Svovlsyre

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 19. august 2022; checks kræver 4 redigeringer .
Svovlsyre
Generel
Systematisk
navn
Svovlsyre
Traditionelle navne Svovlsyre, vitriol, oleum
Chem. formel H2SO4 _ _ _
Rotte. formel H2SO4 _ _ _
Fysiske egenskaber
Stat Væske
Molar masse 98,078 ± 0,006 g/ mol
Massefylde 1,8356 g/cm³
Dynamisk viskositet 21 mPa s [2]
Termiske egenskaber
Temperatur
 •  smeltning +10,38°C
 •  kogning +337°C
 • nedbrydning +450°C
Specifik fusionsvarme 10,73 J/kg
Damptryk 0,001 ± 0,001 mmHg [3]
Kemiske egenskaber
Syredissociationskonstant -3
Opløselighed
 • i vand Opløselig
Optiske egenskaber
Brydningsindeks 1.397
Struktur
Dipol moment 2,72  D
Klassifikation
Reg. CAS nummer 7664-93-9
PubChem
Reg. EINECS nummer 231-639-5
SMIL   OS(O)(=O)=O
InChI   InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E513
RTECS WS5600000
CHEBI 26836
FN nummer 1830
ChemSpider
Sikkerhed
Begræns koncentrationen 1 mg/m 3
LD 50 100 mg/kg
Toksicitet 2. fareklasse [1] , generel toksisk effekt.
Kort karakter. fare (H) H290 , H314
Forebyggende foranstaltninger. (P) P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
signalord farligt
GHS piktogrammer Piktogram "Skull and crossbones" af CGS-systemetPiktogram "Korrosion" af CGS-systemetPiktogram "Flame over cirklen" af CGS-systemetPiktogram "Udråbstegn" af CGS-systemetGHS sundhedsfare piktogramGHS miljø piktogram
NFPA 704 NFPA 704 firfarvet diamant 0 3 2WOX
_
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Svovlsyre ( kemisk formel  - H 2 S O 4 ) er en stærk uorganisk syre , der svarer til svovls højeste oxidationstilstand (+6).

Under normale forhold er koncentreret svovlsyre en tung olieagtig væske , farveløs og lugtfri , med en stærkt sur "kobber" smag. I teknologien kaldes svovlsyre dens blandinger med både vand og svovlsyreanhydrid SO 3 . Hvis molforholdet SO 3  : H 2 O < 1, så er dette en vandig opløsning af svovlsyre, hvis > 1 - en opløsning af SO 3 i svovlsyre ( oleum ). Det er giftigt i høje doser [4] og har en usædvanlig stærk ætsende aktivitet.

Titel

I XVIII-XIX århundreder blev svovl til krudt fremstillet af svovlkis (pyrit) på vitriolplanter. Svovlsyre blev på det tidspunkt kaldt "vitriololie" [5] [6] , tydeligvis deraf oprindelsen til navnet på dens salte (eller rettere sagt, krystallinske hydrater) - vitriol .

Historisk information

Svovlsyre har været kendt siden antikken og forekommer i naturen i fri form, for eksempel i form af søer nær vulkaner. Måske den første omtale af sure gasser opnået ved kalcinering af alun eller jernsulfat "grøn sten" findes i skrifter, der tilskrives den arabiske alkymist Jabir ibn Hayyan .

I det 9. århundrede opnåede den persiske alkymist Ar-Razi , der kalcinerede en blanding af jern og kobbersulfat (FeSO 4 • 7H 2 O og CuSO 4 • 5H 2 O), også en opløsning af svovlsyre. Denne metode blev perfektioneret af den europæiske alkymist Albert Magnus , som levede i det 13. århundrede.

