Что такое серная кислота
Серная кислота. Свойства, добыча, применение и цена серной кислоты
В городе Ревда с рельсов сошли 15 вагонов с серной кислотой. Груз принадлежал Среднеуральскому медеплавильному заводу.
ЧП произошло на ведомственных железнодорожных путях в 2013-ом году. Кислота разлилась на площади в 1000 квадратных километров.
Это указывает на масштабы потребности промышленников в реагенте. В Средние века, к примеру, в год требовались лишь десятки литров серной кислоты.
В 21-ом же веке мировая выработка вещества в год – десятки миллионов тонн. По объему производства и применения судят о развитии химических отраслей стран. Так что, реагент достоин внимания. Описание начнем со свойств вещества.
Свойства серной кислоты
Внешне 100-процентная серная кислота – маслянистая жидкость. Она бесцветна и тяжела, отличается крайней гигроскопичностью.
Это значит, что вещество поглощает из атмосферы пары воды. При этом, кислота выделяет тепло.
Поэтому, к концентрированной форме вещества воду добавляют малыми дозами. Влей много и быстро, полетят брызги кислоты.
Учитывая ее свойство разъедать материи, в том числе, и живые ткани, ситуация опасна.
Раствор серной кислоты до 40% — неконцентрированный, химически проявляет себя иначе. Воду в него доливать можно достаточно быстро.
Насыщенное же вещество взаимодействует и с неактивными. Исключение – благородные металлы. Почему же концентрат не «трогает» железо, медь?
Причина в их пассивации. Так называют процесс покрытия металлов защитной пленкой оксидов.
Она-то и препятствует растворению поверхностей, правда, лишь в обычных условиях. При нагреве реакция возможна.
Разбавленная серная кислота больше похожа на воду, нежели масло. Концентрат же, отличим не только по тягучести и плотности, но и дыму, исходящему от вещества на воздухе.
К сожалению, в Мертвом озере на Сицилии содержание кислоты меньше 40%. По внешнему виду водоема не скажешь, что он опасен.
Учитывая разъедающую способность водоема, местные преступники взялись сбрасывать в него трупы. Несколько дней, и от органики не остается и следа.
Качество горючего получаемого из обработанной органики низкое. Кислота в реакции является окислителем, хотя, может быть и восстановителем.
В последней роли вещество выступает, к примеру, взаимодействуя с галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева.
Все эти вещества сами не являются сильными восстановителями. Если же кислота встречается с таковыми, выступает лишь в роли окислителя.
Пример: — реакция с сероводородом. А какие реакции дают саму серную кислоту, как ее добывают и производят?
Добыча серной кислоты
В прошлые века реагент добывали не только из железной руды, называемой пиритом, но и из железного купороса, а так же, квасцов.
В принципе, все перечисленные минералы являются серосодержащим сырьем, поэтому, могут применяться для производства серной кислоты и в современности.
Минеральная основа бывает разной, но итог ее обработки один – серный ангидрит с формулой SO2. Образуется при реакции серы с кислородом. Получается, нужно сжечь основу.
В обычных условиях сернистый ангидрид с ним взаимодействует медленно. Поэтому, промышленники окисляют сырье на катализаторах.
Однако, за последний метод «голосуют» лишь 20% промышленников. Основная же масса серной кислоты получается по контактной схеме.
Если подсчитать практику человечества по получению серной кислоты, «накапает» более 1000 лет.
Первые упоминания о реагенте и его добыче содержит труд, датируемый 940-ым годом.
Это записи одного из персидских алхимиков по имени Абубекер аль-Рази. Однако, о кислых газах, получаемых путем прокаливания квасцов, говорил и Джафар аль-Суфи.
Этот арабский алхимик жил еще в 8-ом веке. Однако, судя по записям, в чистом виде серную кислоту не получил.
Применение серной кислоты
Более 40% кислоты идут на производство минеральных удобрений. В ходу суперфосфат, сульфат аммония, аммофос.
Все это комплексные подкормки, на которые делают ставки фермеры и крупные производители.
В удобрения добавляют моногидрат. Это чистая, 100-процентная кислота. Кристаллизуется уже при 10 градусах Цельсия.
На производство всего одной тонны удобрения уходят 600 кило концентрата кислоты.
Около 30% серной кислоты тратятся на очистку углеводородов. Реагент улучшает качество смазочных масел, керосина, парафина.
К ним примыкают минеральные масла и жиры. Их тоже очищают с помощью серного концентрата.
Способность реагента растворять металлы применяется при переработке руд. Их разложение столь же бюджетно, как и сама кислота.
В главе «Свойства» указывалось, что при нагреве серная кислота справляется с оксидными пленками на латуни, меди, железе.
Поэтому, горячий реагент используют для их травления. Так именуют очистку металлических поверхностей. После обработки, сплавы и изделия из них выглядят как новые.
