Svavelsyra

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 19 augusti 2022; kontroller kräver 4 redigeringar .
Svavelsyra
Allmän
Systematiskt
namn
Svavelsyra
Traditionella namn Svavelsyra, vitriol, oleum
Chem. formel H2SO4 _ _ _
Råtta. formel H2SO4 _ _ _
Fysikaliska egenskaper
stat Flytande
Molar massa 98,078 ± 0,006 g/ mol
Densitet 1,8356 g/cm³
Dynamisk viskositet 21 mPa s [2]
Termiska egenskaper
Temperatur
 •  smältning +10,38°C
 •  kokande +337°C
 • nedbrytning +450°C
Specifik fusionsvärme 10,73 J/kg
Ångtryck 0,001 ± 0,001 mmHg [3]
Kemiska egenskaper
Syradissociationskonstant -3
Löslighet
 • i vatten Löslig
Optiska egenskaper
Brytningsindex 1,397
Strukturera
Dipolmoment 2,72  D
Klassificering
Reg. CAS-nummer 7664-93-9
PubChem
Reg. EINECS-nummer 231-639-5
LEDER   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
Säkerhet
Begränsa koncentrationen 1 mg/m 3
LD 50 100 mg/kg
Giftighet 2:a faroklass [1] , allmän toxisk effekt.
Kort karaktär. fara (H) H290 , H314
säkerhetsåtgärder. (P) P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
signalord farlig
GHS-piktogram Piktogram "Skull and crossbones" av CGS-systemetPiktogram "Korrosion" av CGS-systemetPiktogram "flamma över cirkeln" av CGS-systemetPiktogram "Utropstecken" för CGS-systemetGHS hälsofara piktogramGHS miljö piktogram
NFPA 704 NFPA 704 fyrfärgad diamant 0 3 2WOX
_
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Svavelsyra ( kemisk formel  - H 2 S O 4 ) är en stark oorganisk syra som motsvarar svavelets högsta oxidationstillstånd (+6).

Under normala förhållanden är koncentrerad svavelsyra en tung oljig vätska , färglös och luktfri , med en starkt sur "koppar"-smak. Inom tekniken kallas svavelsyra dess blandningar med både vatten och svavelsyraanhydrid SO 3 . Om molförhållandet SO 3  : H 2 O < 1, är detta en vattenlösning av svavelsyra, om > 1 - en lösning av SO 3 i svavelsyra ( oleum ). Det är giftigt i höga doser [4] och har exceptionellt stark frätande aktivitet.

Titel

Under XVIII-XIX århundraden framställdes svavel för krut från svavelkis (pyrit) vid vitriolväxter. Svavelsyra på den tiden kallades "vitriololja" [5] [6] , uppenbarligen därav ursprunget till namnet på dess salter (eller snarare, kristallina hydrater) - vitriol .

Historisk information

Svavelsyra har varit känt sedan antiken och förekommer i naturen i fri form, till exempel i form av sjöar nära vulkaner. Kanske det första omnämnandet av sura gaser som erhållits genom att kalcinera alun eller järnsulfat "grön sten" finns i skrifter som tillskrivs den arabiska alkemisten Jabir ibn Hayyan .

På 900-talet fick den persiske alkemisten Ar-Razi , som kalcinerade en blandning av järn och kopparsulfat (FeSO 4 • 7H 2 O och CuSO 4 • 5H 2 O), också en lösning av svavelsyra. Denna metod fulländades av den europeiska alkemisten Albert Magnus , som levde på 1200-talet.

Schema för att erhålla svavelsyra från järnsulfat  - termisk nedbrytning av järn(II)sulfat, följt av kylning av blandningen [7]

Skrifterna av alkemisten Valentine (XIII-talet) beskriver en metod för att producera svavelsyra genom att absorbera gas (svavelsyraanhydrid) som frigörs vid förbränning av en blandning av svavel- och nitratpulver med vatten . Därefter utgjorde denna metod grunden för den sk. "kammar"-metod, utförd i små kammare fodrade med bly, som inte löser sig i svavelsyra. I Sovjetunionen existerade denna metod fram till 1955.

Alkemister på 1400-talet kände också till en metod för att få fram svavelsyra från kis  - svavelkis, en billigare och vanligare råvara än svavel. Svavelsyra framställdes på detta sätt i 300 år, i små mängder i glasretorter . Därefter, på grund av utvecklingen av katalys , ersatte denna metod kammarmetoden för syntes av svavelsyra. För närvarande produceras svavelsyra genom katalytisk oxidation (på V 2 O 5 ) av svaveloxid (IV) till svaveloxid (VI), och efterföljande upplösning av svaveloxid (VI) i 70 % svavelsyra för att bilda oleum.

I Ryssland organiserades produktionen av svavelsyra först 1805 nära Moskva i Zvenigorod-distriktet. 1913 rankades Ryssland på 13:e plats i världen i produktionen av svavelsyra. [åtta]

Fysikaliska och fysikalisk-kemiska egenskaper

Svavelsyra är en mycket stark tvåbasisk syra, vid 18 o C pK a (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10-2 ) ; bindningslängder i molekylen S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, vinkel HOSOH 104°, OSO 119°; kokar och bildar en azeotrop blandning (98,3% H2SO4 och 1,7% H2O med en kokpunkt på 338,8° C). Blandbar med vatten och SO 3 i alla proportioner. I vattenlösningar dissocierar svavelsyra nästan fullständigt till H 3 O + , HSO 3 + och 2НSO₄ − . Bildar hydrater H 2 SO 4 n H 2 O, där n = 1, 2, 3, 4 och 6,5.

Svavelsyra, motsvarande 100 % innehåll av H 2 SO 4 , har en sammansättning (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS2O7⁻ _ _ _ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
förening, % 99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Oleum

Lösningar av svavelsyraanhydrid SO 3 i svavelsyra kallas oleum, de bildar två föreningar H 2 SO 4 SO 3 och H 2 SO 4 2SO 3 .

Oleum innehåller också pyrosvavelsyra som bildas av reaktionerna:

Sulfit

Kokpunkten för vattenhaltiga lösningar av svavelsyra ökar med en ökning av dess koncentration och når ett maximum vid en halt av 98,3 % H 2 SO 4 .

Egenskaper för vattenlösningar av svavelsyra och oleum
Innehåll viktprocent Densitet vid 20 °C, g/ cm3 Smältpunkt , °C Kokpunkt , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (gratis)
tio - 1,0661 −5.5 102,0
tjugo - 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 tjugo 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

Kokpunkten för oleum minskar med ökande SO3- halt . Med en ökning av koncentrationen av vattenhaltiga lösningar av svavelsyra minskar det totala ångtrycket över lösningarna och vid en halt av 98,3% H 2 SO 4 når ett minimum. Med en ökning av koncentrationen av SO 3 i oleum ökar det totala ångtrycket ovanför det. Ångtrycket över vattenlösningar av svavelsyra och oleum kan beräknas med ekvationen:

Värdena för koefficienterna A och B beror på koncentrationen av svavelsyra. Ånga över vattenlösningar av svavelsyra består av en blandning av vattenånga, H 2 SO 4 och SO 3 , medan ångans sammansättning skiljer sig från vätskans sammansättning vid alla koncentrationer av svavelsyra, förutom motsvarande azeotropiska blandning.

Med stigande temperatur ökar dissociationen:

Ekvationen för temperaturberoendet för jämviktskonstanten :

Vid normalt tryck, dissociationsgraden: 10 −5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Densiteten för 100% svavelsyra kan bestämmas från ekvationen:


Med en ökning av koncentrationen av svavelsyralösningar minskar deras värmekapacitet och når ett minimum för 100 % svavelsyra; värmekapaciteten hos oleum ökar med ökande SO 3 -halt .

Med en ökning av koncentrationen och en minskning av temperaturen minskar den termiska konduktiviteten λ:

där C  är koncentrationen av svavelsyra, i %.

Oleumet H2SO4 ·SO3 har den maximala viskositeten , med ökande temperatur minskar η. För oleum är det minsta ρ vid en koncentration av 10 % SO3 . När temperaturen stiger ökar ρ för svavelsyra. Dielektrisk konstant för 100 % svavelsyra 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopisk konstant 6,12, ebulioskopisk konstant 5,33; diffusionskoefficienten för svavelsyraånga i luft varierar med temperaturen; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

Beroende av densiteten för H 2 SO 4 -lösningar på dess massfraktion i en vattenlösning vid 25 °C [9]
ω, % 5 tio tjugo trettio 40 femtio 60 70 80 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
p H2SO4 , 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

Kemiska egenskaper

Svavelsyra i koncentrerad form är vid upphettning ett ganska starkt oxidationsmedel.

1. Oxiderar HI och delvis HBr till fria halogener :

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

Kol till CO 2 , svavel  till SO 2 .

2. Oxiderar många metaller (undantag: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). I detta fall reduceras koncentrerad svavelsyra till svaveldioxid , till exempel [12] :

3. I kylan i koncentrerad svavelsyra passiveras Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba , och reaktionerna fortsätter inte.

De starkaste reduktionsmedlen reducerar koncentrerad svavelsyra till svavel och svavelväte . Koncentrerad svavelsyra absorberar vattenånga, så den används för att torka gaser, vätskor och fasta ämnen, till exempel i exsickatorer . Koncentrerad H 2 SO 4 reduceras dock delvis av väte, varför den inte kan användas för att torka den. Spjälkning av vatten från organiska föreningar och kvarlämnande av svart kol (kol), koncentrerad svavelsyra leder till förkolning av trä, socker och andra ämnen [12] .

4. Utspädd H 2 SO 4 interagerar med alla metaller som finns i den elektrokemiska serie av spänningar till vänster om väte med dess frisättning, till exempel [12] :

5. Oxiderande egenskaper för utspädd H 2 SO 4 är okarakteristiska. Svavelsyra bildar två serier av salter: medium- sulfater och sura -hydrosulfater , såväl som estrar. Peroxomonosvavelsyra ( eller Caros syra ) H2SO5 och peroxodisvavelsyra H2S2O8 är kända .

6. Svavelsyra reagerar med basiska oxider och bildar metallsulfat och vatten:

7. I metallbearbetningsanläggningar används en svavelsyralösning för att avlägsna ett lager av metalloxid från ytan på metallprodukter som utsätts för stark uppvärmning under tillverkningsprocessen. Så järnoxid avlägsnas från ytan av järnplåt genom verkan av en uppvärmd lösning av svavelsyra:

8. Koncentrerad H 2 SO 4 omvandlar vissa organiska ämnen till andra kolföreningar:

9. En kvalitativ reaktion på svavelsyra och dess lösliga salter är deras interaktion med lösliga bariumsalter , där en vit fällning av bariumsulfat bildas , olöslig i vatten och syror, till exempel [13] :


Erhålla svavelsyra

Industriell (kontakt) metod

Inom industrin produceras svavelsyra genom oxidation av svaveldioxid ( svavelhaltig gas som bildas vid förbränning av elementärt svavel , svavelkis eller vätesulfidhaltiga gaser som kommer från vätebehandlingsanläggningar och system för borttagning av surt avfall) till trioxid (svavelsyraanhydrid) på en fast vanadinkatalysator i fyra steg (denna reaktion är exoterm, därför appliceras mellankylning efter det första lagret med rörknippen genom vilka luft tillförs, och efter de följande två stegen - med ett ringformigt rör med stor diameter, genom vilket luft tillförs, över vilken en deflektor är placerad. Luften blåses av fläktar , en del av den varma luften tillförs pannornas brännare, i vilka svavelvätehaltiga gaser förbränns), följt av kylning och interaktion av SO 3 med vatten. Den svavelsyra som erhålls med denna metod kallas också "kontakt" (koncentration 92-94%).

Nitrous (torn) metod

Tidigare erhölls svavelsyra uteslutande genom salpetermetoden i speciella torn, och syran kallades "torn" (75% koncentration). Kärnan i denna metod är oxidationen av svaveldioxid med kvävedioxid i närvaro av vatten. Det var på detta sätt som reaktionen inträffade i Londons luft under den stora smogen .

Laboratoriemetoder

I laboratoriet kan svavelsyra erhållas genom att reagera vätesulfid , elementärt svavel och svaveldioxid med klor- eller bromvatten , eller väteperoxid :



Det kan också erhållas genom att reagera svaveldioxid med syre och vatten vid +70°C under tryck i närvaro av koppar(II)sulfat :

Applikation

Svavelsyra används:

Världsproduktionen av svavelsyra är cirka 200 miljoner ton per år [14] . Den största konsumenten av svavelsyra är produktionen av mineralgödsel. För P 2 O 5 fosfatgödselmedel förbrukas 2,2–3,4 gånger mer svavelsyra i massa, och för (NH 4 ) 2 SO 4 svavelsyra 75 % av massan av konsumerad (NH 4 ) 2 SO 4 . Därför tenderar svavelsyraanläggningar att byggas i samband med anläggningar för produktion av mineralgödsel.

Toxisk effekt

Svavelsyra och oleum  är mycket frätande ämnen som påverkar alla vävnader i kroppen. När ångorna av dessa ämnen andas in, orsakar de andningssvårigheter, hosta , ofta - laryngit , trakeit , bronkit , etc. Sur kontakt med ögonen i hög koncentration kan leda till både konjunktivit och fullständig synförlust [15] .

Den maximalt tillåtna koncentrationen (MAC) av svavelsyraånga i luften i arbetsområdet är 1 mg/m 3 , i den atmosfäriska luften 0,3 mg/m 3 (högst en gång) och 0,1 mg/m 3 (dagsmedelvärde) . Den skadliga koncentrationen av svavelsyraånga är 0,008 mg/l ( exponering 60 min), dödlig 0,18 mg/l (60 min).

Svavelsyra är ett giftigt ämne. I enlighet med GOST 12.1.007-76 är svavelsyra ett giftigt mycket farligt ämne [16] vad gäller effekter på kroppen, faroklass 2 .

Svavelsyraaerosol kan bildas i atmosfären till följd av utsläpp från kemiska och metallurgiska industrier innehållande svaveloxider och falla ut som surt regn .

I Ryssland är cirkulationen av svavelsyra med en koncentration på 45 % eller mer lagligt begränsad [17] .

Ytterligare information

De minsta dropparna av svavelsyra kan bildas i den mellersta och övre atmosfären som ett resultat av reaktionen mellan vattenånga och vulkanaska som innehåller stora mängder svavel. Den resulterande suspensionen på grund av den höga albedo av svavelsyramoln gör det svårt för solljus att nå planetens yta. Därför (och även som ett resultat av ett stort antal små partiklar av vulkanaska i den övre atmosfären, som också gör det svårt för solljus att nå planeten), kan betydande klimatförändringar inträffa efter särskilt kraftiga vulkanutbrott. Till exempel, som ett resultat av utbrottet av vulkanen Ksudach ( Kamchatkahalvön , 1907), kvarstod en ökad koncentration av damm i atmosfären i cirka 2 år, och karakteristiska silvermoln av svavelsyra observerades även i Paris [18] . Explosionen av vulkanen Pinatubo 1991, som skickade ut 3⋅10 7 ton svavel i atmosfären, ledde till att 1992 och 1993 var mycket kallare än 1991 och 1994 [19] .

Standarder

Anteckningar

  1. Teknisk svavelsyra GOST 2184-77
  2. Encyclopedia of chemical technology  (engelska) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. namn= https: //docs.cntd.ru_Svavelsyra
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasily Mikhailovich Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Shafranovsky. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Se även Stenolja
  7. Epstein, 1979 , sid. 40.
  8. Epstein, 1979 , sid. 41.
  9. Densitetskoncentrationsräknare  . _ Hämtad 21 december 2021. Arkiverad från originalet 21 december 2021.
  10. ↑ 1 2 svavelsyra vätejodid -> jod H2S vatten - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Tillträdesdatum: 19 maj 2022.
  11. ↑ 1 2 3 svavelsyra vätebromid -> brom svaveldioxid vatten - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Tillträdesdatum: 19 maj 2022.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Svavelsyras kemiska egenskaper // Oorganisk kemi: Lärobok för 7-8 årskurser i gymnasiet. - 18:e upplagan. - M . : Education , 1987. - S. 209-211. — 240 s. — 1 630 000 exemplar.
  13. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Kvalitativ reaktion på svavelsyra och dess salter // Oorganisk kemi: En lärobok för årskurserna 7-8 på gymnasiet. - 18:e upplagan. - M . : Education , 1987. - S. 212. - 240 sid. — 1 630 000 exemplar.
  14. Svavelsyra  (engelska) // "The Essential Chemical Industry - online"
  15. SVAVELSYRA | CAMEO Kemikalier | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Hämtad: 22 maj 2020.
  16. namn= https://docs.cntd.ru_GOST  (otillgänglig länk) 12.1.007-76. SSBT. Skadliga ämnen. Klassificering och allmänna krav
  17. Dekret från Ryska federationens regering av den 3 juni 2010 nr 398 (otillgänglig länk) . Hämtad 30 maj 2016. Arkiverad från originalet 30 juni 2016. 
  18. se artikeln "Vulkaner och klimat" Arkiverad 28 september 2007 på Wayback Machine  (ryska)
  19. Ryska skärgården - Är mänskligheten skyldig till globala klimatförändringar? Arkiverad 1 december 2007 på Wayback Machine  (ryska)

Litteratur

Länkar