε S και ακόμη και σε H 2 S με τους ισχυρότερους αναγωγικούς παράγοντες. Το πυκνό θειικό οξύ αντιδρά με το υδρόθειο σύμφωνα με την εξίσωση:
H 2 SO 4 + H 2 S \u003d 2H 2 O + SO 2 + S
Πρέπει να σημειωθεί ότι επίσης ανάγεται μερικώς από αέριο υδρογόνο και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ξήρανση του.
Ρύζι. 13.
Η διάλυση του πυκνού θειικού οξέος στο νερό συνοδεύεται από σημαντική απελευθέρωση θερμότητας (και κάποια μείωση του συνολικού όγκου του συστήματος). Το μονοϋδρικό σχεδόν δεν άγει ηλεκτρισμό. Αντίθετα, τα υδατικά διαλύματα θειικού οξέος είναι καλοί αγωγοί. Όπως φαίνεται στο σχ. 13, περίπου 30% οξύ έχει τη μέγιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το ελάχιστο της καμπύλης αντιστοιχεί σε ένυδρο άλας με σύνθεση H 2 SO 4 · H 2 O.
Η απελευθέρωση θερμότητας κατά τη διάλυση του μονοένυδρου στο νερό είναι (ανάλογα με την τελική συγκέντρωση του διαλύματος) μέχρι 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Αντίθετα, με ανάμειξη 66% θειικού οξέος, προψυγμένου στους 0 ° C, με χιόνι (1: 1 κατά βάρος), μπορεί να επιτευχθεί μείωση της θερμοκρασίας, έως και -37 ° C.
Η μεταβολή της πυκνότητας των υδατικών διαλυμάτων του H 2 SO 4 με τη συγκέντρωσή του (κ.β.%) δίνεται παρακάτω:
Όπως φαίνεται από αυτά τα δεδομένα, ο προσδιορισμός της πυκνότητας της συγκέντρωσης θειικού οξέος πάνω από 90 wt. % γίνεται αρκετά ανακριβής. Η πίεση υδρατμών πάνω από διαλύματα H 2 SO 4 διαφορετικών συγκεντρώσεων σε διαφορετικές θερμοκρασίες φαίνεται στο σχ. 15. Το θειικό οξύ μπορεί να δράσει ως ξηραντικός παράγοντας μόνο εφόσον η πίεση υδρατμών στο διάλυμά του είναι μικρότερη από τη μερική του πίεση στο αέριο που ξηραίνεται.
Ρύζι. δεκαπέντε.
Ρύζι. 16. Σημεία βρασμού σε διαλύματα H 2 SO 4. Διαλύματα H 2 SO 4.
Όταν ένα αραιό διάλυμα θειικού οξέος βράζεται, το νερό αποστάζεται από αυτό και το σημείο βρασμού αυξάνεται στους 337 ° C, όταν το 98,3% H 2 SO 4 αρχίζει να αποστάζει (Εικ. 16). Αντίθετα, η περίσσεια του θειικού ανυδρίτη εξατμίζεται από πιο συμπυκνωμένα διαλύματα. Ο ατμός του θειικού οξέος που βράζει στους 337°C διασπάται μερικώς σε H 2 O και SO 3, τα οποία ανασυνδυάζονται κατά την ψύξη. Το υψηλό σημείο βρασμού του θειικού οξέος επιτρέπει τη χρήση του για την απομόνωση πτητικών οξέων από τα άλατά τους (για παράδειγμα, HCl από NaCl) όταν θερμαίνονται.
Παραλαβή
Το μονοένυδρο μπορεί να ληφθεί με κρυστάλλωση πυκνού θειικού οξέος στους -10°C.
Παραγωγή θειικού οξέος.
- 1ο στάδιο. Κλίβανος πυρίτη.
- 4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q
Η διαδικασία είναι ετερογενής:
- 1) άλεσμα σιδηροπυρίτη (πυρίτη)
- 2) Μέθοδος «ρευστοποιημένης κλίνης».
