سولفوریک اسید

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
سولفوریک اسید
Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg Sulfuric-acid-3D-vdW.png
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 خورنده C
کدهای ایمنی R۳۵
شماره‌های نگهداری (S1/2), S26, S۳۰, S45
لوزی آتش
Special hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g., cesium, sodiumNFPA 704 four-colored diamond
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 H۲SO۴ است. پی اچ(pH) این اسید ۰/۵ (۵ دهم) می‌باشد. سولفوریک اسید برای نخستین بار توسط جابر بن حیان کشف شد.[۱] 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. در قرن هجدهم، جان گلوبر، اسید سولفوریک را از سوزاندن گوگرد و نیترات پتاسیم در مجاورت بخار آب تهیه کرد. در سال های بعد، جان روبک اسید سولفوریک را با غلظت 40-35% در ظروف سربی تولید می‌کرد. در سال ۱۸۲۷ با معرفی برج‌های سربی برای بازیافت اکسیدهای نیتروژن توسط گیلوساک قدم مهمی در تولید اسید سولفوریک برداشته شد و نخستین بهینه‌سازی انجام یافته بر روی آن مبتنی بر افزودن هوای محیط به سیستم به منظور پیشرفت بیشتر واکنش بود. همچنین به جای استفاده از سیستم ناپیوسته (batch) از سیستم پیوسته‌ سوزاندن گوگرد در آن استفاده گردید. 32 سال بعد جان گلاور اولین برج حذف نیتروژن و افزایش غلظت اسید سولفوریک را معرفی نمود. برج‌ های گیلوساک و گلاور اولین برج حذف نیتروژن و افزایش غلظت اسیدسولفوریک را معرفی نمود. برج‌های گیلوساک و گلاور بخش‌های اصلی سیستمی را که ما امروزه به نام فرآیند تولید اسید سولفوریک در اتاق سربی می‌شناسیم را تشکیل می‌دهند. کارهای ابتدایی روی فرآیند مجاورت (تماسی) توسط فیلیپس در سال 1831 انجام گرفت. در آن زمان تحقیقات روی انجام واکنش بین گوگرد دی اکسید و اکسیژن با نسبت های استوکیومتری متمرکز بود. در سال ۱۹۰۱ با گشوده شدن رموز پارامترهای فرآیندی واکنش اکسیداسیون کاتالیکی گوگرد دی اکسید توسط شرکت BASF فرآیند مدرن مجاورت (تماسی) متولد شد و اولین کارخانه تولید اسید سولفوریک به روش مجاورت (تماسی) توسط آن شرکت و در آمریکا ساخته شد.حال با گذشت بیش از یک قرن از معرفی فرآیند مجاورت (تماسی)، اگرچه مبانی مورد استفاده آن در کارخانه‌های تولید اسید سولفوریک ثابت باقی مانده ولی واحدها، بزرگتر و پیچیده‌تر شده‌اند و با اینکه صنعت تولید اسید سولفوریک یک صنعت قدیمی محسوب می‌شود ولی توسعه‌ پیوسته‌‌ آن برای ساخت واحدهای بهینه‌تر ادامه دارد. در واحدهای امروزی ساخت اسید سولفوریک هدف بر روی کاهش آلودگی‌ها، بهبود بازده و ایمنی، کاهش هزینه های ساخت و بهره برداری متمرکز شده است.از سولفوریک اسید در تهیه کودهای شیمیایی، مواد منفجره (مانند تی ان تی)، آب باطری اتومبیل، صنایع معدنی و فلزی، چزم سازی، لاستیک سازی، نساجی و شوینده استفاده می شود. [۲]

خواص فیزیکی[ویرایش]

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[ویرایش]

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:[۳]

HSO4- + H2O ⇔ H3O+ + SO42- (2

تولید سولفوریک اسید[ویرایش]

فرایند مجاورت[۴][ویرایش]

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 SO۳ 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 V۲O۵ 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[ویرایش]

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

(g) + H۲O2 (l) → H۲SO۴ (l)SO2

روش دیگر تولید سولفوریک اسید در آزمایشگاه با استفاده از الکترولیز محلول مس (ll)سولفات 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.

منابع[ویرایش]

  1. Khairallah, Amin A. Outline of Arabic Contributions to Medicine, chapter 10. Beirut, 1946.
  2. تولید اسید سولفوریک از آغاز تا به امروز
  3. مبانی شیمی تجزیه؛ ویرایش6؛ اسکوگ، وست، هالر؛ مرکز نشر دانشگاهی
  4. مورتیمر، چارلز. شیمی عمومی۲. تهران:نشر علوم دانشگاهی، ۱۳۸۳

پیوند به بیرون[ویرایش]