กรดซัลฟูริกและคุณสมบัติทางเคมี สูตรทางเคมีโครงสร้างของกรดซัลฟิวริกกับเกลือ

กรดเป็นสารประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนและสารตกค้างที่เป็นกรด เช่น SO4, SO3, PO4 เป็นต้น เป็นสารอนินทรีย์และอินทรีย์ ประการแรก ได้แก่ กรดไฮโดรคลอริก ฟอสฟอริก ซัลไฟด์ ไนตริก และกรดซัลฟิวริก กรดที่สอง ได้แก่ กรดอะซิติก กรดปาลมิติก กรดฟอร์มิก กรดสเตียริก เป็นต้น

กรดซัลฟูริกคืออะไร

กรดนี้ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมและ SO4 ที่เป็นกรด มีสูตรเป็น H2SO4

กรดซัลฟูริกหรือที่เรียกกันว่ากรดซัลเฟตหมายถึงกรดไดบาซิกที่มีออกซิเจนอนินทรีย์ สารนี้ถือเป็นหนึ่งในสารที่มีฤทธิ์รุนแรงและมีฤทธิ์ทางเคมีมากที่สุด ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ กรดนี้สามารถใช้ได้ในรูปแบบเข้มข้นหรือเจือจาง ซึ่งในกรณีนี้จะมีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างกันเล็กน้อย

คุณสมบัติทางกายภาพ

กรดซัลฟูริกภายใต้สภาวะปกติจะเป็นของเหลว จุดเดือดอยู่ที่ประมาณ 279.6 องศาเซลเซียส จุดเยือกแข็งเมื่อกลายเป็นผลึกแข็งจะอยู่ที่ประมาณ -10 องศาต่อหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ และประมาณ -20 องศาต่อ 95 เปอร์เซ็นต์

กรดซัลเฟตบริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์เป็นสารของเหลวไม่มีกลิ่น ไม่มีสี และมีความหนาแน่นของน้ำเกือบสองเท่า - 1840 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร

คุณสมบัติทางเคมีของกรดซัลเฟต

กรดซัลฟูริกทำปฏิกิริยากับโลหะ ออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และเกลือของพวกมัน เมื่อเจือจางด้วยน้ำในสัดส่วนที่ต่างกันก็สามารถมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปได้ ดังนั้นเรามาดูคุณสมบัติของสารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้นและอ่อนแอแยกกันกันดีกว่า

สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

สารละลายที่มีกรดซัลเฟตอย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์ถือว่ามีความเข้มข้น สารละลายกรดซัลฟิวริกดังกล่าวสามารถทำปฏิกิริยาได้แม้กับโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ รวมถึงอโลหะ ไฮดรอกไซด์ ออกไซด์ และเกลือ คุณสมบัติของสารละลายกรดซัลเฟตนั้นคล้ายคลึงกับคุณสมบัติของกรดไนเตรตเข้มข้น

ปฏิสัมพันธ์กับโลหะ

ในระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีของสารละลายเข้มข้นของกรดซัลเฟตกับโลหะที่อยู่ทางด้านขวาของไฮโดรเจนในชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าของโลหะ (นั่นคือไม่ใช่สารที่ออกฤทธิ์มากที่สุด) สารต่อไปนี้จะเกิดขึ้น: ซัลเฟตของโลหะที่ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์ โลหะซึ่งเป็นผลมาจากอันตรกิริยาที่เกิดขึ้นกับสารที่ระบุไว้ ได้แก่ ทองแดง (คิวรัม) ปรอท บิสมัท เงิน (อาร์เจนตัม) แพลทินัม และทองคำ (ออรัม)

ปฏิกิริยากับโลหะที่ไม่ใช้งาน

สำหรับโลหะที่อยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า กรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเล็กน้อย จากปฏิกิริยาทางเคมีนี้ทำให้เกิดสารต่อไปนี้: ซัลเฟตของโลหะบางชนิด, ไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือกำมะถันบริสุทธิ์และน้ำ โลหะที่เกิดปฏิกิริยาคล้ายกัน ได้แก่ เหล็ก (ฟีรัม) แมกนีเซียม แมงกานีส เบริลเลียม ลิเธียม แบเรียม แคลเซียม และอื่นๆ ทั้งหมดที่อยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ยกเว้นอลูมิเนียม โครเมียม นิกเกิล และไทเทเนียม - กรดซัลเฟตเข้มข้นจะไม่ทำปฏิกิริยากับพวกมัน