- 3) 800°С; απομάκρυνση της υπερβολικής θερμότητας
- 4) αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου στον αέρα
- 2ο στάδιο. Μετά τον καθαρισμό, το στέγνωμα και την ανταλλαγή θερμότητας, το διοξείδιο του θείου εισέρχεται στη συσκευή επαφής, όπου οξειδώνεται σε θειικό ανυδρίτη (450 ° C - 500 ° C, καταλύτης V 2 O 5):
- 2SO2 + O2
- 3ο στάδιο. Πύργος απορρόφησης:
nSO 3 + H 2 SO 4 (συμπ.) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (ελαίου)
Το νερό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί λόγω του σχηματισμού ομίχλης. Εφαρμόστε κεραμικά ακροφύσια και την αρχή της αντίθετης ροής.
Εφαρμογή.
Θυμάμαι! Το θειικό οξύ πρέπει να χύνεται στο νερό σε μικρές μερίδες και όχι το αντίστροφο. Διαφορετικά, μπορεί να συμβεί μια βίαιη χημική αντίδραση, με αποτέλεσμα ένα άτομο να υποστεί σοβαρά εγκαύματα.
Το θειικό οξύ είναι ένα από τα κύρια προϊόντα της χημικής βιομηχανίας. Πηγαίνει στην παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων (υπερφωσφορικό, θειικό αμμώνιο), διάφορα οξέα και άλατα, φάρμακα και απορρυπαντικά, βαφές, τεχνητές ίνες, εκρηκτικά. Χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία (αποσύνθεση μεταλλευμάτων, για παράδειγμα, ουράνιο), για τον καθαρισμό προϊόντων πετρελαίου, ως ξηραντικό κ.λπ.
Πρακτικά σημαντικό είναι το γεγονός ότι το πολύ ισχυρό (πάνω από 75%) θειικό οξύ δεν δρα στον σίδηρο. Αυτό σας επιτρέπει να το αποθηκεύετε και να το μεταφέρετε σε χαλύβδινες δεξαμενές. Αντίθετα, το αραιό H 2 SO 4 διαλύει εύκολα τον σίδηρο με την απελευθέρωση υδρογόνου. Οι οξειδωτικές ιδιότητες δεν είναι καθόλου τυπικές γι 'αυτό.
Το ισχυρό θειικό οξύ απορροφά έντονα την υγρασία και επομένως χρησιμοποιείται συχνά για την ξήρανση αερίων. Από πολλές οργανικές ουσίες που περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο, αφαιρεί νερό, το οποίο χρησιμοποιείται συχνά στην τεχνολογία. Με την ίδια (καθώς και με τις οξειδωτικές ιδιότητες του ισχυρού H 2 SO 4) συνδέεται και η καταστροφική του δράση στους φυτικούς και ζωικούς ιστούς. Το θειικό οξύ που πέφτει κατά λάθος στο δέρμα ή στο φόρεμα κατά τη διάρκεια της εργασίας θα πρέπει να ξεπλυθεί αμέσως με άφθονο νερό, στη συνέχεια να υγρανθεί η πληγείσα περιοχή με ένα αραιό διάλυμα αμμωνίας και να ξεπλυθεί ξανά με νερό.
Το τριοξείδιο του θείου είναι συνήθως ένα άχρωμο υγρό. Μπορεί επίσης να υπάρχει ως πάγος, ινώδεις κρύσταλλοι ή αέριο. Όταν το τριοξείδιο του θείου εκτίθεται στον αέρα, αρχίζει να απελευθερώνεται λευκός καπνός. Είναι αναπόσπαστο στοιχείο μιας τέτοιας δραστικής ουσίας όπως το συμπυκνωμένο θειικό οξύ. Είναι ένα διαυγές, άχρωμο, λιπαρό και εξαιρετικά διαβρωτικό υγρό. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή λιπασμάτων, εκρηκτικών, άλλων οξέων, στη βιομηχανία πετρελαίου και μπαταριών μολύβδου-οξέος στα αυτοκίνητα.
Συμπυκνωμένο θειικό οξύ: ιδιότητες
Το θειικό οξύ διαλύεται καλά στο νερό, είναι διαβρωτικό για μέταλλα και υφάσματα και απανθρακώνει το ξύλο και τις περισσότερες άλλες οργανικές ουσίες κατά την επαφή. Η μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλές συγκεντρώσεις ή η βραχυπρόθεσμη έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να οδηγήσει σε δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία από την εισπνοή.