Skema til opnåelse af svovlsyre fra jern(II) sulfat  - termisk nedbrydning af jern(II)sulfat, efterfulgt af afkøling af blandingen [7]

Skrifterne af alkymisten Valentine (XIII århundrede) beskriver en metode til fremstilling af svovlsyre ved at absorbere gas (svovlsyreanhydrid) frigivet ved forbrænding af en blanding af svovl- og nitratpulver med vand . Efterfølgende dannede denne metode grundlaget for den såkaldte. "kammer" metode, udført i små kamre foret med bly, som ikke opløses i svovlsyre. I USSR eksisterede denne metode indtil 1955.

Alkymister fra 1400-tallet kendte også en metode til at opnå svovlsyre fra svovlkis  – svovlkis, et billigere og mere almindeligt råmateriale end svovl. Svovlsyre blev fremstillet på denne måde i 300 år, i små mængder i glasretorter . Efterfølgende, på grund af udviklingen af ​​katalyse , erstattede denne metode kammermetoden til syntese af svovlsyre. I øjeblikket fremstilles svovlsyre ved katalytisk oxidation (på V 2 O 5 ) af svovloxid (IV) til svovloxid (VI) og efterfølgende opløsning af svovloxid (VI) i 70 % svovlsyre til dannelse af oleum.

I Rusland blev produktionen af ​​svovlsyre først organiseret i 1805 nær Moskva i Zvenigorod-distriktet. I 1913 rangerede Rusland som nummer 13 i verden i produktionen af ​​svovlsyre. [otte]

Fysiske og fysisk-kemiske egenskaber

Svovlsyre er en meget stærk dibasisk syre, ved 18 o C pK a (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10-2 ); bindingslængder i molekylet S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, vinkel HOSOH 104°, OSO 119°; koger og danner en azeotrop blanding (98,3% H2SO4 og 1,7% H2O med et kogepunkt på 338,8 ° C) . Blandbar med vand og SO 3 i alle proportioner. I vandige opløsninger dissocieres svovlsyre næsten fuldstændigt i H 3 O + , HSO 3 + og 2НSO₄ − . Danner hydrater H 2 SO 4 n H 2 O, hvor n = 1, 2, 3, 4 og 6,5.

Svovlsyre, svarende til 100 % indhold af H 2 SO 4 , har en sammensætning (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS207⁻ _ _ _ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
forbindelse, % 99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Oleum

Opløsninger af svovlsyreanhydrid SO 3 i svovlsyre kaldes oleum, de danner to forbindelser H 2 SO 4 SO 3 og H 2 SO 4 2SO 3 .

Oleum indeholder også pyrosulfursyre dannet af reaktionerne:

Sulfit

Kogepunktet for vandige opløsninger af svovlsyre stiger med en stigning i dens koncentration og når et maksimum ved et indhold på 98,3 % H 2 SO 4 .

Egenskaber af vandige opløsninger af svovlsyre og oleum
Indhold vægtprocent Massefylde ved 20 °C, g/ cm3 Smeltepunkt , °C Kogepunkt , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (gratis)
ti - 1,0661 −5,5 102,0
tyve - 1,1394 −19,0 104,4
40 - 1,3028 −65,2 113,9
60 - 1,4983 −25.8 141,8
80 - 1,7272 −3,0 210,2
98 - 1,8365 0,1 332,4
100 - 1,8305 10.4 296,2
104,5 tyve 1,8968 −11,0 166,6
109 40 1,9611 33,3 100,6
113,5 60 2,0012 7.1 69,8
118,0 80 1,9947 16.9 55,0
122,5 100 1,9203 16.8 44,7

Kogepunktet for oleum falder med stigende SO 3 - indhold . Med en stigning i koncentrationen af ​​vandige opløsninger af svovlsyre falder det totale damptryk over opløsningerne og ved et indhold på 98,3 % når H 2 SO 4 et minimum. Med en stigning i koncentrationen af ​​SO 3 i oleum stiger det totale damptryk over det. Damptrykket over vandige opløsninger af svovlsyre og oleum kan beregnes ved hjælp af ligningen:

værdierne af koefficienterne A og B afhænger af koncentrationen af ​​svovlsyre. Damp over vandige opløsninger af svovlsyre består af en blanding af vanddamp, H 2 SO 4 og SO 3 , mens sammensætningen af ​​dampen adskiller sig fra væskens sammensætning ved alle koncentrationer af svovlsyre, bortset fra den tilsvarende azeotropiske blanding.