ปฏิกิริยากับอโลหะ

สารนี้เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง จึงสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์กับอโลหะ เช่น คาร์บอน (คาร์บอน) และซัลเฟอร์ จากปฏิกิริยาดังกล่าว จำเป็นต้องปล่อยน้ำออกมา เมื่อสารนี้ถูกเติมลงในคาร์บอน คาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ก็จะถูกปล่อยออกมาเช่นกัน และถ้าคุณเติมกรดลงในซัลเฟอร์ คุณจะได้เพียงซัลเฟอร์ไดออกไซด์และน้ำเท่านั้น ในปฏิกิริยาเคมีดังกล่าว กรดซัลเฟตมีบทบาทเป็นตัวออกซิไดซ์

ปฏิกิริยากับสารอินทรีย์

ในบรรดาปฏิกิริยาของกรดซัลฟิวริกกับสารอินทรีย์สามารถแยกแยะการไหม้เกรียมได้ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อสารนี้ชนกับกระดาษ น้ำตาล เส้นใย ไม้ ฯลฯ ในกรณีนี้ คาร์บอนจะถูกปล่อยออกมาไม่ว่าในกรณีใด คาร์บอนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยาสามารถทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกได้บางส่วนหากมีปริมาณมากเกินไป ภาพแสดงปฏิกิริยาของน้ำตาลกับสารละลายกรดซัลเฟตที่มีความเข้มข้นปานกลาง

ปฏิกิริยากับเกลือ

นอกจากนี้สารละลายเข้มข้นของ H2SO4 ยังทำปฏิกิริยากับเกลือแห้ง ในกรณีนี้ เกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนมาตรฐาน โดยที่โลหะซัลเฟตที่มีอยู่ในโครงสร้างเกลือและกรดที่มีสารตกค้างอยู่ในเกลือจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามกรดซัลฟิวริกเข้มข้นไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือ

ปฏิกิริยากับสารอื่น

นอกจากนี้สารนี้สามารถทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะและไฮดรอกไซด์ได้ในกรณีเหล่านี้เกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นในช่วงแรกโลหะซัลเฟตและน้ำจะถูกปล่อยออกมาในครั้งที่สอง - เหมือนกัน

คุณสมบัติทางเคมีของสารละลายกรดซัลเฟตที่อ่อนแอ

กรดซัลฟิวริกเจือจางทำปฏิกิริยากับสารหลายชนิดและมีคุณสมบัติเหมือนกับกรดทุกชนิด มันต่างจากโลหะที่มีความเข้มข้นตรงที่ทำปฏิกิริยากับโลหะแอคทีฟเท่านั้น ซึ่งก็คือโลหะที่อยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาการทดแทนจะเกิดขึ้นเช่นเดียวกับในกรณีของกรดใดๆ สิ่งนี้จะปล่อยไฮโดรเจนออกมา นอกจากนี้สารละลายกรดดังกล่าวยังทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนตามที่กล่าวไว้ข้างต้นด้วยออกไซด์ - แบบเดียวกับที่มีความเข้มข้นและกับไฮดรอกไซด์ - ก็เหมือนกัน นอกจากซัลเฟตธรรมดาแล้วยังมีไฮโดรซัลเฟตซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาของไฮดรอกไซด์และกรดซัลฟิวริก

จะทราบได้อย่างไรว่าสารละลายมีกรดซัลฟิวริกหรือซัลเฟต

เพื่อตรวจสอบว่าสารเหล่านี้มีอยู่ในสารละลายหรือไม่นั้นจะใช้ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพพิเศษกับไอออนซัลเฟตซึ่งทำให้สามารถตรวจสอบได้ ประกอบด้วยการเติมแบเรียมหรือสารประกอบลงในสารละลาย ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดตะกอนสีขาว (แบเรียมซัลเฟต) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีซัลเฟตหรือกรดซัลฟิวริก

กรดซัลฟิวริกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

วิธีการผลิตทางอุตสาหกรรมที่พบมากที่สุดของสารนี้คือการสกัดจากเหล็กไพไรต์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสามขั้นตอน แต่ละขั้นตอนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่เฉพาะเจาะจง มาดูพวกเขากันดีกว่า ขั้นแรก ออกซิเจนจะถูกเติมลงในไพไรต์ ทำให้เกิดเฟอร์รัมออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งใช้สำหรับปฏิกิริยาต่อไป ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง ถัดมาเป็นขั้นตอนที่ได้รับซัลเฟอร์ไตรออกไซด์โดยการเติมออกซิเจนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งก็คือวาเนเดียมออกไซด์ ในขั้นตอนสุดท้ายน้ำจะถูกเติมลงในสารที่เกิดขึ้นและได้กรดซัลเฟต นี่เป็นกระบวนการที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการสกัดกรดซัลเฟตทางอุตสาหกรรม ซึ่งใช้บ่อยที่สุดเนื่องจากไพไรต์เป็นวัตถุดิบที่เข้าถึงได้มากที่สุดซึ่งเหมาะสำหรับการสังเคราะห์สารที่อธิบายไว้ในบทความนี้ กรดซัลฟิวริกที่ได้จากกระบวนการนี้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ทั้งในทางเคมีและในหลายๆ ด้าน เช่น ในการกลั่นน้ำมัน การแต่งแร่ เป็นต้น นอกจากนี้ มักใช้ในเทคโนโลยีการผลิตเส้นใยสังเคราะห์หลายชนิด .

สูตรโครงสร้าง

สูตรจริง สูตรเชิงประจักษ์ หรือสูตรรวม: H2SO4

องค์ประกอบทางเคมีของกรดซัลฟูริก

น้ำหนักโมเลกุล: 98.076

กรดซัลฟูริก H 2 SO 4 เป็นกรด dibasic ที่แข็งแกร่งซึ่งสอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันสูงสุดของกำมะถัน (+6) ภายใต้สภาวะปกติ กรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะเป็นของเหลวมันหนัก ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น และมีรสเปรี้ยว "ทองแดง" ในเทคโนโลยีกรดซัลฟิวริกเรียกว่าผสมกับน้ำและซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ SO 3 หากอัตราส่วนโมลาร์ของ SO 3: H 2 O น้อยกว่า 1 แสดงว่าเป็นสารละลายกรดซัลฟิวริกที่เป็นน้ำหากมากกว่า 1 จะเป็นสารละลายของ SO 3 ในกรดซัลฟิวริก (โอเลี่ยม)

ชื่อ

ในศตวรรษที่ 18-19 กำมะถันสำหรับดินปืนผลิตจากซัลเฟอร์ไพไรต์ (ไพไรต์) ในโรงงานกรดกำมะถัน กรดกำมะถันในเวลานั้นถูกเรียกว่า "น้ำมันของกรดกำมะถัน" (ตามกฎแล้วมันเป็นผลึกไฮเดรตซึ่งมีความคงตัวชวนให้นึกถึงน้ำมัน) จึงเป็นที่มาของชื่อของเกลือของมัน (หรือมากกว่านั้นคือผลึกไฮเดรต) - กรดกำมะถัน .

การเตรียมกรดซัลฟิวริก

วิธีการทางอุตสาหกรรม (ติดต่อ)

ในอุตสาหกรรม กรดซัลฟิวริกผลิตโดยปฏิกิริยาออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของซัลเฟอร์หรือซัลเฟอร์ไพไรต์) ไปจนถึงไตรออกไซด์ (ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์) ตามด้วยปฏิกิริยาของ SO 3 กับน้ำ กรดซัลฟิวริกที่ได้จากวิธีนี้เรียกอีกอย่างว่ากรดสัมผัส (ความเข้มข้น 92-94%)

วิธีไนโตรส (ทาวเวอร์)

ก่อนหน้านี้กรดซัลฟูริกถูกผลิตขึ้นโดยวิธีไนตรัสโดยเฉพาะในอาคารพิเศษ และกรดนี้เรียกว่ากรดทาวเวอร์ (ความเข้มข้น 75%) สาระสำคัญของวิธีนี้คือการออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับไนโตรเจนไดออกไซด์เมื่อมีน้ำ

อีกวิธีหนึ่ง

ในกรณีที่พบไม่บ่อยเมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S) แทนที่ซัลเฟต (SO 4 -) จากเกลือ (ที่มีโลหะ Cu, Ag, Pb, Hg) ผลพลอยได้คือกรดซัลฟิวริก ซัลไฟด์ของโลหะเหล่านี้มีความแข็งแรงสูงสุดและมีสีดำที่โดดเด่น

