سولفوریک اسید

سولفوریک اسید
نام‌گذاری آیوپاک سولفوریک اسید
دیگر نام‌ها سولفات هیدروژن جوهر گوگرد
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۷۶۶۴-۹۳-۹
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	WS5600000
خصوصیات
فرمول مولکولی	H2SO4
جرم مولی	98/078 g/mol
شکل ظاهری	مایع شفاف، بی‌رنگ و بی‌بو
چگالی	1.84 g cm−3 liquid
دمای ذوب	10°C
دمای جوش	‎290°C bp of pure acid. 98% solution boils at 338 °C
انحلال‌پذیری در آب	حل‌پذیری کامل (گرماده) انتالپی منفی
گرانروی	26.7 cP at 20 °C
خطرات
طبقه‌بندی ئی‌یو	C
کدهای ایمنی	R۳۵
شماره‌های نگهداری	(S1/2), S26, S۳۰, S45
لوزی آتش	W
نقطه اشتعال	غیر مشتعل
ترکیبات مرتبط
مرتبط با اسیدهای قوی	نیتریک اسید هیدروکلریک اسید هیدروبرمیک اسید پرکلریک اسید
ترکیبات مرتبط	سولفید هیدروژن اسید سولفورو پروکسی‌مونوسولفوریک اسید تری‌اکسید سولفور Oleum
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
Infobox references

اسید سولفوریک که در گذشته با نام جوهر گوگرد خوانده می‌شد، اسیدی بسیار قوی است که با هر درصدی در آب حل می‌شود و فرمول شیمیایی آن H_۲SO_۴ است. پی اچ(pH) این اسید ۰/۵ (۵ دهم) می‌باشد.

اسید سولفوریک برای نخستین بار توسط جابر بن حیان کشف شد. او با تقطیر کانی‌های سولفات آهن (معروف به زاج سبز) (آهن سولفات هفت آبه به فرمول FeSO4.7H2O) و مس(II) سولفات، این اسید را به دست آورد.

از اسید سولفوریک در مواد شوینده، رنگ نقاشی و غیره استفاده می‌شود.

خواص فیزیکی

این ماده دارای مولکول‌های دارای گشتاور قطبی است که می‌توانند با یک‌دیگر پیوند هیدروژنی برقرار کنند. پس اسید سولفوریک مایعی است با نقطه جوش بالا و هم چنین یک مایع ویسکوز (دارای گران روی زیاد) محسوب می‌شود. همین شرایط مولکولی باعث می‌شوند که سولفوریک اسید به خوبی در آب حل شود و محلول‌های اسیدی مختلف تولید کند.

ساختار مولکولی و خصلت اسیدی

این ماده از مولکول‌هایی شامل یک اتم گوگرد، چهار اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده‌است. از آن‌جا که هیدروژن‌ها به اتم اکسیژن متصل هستند، حامل بار مثبت جزیی می‌باشند و قادرند به عنوان هیدروژن اسیدی عمل کنند. با از دست دادن اولین هیدروژن، آنیون هیدروژن‌سولفات تولید می‌شود که با توجه به ساختارهای رزونانسی، بسیار پایدار است؛ بنابراین اولین تفکیک اسید سولفوریک، به شکل کامل انجام می‌شود:

H₂SO₄ + H₂O → HSO₄^- + H₃O⁺ (1

برای دومین مرحله، باید هیدروژن به شکل کاتیون، آنیون هیدروژن‌سولفات را ترک کند که چندان راحت نیست؛ بنابراین تفکیک دومین هیدروژن اسیدی در اسید سولفوریک، کامل نیست و یک واکنش تعادلی است:

HSO₄^- + H₂O ⇔ H₃O⁺ + SO₄^2- (2

تولید سولفوریک اسید

فرایند مجاورت

اسید سولفوریک، یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی صنعتی است که با استفاده از فرایند مجاورت تولید می‌شود. در مرحله نخست گوگرد در مجاورت اکسیژن، اکسید شده و گوگرد دی‌اکسید به دست می‌آید:

S(s) + O₂(g) → SO₂(g) (1

در مرحله بعد گوگرد دی‌اکسید در مجاورت یک کاتالیزگر و در واکنش با اکسیژن اضافی به SO_۳ اکسیده می‌شود:

SO₂(g) + O₂(g) → SO₃(g) (2

این واکنش گرماده است و انتروپی (بی نظمی) آن کاهش می‌یابد چون عامل انتروپی نامساعد است (پدیده‌های جهان به سمت بی نظمی بیشتر می‌روند) یک عامل نامساعد ترمودینامیکی دارد پس برگشت‌پذیر است.

واکنش بالا در دمای معمولی بسیار کند است؛ لذا در روش صنعتی، از دماهای بالاتر (۴۰۰C تا۷۰۰C) و از یک کاتالیزور (مانند پنتا اکسید وانادیم V_۲O_۵ یا اسفنج پلاتین،که البته امروزه کمتر به کار میرود ) استفاده می‌شود. از واکنش گوگرد تری‌اکسید با آب، محلول سولفوریک اسید تشکیل می‌شود:

SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq) (3

با تکرار مراحل بالا و دمیدن گوگرد تری‌اکسید درون محلول اسید سولفوریک، پیروسولفوریک اسید (H₂S₂O₇) تشکیل می‌شود:

H₂SO₄(l) + SO₃(g) → H₂S₂O₇(l) (4

سپس با افزودن آب به پ اسید یروسولفوریک، محلول اسید سولفوریک را تهیه می‌کنند:

H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(l) (۵

کنترل این روش که در آن، اسید پیروسولفوریک تشکیل می‌شود، آسان‌تر از واکنش مستقیم تری‌اکسید گوگرد با آب است؛ بنابراین از این واکنش برای تولید اسید سولفوریک با درصد معین و غلظت دل‌خواه استفاده می‌شود.

دیگر روش‌ها

اسید سولفوریک را می‌توان در آزمایشگاه از واکنش گاز دی‌اکسید گوگرد با پروکسید هیدروژن (آب اکسیژنه) به دست آورد.

(g) + H_۲O2 (l) → H_۲SO_۴ (l)SO₂

روش دیگر تولید اسید سولفوریک در آزمایشگاه با استفاده از الکترولیز محلول مس (ll) می‌باشد که کاتد باید از فلزی باشد که رسانایی خوبی دارد، مانند مس، و آند نیز باید از جنس پلاتین یا زغال باشد تا با محلول واکنش ندهد.