Med stigende temperatur øges dissociationen:

Ligningen for temperaturafhængigheden af ​​ligevægtskonstanten :

Ved normalt tryk er dissociationsgraden: 10 −5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Densiteten af ​​100% svovlsyre kan bestemmes ud fra ligningen:


Med en stigning i koncentrationen af ​​svovlsyreopløsninger falder deres varmekapacitet og når et minimum for 100% svovlsyre; varmekapaciteten af ​​oleum stiger med stigende SO 3 -indhold .

Med en stigning i koncentrationen og et fald i temperaturen falder den termiske ledningsevne λ:

hvor C  er koncentrationen af ​​svovlsyre i %.

Olieummet H 2 SO 4 · SO 3 har den maksimale viskositet , med stigende temperatur falder η. For oleum er minimum ρ ved en koncentration på 10 % SO 3 . Når temperaturen stiger, stiger svovlsyres ρ. Dielektrisk konstant af 100% svovlsyre 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopisk konstant 6,12, ebulioskopisk konstant 5,33; diffusionskoefficienten for svovlsyredamp i luft varierer med temperaturen; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

Afhængighed af densiteten af ​​H 2 SO 4 opløsninger af dens massefraktion i en vandig opløsning ved 25 °C [9]
ω, % 5 ti tyve tredive 40 halvtreds 60 70 80 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
ρ H2S04 , g / ml 1.03 1,064 1,1365 1,215 1,2991 1,3911 1.494 1,6059 1,7221 1,7732 1,7818 1,7897 1,7968 1,8033 1,8091 1,8142 1,8188 1,8227 1,826 1,8286 1,8305 1,8314 1,831 1,8292 1,8255

Kemiske egenskaber

Svovlsyre i koncentreret form er ved opvarmning et ret stærkt oxidationsmiddel.

1. Oxiderer HI og delvist HBr til frie halogener :

ΔH° = −561,9 kJ/mol (eksotermisk) [10] ΔG° = −305,4 kJ/mol (eksergonisk) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endotermisk) [11] ΔS° = −14,95 J/mol (eksoentropisk) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergonisk) [11]

Kulstof til CO 2 , svovl  til SO 2 .

2. Oxiderer mange metaller (undtagelser: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). I dette tilfælde reduceres koncentreret svovlsyre til svovldioxid , for eksempel [12] :

3. I kulden i koncentreret svovlsyre passiveres Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba , og reaktionerne forløber ikke.

De stærkeste reduktionsmidler reducerer koncentreret svovlsyre til svovl og svovlbrinte . Koncentreret svovlsyre absorberer vanddamp, så den bruges til at tørre gasser, væsker og faste stoffer, for eksempel i ekssikkatorer . Koncentreret H 2 SO 4 reduceres dog delvist af brint, hvorfor det ikke kan bruges til tørring. Spaltning af vand fra organiske forbindelser og efterlader sort kulstof (kul), koncentreret svovlsyre fører til forkulning af træ, sukker og andre stoffer [12] .

4. Fortyndet H 2 SO 4 interagerer med alle metaller placeret i den elektrokemiske serie af spændinger til venstre for brint med dets frigivelse, for eksempel [12] :

5. Oxiderende egenskaber for fortyndet H 2 SO 4 er ukarakteristiske. Svovlsyre danner to serier af salte: medium - sulfater og sure - hydrosulfater , samt estere. Peroxomonosvovlsyre (eller Caros syre ) H 2 SO 5 og peroxodisvovlsyre H 2 S 2 O 8 er kendte.