Способность кислоты поглощать воду из атмосферы, делает реагент отличным осушителем.
Если воздействовать на воздух 95-процентным раствором, остаточная влажность составит всего 0,003 миллиграмма паров воды на литр осушаемого газа. Метод применяют в лабораториях и на промышленных производствах.
Стоит отметить роль не только чистого вещества, но и его соединений. Они пригождаются, в основном, в медицине.
Бариевая каша, к примеру, задерживает рентгеновское излучение. Врачи заполняют веществом полые органы, облегчая исследования рентгенологов. Формула бариевой каши: — BaSO4.
Необходим минерал и строителям, использующим его в качестве связующего, скрепляющего материала, а так же, для декоративной отделки.
Цена серной кислоты
Цена на реагент – одна из причин его популярности. Килограмм технической серной кислоты можно приобрести всего за 7 рублей.
Столько за свою продукцию просят, к примеру, менеджеры одного из предприятий Ростова на Дону. Разливают канистрами по 37 кило.
Это стандартный объем тары. Встречаются, так же, канистры в 35 и 36 килограммов.
Купить серную кислоту специализированного плана, к примеру, аккумуляторную, немногим дороже.
За 36-килограммовую канистру просят, как правило, от 2000 рублей. Вот, кстати, еще одна сфера применения реагента.
Не секрет, что разбавленная дистиллированной водой кислота – это электролит. Он нужен не только для обычных батареек, но и машинных аккумуляторов.
Разряжаются они, поскольку серная кислота расходуется, при этом, выделяется более легкая вода. Падает плотность электролита, а значит, и его эффективность.
Серная кислота — Все что необходимо знать
Вещество серная кислота – токсичный и смертельно опасный реагент. Но без него современное человечество обойтись не может. используют при производстве лекарственных препаратов, химической продукции, металлургии, удобрений, нефтепродуктов. Вещество не имеет особого запаха, бесцветно, вязкой консистенции, но имеет привкус меди. Отлично взаимодействует с водой в любых пропорциях. Из-за хорошего взаимодействия с другими веществами и водой имеет неофициальное название «кровь химии».
Где применяется серная кислота
За год во всем мире используют более 200 миллионов тонн вещества. В основном оно уходит на производство удобрений и химической продукции:
Разбавленная серная кислота – 7 типов солей
Серная кислота используется в концентрированном виде и в виде растворов точнее солей. Смеси различных химических веществ:
Еще разбавленная серная кислота используется при производстве аккумуляторов в виде дистиллята. Так же такой вид раствора как Олеум. Он чаще всего необходим для транспортировки, так как не воздействует со сталью в отличие от концентрированной серной кислоты.
История. Кто начал использовать раствор серной кислоты
Всем, кто имеет дачный участок или дом в деревне известен медный купорос. Изучением и производством растворов с содержанием серной кислоты активно начали заниматься в 13 веке. Химики того времени придумали нагревать алюмокалиевые квасцы. В 15 веке химики продвинулись и придумали «купоросное масло». В 16 веке Иоганн Глаубер придумал другой способ добычи вещества. С помощью горения нитрата калия серы в присутствии водных паров, он получил Серную кислоту. Уже в это время Серную кислоту использовали химики, фармацевты и ювелиры.
В дальнейшем в Англии ученый Джон Робак решил удешевить производство и заменил стеклянные резервуары на освинцованные. Этим способом он получал 65% раствор вещества Н2SO4.
Современный метод добычи открыли в 19 веке. Он получил название «Нитрозный». К концу 19 века в Европе выпускали за год 1 миллион тонн серной кислоты.
В России первые фабрики по производству открылись в Москве в 1805 году.
Как производят серную кислоту в наше время
На сегодняшний день используют два метода Контактный и Нитрозный.
Контактный метод используется по всему миру. Его распространённость обусловлена следующими преимуществами:
При Контактном методе используют следующие виды сырья:
Пирит измельчают для ускорения прохождения химической реакции. Далее измельченные пирит смешивают с водой. Это позволяет удалить не нужные примеси, они остаются на поверхности. Далее под воздействием высокой температуры (800 °C) вода испаряется не нужные взвеси сгорают. Далее Добавляют катализатор и уменьшают температуру (420-550 °C) Происходит процесс окисления и диоксид серы превращается в ангидрид серной кислоты. Далее в поглотительной башне ангидрит отделяется и появляется чистая серная кислота. В процессе производства вырабатывается огромное количество тепла, которое используют как вспомогательный источник энергии. При использовании данного метода получения Н2SO4 почти нет отходов.
Нитрозный метод представлен в двух вариантах камерный и башенный. При его использовании получится 75% серная кислота. В составе остается железо оксид азота, и иных примесей. Данный способ вреден для экологии, но до сих пор достаточно часто применяется, так как он проще и дешевле Контактного метода.
