Kyselina sírová

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. srpna 2022; kontroly vyžadují 4 úpravy .
Kyselina sírová
Všeobecné
Systematický
název
Kyselina sírová
Tradiční jména Kyselina sírová, vitriol, oleum
Chem. vzorec H2SO4 _ _ _
Krysa. vzorec H2SO4 _ _ _
Fyzikální vlastnosti
Stát Kapalina
Molární hmotnost 98,078 ± 0,006 g/ mol
Hustota 1,8356 g/cm³
Dynamická viskozita 21 mPa s [2]
Tepelné vlastnosti
Teplota
 •  tání +10,38 °C
 •  vroucí +337 °C
 • rozklad +450 °C
Měrné teplo tání 10,73 J/kg
Tlak páry 0,001 ± 0,001 mmHg [3]
Chemické vlastnosti
Disociační konstanta kyseliny -3
Rozpustnost
 • ve vodě Rozpustný
Optické vlastnosti
Index lomu 1,397
Struktura
Dipólový moment 2,72  D
Klasifikace
Reg. Číslo CAS 7664-93-9
PubChem
Reg. číslo EINECS 231-639-5
ÚSMĚVY   OS(O)(=O)=O
InChI   InChI=1S/H2O4S/cl-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E513
RTECS WS5600000
CHEBI 26836
UN číslo 1830
ChemSpider
Bezpečnost
Limitní koncentrace 1 mg/ m3
LD 50 100 mg/kg
Toxicita 2. třída nebezpečnosti [1] , obecný toxický účinek.
Stručný charakter. nebezpečí (H) H290 , H314
preventivní opatření. (P) P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
signální slovo nebezpečný
piktogramy GHS Piktogram "Lebka a zkřížené hnáty" systému ČGSPiktogram "Koroze" systému ČGSPiktogram "Plamen nad kruhem" systému ČGSPiktogram "Vykřičník" systému ČGSPiktogram zdravotní nebezpečnosti GHSPiktogram prostředí GHS
NFPA 704 NFPA 704 čtyřbarevný diamant 0 3 2WOX
_
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Kyselina sírová ( chemický vzorec  - H 2 S O 4 ) je silná anorganická kyselina , která odpovídá nejvyššímu oxidačnímu stavu síry (+6).

Za normálních podmínek je koncentrovaná kyselina sírová těžká olejovitá kapalina , bezbarvá a bez zápachu , se silně kyselou "měděnou" chutí. V technologii se kyselina sírová nazývá její směsi s vodou a anhydridem kyseliny sírové SO 3 . Pokud je molární poměr SO 3  : H 2 O < 1, pak se jedná o vodný roztok kyseliny sírové, pokud > 1 - roztok SO 3 v kyselině sírové ( oleum ). Ve vysokých dávkách je toxický [4] a má výjimečně silnou korozivní aktivitu.

Název

V XVIII-XIX století se síra pro střelný prach vyráběla ze sirného pyritu (pyritu) v závodech na výrobu vitriolu. Kyselina sírová se v té době nazývala „vitriolový olej“ [5] [6] , odtud zřejmě pochází i název jejích solí (nebo spíše krystalických hydrátů) – vitriol .

Historické informace

Kyselina sírová je známá již od starověku, v přírodě se vyskytuje ve volné formě např. v podobě jezer v blízkosti sopek. Snad první zmínka o kyselých plynech získaných kalcinací kamence nebo síranu železa „zeleného kamene“ se nachází ve spisech připisovaných arabskému alchymistovi Jabir ibn Hayyanovi .

V 9. století perský alchymista Ar-Razi , kalcinující směs železa a síranu měďnatého (FeSO 4 • 7H 2 O a CuSO 4 • 5H 2 O), také získal roztok kyseliny sírové. Tuto metodu zdokonalil evropský alchymista Albert Magnus , který žil ve 13. století.

Schéma získávání kyseliny sírové ze síranu železnatého  - tepelný rozklad síranu železnatého s následným ochlazením směsi [7]

Spisy alchymisty Valentina (XIII. století) popisují způsob výroby kyseliny sírové absorbováním plynu (anhydridu sírové) uvolněného spalováním směsi síry a dusičnanových prášků s vodou . Následně tato metoda vytvořila základ tzv. „komorová“ metoda, prováděná v malých komorách vyložených olovem, které se nerozpouští v kyselině sírové. V SSSR tato metoda existovala až do roku 1955.