6. Svovlsyre reagerer med basiske oxider og danner metalsulfat og vand:

7. I metalbearbejdningsanlæg bruges en svovlsyreopløsning til at fjerne et lag af metaloxid fra overfladen af ​​metalprodukter, der udsættes for kraftig opvarmning under fremstillingsprocessen. Så jernoxid fjernes fra overfladen af ​​pladejern ved virkningen af ​​en opvarmet opløsning af svovlsyre:

8. Koncentreret H 2 SO 4 omdanner nogle organiske stoffer til andre kulstofforbindelser:

9. En kvalitativ reaktion på svovlsyre og dens opløselige salte er deres vekselvirkning med opløselige bariumsalte , hvor der dannes et hvidt præcipitat af bariumsulfat , uopløseligt i vand og syrer, for eksempel [13] :


Indhentning af svovlsyre

Industriel (kontakt) metode

I industrien fremstilles svovlsyre ved oxidation af svovldioxid ( svovlholdig gas dannet under forbrænding af elementært svovl , svovlkis eller svovlkis, der kommer fra hydrobehandlingsanlæg og systemer til fjernelse af surt affald) til trioxid (svovlsyreanhydrid) på en fast vanadiumkatalysator i fire trin (denne reaktion er eksoterm, derfor påføres mellemkøling efter det første lag ved hjælp af rørbundter, gennem hvilke luft tilføres, og efter de næste to trin - ved hjælp af et ringformet rør med en stor diameter, hvorigennem luft tilføres, over hvilken der er placeret en deflektor Luften blæses af blæsere , en del af den varme luft tilføres kedlernes brændere, hvori der afbrændes svovlbrinteholdige gasser), efterfulgt af afkøling og vekselvirkning af SO 3 med vand. Svovlsyren opnået ved denne metode kaldes også "kontakt" (koncentration 92-94%).

Nitrøs (tårn) metode

Tidligere blev svovlsyre udelukkende opnået efter salpetermetoden i specielle tårne, og syren blev kaldt "tårn" (75% koncentration). Essensen af ​​denne metode er oxidationen af ​​svovldioxid med nitrogendioxid i nærværelse af vand. Det var på denne måde, at reaktionen opstod i luften i London under den store smog .

Laboratoriemetoder

I laboratoriet kan svovlsyre opnås ved at omsætte svovlbrinte , elementært svovl og svovldioxid med klor- eller bromvand eller hydrogenperoxid :



Det kan også opnås ved at omsætte svovldioxid med oxygen og vand ved +70°C under tryk i nærvær af kobber(II)sulfat :

Ansøgning

Svovlsyre anvendes:

Verdensproduktionen af ​​svovlsyre er omkring 200 millioner tons om året [14] . Den største forbruger af svovlsyre er produktionen af ​​mineralsk gødning. For P 2 O 5 fosfatgødninger forbruges 2,2-3,4 gange mere svovlsyre i masse, og for (NH 4 ) 2 SO 4 svovlsyre 75 % af massen af ​​forbrugt (NH 4 ) 2 SO 4 . Derfor har svovlsyreanlæg en tendens til at blive bygget i forbindelse med anlæg til produktion af mineralsk gødning.

Toksisk effekt

Svovlsyre og oleum  er meget ætsende stoffer, der påvirker alle kroppens væv. Når dampene af disse stoffer inhaleres, forårsager de åndedrætsbesvær, hoste , ofte - laryngitis , tracheitis , bronkitis osv. Syrekontakt med øjnene i høj koncentration kan føre til både conjunctivitis og fuldstændigt tab af synet [15] .

Den maksimalt tilladte koncentration (MAC) af svovlsyredamp i luften i arbejdsområdet er 1 mg/m 3 , i den atmosfæriske luft 0,3 mg/m 3 (maksimalt engangs) og 0,1 mg/m 3 (dagligt gennemsnit) . Den skadelige koncentration af svovlsyredamp er 0,008 mg/l ( eksponering 60 min), dødelig 0,18 mg/l (60 min).