Το συμπυκνωμένο θειικό οξύ χρησιμοποιείται για την παραγωγή λιπασμάτων και άλλων χημικών ουσιών, στη διύλιση πετρελαίου, στην κατασκευή σιδήρου και χάλυβα και για πολλούς άλλους σκοπούς. Επειδή έχει αρκετά υψηλό σημείο βρασμού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να απελευθερώσει περισσότερα πτητικά οξέα από τα άλατά τους. Το πυκνό θειικό οξύ έχει ισχυρή υγροσκοπική ιδιότητα. Μερικές φορές χρησιμοποιείται ως ξηραντικός παράγοντας για την αφυδάτωση (αφαίρεση του νερού με χημικά μέσα) πολλών ενώσεων, όπως οι υδατάνθρακες.
Αντιδράσεις θειικού οξέος
Το συμπυκνωμένο θειικό οξύ αντιδρά με ασυνήθιστο τρόπο στη ζάχαρη, αφήνοντας πίσω του μια εύθραυστη σπογγώδη μαύρη μάζα άνθρακα. Παρόμοια αντίδραση παρατηρείται όταν εκτίθεται σε δέρμα, κυτταρίνη και άλλες φυτικές και ζωικές ίνες. Όταν το συμπυκνωμένο οξύ αναμιγνύεται με νερό, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας, αρκετή για να βράσει αμέσως. Για αραίωση, θα πρέπει να προστεθεί αργά σε κρύο νερό με συνεχή ανάδευση για να περιοριστεί η συσσώρευση θερμότητας. Το θειικό οξύ αντιδρά με το υγρό, σχηματίζοντας υδρίτες με έντονες ιδιότητες.
φυσικά χαρακτηριστικά
Ένα άχρωμο και άοσμο υγρό σε αραιό διάλυμα έχει ξινή γεύση. Το θειικό οξύ είναι εξαιρετικά επιθετικό όταν εκτίθεται στο δέρμα και σε όλους τους ιστούς του σώματος, προκαλώντας σοβαρά εγκαύματα σε άμεση επαφή. Στην καθαρή του μορφή, το H 2 SO4 δεν είναι αγωγός του ηλεκτρισμού, αλλά η κατάσταση αλλάζει προς την αντίθετη κατεύθυνση με την προσθήκη νερού.
Μερικές ιδιότητες είναι ότι το μοριακό βάρος είναι 98,08. Το σημείο βρασμού είναι 327 βαθμοί Κελσίου, το σημείο τήξης είναι -2 βαθμοί Κελσίου. Το θειικό οξύ είναι ένα ισχυρό ανόργανο οξύ και ένα από τα κύρια προϊόντα της χημικής βιομηχανίας λόγω της ευρείας εμπορικής χρήσης του. Σχηματίζεται φυσικά από την οξείδωση θειούχων υλικών όπως ο θειούχος σίδηρος.
Οι χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος (H 2 SO4) εκδηλώνονται σε διάφορες χημικές αντιδράσεις:
- Όταν αλληλεπιδρούν με αλκάλια, σχηματίζονται δύο σειρές αλάτων, συμπεριλαμβανομένων των θειικών.
- Αντιδρά με ανθρακικά και διττανθρακικά άλατα σχηματίζοντας άλατα και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2).
- Επηρεάζει διαφορετικά τα μέταλλα, ανάλογα με τη θερμοκρασία και τον βαθμό αραίωσης. Το κρύο και το αραιό αποδίδουν υδρογόνο, το ζεστό και το συμπυκνωμένο παράγουν εκπομπές SO 2.
- Όταν βράζει, ένα διάλυμα H 2 SO 4 (πυκνό θειικό οξύ) αποσυντίθεται σε τριοξείδιο του θείου (SO 3) και νερό (H 2 O). Οι χημικές ιδιότητες περιλαμβάνουν επίσης το ρόλο ενός ισχυρού οξειδωτικού παράγοντα.
κίνδυνος πυρκαγιάς
Το θειικό οξύ είναι εξαιρετικά αντιδραστικό στην ανάφλεξη των λεπτών εύφλεκτων υλικών κατά την επαφή. Όταν θερμαίνεται, αρχίζουν να απελευθερώνονται πολύ τοξικά αέρια. Είναι εκρηκτικό και ασυμβίβαστο με τεράστιο αριθμό ουσιών. Σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, μπορεί να συμβούν αρκετά επιθετικές χημικές αλλαγές και παραμορφώσεις. Μπορεί να αντιδράσει βίαια με νερό και άλλα υγρά, προκαλώντας πιτσίλισμα.
κίνδυνος υγείας
Το θειικό οξύ διαβρώνει όλους τους ιστούς του σώματος. Η εισπνοή ατμών μπορεί να προκαλέσει σοβαρή βλάβη στους πνεύμονες. Η βλάβη στη βλεννογόνο μεμβράνη των ματιών μπορεί να οδηγήσει σε πλήρη απώλεια της όρασης. Η επαφή με το δέρμα μπορεί να προκαλέσει σοβαρή νέκρωση. Ακόμη και μερικές σταγόνες μπορεί να είναι θανατηφόρες εάν το οξύ αποκτήσει πρόσβαση στην τραχεία. Η χρόνια έκθεση μπορεί να προκαλέσει τραχειοβρογχίτιδα, στοματίτιδα, επιπεφυκίτιδα, γαστρίτιδα. Μπορεί να εμφανιστούν γαστρικές διατρήσεις και περιτονίτιδα, που συνοδεύονται από κυκλοφορική κατάρρευση. Το θειικό οξύ είναι μια ιδιαίτερα καυστική ουσία που πρέπει να αντιμετωπίζεται με εξαιρετική προσοχή. Τα σημεία και τα συμπτώματα κατά την έκθεση μπορεί να είναι σοβαρά και περιλαμβάνουν σάλια, έντονη δίψα, δυσκολία στην κατάποση, πόνο, σοκ και εγκαύματα. Ο εμετός έχει συνήθως το χρώμα του αλεσμένου καφέ. Η οξεία έκθεση με εισπνοή μπορεί να οδηγήσει σε φτέρνισμα, βραχνάδα, πνιγμό, λαρυγγίτιδα, δύσπνοια, ερεθισμό του αναπνευστικού συστήματος και πόνο στο στήθος. Μπορεί επίσης να εμφανιστεί αιμορραγία από τη μύτη και τα ούλα, πνευμονικό οίδημα, χρόνια βρογχίτιδα και πνευμονία. Η έκθεση στο δέρμα μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά επώδυνα εγκαύματα και δερματίτιδα.
Πρώτες βοήθειες
- Μεταφέρετε τα θύματα στον καθαρό αέρα. Το προσωπικό έκτακτης ανάγκης θα πρέπει να αποφεύγει την έκθεση σε θειικό οξύ ενώ το κάνει.
- Αξιολογήστε τα ζωτικά σημεία, συμπεριλαμβανομένων των σφυγμών και του αναπνευστικού ρυθμού. Εάν δεν ανιχνευτεί παλμός, εκτελέστε ανάνηψη, ανάλογα με τους πρόσθετους τραυματισμούς που λάβατε. Εάν η αναπνοή είναι παρούσα και δύσκολη, παρέχετε αναπνευστική υποστήριξη.
- Αφαιρέστε τα λερωμένα ρούχα το συντομότερο δυνατό.
- Σε περίπτωση επαφής με τα μάτια ξεπλύνετε με χλιαρό νερό για τουλάχιστον 15 λεπτά, για το δέρμα πλύνετέ τα με σαπούνι και νερό.
- Όταν εισπνέετε τοξικές αναθυμιάσεις, ξεπλύνετε το στόμα σας με άφθονο νερό, ποτό και απαγορεύεται ο αυτοπροκαλούμενος εμετός.
- Παραδώστε τον τραυματία σε ιατρική μονάδα.
ΟΡΙΣΜΟΣ
άνυδρος θειικό οξύείναι ένα βαρύ, παχύρρευστο υγρό που αναμιγνύεται εύκολα με το νερό σε οποιαδήποτε αναλογία: η αλληλεπίδραση χαρακτηρίζεται από ένα εξαιρετικά μεγάλο εξώθερμο αποτέλεσμα (~880 kJ / mol σε άπειρη αραίωση) και μπορεί να οδηγήσει σε εκρηκτικό βρασμό και πιτσίλισμα του μείγματος εάν το νερό προστίθεται στο οξύ. γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να χρησιμοποιείτε πάντα την αντίστροφη σειρά στην παρασκευή των διαλυμάτων και να προσθέτετε το οξύ στο νερό, αργά και με ανάδευση.
Μερικές φυσικές ιδιότητες του θειικού οξέος δίνονται στον πίνακα.
Το άνυδρο H 2 SO 4 είναι μια αξιοσημείωτη ένωση με ασυνήθιστα υψηλή διηλεκτρική σταθερά και πολύ υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία οφείλεται στην ιοντική αυτοδιάσπαση (αυτοπρωτόλυση) της ένωσης, καθώς και στον μηχανισμό αγωγιμότητας του ρελέ μεταφοράς πρωτονίων, που εξασφαλίζει την ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από ένα παχύρρευστο υγρό με μεγάλο αριθμό δεσμών υδρογόνου.
Πίνακας 1. Φυσικές ιδιότητες θειικού οξέος.
Λήψη θειικού οξέος
Το θειικό οξύ είναι το πιο σημαντικό βιομηχανικό χημικό και το φθηνότερο οξύ που παράγεται οπουδήποτε στον κόσμο.
Συμπυκνωμένο θειικό οξύ ("έλαιο βιτριόλης") ελήφθη αρχικά με θέρμανση "πράσινης βιτριόλης" FeS04 ×nH2O και δαπανήθηκε σε μεγάλες ποσότητες για να ληφθούν Na2S04 και NaCl.
Η σύγχρονη διαδικασία για την παραγωγή θειικού οξέος χρησιμοποιεί έναν καταλύτη που αποτελείται από οξείδιο του βαναδίου (V) με την προσθήκη θειικού καλίου σε φορέα διοξειδίου του πυριτίου ή γη διατόμων. Το διοξείδιο του θείου SO 2 λαμβάνεται με καύση καθαρού θείου ή με ψήσιμο θειούχου μεταλλεύματος (κυρίως πυρίτη ή μεταλλεύματα Cu, Ni και Zn) στη διαδικασία εξαγωγής αυτών των μετάλλων. Στη συνέχεια SO 2 οξειδώνεται σε τριοξείδιο και στη συνέχεια λαμβάνεται θειικό οξύ διάλυση στο νερό:
S + O 2 → SO 2 (ΔΗ 0 - 297 kJ / mol);
SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔΗ 0 - 9,8 kJ / mol);
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0 - 130 kJ / mol).
Χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος
Το θειικό οξύ είναι ένα ισχυρό διβασικό οξύ. Στο πρώτο στάδιο, σε διαλύματα χαμηλής συγκέντρωσης, διασπάται σχεδόν πλήρως:
H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.
Διάσπαση στο δεύτερο στάδιο
HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-
προχωρά σε μικρότερο βαθμό. Η σταθερά διάστασης του θειικού οξέος στο δεύτερο στάδιο, εκφρασμένη ως προς τη δραστηριότητα ιόντων, K 2 = 10 -2.
Ως διβασικό οξύ, το θειικό οξύ σχηματίζει δύο σειρές αλάτων: μέτρια και όξινα. Τα μέτρια άλατα του θειικού οξέος ονομάζονται θειικά και τα όξινα άλατα ονομάζονται υδροθειικά.
Το θειικό οξύ απορροφά λαίμαργα τους υδρατμούς και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται συχνά για την ξήρανση αερίων. Η ικανότητα απορρόφησης νερού εξηγεί επίσης την απανθράκωση πολλών οργανικών ουσιών, ιδιαίτερα αυτών που ανήκουν στην κατηγορία των υδατανθράκων (ίνες, ζάχαρη κ.λπ.), όταν εκτίθενται σε πυκνό θειικό οξύ. Το θειικό οξύ αφαιρεί το υδρογόνο και το οξυγόνο από τους υδατάνθρακες, οι οποίοι σχηματίζουν νερό, και ο άνθρακας απελευθερώνεται με τη μορφή άνθρακα.
