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

سولفوریک اسید 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. سولفوریک اسید 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 سولفوریک اسید 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 سولفوریک اسید 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 جزئی 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 سولفوریک اسید، 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 سولفوریک اسید، کامل نیست و یک واکنش تعادلی است:

HSO₄^- + H₂O ⇔ H₃O⁺ + SO₄^2- (2

تولید سولفوریک اسید

فرایند مجاورت

سولفوریک اسید، 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 سولفوریک اسید، پیروسولفوریک اسید (H₂S₂O₇) تشکیل می‌شود:

H₂SO₄(l) + SO₃(g) → H₂S₂O₇(l) (4

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

H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(l) (۵

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

دیگر روش‌ها

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

(g) + H_۲O2 (l) → H_۲SO_۴ (l)SO₂

روش دیگر تولید سولفوریک اسید 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.