Alchymisté 15. století také znali způsob získávání kyseliny sírové z pyritu  - sirný pyrit, levnější a běžnější surovina než síra. Kyselina sírová se tímto způsobem vyráběla 300 let v malých množstvích ve skleněných retortách . Následně, díky rozvoji katalýzy , tato metoda nahradila komorovou metodu syntézy kyseliny sírové. V současné době se kyselina sírová vyrábí katalytickou oxidací (na V 2 O 5 ) oxidu sírového (IV) na oxid sírový (VI) a následným rozpuštěním oxidu sírového (VI) v 70% kyselině sírové za vzniku olea.

V Rusku byla výroba kyseliny sírové poprvé organizována v roce 1805 u Moskvy v okrese Zvenigorod. V roce 1913 bylo Rusko ve výrobě kyseliny sírové na 13. místě na světě. [osm]

Fyzikální a fyzikálně-chemické vlastnosti

Kyselina sírová je velmi silná dvojsytná kyselina, při 18 ° C pKa ( 1) \u003d -2,8, pKa ( 2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10-2 ) ; délky vazeb v molekule S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, úhel HOSOH 104°, OSO 119°; vaří za vzniku azeotropní směsi (98,3 % H 2 SO 4 a 1,7 % H 2 O s bodem varu 338,8 ° C). Mísitelný s vodou a SO 3 ve všech poměrech. Ve vodných roztocích se kyselina sírová téměř úplně disociuje na H 3 O + , HSO 3 + a 2NSO₄ − . Tvoří hydráty H2SO4nH20 , kde n = 1 , 2 , 3 , 4 a 6,5.

Kyselina sírová, odpovídající 100% obsahu H 2 SO 4 , má složení (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS207⁻ _ _ _ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
sloučenina, % 99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Oleum

Roztoky anhydridu kyseliny sírové SO 3 v kyselině sírové se nazývají oleum, tvoří dvě sloučeniny H 2 SO 4 SO 3 a H 2 SO 4 2SO 3 .

Oleum také obsahuje kyseliny pyrosírové vznikající reakcemi:

siřičitan

Bod varu vodných roztoků kyseliny sírové se zvyšuje se zvyšováním její koncentrace a maxima dosahuje při obsahu 98,3 % H 2 SO 4 .

Vlastnosti vodných roztoků kyseliny sírové a olea
Obsah % hmotn Hustota při 20 °C, g/ cm3 Teplota tání , °C Bod varu , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (zdarma)
deset - 1,0661 −5.5 102,0
dvacet - 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 dvacet 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

Bod varu olea klesá s rostoucím obsahem SO 3 . Se zvyšováním koncentrace vodných roztoků kyseliny sírové klesá celkový tlak par nad roztoky a při obsahu 98,3 % H 2 SO 4 dosahuje minima. S nárůstem koncentrace SO 3 v oleu roste celkový tlak par nad ním. Tlak par nad vodnými roztoky kyseliny sírové a olea lze vypočítat pomocí rovnice:

hodnoty koeficientů A a B závisí na koncentraci kyseliny sírové. Pára nad vodnými roztoky kyseliny sírové se skládá ze směsi vodní páry, H 2 SO 4 a SO 3 , přičemž složení páry se liší od složení kapaliny při všech koncentracích kyseliny sírové, kromě odpovídající azeotropní směsi.

S rostoucí teplotou se disociace zvyšuje:

Rovnice pro teplotní závislost rovnovážné konstanty :

Za normálního tlaku stupeň disociace: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Hustotu 100% kyseliny sírové lze určit z rovnice:


S rostoucí koncentrací roztoků kyseliny sírové se jejich tepelná kapacita snižuje a dosahuje minima pro 100% kyselinu sírovou, tepelná kapacita olea roste se zvyšujícím se obsahem SO 3 .

S rostoucí koncentrací a poklesem teploty klesá tepelná vodivost λ:

kde C  je koncentrace kyseliny sírové v %.

Oleum H 2 SO 4 ·SO 3 má maximální viskozitu , s rostoucí teplotou η klesá. Pro oleum je minimum ρ při koncentraci 10 % SO 3 . Se stoupající teplotou se zvyšuje ρ kyseliny sírové. Dielektrická konstanta 100% kyseliny sírové 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopická konstanta 6,12, ebulioskopická konstanta 5,33; difúzní koeficient par kyseliny sírové ve vzduchu se mění s teplotou; D \u003d 1,67 10-5 T 3/2 cm 2 / s.

Závislost hustoty roztoků H 2 SO 4 na jejím hmotnostním zlomku ve vodném roztoku při 25 °C [9]
ω, % 5 deset dvacet třicet 40 padesáti 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

Chemické vlastnosti

Kyselina sírová v koncentrované formě při zahřívání je poměrně silné oxidační činidlo.

1. Oxiduje HI a částečně HBr na volné halogeny :

ΔH° = −561,9 kJ/mol (exotermická) [10] ΔG° = −305,4 kJ/mol (exergonická) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endotermní) [11] ΔS° = −14,95 J/mol (exoentropní) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergonní) [11]

Uhlík na CO 2 , síra  na SO 2 .