Основные производители серной кислоты в России
В России ежегодно производят около 10 миллионов тонн серной кислоты. Заводы представляют собой комплекс различных производств и поэтому в основном самостоятельно перерабатывают почти все полученное вещество. В основном это производители удобрений, но так же выпускают следующие виды серной кислоты:
Основные крупнейшие производители серной кислоты в России:
Не маловажную роль играют поставщики вещества пирит. В России их добывают на двух горно-обогатительных комбинатах Талнахский и Норильский.
Транспортировка вещества серная кислота
Серная кислота вещество повышенной опасности и требует определенных мер при транспортировке. Вещество взрывоопасно и имеет 8 класс опасности в перевозке грузов. В случае ошибки водителя и аварии велика вероятность разлива серной кислоты и нанесения вреда экологии.
Поэтому для перевозки опасных грузов требуются особе правила. Подпирается специальная устойчивая емкость для перевозки. Цистерны или специальные бочки и ёмкости, которые изготовлены из определённых сплавов, на которые не оказывает воздействие кислоты и яды.
Транспорт обязательно должен иметь соответствующую маркировку предупреждающую других водителей об опасном грузе. Водитель проходит специальное обучение и получает свидетельство АДР. Для каждой транспортировки разрабатывается специальный маршрут следования, которые исключает места большого количества людей и крупные производственные объекты. Чтобы избежать экологической катастрофы в случае ДТП и воздействия опасных химических веществ на людей.
В чем опасность серной кислоты для человека
Н2SO4 очень токсичное вещество. Легко растворяется в воде и вступает в контакт с другими химическими веществами. В чистом виде сильно поглощает влагу и может распространиться в газообразной форме, в случае аварии на производстве или при транспортировке. Серная кислота в большой концентрации взрывоопасна.
В случае если на человека попадут капли вещества на кожу либо он вдохнет пары или что еще хуже каким-то образом выпьет даже несколько капель последствия могут очень плачевными. Серная кислота очень агрессивна плюс в её состав входит мышьяк, который усиливает отравление организма человека. Но существует безвредная доза серной кислоты, содержащаяся в воздухе, 0.3мг на 1 кв. метр. При воздействии серной кислоты на человека часто возникает трахеит, бронхит, ларингит. Если кислота попала на кожный покров, то кожа разъедается, и рана очень долго заживает. При этом если не обратиться за профессиональной медицинской помощью место ожога может разрастись и привести к летальному исходу пострадавшего. Какие признаки отравления серной кислотой бывают:
Последний пункт очень опасный симптом. Человек в этом случае очень близок к удушью и летальному исходу.
Варианты первой помощи при отравлении серной кислотой
Если вы находитесь в зоне, где в воздухе скапливается серная кислота, необходимо немедленно выйти на чистый воздух. Далее обратиться к мед. работникам, вызвать скорую помощь. В момент ожидание помощи, можно попробовать облегчить свое состояние после отравления серной кислотой. Если раствор вещества попал внутрь, то нужно сделать промывание желудка большим количеством теплой воды. Если Н2SO4 попало на слизистую, то необходимо сразу промыть ее чистой водой в большом количестве. Дальнейшую помощь и последующее лечение окажут профессиональные сотрудники мед. учреждений. Самолечение невозможно, так как это может привести к ухудшению состояния человека и к летальному исходу.
Ликвидация разлива серной кислоты
В случае аварии на производстве либо в момент транспортировки может произойти возгорание или разлив серной кислоты. Устранение аварии производят в специальных костюмах химической защиты, например, изолирующие костюмы Стрелец. Газоспасатели в костюмах химзащиты эвакуируют пострадавших в безопасную зону. Устраняют течь и с помощью большого количества воды гасят серную кислоту. В дальнейшем собирают жидкость в специальные емкости и утилизируют. Газоспасателям оказывают помощь пожарные, им так же приходится работать в костюмах химзащиты.
Серная кислота
Серная кислота
Строение молекулы и физические свойства
Серная кислота H2SO4 – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.
Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании.
Валентность серы в серной кислоте равна VI.
Способы получения
1. Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS2.
Основные стадии получения серной кислоты :
Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):
| Аппарат | Назначение и уравнения реакций |
| Печь для обжига | 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащенный кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 о С |
| Циклон | Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз. |
| Электрофильтр | Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра). |
| Сушильная башня | Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота. |
| Теплообменник | Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата. |
| Контактный аппарат | 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3): Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню. |
| Поглотительная башня | Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне. Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3. Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. |
Общие научные принципы химического производства:
Химические свойства
1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:
По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:
HSO4 – ⇄ H + + SO4 2–
2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.
Еще пример : при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:
Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:
3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).
Или с силикатом натрия:
Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:
4. Т акже серная кислота вступает в обменные реакции с солями.
5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.
Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:
Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.
При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:
При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:
При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:
6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:
Видеоопыт взаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.
7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.
Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород: