Сярната киселина (H2SO4) е един от най-корозивните и опасни химикали, познати на човека, особено в концентрирана форма. Химически чистата сярна киселина е тежка токсична течност с маслена консистенция, без мирис и цвят. Получава се чрез окисление на серен диоксид (SO2) по контактен метод.

При температура от + 10,5 ° C сярната киселина се превръща в замръзнала стъкловидна кристална маса, лакомо, като гъба, абсорбираща влагата от околната среда. В промишлеността и химията сярната киселина е едно от основните химични съединения и заема водеща позиция по отношение на производството в тонове. Ето защо сярната киселина се нарича "кръвта на химията". С помощта на сярна киселина се получават торове, лекарства, други киселини, големи торове и много други.

Основни физични и химични свойства на сярната киселина

1. Сярната киселина в нейната чиста форма (формула H2SO4), при концентрация 100%, е безцветна гъста течност. Най-важното свойство на H2SO4 е неговата висока хигроскопичност - способността да отстранява водата от въздуха. Този процес е придружен от масивно отделяне на топлина.
2. H2SO4 е силна киселина.
3. Сярната киселина се нарича монохидрат - съдържа 1 mol H2O (вода) на 1 mol SO3. Поради впечатляващите си хигроскопични свойства, той се използва за извличане на влага от газове.
4. Точка на кипене - 330 ° C. В този случай киселината се разлага на SO3 и вода. Плътност - 1.84. Точка на топене – 10,3°C/.
5. Концентрираната сярна киселина е мощен окислител. За да започне редокс реакцията, киселината трябва да се нагрее. Резултатът от реакцията е SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. В зависимост от концентрацията сярната киселина реагира различно с металите. В разредено състояние сярната киселина е в състояние да окисли всички метали, които са в серията напрежения, до водород. Изключение се прави като най-устойчив на окисление. Разредената сярна киселина реагира със соли, основи, амфотерни и основни оксиди. Концентрираната сярна киселина е способна да окислява всички метали в серията напрежения, както и среброто.
7. Сярната киселина образува два вида соли: кисели (хидросулфати) и средни (сулфати)
8. H2SO4 влиза в активна реакция с органични вещества и неметали и може да превърне някои от тях във въглища.
9. Серният анхидрит е идеално разтворим в H2SO4 и в този случай се образува олеум - разтвор на SO3 в сярна киселина. Външно изглежда така: димяща сярна киселина, отделяща серен анхидрит.
10. Сярната киселина във водни разтвори е силна двуосновна киселина и когато се добави към вода, се отделя огромно количество топлина. Когато се приготвят разредени разтвори на H2SO4 от концентрирани, е необходимо да се добави по-тежка киселина към водата в малка струя, а не обратното. Това се прави, за да се избегне вряща вода и пръскане на киселина.

Концентрирани и разредени сярни киселини

Концентрираните разтвори на сярна киселина включват разтвори от 40%, способни да разтварят сребро или паладий.

Разредената сярна киселина включва разтвори, чиято концентрация е по-малка от 40%. Това не са толкова активни разтвори, но те могат да реагират с месинг и мед.

Получаване на сярна киселина

Производството на сярна киселина в промишлен мащаб започва през 15 век, но по това време се нарича "витриол". Ако по-рано човечеството е консумирало само няколко десетки литра сярна киселина, то в съвременния свят изчислението отива до милиони тонове годишно.

Производството на сярна киселина се извършва промишлено и има три от тях:

1. метод за контакт.
2. азотен метод
3. Други методи

Нека поговорим подробно за всеки от тях.

контактен метод на производство

Контактният метод на производство е най-често срещаният и изпълнява следните задачи:

• Получава се продукт, който задоволява нуждите на максимален брой потребители.
• По време на производството се намалява вредата за околната среда.

При контактния метод като суровини се използват следните вещества:

• пирит (серни пирити);
• сяра;
• ванадиев оксид (това вещество играе ролята на катализатор);
• водороден сулфид;
• сулфиди на различни метали.

Преди започване на производствения процес суровините се подготвят предварително. Първо, в специални инсталации за раздробяване, пиритът се подлага на смилане, което позволява, поради увеличаване на зоната на контакт на активните вещества, да се ускори реакцията. Пиритът се подлага на пречистване: той се спуска в големи контейнери с вода, по време на които отпадъчната скала и всички видове примеси изплуват на повърхността. Те се отстраняват в края на процеса.

Производствената част е разделена на няколко етапа:

1. След натрошаване пиритът се почиства и се изпраща в пещта - където се изпича при температури до 800 ° C. Съгласно принципа на противотока, въздухът се подава в камерата отдолу и това гарантира, че пиритът е в суспендирано състояние. Днес този процес отнема няколко секунди, но по-рано задействането отнемаше няколко часа. По време на процеса на печене се появяват отпадъци под формата на железен оксид, които се отстраняват и впоследствие се прехвърлят в предприятията на металургичната промишленост. По време на горенето се отделят водни пари, газове O2 и SO2. Когато пречистването от водни пари и най-малките примеси приключи, се получават чист серен оксид и кислород.
2. Във втория етап протича екзотермична реакция под налягане с помощта на ванадиев катализатор. Началото на реакцията започва, когато температурата достигне 420 °C, но може да бъде увеличена до 550 °C, за да се увеличи ефективността. По време на реакцията настъпва каталитично окисление и SO2 става SO3.
3. Същността на третия етап на производство е следната: абсорбцията на SO3 в абсорбционната кула, по време на която се образува олеумът H2SO4. В тази форма H2SO4 се излива в специални контейнери (не реагира със стомана) и е готова за среща с крайния потребител.

По време на производството, както казахме по-горе, се генерира много топлинна енергия, която се използва за отопление. Много заводи за сярна киселина инсталират парни турбини, които използват отработената пара за генериране на допълнително електричество.

Азотен процес за производство на сярна киселина

Въпреки предимствата на контактния метод на производство, който произвежда по-концентрирана и чиста сярна киселина и олеум, доста голямо количество H2SO4 се произвежда по азотния метод. По-специално, в заводите за суперфосфат.

За производството на H2SO4 серният диоксид действа като изходно вещество, както при контактния, така и при азотния метод. Получава се специално за тези цели чрез изгаряне на сяра или печене на серни метали.

Превръщането на серен диоксид в сярна киселина се състои в окисляване на серен диоксид и добавяне на вода. Формулата изглежда така:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Но серният диоксид не реагира директно с кислорода, следователно, с азотния метод, окисляването на серен диоксид се извършва с помощта на азотни оксиди. Висшите азотни оксиди (говорим за азотен диоксид NO2, азотен триоксид NO3) в този процес се редуцират до азотен оксид NO, който впоследствие се окислява отново с кислород до по-високи оксиди.

Производството на сярна киселина по азотен метод е технически формализирано по два начина:

• Камара.
• Кула.

Азотният метод има редица предимства и недостатъци.

Недостатъци на азотния метод:

• Получава се 75% сярна киселина.
• Качеството на продукта е ниско.
• Непълно връщане на азотни оксиди (добавяне на HNO3). Техните емисии са вредни.
• Киселината съдържа желязо, азотни оксиди и други примеси.

Предимства на азотния метод:

• Цената на процеса е по-ниска.
• Възможността за обработка на SO2 на 100%.
• Простота на дизайна на хардуера.

Основни руски заводи за сярна киселина

Годишният добив на H2SO4 у нас се изчислява шестцифрено - около 10 милиона тона. Водещите производители на сярна киселина в Русия са компании, които в допълнение са нейните основни потребители. Става дума за фирми с предмет на дейност производство на минерални торове. Например "Балаковски минерални торове", "Амофос".

Кримски титан, най-големият производител на титанов диоксид в Източна Европа, оперира в Армянск, Крим. Освен това заводът се занимава с производство на сярна киселина, минерални торове, железен сулфат и др.

Сярна киселина от различни видове се произвежда от много фабрики. Например, акумулаторна сярна киселина се произвежда от: Карабашмед, FKP Biysk Oleum Plant, Святогор, Славия, Северхимпром и др.

Олеумът се произвежда от UCC Shchekinoazot, FKP Biysk Oleum Plant, Ural Mining and Metallurgical Company, Kirishinefteorgsintez Production Association и др.

Сярна киселина с висока чистота се произвежда от UCC Shchekinoazot, Component-Reaktiv.

Отработената сярна киселина може да бъде закупена в заводите ZSS, HaloPolymer Kirovo-Chepetsk.

Търговски производители на сярна киселина са Промсинтез, Хипром, Святогор, Апатит, Карабашмед, Славия, Лукойл-Пермнефтеоргсинтез, Челябински цинков завод, Електроцинк и др.

Поради факта, че пиритът е основната суровина при производството на H2SO4 и това е загуба на обогатителни предприятия, неговите доставчици са обогатителните заводи в Норилск и Талнах.

Водещите световни позиции в производството на H2SO4 са заети от САЩ и Китай, които представляват съответно 30 милиона тона и 60 милиона тона.

Обхват на сярна киселина

Годишно светът консумира около 200 милиона тона H2SO4, от който се произвежда широка гама от продукти. Сярната киселина с право държи палмата сред другите киселини по отношение на промишлената употреба.

Както вече знаете, сярната киселина е един от най-важните продукти на химическата промишленост, така че обхватът на сярната киселина е доста широк. Основните приложения на H2SO4 са както следва:

• Сярната киселина се използва в огромни количества за производството на минерални торове и заема около 40% от общия тонаж. Поради тази причина заводи за производство на H2SO4 се изграждат до заводите за торове. Това са амониев сулфат, суперфосфат и др. При тяхното производство сярната киселина се приема в чист вид (100% концентрация). Ще са необходими 600 литра H2SO4, за да се получи един тон амофос или суперфосфат. Тези торове се използват най-вече в селското стопанство.
• H2SO4 се използва за производство на експлозиви.
• Пречистване на петролни продукти. За получаване на керосин, бензин, минерални масла е необходимо пречистване на въглеводороди, което се извършва с помощта на сярна киселина. В процеса на рафиниране на петрол за пречистване на въглеводороди тази индустрия "поема" цели 30% от световния тонаж на H2SO4. В допълнение, октановото число на горивото се повишава със сярна киселина и кладенците се обработват по време на производството на нефт.
• в металургичната индустрия. Сярната киселина се използва в металургията за отстраняване на котлен камък и ръжда от тел, ламарина, както и за намаляване на алуминия при производството на цветни метали. Преди покриване на метални повърхности с мед, хром или никел, повърхността се ецва със сярна киселина.
• При производството на лекарства.
• в производството на бои.
• в химическата промишленост. H2SO4 се използва в производството на детергенти, етилов детергент, инсектициди и др., като тези процеси са невъзможни без него.
• За получаване на други известни киселини, органични и неорганични съединения, използвани за промишлени цели.

Соли на сярна киселина и тяхното приложение

Най-важните соли на сярната киселина са:

• Глауберова сол Na2SO4 10H2O (кристален натриев сулфат). Обхватът на приложението му е доста обширен: производството на стъкло, сода, във ветеринарната медицина и медицината.
• Бариевият сулфат BaSO4 се използва при производството на каучук, хартия, бяла минерална боя. В допълнение, той е незаменим в медицината за флуороскопия на стомаха. Използва се за приготвяне на "бариева каша" за тази процедура.
• Калциев сулфат CaSO4. В природата може да се намери под формата на гипс CaSO4 · 2H2O и анхидрит CaSO4. Гипс CaSO4 2H2O и калциев сулфат се използват в медицината и строителството. При гипса при нагряване до температура 150 - 170 ° C настъпва частична дехидратация, в резултат на което се получава изгорял гипс, известен ни като алабастър. Омесвайки алабастър с вода до консистенция на тесто, масата бързо се втвърдява и се превръща в вид камък. Именно това свойство на алабастъра се използва активно в строителните работи: от него се правят отливки и форми. При мазилките алабастърът е незаменим като свързващо вещество. На пациентите в травматологичните отделения се дават специални фиксиращи твърди превръзки - те са направени на базата на алабастър.
• Железният витриол FeSO4 7H2O се използва за приготвяне на мастило, импрегниране на дърво, а също и в селскостопански дейности за унищожаване на вредители.
• Стипца KCr(SO4)2 12H2O, KAl(SO4)2 12H2O и др. се използват в производството на бои и кожарската промишленост (щабене).
• Много от вас познават медния сулфат CuSO4 5H2O от първа ръка. Той е активен помощник в селското стопанство в борбата с болестите и неприятелите по растенията - воден разтвор на CuSO4 5H2O се използва за ецване на зърно и пръскане на растенията. Използва се и за приготвяне на някои минерални бои. И в ежедневието се използва за премахване на мухъл от стените.
• Алуминиев сулфат - използва се в целулозно-хартиената промишленост.

Сярната киселина в разредена форма се използва като електролит в оловно-киселинни батерии. Освен това се използва за производство на перилни препарати и торове. Но в повечето случаи се предлага под формата на олеум - това е разтвор на SO3 в H2SO4 (други формули на олеум също могат да бъдат намерени).

Удивителен факт! Олеумът е по-реактивен от концентрираната сярна киселина, но въпреки това не реагира със стоманата! Поради тази причина тя е по-лесна за транспортиране от самата сярна киселина.

Сферата на използване на „кралицата на киселините“ е наистина широкомащабна и е трудно да се каже за всички начини, по които се използва в индустрията. Използва се и като емулгатор в хранително-вкусовата промишленост, за пречистване на вода, при синтеза на експлозиви и за много други цели.

История на сярната киселина

Кой от нас никога не е чувал за син витриол? И така, той е изучаван в древността и в някои произведения от началото на нова ера учените обсъждат произхода на витриола и техните свойства. Витриолът е изследван от гръцкия лекар Диоскорид, римския изследовател на природата Плиний Стари и в своите писания те пишат за продължаващите експерименти. За медицински цели древният лечител Ибн Сина използва различни витриолови вещества. Как витриолът се използва в металургията се споменава в трудовете на алхимиците на Древна Гърция Зосима от Панополис.

Първият начин за получаване на сярна киселина е процесът на нагряване на калиева стипца и има информация за това в алхимичната литература от XIII век. По това време съставът на стипцата и същността на процеса не са били известни на алхимиците, но още през 15 век те започват целенасочено да се занимават с химичен синтез на сярна киселина. Процесът беше следният: алхимиците третираха смес от сяра и антимон (III) сулфид Sb2S3 чрез нагряване с азотна киселина.

През средновековието в Европа сярната киселина се е наричала "витриолно масло", но след това името се променя на витриол.

През 17 век Йохан Глаубер получава сярна киселина чрез изгаряне на калиев нитрат и естествена сяра в присъствието на водни пари. В резултат на окисляването на сярата с нитрат се получава серен оксид, който реагира с водни пари и в резултат се получава мазна течност. Това беше витриолно масло и това име за сярна киселина съществува и до днес.

Фармацевтът от Лондон Уорд Джошуа използва тази реакция за промишленото производство на сярна киселина през 30-те години на 18 век, но през Средновековието консумацията й е ограничена до няколко десетки килограма. Обхватът на употреба беше тесен: за алхимични експерименти, пречистване на благородни метали и във фармацевтичния бизнес. Концентрираната сярна киселина се използва в малки количества при производството на специални кибритени клечки, които съдържат бертолетова сол.

В Русия витриолът се появява едва през 17 век.

В Бирмингам, Англия, Джон Робък адаптира горния метод за производство на сярна киселина през 1746 г. и стартира производството. В същото време той използва здрави големи камери, облицовани с олово, които са по-евтини от стъклените контейнери.

В индустрията този метод заема позиции почти 200 години, а в камерите се получава 65% сярна киселина.

След известно време английският Глоувър и френският химик Гей-Люсак подобриха самия процес и започна да се получава сярна киселина с концентрация 78%. Но такава киселина не беше подходяща за производството, например, на багрила.

В началото на 19 век са открити нови методи за окисляване на серен диоксид до серен анхидрид.

Първоначално това е направено с помощта на азотни оксиди, а след това платината е използвана като катализатор. Тези два метода за окисляване на серен диоксид са допълнително подобрени. Окислението на серен диоксид върху платина и други катализатори става известно като контактен метод. И окисляването на този газ с азотни оксиди се нарича азотен метод за производство на сярна киселина.

Едва през 1831 г. британският търговец на оцетна киселина Peregrine Philips патентова икономичен процес за производство на серен оксид (VI) и концентрирана сярна киселина и именно той днес е известен на света като контактен метод за получаването й.

Производството на суперфосфат започва през 1864 г.

През осемдесетте години на деветнадесети век в Европа производството на сярна киселина достига 1 милион тона. Основните производители са Германия и Англия, които произвеждат 72% от общия обем на сярна киселина в света.

Транспортирането на сярна киселина е трудоемко и отговорно начинание.

Сярната киселина принадлежи към класа на опасните химикали и при контакт с кожата причинява тежки изгаряния. Освен това може да причини химическо отравяне на човек. Ако не се спазват определени правила по време на транспортиране, тогава сярната киселина, поради своята експлозивна природа, може да причини много вреди както на хората, така и на околната среда.

Сярната киселина има клас на опасност 8 и транспортирането трябва да се извършва от специално обучени и обучени специалисти. Важно условие за доставката на сярна киселина е спазването на специално разработените Правила за превоз на опасни товари.

Транспортирането по шосе се извършва съгласно следните правила:

1. За транспортиране са направени специални контейнери от специална стоманена сплав, която не реагира със сярна киселина или титан. Такива контейнери не се окисляват. Опасната сярна киселина се транспортира в специални химически цистерни за сярна киселина. Те се различават по дизайн и се избират по време на транспортиране в зависимост от вида на сярната киселина.
2. При транспортиране на димяща киселина се вземат специализирани изотермични термоси, в които се поддържа необходимия температурен режим за запазване на химичните свойства на киселината.
3. Ако се транспортира обикновена киселина, тогава се избира резервоар за сярна киселина.
4. Транспортирането на сярна киселина по шосе, като димяща, безводна, концентрирана, за батерии, ръкавици, се извършва в специални контейнери: цистерни, варели, контейнери.
5. Транспортирането на опасни товари може да се извършва само от шофьори, които имат ADR сертификат в ръцете си.
6. Времето за пътуване няма ограничения, тъй като по време на транспортирането е необходимо стриктно да се спазва допустимата скорост.
7. По време на транспортирането се изгражда специален маршрут, който трябва да се движи, заобикаляйки многолюдни места и производствени съоръжения.
8. Транспортът трябва да има специална маркировка и знаци за опасност.

Опасни свойства на сярната киселина за хората

Сярната киселина представлява повишена опасност за човешкото тяло. Токсичният му ефект се проявява не само при директен контакт с кожата, но и при вдишване на неговите пари, когато се отделя серен диоксид. Опасността се отнася за:

• дихателната система;
• обвивки;
• Лигавици.

Интоксикацията на тялото може да се засили от арсен, който често е част от сярна киселина.

важно! Както знаете, когато киселината влезе в контакт с кожата, се получават тежки изгаряния. Не по-малко опасно е отравянето с пари на сярна киселина. Безопасна доза сярна киселина във въздуха е само 0,3 mg на 1 квадратен метър.

Ако сярната киселина попадне върху лигавиците или върху кожата, се появява силно изгаряне, което не заздравява добре. Ако изгарянето е впечатляващо по мащаб, жертвата развива заболяване на изгаряне, което може дори да доведе до смърт, ако не бъде предоставена навреме квалифицирана медицинска помощ.

важно! За възрастен смъртоносната доза сярна киселина е само 0,18 см на 1 литър.

Разбира се, проблематично е да „изпитате сами“ токсичния ефект на киселината в обикновения живот. Най-често киселинното отравяне възниква поради пренебрегване на индустриалната безопасност при работа с разтвор.

Масово отравяне с пари на сярна киселина може да възникне поради технически проблеми в производството или небрежност и се получава масово изпускане в атмосферата. За предотвратяване на подобни ситуации работят специални служби, чиято задача е да контролират функционирането на производството, където се използва опасна киселина.

Какви са симптомите на интоксикация със сярна киселина?

Ако киселината е била погълната:

• Болка в областта на храносмилателните органи.
• Гадене и повръщане.
• Нарушаване на изпражненията в резултат на тежки чревни нарушения.
• Силна секреция на слюнка.
• Поради токсичните ефекти върху бъбреците, урината става червеникава.
• Подуване на ларинкса и гърлото. Има хрипове, дрезгав глас. Това може да доведе до смърт от задушаване.
• По венците се появяват кафяви петна.
• Кожата става синя.

При изгаряне на кожата може да има всички усложнения, присъщи на изгарянето.

При отравяне по двойки се наблюдава следната картина:

• Изгаряне на лигавицата на очите.
• Кървене от носа.
• Изгаряния на лигавицата на дихателните пътища. В този случай жертвата изпитва силен болков симптом.
• Подуване на ларинкса със симптоми на задушаване (липса на кислород, кожата става синя).
• Ако отравянето е тежко, тогава може да има гадене и повръщане.

Важно е да се знае! Киселинното отравяне след поглъщане е много по-опасно от интоксикацията от вдишване на пари.

Първа помощ и терапевтични процедури при увреждане от сярна киселина

При контакт със сярна киселина процедирайте както следва:

• Първо се обадете на линейка. Ако течността попадне вътре, направете стомашна промивка с топла вода. След това на малки глътки ще трябва да изпиете 100 грама слънчогледово или зехтин. Освен това трябва да поглъщате парче лед, да пиете мляко или изгорен магнезий. Това трябва да се направи, за да се намали концентрацията на сярна киселина и да се облекчи състоянието на човека.
• Ако киселината попадне в очите, изплакнете ги с течаща вода и след това накапете с разтвор на дикаин и новокаин.
• Ако върху кожата попадне киселина, изгореното място трябва да се измие добре под течаща вода и да се превърже със сода. Изплакнете за около 10-15 минути.
• В случай на отравяне с пари, трябва да излезете на чист въздух и да изплакнете засегнатите лигавици с вода, доколкото е възможно.

В болнична обстановка лечението ще зависи от площта на изгарянето и степента на отравяне. Анестезията се извършва само с новокаин. За да се избегне развитието на инфекция в засегнатата област, за пациента се избира курс на антибиотична терапия.

При стомашен кръвоизлив се инжектира плазма или се прелива кръв. Източникът на кървене може да бъде отстранен хирургично.

1. В природата се среща сярна киселина в нейната чиста 100% форма. Например в Италия, Сицилия в Мъртво море можете да видите уникален феномен - сярна киселина се просмуква направо от дъното! И ето какво се случва: пиритът от земната кора служи в този случай като суровина за образуването му. Това място се нарича още Езерото на смъртта и дори насекомите се страхуват да летят до него!
2. След големи вулканични изригвания в земната атмосфера често могат да се намерят капки сярна киселина и в такива случаи „виновникът“ може да доведе до негативни последици за околната среда и да причини сериозни климатични промени.
3. Сярната киселина е активен абсорбатор на вода, така че се използва като изсушител на газ. В старите времена, за да се предотврати запотяването на прозорците в стаите, тази киселина се изсипваше в буркани и се поставяше между стъклата на прозорците.
4. Сярната киселина е основната причина за киселинните дъждове. Основната причина за киселинния дъжд е замърсяването на въздуха със серен диоксид, който при разтваряне във вода образува сярна киселина. На свой ред, серен диоксид се отделя при изгаряне на изкопаеми горива. При киселинните дъждове, изследвани през последните години, съдържанието на азотна киселина се е увеличило. Причината за това явление е намаляването на емисиите на серен диоксид. Въпреки този факт, сярната киселина остава основната причина за киселинните дъждове.

Предлагаме ви видео селекция от интересни експерименти със сярна киселина.

Помислете за реакцията на сярна киселина, когато се излее в захар. В първите секунди на влизане на сярна киселина в колбата със захар, сместа потъмнява. След няколко секунди веществото става черно. Най-интересното се случва след това. Масата започва да расте бързо и да излиза от колбата. На изхода получаваме гордо вещество, подобно на порест въглен, надвишаващо първоначалния обем 3-4 пъти.

Авторът на видеото предлага да се сравни реакцията на Coca-Cola със солна киселина и сярна киселина. При смесване на Coca-Cola със солна киселина не се наблюдават визуални промени, но когато се смеси със сярна киселина, Coca-Cola започва да кипи.

Интересно взаимодействие може да се наблюдава, когато сярна киселина попадне върху тоалетна хартия. Тоалетната хартия е направена от целулоза. Когато киселината влезе, целулозните молекули моментално се разпадат с освобождаването на свободен въглерод. Подобно овъгляване може да се наблюдава, когато върху дървото попадне киселина.

Добавям малко парче калий в колба с концентрирана киселина. В първата секунда се изпуска дим, след което металът моментално пламва, светва и избухва, нарязвайки се на парчета.

В следващия експеримент, когато сярната киселина удари кибрит, тя пламва. Във втората част на експеримента алуминиевото фолио се потапя с ацетон и вътре кибрит. Има моментално нагряване на фолиото с отделяне на огромно количество дим и пълното му разтваряне.

Интересен ефект се наблюдава при добавяне на сода бикарбонат към сярна киселина. Содата веднага пожълтява. Реакцията протича с бързо кипене и увеличаване на обема.

Категорично не съветваме да провеждате всички горепосочени експерименти у дома. Сярната киселина е силно корозивно и токсично вещество. Такива експерименти трябва да се извършват в специални помещения, оборудвани с принудителна вентилация. Газовете, отделящи се при реакции със сярна киселина, са силно токсични и могат да причинят увреждане на дихателните пътища и да отровят тялото. Освен това такива експерименти се провеждат в лични предпазни средства за кожата и дихателните органи. Пази се!

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

безводен сярна киселинае тежка, вискозна течност, която лесно се смесва с вода във всякакви пропорции: взаимодействието се характеризира с изключително голям екзотермичен ефект (~880 kJ / mol при безкрайно разреждане) и може да доведе до експлозивно кипене и пръскане на сместа, ако водата е добавя се към киселината; ето защо е толкова важно винаги да използвате обратния ред при приготвянето на разтворите и да добавяте киселината към водата бавно и с разбъркване.

Някои физични свойства на сярната киселина са дадени в таблицата.

Безводният H 2 SO 4 е забележително съединение с необичайно висока диелектрична константа и много висока електрическа проводимост, което се дължи на йонната автодисоциация (автопротолиза) на съединението, както и на механизма за релейна проводимост на протонния трансфер, който осигурява протичане на електрически ток през вискозна течност с голям брой водородни връзки.

Таблица 1. Физични свойства на сярната киселина.

Получаване на сярна киселина

Сярната киселина е най-важният индустриален химикал и най-евтината насипна киселина, произвеждана навсякъде по света.

Концентрираната сярна киселина („витриолно масло“) първо се получава чрез нагряване на „зелен витриол“ FeSO 4 × nH 2 O и се изразходва в големи количества за получаване на Na 2 SO 4 и NaCl.

Съвременният процес за производство на сярна киселина използва катализатор, състоящ се от ванадиев (V) оксид с добавяне на калиев сулфат върху носител от силициев диоксид или диатомит. Серен диоксид SO 2 се получава чрез изгаряне на чиста сяра или чрез печене на сулфидна руда (предимно пирит или руди на Cu, Ni и Zn) в процеса на извличане на тези метали. След това SO 2 се окислява до триоксид и след това се получава сярна киселина чрез разтваряне във вода:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0 - 297 kJ / mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9,8 kJ / mol);

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0 - 130 kJ / mol).

Химични свойства на сярната киселина

Сярната киселина е силна двуосновна киселина. В първия етап, в разтвори с ниска концентрация, той се дисоциира почти напълно:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

Дисоциация на втория етап

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

протича в по-малка степен. Константата на дисоциация на сярната киселина във втория етап, изразена чрез йонна активност, K 2 = 10 -2.

Като двуосновна киселина, сярната киселина образува две серии соли: средна и кисела. Средните соли на сярната киселина се наричат ​​сулфати, а киселите соли се наричат ​​хидросулфати.

Сярната киселина лакомо абсорбира водни пари и затова често се използва за изсушаване на газове. Способността да абсорбира вода също обяснява овъгляването на много органични вещества, особено тези, принадлежащи към класа на въглехидратите (фибри, захар и др.), Когато са изложени на концентрирана сярна киселина. Сярната киселина премахва водорода и кислорода от въглехидратите, които образуват вода, а въглеродът се освобождава под формата на въглища.

Концентрираната сярна киселина, особено гореща, е силен окислител. Той окислява HI и HBr (но не и HCl) до свободни халогени, въглищата до CO 2 , сярата до SO 2 . Тези реакции се изразяват с уравненията:

8HI + H 2 SO 4 \u003d 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O;

2HBr + H 2 SO 4 \u003d Br 2 + SO 2 + 2H 2 O;

C + 2H 2 SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O.

Взаимодействието на сярната киселина с металите протича различно в зависимост от нейната концентрация. Разредената сярна киселина се окислява с нейния водороден йон. Следователно той взаимодейства само с онези метали, които са в поредицата от напрежения само до водород, например:

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

Оловото обаче не се разтваря в разредена киселина, тъй като получената PbSO4 сол е неразтворима.

Концентрираната сярна киселина е окислител поради сярата (VI). Той окислява метали в серията напрежения до и включително сребро. Продуктите от неговата редукция могат да бъдат различни в зависимост от активността на метала и от условията (киселинна концентрация, температура). При взаимодействие с ниско активни метали, като мед, киселината се редуцира до SO 2:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

При взаимодействие с по-активни метали продуктите на редукция могат да бъдат както диоксид, така и свободна сяра и сероводород. Например, при взаимодействие с цинк могат да възникнат реакции:

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Използването на сярна киселина

Използването на сярна киселина варира в различните страни и от десетилетие на десетилетие. Така например в САЩ основната област на потребление на H 2 SO 4 е производството на торове (70%), следвано от химическото производство, металургията, рафинирането на нефт (~ 5% във всяка област). В Обединеното кралство разпределението на потреблението по отрасли е различно: само 30% от произведения H 2 SO 4 се използва за производството на торове, но 18% отиват за бои, пигменти и багрилни междинни продукти, 16% за химическо производство, 12% към сапуни и перилни препарати, 10 % за производство на естествени и изкуствени влакна и 2,5 % се използват в металургията.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Задачата	Определете масата на сярната киселина, която може да се получи от един тон пирит, ако добивът на серен оксид (IV) в реакцията на печене е 90%, а серен оксид (VI) в каталитичното окисление на сяра (IV) е 95% на теоретичното.
Решение	Нека напишем уравнението на реакцията за изпичане на пирит: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Изчислете количеството пиритно вещество: n(FeS 2) = m(FeS 2) / M(FeS 2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) \u003d 56 + 2 × 32 = 120 g / mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Тъй като в уравнението на реакцията коефициентът за серен диоксид е два пъти по-голям от коефициента за FeS 2, теоретично възможното количество вещество серен оксид (IV) е: n (SO 2) теория = 2 × n (FeS 2) = 2 × 8,33 = 16,66 kmol. И практически полученото количество мол серен оксид (IV) е: n (SO 2) практика = η × n (SO 2) теория = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Нека напишем уравнението на реакцията за окисляването на серен оксид (IV) до серен оксид (VI): 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Теоретично възможното количество вещество серен оксид (VI) е: n(SO 3) теория \u003d n (SO 2) практика \u003d 15 kmol. И практически полученото количество мол серен оксид (VI) е: n(SO 3) практика = η × n (SO 3) теория = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Пишем уравнението на реакцията за получаване на сярна киселина: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4. Намерете количеството вещество сярна киселина: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) практ \u003d 14,25 kmol. Реакционният добив е 100%. Масата на сярната киселина е: m (H 2 SO 4) \u003d n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4); M(H2SO4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m (H 2 SO 4) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg.
Отговор	Масата на сярната киселина е 1397 kg

Серният триоксид обикновено е безцветна течност. Може да съществува и като лед, влакнести кристали или газ. Когато серен триоксид е изложен на въздух, започва да се отделя бял дим. Той е неразделен елемент от такова реактивно вещество като концентрирана сярна киселина. Това е бистра, безцветна, мазна и силно корозивна течност. Използва се в производството на торове, експлозиви, други киселини, петролната промишленост и оловно-киселинни батерии в автомобили.

Концентрирана сярна киселина: свойства

Сярната киселина се разтваря добре във вода, разяжда метали и тъкани и овъглява дървото и повечето други органични вещества при контакт. Дългосрочното излагане на ниски концентрации или краткосрочното излагане на високи концентрации може да доведе до неблагоприятни последици за здравето от вдишване.

Концентрираната сярна киселина се използва за производство на торове и други химикали, при рафиниране на нефт, производство на желязо и стомана и за много други цели. Тъй като има достатъчно висока точка на кипене, може да се използва за освобождаване на повече летливи киселини от техните соли. Концентрираната сярна киселина има силно хигроскопично свойство. Понякога се използва като изсушаващ агент за дехидратиране (отстраняване на водата чрез химически средства) на много съединения, като въглехидрати.

Реакции на сярна киселина

Концентрираната сярна киселина реагира по необичаен начин със захарта, оставяйки след себе си крехка пореста черна маса от въглерод. Подобна реакция се наблюдава при излагане на кожа, целулоза и други растителни и животински влакна. Когато концентрирана киселина се смеси с вода, се отделя голямо количество топлина, достатъчно, за да заври моментално. За разреждане трябва да се добавя бавно към студена вода при непрекъснато разбъркване, за да се ограничи натрупването на топлина. Сярната киселина реагира с течността, образувайки хидрати с изразени свойства.

физически характеристики

Течност без цвят и мирис в разреден разтвор има кисел вкус. Сярната киселина е изключително агресивна, когато е изложена на кожата и всички тъкани на тялото, причинявайки тежки изгаряния при директен контакт. В чистата си форма H 2 SO4 не е проводник на електричество, но ситуацията се променя в обратната посока с добавянето на вода.

Някои свойства са, че молекулното тегло е 98,08. Точката на кипене е 327 градуса по Целзий, точката на топене е -2 градуса по Целзий. Сярната киселина е силна минерална киселина и един от основните продукти на химическата промишленост поради широката си търговска употреба. Образува се естествено от окисляването на сулфидни материали като железен сулфид.

Химичните свойства на сярната киселина (H 2 SO4) се проявяват в различни химични реакции:

1. При взаимодействие с алкали се образуват две серии соли, включително сулфати.
2. Реагира с карбонати и бикарбонати, за да образува соли и въглероден диоксид (CO 2 ).
3. Влияе върху металите по различен начин в зависимост от температурата и степента на разреждане. Студеното и разреденото дава водород, горещото и концентрираното дава емисии на SO 2 .
4. При кипене разтвор на H 2 SO4 (концентрирана сярна киселина) се разлага на серен триоксид (SO 3) и вода (H 2 O). Химичните свойства включват и ролята на силен окислител.