2. Oxiduje mnoho kovů (výjimky: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). V tomto případě se koncentrovaná kyselina sírová redukuje na oxid siřičitý , například [12] :

3. Za studena v koncentrované kyselině sírové dochází k pasivaci Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba a reakce neprobíhají.

Nejsilnější redukční činidla redukují koncentrovanou kyselinu sírovou na síru a sirovodík . Koncentrovaná kyselina sírová absorbuje vodní páru, proto se používá k sušení plynů, kapalin a pevných látek, například v exsikátorech . Koncentrovaná H 2 SO 4 je však částečně redukována vodíkem, proto ji nelze použít k jejímu sušení. Odštěpením vody z organických sloučenin a ponecháním černého uhlí (uhlí), koncentrované kyseliny sírové dochází ke karbonizaci dřeva, cukru a dalších látek [12] .

4. Zředěná H 2 SO 4 svým uvolňováním interaguje se všemi kovy nacházejícími se v elektrochemické řadě napětí vlevo od vodíku , například [12] :

5. Oxidační vlastnosti pro zředěnou H 2 SO 4 jsou necharakteristické. Kyselina sírová tvoří dvě řady solí: střední - sírany a kyselé - hydrosulfáty , stejně jako estery. Peroxomonosírová ( nebo Caroova kyselina ) H2SO5 a peroxodisírová H2S208 kyseliny jsou známé .

6. Kyselina sírová reaguje s bazickými oxidy za vzniku síranu kovu a vody:

7. V kovoobráběcích provozech se roztok kyseliny sírové používá k odstranění vrstvy oxidu kovu z povrchu kovových výrobků, které jsou během výrobního procesu vystaveny silnému zahřívání. Oxid železa se tedy odstraňuje z povrchu plechu působením zahřátého roztoku kyseliny sírové:

8. Koncentrovaná H 2 SO 4 přeměňuje některé organické látky na jiné sloučeniny uhlíku:

9. Kvalitativní reakcí na kyselinu sírovou a její rozpustné soli je jejich interakce s rozpustnými solemi barya , při které vzniká bílá sraženina síranu barnatého , nerozpustná ve vodě a kyselinách, např. [13] :


Získávání kyseliny sírové

Průmyslová (kontaktní) metoda

V průmyslu se kyselina sírová vyrábí oxidací oxidu siřičitého ( sirný plyn vznikající při spalování elementární síry , sirného pyritu nebo plynů obsahujících sirovodík pocházejících z hydrorafinačních zařízení a systémů stripování kyselého odpadu) na trioxid (anhydrid síry) na pevný vanadiový katalyzátor ve čtyřech stupních (tato reakce je exotermická, proto se po první vrstvě aplikuje mezichlazení pomocí svazků trubek, kterými je přiváděn vzduch, a po dalších dvou stupních - pomocí prstencové trubky o velkém průměru, kterou vzduch prochází je přiváděna, nad kterou je umístěn deflektor Vzduch je vháněn dmychadly , část horkého vzduchu je přiváděna do hořáků kotlů, ve kterých dochází ke spalování plynů obsahujících sirovodík), následuje chlazení a interakce SO 3 s vodou. Kyselina sírová získaná touto metodou se také nazývá "kontaktní" (koncentrace 92-94%).

Nitrous (věžová) metoda

Dříve se kyselina sírová získávala výhradně nitrózní metodou ve speciálních věžích a kyselina se nazývala „věžová“ (75% koncentrace). Podstatou této metody je oxidace oxidu siřičitého oxidem dusičitým za přítomnosti vody. To bylo tímto způsobem že reakce nastala ve vzduchu Londýna během Great smog .

Laboratorní metody

V laboratoři lze kyselinu sírovou získat reakcí sirovodíku , elementární síry a oxidu siřičitého s chlórovou nebo bromovou vodou nebo peroxidem vodíku :



Lze jej také získat reakcí oxidu siřičitého s kyslíkem a vodou při +70 °C pod tlakem v přítomnosti síranu měďnatého :

Aplikace

Kyselina sírová se používá:

Světová produkce kyseliny sírové je asi 200 milionů tun ročně [14] . Největším spotřebitelem kyseliny sírové je výroba minerálních hnojiv. U fosforečnanových hnojiv P 2 O 5 se spotřebuje 2,2–3,4krát více kyseliny sírové a u (NH 4 ) 2 SO 4 kyseliny sírové 75 % hmotnosti spotřebovaného (NH 4 ) 2 SO 4 . Proto bývají závody na výrobu kyseliny sírové stavěny ve spojení se závody na výrobu minerálních hnojiv.