Svovlsyre er et giftigt stof. I overensstemmelse med GOST 12.1.007-76 er svovlsyre et giftigt meget farligt stof [16] med hensyn til virkninger på kroppen, fareklasse 2 .

Svovlsyreaerosol kan dannes i atmosfæren som følge af emissioner fra kemiske og metallurgiske industrier indeholdende svovloxider og falde ud som sur regn .

I Rusland er cirkulationen af ​​svovlsyre med en koncentration på 45 % eller mere lovligt begrænset [17] .

Yderligere information

De mindste dråber svovlsyre kan dannes i den midterste og øvre atmosfære som følge af reaktionen mellem vanddamp og vulkansk aske, der indeholder store mængder svovl. Den resulterende suspension på grund af den høje albedo af svovlsyreskyer gør det vanskeligt for sollys at nå planetens overflade. Derfor (og også som følge af et stort antal bittesmå partikler af vulkansk aske i den øvre atmosfære, som også gør det svært for sollys at nå planeten), kan der opstå betydelige klimaændringer efter særligt kraftige vulkanudbrud. For eksempel, som et resultat af udbruddet af Ksudach- vulkanen ( Kamchatka-halvøen , 1907), fortsatte en øget koncentration af støv i atmosfæren i omkring 2 år, og karakteristiske sølvskyer af svovlsyre blev observeret selv i Paris [18] . Eksplosionen af ​​Pinatubo -vulkanen i 1991, som sendte 3⋅10 7 tons svovl ud i atmosfæren, førte til, at 1992 og 1993 var meget koldere end 1991 og 1994 [19] .

Standarder

Noter

  1. Teknisk svovlsyre GOST 2184-77
  2. Encyclopedia of chemical technology  (engelsk) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. navn= https : //docs.cntd.ru_Svovlsyre
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasily Mikhailovich Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Shafranovsky. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Se også Stenolie
  7. Epstein, 1979 , s. 40.
  8. Epstein, 1979 , s. 41.
  9. ↑ Densitet- Koncentration Lommeregner  . Hentet 21. december 2021. Arkiveret fra originalen 21. december 2021.
  10. ↑ 1 2 svovlsyre hydrogeniodid -> jod H2S vand - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Dato for adgang: 19. maj 2022.
  11. ↑ 1 2 3 svovlsyre hydrogenbromid -> brom svovldioxid vand - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Dato for adgang: 19. maj 2022.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Svovlsyres kemiske egenskaber // Uorganisk kemi: Lærebog for 7-8 klassetrin i gymnasiet. - 18. udg. - M . : Uddannelse , 1987. - S. 209-211. - 240 sek. — 1.630.000 eksemplarer.
  13. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Kvalitativ reaktion på svovlsyre og dens salte // Uorganisk kemi: En lærebog for 7.-8. klassetrin i gymnasiet. - 18. udg. - M . : Uddannelse , 1987. - S. 212. - 240 s. — 1.630.000 eksemplarer.
  14. Svovlsyre  (engelsk) // "The Essential Chemical Industry - online"
  15. Svovlsyre | CAMEO Kemikalier | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Hentet: 22. maj 2020.
  16. navn= https://docs.cntd.ru_GOST  (utilgængeligt link) 12.1.007-76. SSBT. Skadelige stoffer. Klassificering og generelle krav
  17. Dekret fra Den Russiske Føderations regering af 3. juni 2010 nr. 398 (utilgængeligt link) . Hentet 30. maj 2016. Arkiveret fra originalen 30. juni 2016. 
  18. se artiklen "Vulkaner og klima" Arkiveret 28. september 2007 på Wayback Machine  (russisk)
  19. Russisk øhav - Er menneskeheden skyld i de globale klimaændringer? Arkiveret 1. december 2007 på Wayback Machine  (russisk)

Litteratur

Links