Το πυκνό θειικό οξύ, ιδιαίτερα ζεστό, είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Οξειδώνει HI και HBr (αλλά όχι HCl) σε ελεύθερα αλογόνα, άνθρακα σε CO 2 , θείο σε SO 2 . Αυτές οι αντιδράσεις εκφράζονται με τις εξισώσεις:
8HI + H 2 SO 4 \u003d 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O;
2HBr + H 2 SO 4 \u003d Br 2 + SO 2 + 2H 2 O;
C + 2H 2 SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;
S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O.
Η αλληλεπίδραση του θειικού οξέος με τα μέταλλα προχωρά διαφορετικά ανάλογα με τη συγκέντρωσή του. Το αραιό θειικό οξύ οξειδώνεται με το ιόν υδρογόνου του. Επομένως, αλληλεπιδρά μόνο με εκείνα τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσεων μόνο μέχρι το υδρογόνο, για παράδειγμα:
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.
Ωστόσο, ο μόλυβδος δεν διαλύεται σε αραιό οξύ επειδή το προκύπτον άλας PbSO 4 είναι αδιάλυτο.
Το πυκνό θειικό οξύ είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας λόγω του θείου (VI). Οξειδώνει μέταλλα της σειράς τάσης μέχρι και το ασήμι. Τα προϊόντα της αναγωγής του μπορεί να είναι διαφορετικά ανάλογα με τη δραστηριότητα του μετάλλου και τις συνθήκες (συγκέντρωση οξέος, θερμοκρασία). Όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα χαμηλής δράσης, όπως ο χαλκός, το οξύ μειώνεται σε SO 2:
Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Όταν αλληλεπιδρούν με πιο ενεργά μέταλλα, τα προϊόντα αναγωγής μπορεί να είναι τόσο διοξείδιο όσο και ελεύθερο θείο και υδρόθειο. Για παράδειγμα, κατά την αλληλεπίδραση με τον ψευδάργυρο, μπορεί να εμφανιστούν αντιδράσεις:
Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;
4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.
Η χρήση θειικού οξέος
Η χρήση του θειικού οξέος διαφέρει από χώρα σε χώρα και από δεκαετία σε δεκαετία. Έτσι, για παράδειγμα, στις ΗΠΑ, η κύρια περιοχή κατανάλωσης H 2 SO 4 είναι η παραγωγή λιπασμάτων (70%), ακολουθούμενη από τη χημική παραγωγή, τη μεταλλουργία, τη διύλιση πετρελαίου (~5% σε κάθε περιοχή). Στο Ηνωμένο Βασίλειο, η κατανομή της κατανάλωσης ανά βιομηχανία είναι διαφορετική: μόνο το 30% του παραγόμενου H 2 SO 4 χρησιμοποιείται για την παραγωγή λιπασμάτων, αλλά το 18% προορίζεται για χρώματα, χρωστικές και ενδιάμεσα βαφές, 16% για χημική παραγωγή, 12% για το σαπούνι και τα απορρυπαντικά, το 10% για την παραγωγή φυσικών και τεχνητών ινών και το 2,5% χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία.
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
| Ασκηση | Προσδιορίστε τη μάζα θειικού οξέος που μπορεί να ληφθεί από έναν τόνο πυρίτη εάν η απόδοση σε οξείδιο του θείου (IV) στην αντίδραση ψησίματος είναι 90%, και οξείδιο του θείου (VI) στην καταλυτική οξείδωση του θείου (IV) είναι 95% του θεωρητικού. |
| Λύση | Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης για το ψήσιμο πυρίτη: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Υπολογίστε την ποσότητα της ουσίας πυρίτη: n(FeS 2) = m(FeS 2) / M(FeS 2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) \u003d 56 + 2 × 32 \u003d 120 g / mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Εφόσον στην εξίσωση της αντίδρασης ο συντελεστής για το διοξείδιο του θείου είναι διπλάσιος από τον συντελεστή για το FeS 2, η θεωρητικά πιθανή ποσότητα ουσίας οξειδίου του θείου (IV) είναι: n (SO 2) θεωρία \u003d 2 × n (FeS 2) \u003d 2 × 8,33 \u003d 16,66 kmol. Και πρακτικά η ποσότητα του mole οξειδίου του θείου (IV) που λαμβάνεται είναι: n (SO 2) πρακτική \u003d η × n (SO 2) θεωρία \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol. Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης για την οξείδωση του οξειδίου του θείου (IV) σε οξείδιο του θείου (VI): 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Η θεωρητικά πιθανή ποσότητα ουσίας οξειδίου του θείου (VI) είναι: n(SO 3) θεωρία \u003d n (SO 2) πρακτική \u003d 15 kmol. Και πρακτικά η ποσότητα του mole οξειδίου του θείου (VI) που λαμβάνεται είναι: n(SO 3) πρακτική \u003d η × n (SO 3) θεωρία \u003d 0,5 × 15 \u003d 14,25 kmol. Γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης για την παραγωγή θειικού οξέος: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4. Βρείτε την ποσότητα της ουσίας θειικού οξέος: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) πρακτική \u003d 14,25 kmol. Η απόδοση της αντίδρασης είναι 100%. Η μάζα του θειικού οξέος είναι: m (H2SO4) \u003d n (H2SO4) × M (H2SO4); M(H2SO4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m (H 2 SO 4) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg. |
| Απάντηση | Η μάζα του θειικού οξέος είναι 1397 kg |
Κάθε άτομο στο μάθημα της χημείας μελέτησε οξέα. Ένα από αυτά ονομάζεται θειικό οξύ και ονομάζεται HSO 4. Σχετικά με τις ιδιότητες του θειικού οξέος, το άρθρο μας θα πει.
Φυσικές ιδιότητες του θειικού οξέος
Το καθαρό θειικό οξύ ή μονοένυδρο είναι ένα άχρωμο ελαιώδες υγρό που στερεοποιείται σε κρυσταλλική μάζα στους +10°C. Το θειικό οξύ που προορίζεται για αντιδράσεις περιέχει 95% H 2 SO 4 και έχει πυκνότητα 1,84 g/cm 3 . 1 λίτρο τέτοιου οξέος ζυγίζει 2 κιλά. Το οξύ σκληραίνει στους -20°C. Η θερμότητα της σύντηξης είναι 10,5 kJ/mol σε θερμοκρασία 10,37°C.
Οι ιδιότητες του πυκνού θειικού οξέος ποικίλλουν. Για παράδειγμα, κατά τη διάλυση αυτού του οξέος στο νερό, θα απελευθερωθεί μεγάλη ποσότητα θερμότητας (19 kcal / mol) λόγω του σχηματισμού ένυδρων αλάτων. Αυτές οι ένυδρες ενώσεις μπορούν να απομονωθούν από το διάλυμα σε χαμηλές θερμοκρασίες σε στερεή μορφή.
Το θειικό οξύ είναι ένα από τα πιο βασικά προϊόντα στη χημική βιομηχανία. Προορίζεται για την παραγωγή ορυκτών λιπασμάτων (θειικό αμμώνιο, υπερφωσφορικό), διαφόρων αλάτων και οξέων, απορρυπαντικών και φαρμάκων, τεχνητών ινών, βαφών, εκρηκτικών. Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται επίσης στη μεταλλουργία (για παράδειγμα, την αποσύνθεση μεταλλευμάτων ουρανίου), για τον καθαρισμό των προϊόντων πετρελαίου, για την ξήρανση αερίων κ.λπ.
Χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος
Οι χημικές ιδιότητες του θειικού οξέος είναι:
- Αλληλεπίδραση με μέταλλα:
- Το αραιό οξύ διαλύει μόνο εκείνα τα μέταλλα που βρίσκονται στα αριστερά του υδρογόνου σε μια σειρά τάσεων, για παράδειγμα H 2 +1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4.
- οι οξειδωτικές ιδιότητες του θειικού οξέος είναι μεγάλες. Όταν αλληλεπιδρά με διάφορα μέταλλα (εκτός από Pt, Au), μπορεί να μειωθεί σε H 2 S -2, S +4 O 2 ή S 0, για παράδειγμα:
- 2H 2 + 6 SO 4 + 2Ag 0 = S + 4 O 2 + Ag 2 + 1 SO 4 + 2H 2 O;
- 5H 2 +6 SO 4 + 8Na 0 \u003d H 2 S -2 + 4Na 2 + 1 SO 4 + 4H 2 O;
- Το πυκνό οξύ H 2 S + 6 O 4 αντιδρά επίσης (όταν θερμαίνεται) με ορισμένα αμέταλλα, ενώ μετατρέπεται σε θειούχες ενώσεις με χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης, για παράδειγμα:
- 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;
- Με βασικά οξείδια:
- H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O;
- Με υδροξείδια:
- Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
- 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O;
- Αλληλεπίδραση με άλατα σε αντιδράσεις ανταλλαγής:
- H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;
Ο σχηματισμός BaSO 4 (λευκό ίζημα, αδιάλυτο σε οξέα) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό αυτού του οξέος και των διαλυτών θειικών αλάτων.
Ένα μονοένυδρο είναι ένας ιονιστικός διαλύτης που έχει όξινο χαρακτήρα. Είναι πολύ καλό να διαλύονται θειικά άλατα πολλών μετάλλων σε αυτό, για παράδειγμα:
- 2H 2 SO 4 + HNO 3 \u003d NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -;
- HClO 4 + H 2 SO 4 \u003d ClO 4 - + H 3 SO 4 +.
Ένα συμπυκνωμένο οξύ είναι ένας αρκετά ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, ειδικά όταν θερμαίνεται, για παράδειγμα 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.
Λειτουργώντας ως οξειδωτικός παράγοντας, το θειικό οξύ συνήθως ανάγεται σε SO2. Αλλά μπορεί να μειωθεί σε S και ακόμη και σε H 2 S, για παράδειγμα H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.
Το μονοένυδρο σχεδόν δεν μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό. Αντίθετα, τα υδατικά διαλύματα οξέος είναι καλοί αγωγοί. Το θειικό οξύ απορροφά έντονα την υγρασία, επομένως χρησιμοποιείται για την ξήρανση διαφόρων αερίων. Ως ξηραντικό, το θειικό οξύ δρα εφόσον η πίεση των υδρατμών πάνω από το διάλυμά του είναι μικρότερη από την πίεσή του στο αέριο που ξηραίνεται.
Εάν βράσει ένα αραιό διάλυμα θειικού οξέος, θα αφαιρεθεί νερό από αυτό, ενώ το σημείο βρασμού θα ανέλθει στους 337 ° C, για παράδειγμα, όταν αρχίσει να αποστάζεται θειικό οξύ σε συγκέντρωση 98,3%. Αντίθετα, από διαλύματα που είναι πιο συμπυκνωμένα, η περίσσεια του θειικού ανυδρίτη εξατμίζεται. Ο ατμός που βράζει σε θερμοκρασία 337 ° C, το οξύ αποσυντίθεται εν μέρει σε SO 3 και H 2 O, τα οποία, μετά την ψύξη, θα συνδυαστούν ξανά. Το υψηλό σημείο βρασμού αυτού του οξέος είναι κατάλληλο για χρήση στον διαχωρισμό πτητικών οξέων από τα άλατά τους όταν θερμαίνονται.
Προφυλάξεις κατά το χειρισμό οξέων
Κατά το χειρισμό θειικού οξέος, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή. Όταν αυτό το οξύ έρχεται σε επαφή με το δέρμα, το δέρμα γίνεται λευκό, στη συνέχεια καφέ και εμφανίζεται ερυθρότητα. Ο περιβάλλοντας ιστός διογκώνεται. Εάν αυτό το οξύ έρθει σε επαφή με οποιοδήποτε μέρος του σώματος, πρέπει να ξεπλυθεί γρήγορα με νερό και η καμένη περιοχή θα πρέπει να λιπαίνεται με διάλυμα σόδας.
Τώρα γνωρίζετε ότι το θειικό οξύ, του οποίου οι ιδιότητες έχουν μελετηθεί καλά, είναι απλώς απαραίτητο για μια ποικιλία παραγωγής και εξόρυξης.