Toxický účinek

Kyselina sírová a oleum  jsou velmi žíravé látky, které ovlivňují všechny tkáně těla. Při vdechování par těchto látek způsobují potíže s dýcháním, kašel , často - laryngitidu , tracheitidu , bronchitidu atd. Kyselý kontakt s očima ve vysoké koncentraci může vést jak k zánětu spojivek , tak k úplné ztrátě zraku [15] .

Maximální přípustná koncentrace (MAC) par kyseliny sírové ve vzduchu pracovního prostoru je 1 mg/m 3 , v atmosférickém vzduchu 0,3 mg/m 3 (maximálně jednorázově) a 0,1 mg/m 3 (denní průměr) . Škodlivá koncentrace par kyseliny sírové je 0,008 mg/l ( expozice 60 min), smrtelná 0,18 mg/l (60 min).

Kyselina sírová je toxická látka. V souladu s GOST 12.1.007-76 je kyselina sírová toxická vysoce nebezpečná látka [16] z hlediska účinků na organismus, třída nebezpečnosti 2 .

Aerosol kyseliny sírové se může tvořit v atmosféře v důsledku emisí z chemického a hutního průmyslu obsahujících oxidy síry a vypadávat jako kyselé deště .

V Rusku je cirkulace kyseliny sírové s koncentrací 45 % a více právně omezena [17] .

Další informace

Nejmenší kapičky kyseliny sírové se mohou tvořit ve střední a horní atmosféře v důsledku reakce vodní páry a sopečného popela obsahujícího velké množství síry. Výsledná suspenze kvůli vysokému albedu mraků kyseliny sírové ztěžuje slunečnímu záření dosáhnout povrchu planety. Proto (a také v důsledku velkého množství drobných částeček sopečného popela v horních vrstvách atmosféry, které navíc znesnadňují přístup slunečního světla k planetě), může po zvláště silných sopečných erupcích dojít k výrazným klimatickým změnám. Například v důsledku erupce sopky Ksudach ( Kamčatský poloostrov , 1907) přetrvávala zvýšená koncentrace prachu v atmosféře asi 2 roky a charakteristická stříbrná oblaka kyseliny sírové byla pozorována i v Paříži [18] . Výbuch sopky Pinatubo v roce 1991, který vyslal do atmosféry 3⋅10 7 tun síry, vedl k tomu, že roky 1992 a 1993 byly mnohem chladnější než roky 1991 a 1994 [19] .

Normy

Poznámky

  1. Technická kyselina sírová GOST 2184-77
  2. Encyklopedie chemické technologie  (anglicky) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. název= https://docs.cntd.ru_Sulfuric acid
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasilij Michajlovič Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Šafranovský. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Viz také Kamenný olej
  7. Epstein, 1979 , str. 40.
  8. Epstein, 1979 , str. 41.
  9. Kalkulačka  hustoty- koncentrace . Získáno 21. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 21. prosince 2021.
  10. ↑ 1 2 kyselina sírová jodovodík -> jód H2S voda - Wolfram|  Alfa . www.wolframalpha.com . Datum přístupu: 19. května 2022.
  11. ↑ 1 2 3 kyselina sírová bromovodík -> brom oxid siřičitý voda - Wolfram|  Alfa . www.wolframalpha.com . Datum přístupu: 19. května 2022.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Chemické vlastnosti kyseliny sírové // Anorganická chemie: Učebnice pro 7-8 ročníky střední školy. - 18. vyd. - M . : Vzdělávání , 1987. - S. 209-211. — 240 s. — 1 630 000 výtisků.
  13. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Kvalitativní reakce na kyselinu sírovou a její soli // Anorganická chemie: Učebnice pro 7.–8. ročník střední školy. - 18. vyd. - M . : Vzdělávání , 1987. - S. 212. - 240 s. — 1 630 000 výtisků.
  14. Kyselina sírová  (anglicky) // "Základní chemický průmysl - online"
  15. KYSELINA SÍROVÁ | CAMEO chemikálie | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Staženo: 22. května 2020.
  16. jméno= https://docs.cntd.ru_GOST  (nepřístupný odkaz) 12.1.007-76. SSBT. Škodlivé látky. Klasifikace a obecné požadavky
  17. Usnesení vlády Ruské federace ze dne 3. června 2010 č. 398 (nepřístupný odkaz) . Získáno 30. 5. 2016. Archivováno z originálu 30. 6. 2016. 
  18. viz článek „Vulkány a klima“ Archivováno 28. září 2007 na Wayback Machine  (ruština)
  19. Ruské souostroví – Může za globální klimatickou změnu lidstvo? Archivováno 1. prosince 2007 na Wayback Machine  (ruština)

Literatura

Odkazy