опасност от пожар

Сярната киселина е силно реактивна, за да запали фини горими материали при контакт. При нагряване започват да се отделят силно токсични газове. Той е експлозивен и несъвместим с огромен брой вещества. При повишени температури и налягания могат да възникнат доста агресивни химически промени и деформации. Може да реагира бурно с вода и други течности, причинявайки пръски.

опасно за здравето

Сярната киселина разяжда всички тъкани на тялото. Вдишването на пари може да причини сериозно увреждане на белите дробове. Увреждането на лигавицата на очите може да доведе до пълна загуба на зрение. Контактът с кожата може да причини тежка некроза. Дори няколко капки могат да бъдат фатални, ако киселината достигне до трахеята. Хроничното излагане може да причини трахеобронхит, стоматит, конюнктивит, гастрит. Могат да възникнат стомашни перфорации и перитонит, придружени от циркулаторен колапс. Сярната киселина е силно разяждащо вещество, с което трябва да се работи изключително внимателно. Признаците и симптомите при излагане могат да бъдат тежки и да включват лигавене, силна жажда, затруднено преглъщане, болка, шок и изгаряния. Повръщаното обикновено е с цвят на смляно кафе. Острата експозиция при вдишване може да доведе до кихане, дрезгав глас, задушаване, ларингит, диспнея, респираторно дразнене и болка в гърдите. Може да се появи и кървене от носа и венците, белодробен оток, хроничен бронхит и пневмония. Излагането на кожата може да доведе до тежки болезнени изгаряния и дерматит.

Първа помощ

1. Преместете пострадалите на чист въздух. Аварийният персонал трябва да избягва излагането на сярна киселина, докато го прави.
2. Оценете жизнените показатели, включително пулса и дихателната честота. Ако не се открие пулс, направете реанимация в зависимост от получените допълнителни наранявания. Ако дишането е налице и затруднено, осигурете дихателна подкрепа.
3. Свалете замърсеното облекло възможно най-скоро.
4. В случай на контакт с очите, изплакнете с топла вода в продължение на поне 15 минути; за кожата, измийте със сапун и вода.
5. При вдишване на токсични изпарения, изплакнете устата си обилно с вода, пийте и е забранено самопредизвикването на повръщане.
6. Доставете пострадалия в лечебно заведение.

Общ Систематичен
Име сярна киселина Chem. формула H2SO4 Физични свойства състояние течност Моларна маса 98,082 g/mol Плътност 1,8356 g/cm³ Топлинни свойства Т. стопи се. -10.38°C Т. кип. 279,6°С Т. респ. незапалими °C Специфична топлина на топене 10,73 J/kg Химични свойства pK a −3 Разтворимост във вода смесени Оптични свойства Индекс на пречупване 1,397 Структура Диполен момент 2,72 Класификация Рег. CAS номер 7664-93-9 PubChem Рег. EINECS номер 616-954-1 Рег. EC номер 231-639-5 RTECS WS5600000 Сигурност LD 50 510 mg/kg Токсичност Данните се основават на стандартни условия (25 °C, 100 kPa), освен ако не е отбелязано друго.

Олеумът дими във въздуха

Олеумът е вискозна, мазна, безцветна течност или кристали с ниска топимост, които обаче могат да придобият голямо разнообразие от нюанси поради наличието на примеси. Във въздуха той "пуши", реагира с вода, освобождавайки огромно количество топлина. Концентрацията на серен анхидрид може да варира в много широк диапазон: от единици до десетки проценти. Олеумът има още по-голям водоотстраняващ и окисляващ ефект. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава чрез реакциите:

H 2 S O 4 + S O 3 → H 2 S 2 O 7; (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(2)O_(7)));)

H 2 S O 4 + 2 S O 3 → H 2 S 3 O 10. (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+2SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(3)O_(10))).)

Физични свойства

Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се повишава с увеличаване на концентрацията й и достига максимум при съдържание 98,3% H 2 SO 4 . Когато използвате таблицата по-долу, трябва също да се запознаете с таблиците на GOST 2184-77 (актуален) и GOST 2184-2013 относно масовата част на серен диоксид в олеум като процент.

Свойства на водни разтвори на сярна киселина и олеум

Съдържание % от масата		Плътност при 20 ℃, g/cm³	Точка на топене, ℃	Точка на кипене, ℃
H2SO4	SO 3 (безплатно)
98	-	1,8365	0,1	332,4
100	-	1,8305	10,4	296,2
104,5	20	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

С повишаване на температурата дисоциацията се увеличава:

H 2 S O 4 ⟷ H 2 O + S O 3 − Q . (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)\longleftrightarrow H_(2)O+SO_(3)-(\it (Q)))).)

Уравнението за температурната зависимост на равновесната константа:

Ln ⁡ K p = 14,749 65 − 6,714 64 ln ⁡ 298 T − 8,101 61 ⋅ 10 4 T 2 − 9643 , 04 T − 9,457 7 ⋅ 10 − 3 T + 2,190 62 ⋅ 10 − 6 T 2 . (\displaystyle \ln (\it (K_(p)))=14(,)74965-6(,)71464\ln (298 \над (\it (T)))-8(,)10161\cdot 10 ^(4)(\it ((T^(2))-((\rm (9643(,)04)) \над (\it (T)))-(\rm (9(,)4577\cdot 10^(-3)(\it ((T)+(\rm (2(,)19062\cdot 10^(-6)(\it ((T^(2)).))))))) ))))

При нормално налягане, степента на дисоциация: 10⁻⁵ (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Плътността на 100% сярна киселина може да се определи от уравнението:

D = 1,851 7 − 1 , 1 ⋅ 10 − 3 t + 2 ⋅ 10 − 6 t 2 . (\displaystyle (\it ((d)=(\rm (1(,)8517-1(,)1\cdot 10^(-3)(\it ((t)+(\rm (2\cdot 10) ^(-6)(\it ((t^(2)).))))))))))))

С увеличаване на концентрацията на разтвори на сярна киселина, техният топлинен капацитет намалява и достига минимум за 100% сярна киселина; топлинният капацитет на олеума се увеличава с увеличаване на съдържанието на SO3.

С увеличаване на концентрацията и намаляване на температурата топлопроводимостта λ намалява:

λ = 0,518 + 0,001 6 t − (0 , 25 + t / 1293) ⋅ C / 100 , (\displaystyle (\rm (\lambda =0(,)518+0(,)0016(\it ((t) -(\rm ((0(,)25+(\it ((t)/(\rm ((1293))\cdot (\it ((C)/(\rm (100,)))))) )))))))))

където с- концентрация на сярна киселина, в%.

Олеумът H₂SO₄·SO3 има максимален вискозитет; с повишаване на температурата η намалява. Електрическото съпротивление на сярната киселина е минимално при концентрация от 30 и 92% H 2 SO 4 и максимално при концентрация от 84 и 99,8% H₂SO4. За олеум минималното ρ е при концентрация от 10% SO₃. С повишаване на температурата ρ на сярната киселина се увеличава. Диелектрична константа на 100% сярна киселина 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); криоскопична константа 6,12, ебулиоскопична константа 5,33; коефициентът на дифузия на парите на сярната киселина във въздуха варира в зависимост от температурата; д = 1,67⋅10 −5 T 3/2 cm²/s.

Всеки човек в часовете по химия изучава киселини. Една от тях се нарича сярна киселина и се обозначава като HSO 4. За това какви са свойствата на сярната киселина, нашата статия ще разкаже.

Физични свойства на сярната киселина

Чистата сярна киселина или монохидрат е безцветна маслена течност, която се втвърдява в кристална маса при +10°C. Предназначената за реакции сярна киселина съдържа 95% H 2 SO 4 и има плътност 1,84 g/cm 3 . 1 литър такава киселина тежи 2 кг. Киселината се втвърдява при -20°C. Топлината на топене е 10,5 kJ/mol при температура 10,37°C.

Свойствата на концентрираната сярна киселина са разнообразни. Например, когато тази киселина се разтваря във вода, ще се отдели голямо количество топлина (19 kcal / mol) поради образуването на хидрати. Тези хидрати могат да бъдат изолирани от разтвора при ниски температури в твърда форма.

Сярната киселина е един от най-основните продукти в химическата промишленост. Предназначен е за производство на минерални торове (амониев сулфат, суперфосфат), различни соли и киселини, детергенти и лекарства, изкуствени влакна, багрила, експлозиви. Сярната киселина се използва и в металургията (например при разлагането на уранови руди), за пречистване на нефтопродукти, за изсушаване на газове и др.

Химични свойства на сярната киселина

Химичните свойства на сярната киселина са:

1. Взаимодействие с метали:
   • разредената киселина разтваря само онези метали, които са отляво на водорода в поредица от напрежения, например H 2 +1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
   • окислителните свойства на сярната киселина са големи. При взаимодействие с различни метали (с изключение на Pt, Au), той може да се редуцира до H 2 S -2, S +4 O 2 или S 0, например:
   • 2H 2 +6 SO 4 + 2Ag 0 = S +4 O 2 + Ag 2 +1 SO 4 + 2H 2 O;
   • 5H 2 +6 SO 4 + 8Na 0 \u003d H 2 S -2 + 4Na 2 +1 SO 4 + 4H 2 O;
2. Концентрираната киселина H 2 S +6 O 4 също реагира (при нагряване) с някои неметали, докато се превръща в серни съединения с по-ниска степен на окисление, например:
   • 2H 2 S +6 O 4 + C 0 = 2S + 4 O 2 + C + 4 O 2 + 2H 2 O;
   • 2H 2 S +6 O 4 + S 0 = 3S +4 O 2 + 2H 2 O;
   • 5H 2 S +6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P +5 O 4 + 5S +4 O 2 + 2H 2 O;
3. С основни оксиди:
   • H2SO4 + CuO = CuSO4 + H2O;
4. С хидроксиди:
   • Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
   • 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O;
5. Взаимодействие със соли при обменни реакции:
   • H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;

Образуването на BaSO 4 (бяла утайка, неразтворима в киселини) се използва за определяне на тази киселина и разтворими сулфати.

Монохидратът е йонизиращ разтворител с киселинен характер. Много е добре да се разтварят сулфати на много метали в него, например:

• 2H 2 SO 4 + HNO 3 \u003d NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -;
• HClO 4 + H 2 SO 4 \u003d ClO 4 - + H 3 SO 4 +.

Концентрираната киселина е доста силен окислител, особено при нагряване, например 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

Действайки като окислител, сярната киселина обикновено се редуцира до SO 2 . Но може да се редуцира до S и дори до H 2 S, например H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

Монохидратът почти не може да провежда електричество. Обратно, водните киселинни разтвори са добри проводници. Сярната киселина силно абсорбира влагата, така че се използва за изсушаване на различни газове. Като десикант, сярната киселина действа, докато налягането на водната пара над нейния разтвор е по-малко от налягането в газа, който се изсушава.

Ако разреден разтвор на сярна киселина се вари, водата ще бъде отстранена от него, докато точката на кипене ще се повиши до 337 ° C, например, когато започне да се дестилира сярна киселина с концентрация 98,3%. Обратно, от разтвори, които са по-концентрирани, излишъкът от серен анхидрид се изпарява. Парна кипяща при температура 337 ° C киселина се разлага частично на SO 3 и H 2 O, които при охлаждане отново ще се комбинират. Високата точка на кипене на тази киселина е подходяща за използване при отделяне на летливи киселини от техните соли при нагряване.

Предпазни мерки при работа с киселина

При работа със сярна киселина трябва да се внимава изключително много. Когато тази киселина влезе в контакт с кожата, кожата става бяла, след това кафеникава и се появява зачервяване. Околните тъкани се подуват. Ако тази киселина влезе в контакт с която и да е част от тялото, тя трябва бързо да се измие с вода, а изгореното място да се намаже с разтвор на сода.

Сега знаете, че сярната киселина, чиито свойства са добре проучени, е просто незаменима за различни производства и добив.