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีกายภาพ

กรดที่แรงมาก ที่ 18 o C pK a (1) = −2.8, pK a (2) = 1.92 (K z 1.2 · 10 -2); ความยาวพันธะในโมเลกุล S=O 0.143 นาโนเมตร, S-OH 0.154 นาโนเมตร, มุม HOSOH 104°, OSO 119°; เดือดก่อตัวเป็นส่วนผสมอะซีโอโทรปิก (98.3% H 2 SO 4 และ 1.7% H 2 O โดยมีจุดเดือด 338.8 o C) กรดซัลฟูริกที่สอดคล้องกับเนื้อหา 100% H 2 SO 4 มีองค์ประกอบ (%): H 2 SO 4 99.5, HSO 4 - - 0.18, H 3 SO 4 + - 0.14, H 3 O + - 0.09, H 2 S 2 O 7, - 0.04, HS 2 O 7 - - 0.05 ผสมกับน้ำและ SO 3 ได้ทุกสัดส่วน ในสารละลายที่เป็นน้ำกรดซัลฟิวริกจะแยกตัวออกเป็น H 3 O +, HSO 3 + และ 2HSO 4 - เกือบทั้งหมด แบบฟอร์มไฮเดรต H 2 SO 4 ·nH 2 O โดยที่ n = 1, 2, 3, 4 และ 6.5

โอเลียม

สารละลายของซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ SO 3 ในกรดซัลฟิวริกเรียกว่าโอเลียม ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบ H 2 SO 4 ·SO 3 และ H 2 SO 4 ·2SO 3 Oleum ยังมีกรดไพโรซัลฟิวริก จุดเดือดของสารละลายในน้ำของกรดซัลฟิวริกจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นและถึงค่าสูงสุดที่เนื้อหา 98.3% H 2 SO 4 จุดเดือดของโอเลียมจะลดลงเมื่อปริมาณ SO3 เพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของสารละลายในน้ำของกรดซัลฟิวริกเพิ่มขึ้น ความดันไอทั้งหมดที่อยู่เหนือสารละลายจะลดลงและถึงค่าต่ำสุดที่เนื้อหา 98.3% H 2 SO 4 เมื่อความเข้มข้นของ SO 3 ในโอเลียมเพิ่มขึ้น ความดันไอทั้งหมดที่อยู่เหนือความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้น ความดันไอเหนือสารละลายน้ำของกรดซัลฟิวริกและโอเลียมสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการ:

บันทึก p=A-B/T+2.126

ค่าสัมประสิทธิ์ A และ B ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก ไอน้ำเหนือสารละลายกรดซัลฟิวริกในน้ำประกอบด้วยส่วนผสมของไอน้ำ H 2 SO 4 และ SO 3 และองค์ประกอบของไอแตกต่างจากองค์ประกอบของของเหลวที่ความเข้มข้นทั้งหมดของกรดซัลฟิวริกยกเว้นส่วนผสมอะซีโอโทรปิกที่สอดคล้องกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การแยกตัวจะเพิ่มขึ้น Oleum H2SO4·SO3 มีความหนืดสูงสุด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น η จะลดลง ความต้านทานไฟฟ้าของกรดซัลฟิวริกมีค่าน้อยที่สุดที่ความเข้มข้น SO 3 และ 92% H 2 SO 4 และสูงสุดที่ความเข้มข้น 84 และ 99.8% H 2 SO 4 สำหรับโอเลียม ค่าขั้นต่ำ ρ อยู่ที่ความเข้มข้น 10% SO 3 เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ρ ของกรดซัลฟิวริกจะเพิ่มขึ้น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของกรดซัลฟิวริก 100% 101 (298.15 K), 122 (281.15 K); ค่าคงที่การแช่แข็ง 6.12, ค่าคงที่ ebullioscopic 5.33; ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของไอกรดซัลฟิวริกในอากาศจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ D = 1.67·10⁻⁵T3/2 ซม.²/วินาที

คุณสมบัติทางเคมี

กรดซัลฟูริกในรูปแบบเข้มข้นเมื่อถูกความร้อนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงพอสมควร ออกซิไดซ์ HI และ HBr บางส่วนให้เป็นฮาโลเจนอิสระ ออกซิไดซ์โลหะหลายชนิด (ข้อยกเว้น: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.) ในกรณีนี้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะลดลงเหลือ SO 2 ในความเย็นของกรดซัลฟิวริกเข้มข้น Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba จะถูกทำให้ขุ่นและไม่เกิดปฏิกิริยา สารรีดิวซ์ที่ทรงพลังที่สุดจะลดกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็น S และ H 2 S กรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะดูดซับไอน้ำ ดังนั้นจึงใช้สำหรับการอบแห้งก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เช่น ในเครื่องดูดความชื้น อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของ H 2 SO 4 จะลดลงบางส่วนด้วยไฮโดรเจน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่สามารถนำมาใช้ทำให้แห้งได้ โดยการแยกน้ำออกจากสารประกอบอินทรีย์และทิ้งคาร์บอนสีดำ (ถ่าน) ไว้ กรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะทำให้เกิดการไหม้ของไม้ น้ำตาล และสารอื่นๆ เจือจาง H 2 SO 4 ทำปฏิกิริยากับโลหะทั้งหมดที่อยู่ในซีรีย์แรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนเมื่อปล่อยออกมา คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของเจือจาง H 2 SO 4 นั้นไม่เคยมีมาก่อน กรดซัลฟิวริกก่อให้เกิดเกลือสองชุด: ปานกลาง - ซัลเฟตและกรด - ไฮโดรซัลเฟตรวมถึงเอสเทอร์ Peroxomonosulfuric (หรือกรด Caro) H 2 SO 5 และกรด peroxodisulfuric H 2 S 2 O 8 เป็นที่รู้จักกัน กรดซัลฟิวริกยังทำปฏิกิริยากับออกไซด์พื้นฐานเพื่อสร้างซัลเฟตและน้ำ ในโรงงานแปรรูปโลหะ จะใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเพื่อขจัดชั้นของโลหะออกไซด์ออกจากพื้นผิวของผลิตภัณฑ์โลหะที่ต้องได้รับความร้อนสูงในระหว่างกระบวนการผลิต ดังนั้นเหล็กออกไซด์จะถูกกำจัดออกจากพื้นผิวของแผ่นเหล็กโดยการกระทำของสารละลายที่ให้ความร้อนของกรดซัลฟิวริก ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อกรดซัลฟิวริกและเกลือที่ละลายน้ำได้คือปฏิกิริยากับเกลือแบเรียมที่ละลายน้ำได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดการตกตะกอนสีขาวของแบเรียมซัลเฟต ซึ่งไม่ละลายในน้ำและกรด เป็นต้น

แอปพลิเคชัน

ใช้กรดซัลฟูริก:

• ในการแปรรูปแร่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสกัดธาตุหายาก เช่น ยูเรเนียม อิริเดียม เซอร์โคเนียม ออสเมียม ฯลฯ
• ในการผลิตปุ๋ยแร่
• เป็นอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ตะกั่ว
• เพื่อให้ได้กรดและเกลือแร่ต่างๆ
• ในการผลิตเส้นใยเคมี สีย้อม การก่อควัน และวัตถุระเบิด
• ในอุตสาหกรรมน้ำมัน โลหะ สิ่งทอ เครื่องหนัง และอุตสาหกรรมอื่นๆ
• ในอุตสาหกรรมอาหาร - จดทะเบียนเป็นวัตถุเจือปนอาหาร E513 (อิมัลซิไฟเออร์)
• ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ทางอุตสาหกรรมในปฏิกิริยา:
• การคายน้ำ (การผลิตไดเอทิลอีเทอร์, เอสเทอร์);
• ความชุ่มชื้น (เอทานอลจากเอทิลีน);
• ซัลโฟเนชัน (ผงซักฟอกสังเคราะห์และสารตัวกลางในการผลิตสีย้อม);
• อัลคิเลชั่น (การผลิตไอโซออกเทน, โพลีเอทิลีนไกลคอล, คาโปรแลคตัม) ฯลฯ
• สำหรับการฟื้นฟูเรซินในตัวกรองในการผลิตน้ำกลั่น

การผลิตกรดซัลฟิวริกทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 160 ล้านตันต่อปี ผู้บริโภคกรดซัลฟิวริกรายใหญ่ที่สุดคือการผลิตปุ๋ยแร่ ปุ๋ยฟอสฟอรัส P 2 O 5 ใช้กรดซัลฟิวริกมากกว่า 2.2-3.4 เท่าและ (NH 4) กรดซัลฟิวริก 2 SO 4 ใช้ 75% ของมวลที่ใช้ (NH 4) 2 SO 4 จึงมักสร้างโรงงานกรดซัลฟูริกร่วมกับโรงงานเพื่อผลิตปุ๋ยแร่

ข้อมูลทางประวัติศาสตร์

กรดซัลฟิวริกเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบอิสระ เช่น ในรูปของทะเลสาบใกล้ภูเขาไฟ บางทีการกล่าวถึงก๊าซกรดครั้งแรกที่เกิดจากการเผาสารส้มหรือเหล็กซัลเฟตของ "หินสีเขียว" อาจพบได้ในงานเขียนของนักเล่นแร่แปรธาตุชาวอาหรับ Jabir ibn Hayyan ในศตวรรษที่ 9 นักเล่นแร่แปรธาตุชาวเปอร์เซีย Ar-Razi ซึ่งเผาส่วนผสมของเหล็กและคอปเปอร์ซัลเฟต (FeSO 4 7H 2 O และ CuSO 4 5H 2 O) ก็ได้รับสารละลายของกรดซัลฟิวริกเช่นกัน วิธีการนี้ได้รับการปรับปรุงโดยนักเล่นแร่แปรธาตุชาวยุโรป อัลเบิร์ต แมกนัส ซึ่งอาศัยอยู่ในศตวรรษที่ 13 แผนการผลิตกรดซัลฟิวริกจากเฟอร์รัสซัลเฟตคือการสลายตัวด้วยความร้อนของเหล็ก (II) ซัลเฟตตามด้วยการระบายความร้อนของส่วนผสม ผลงานของนักเล่นแร่แปรธาตุวาเลนติน (ศตวรรษที่ 13) อธิบายวิธีการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยการดูดซับก๊าซ (ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์) ที่ปล่อยออกมาจากการเผาส่วนผสมของผงกำมะถันและไนเตรตด้วยน้ำ ต่อจากนั้นวิธีการนี้ได้สร้างพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่า วิธี "ห้อง" ดำเนินการในห้องขนาดเล็กที่มีตะกั่วเรียงรายอยู่ ซึ่งไม่ละลายในกรดซัลฟิวริก ในสหภาพโซเวียต วิธีการนี้มีอยู่จนถึงปี 1955 นักเล่นแร่แปรธาตุในศตวรรษที่ 15 ก็รู้วิธีการผลิตกรดซัลฟิวริกจากไพไรต์ - ซัลเฟอร์ไพไรต์ ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ราคาถูกกว่าและพบได้ทั่วไปมากกว่ากำมะถัน กรดซัลฟูริกได้รับการผลิตในลักษณะนี้มาเป็นเวลา 300 ปี โดยใช้ปฏิกิริยาแก้วในปริมาณเล็กน้อย ต่อมา เนื่องจากการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา วิธีการนี้จึงเข้ามาแทนที่วิธีแชมเบอร์สำหรับการสังเคราะห์กรดซัลฟิวริก ปัจจุบันกรดซัลฟิวริกผลิตโดยตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (บน V 2 O 5) ของซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) ไปจนถึงซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) และต่อมาการละลายของซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) ในกรดซัลฟิวริก 70% ให้เกิดเป็นโอเลี่ยม ในรัสเซียการผลิตกรดซัลฟิวริกจัดขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2348 ใกล้กรุงมอสโกในเขต Zvenigorod ในปี 1913 รัสเซียอยู่ในอันดับที่ 13 ของโลกในด้านการผลิตกรดซัลฟิวริก

ข้อมูลเพิ่มเติม

กรดซัลฟิวริกหยดเล็กๆ สามารถก่อตัวขึ้นในชั้นกลางและชั้นบนของบรรยากาศ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของไอน้ำและเถ้าภูเขาไฟที่มีกำมะถันจำนวนมาก การแขวนลอยที่เกิดขึ้นเนื่องจากอัลเบโดของเมฆกรดซัลฟิวริกสูง ทำให้แสงแดดส่องถึงพื้นผิวโลกได้ยาก ดังนั้น (และเป็นผลจากอนุภาคเล็กๆ จำนวนมากของเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศชั้นบน ซึ่งขัดขวางไม่ให้แสงอาทิตย์เข้ามายังโลกด้วย) การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่สำคัญสามารถเกิดขึ้นได้หลังจากการปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่นอันเป็นผลมาจากการระเบิดของภูเขาไฟ Ksudach (คาบสมุทร Kamchatka, 1907) ความเข้มข้นของฝุ่นที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศยังคงอยู่ประมาณ 2 ปีและสังเกตเห็นเมฆกรดซัลฟิวริกที่มีลักษณะ noctilucent แม้กระทั่งในปารีส การระเบิดของภูเขาไฟปินาตูโบในปี พ.ศ. 2534 ซึ่งปล่อยกำมะถัน 3 × 10 7 ตันสู่ชั้นบรรยากาศ ส่งผลให้ปี พ.ศ. 2535 และ พ.ศ. 2536 มีอุณหภูมิเย็นกว่าปี พ.ศ. 2534 และ พ.ศ. 2537 อย่างมีนัยสำคัญ

มาตรฐาน

• กรดซัลฟิวริกทางเทคนิค GOST 2184-77
• กรดซัลฟิวริกแบตเตอรี่ ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค GOST 667-73
• กรดซัลฟิวริกที่มีความบริสุทธิ์เป็นพิเศษ ข้อกำหนดทางเทคนิค GOST 1422-78
• รีเอเจนต์ กรดซัลฟูริก. ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค GOST 4204-77

หัวข้อใหม่: กรดซัลฟูริก –ชม 2 ดังนั้น 4

1. สูตรอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้างของกรดซัลฟิวริก

*S - กำมะถันอยู่ในสถานะตื่นเต้น 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2

สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลกรดซัลฟิวริก:

สูตรโครงสร้างของโมเลกุลของกรดซัลฟิวริก:

1 ชม. - -2 ชม. -2 ชม

1 ชม. - -2 ชม. -2 ชม

2.ใบเสร็จรับเงิน:

กระบวนการทางเคมีสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริกสามารถแสดงได้เป็นแผนภาพต่อไปนี้:

S +O 2 +O 2 +H 2 โอ

เฟส 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4

กรดซัลฟิวริกเตรียมขึ้นในสามขั้นตอน:

ขั้นที่ 1ซัลเฟอร์ เหล็กไพไรต์ หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ถูกใช้เป็นวัตถุดิบ

4 เฟส 2 + 11 โอ 2 = 2เฟ 2 โอ 3 + 8SO 2

2 เวที. ออกซิเดชันของ SO 2 ถึง SO 3 ด้วยออกซิเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา V 2 O 5

2SO 2 +O 2 =2SO 3 +Q

ด่าน 3. ในการเปลี่ยน SO 3 ให้เป็นกรดซัลฟิวริกจึงไม่ใช้น้ำเพราะว่า ความร้อนแรงเกิดขึ้นและสารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

ดังนั้น 3 +H 2 โอ้ H 2 ดังนั้น 4

ผลลัพธ์คือ oleum - วิธีแก้ปัญหาดังนั้น 3 ในกรดซัลฟิวริก

แผนภาพวงจรอุปกรณ์(ดูตำราเรียนหน้า 105)

3.คุณสมบัติทางกายภาพ

a) ของเหลว b) ไม่มีสี c) หนัก (น้ำมันกรดกำมะถัน) d) ไม่ระเหย

d) เมื่อละลายในน้ำจะเกิดความร้อนแรง ( จึงต้องเติมกรดซัลฟิวริกลงไปอย่างแน่นอนน้ำ,กไม่ใช่วิธีอื่น!)

4. คุณสมบัติทางเคมีของกรดซัลฟิวริก

5.การสมัคร: กรดซัลฟิวริกถือเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ผู้บริโภคหลักคือการผลิตปุ๋ยแร่ โลหะวิทยา และการกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม กรดซัลฟิวริกใช้ในการผลิตกรดอื่นๆ ผงซักฟอก วัตถุระเบิด ยา สี และเป็นอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว (ตำราเรียนหน้า 103)

6.เกลือของกรดซัลฟิวริก

กรดซัลฟูริกแยกตัวออกตามขั้นตอน

ฮ 2 SO 4 H + +HSO 4 -

HSO 4 - H + +SO 4 2-

ดังนั้นจึงเกิดเกลือสองประเภท - ซัลเฟตและไฮโดรซัลเฟต

ตัวอย่างเช่น: Na 2 SO 4 - โซเดียมซัลเฟต (เกลือปานกลาง)

Na HSO 4 - โซเดียมไฮโดรเจนซัลเฟต (เกลือของกรด)

แอปพลิเคชั่นที่ยอดเยี่ยมที่สุดคือ:

Na 2 SO 4 * 10H 2 O – เกลือของ Glauber (ใช้ในการผลิตโซดา แก้ว ในการแพทย์และ

สัตวแพทยศาสตร์

СaSO 4 *2H 2 O – ยิปซั่ม

СuSO 4 *5H 2 O – คอปเปอร์ซัลเฟต (ใช้ในการเกษตร)

ประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการ

คุณสมบัติทางเคมีของกรดซัลฟิวริก

อุปกรณ์: หลอดทดลอง.

รีเอเจนต์:กรดซัลฟูริก, เมทิลออเรนจ์, สังกะสี, แมกนีเซียมออกไซด์, โซเดียมไฮดรอกไซด์และฟีนอล์ฟทาลีน, โซเดียมคาร์บอเนต, แบเรียมคลอไรด์

b) กรอกตารางสังเกตการณ์

มีชื่อทางประวัติศาสตร์ว่า oil of vitriol การศึกษากรดเริ่มขึ้นในสมัยโบราณ ได้แก่ แพทย์ชาวกรีก Dioscorides, นักธรรมชาติวิทยาชาวโรมัน Pliny the Elder, นักเล่นแร่แปรธาตุอิสลาม Geber, Razi และ Ibn Sina และคนอื่นๆ บรรยายไว้ในผลงานของพวกเขา ในสุเมเรียนมีรายชื่อกรดกำมะถันซึ่งจำแนกตามสีของสาร ปัจจุบัน คำว่า "กรดกำมะถัน" เป็นการรวมไฮเดรตแบบผลึกของโลหะซัลเฟตชนิดไดวาเลนต์เข้าด้วยกัน

ในศตวรรษที่ 17 Johann Glauber นักเคมีชาวเยอรมัน-ดัตช์ ได้เตรียมกรดซัลฟิวริกโดยการเผากำมะถันด้วย (KNO3) ต่อหน้า ในปี 1736 Joshua Ward (เภสัชกรจากลอนดอน) ได้ใช้วิธีนี้ในการผลิต เวลานี้ถือได้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นเมื่อเริ่มมีการผลิตกรดซัลฟิวริกในปริมาณมาก สูตรของมัน (H2SO4) ตามที่เชื่อกันทั่วไปนั้นก่อตั้งขึ้นโดยนักเคมีชาวสวีเดน Berzelius (1779-1848) ในเวลาต่อมาเล็กน้อย

เบอร์ซีเลียส ใช้สัญลักษณ์ตัวอักษร (ระบุองค์ประกอบทางเคมี) และดัชนีดิจิทัลด้านล่าง (ระบุจำนวนอะตอมของประเภทที่กำหนดในโมเลกุล) กำหนดว่าหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วย 1 อะตอมกำมะถัน (S) 2 อะตอมไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน 4 ตัว อะตอม (O) ตั้งแต่เวลานั้นเป็นต้นมาองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของโมเลกุลกลายเป็นที่รู้จักนั่นคือกรดซัลฟิวริกถูกอธิบายในภาษาเคมี

การแสดงในรูปแบบกราฟิกของการจัดเรียงสัมพัทธ์ของอะตอมในโมเลกุลและพันธะเคมีระหว่างพวกมัน (โดยปกติจะแสดงด้วยเส้น) เป็นการแจ้งว่าในใจกลางของโมเลกุลมีอะตอมกำมะถันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะคู่กับสอง อะตอมออกซิเจน เมื่ออะตอมออกซิเจนอีก 2 อะตอมซึ่งแต่ละอะตอมมีอะตอมไฮโดรเจนติดอยู่ อะตอมกำมะถันเดียวกันจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว

คุณสมบัติ

กรดซัลฟูริกเป็นของเหลวหนืดสีเหลืองเล็กน้อยหรือไม่มีสี ละลายได้ในน้ำทุกความเข้มข้น มันเป็นแร่ธาตุที่แข็งแกร่งและมีความก้าวร้าวต่อโลหะสูง (ความเข้มข้นไม่ทำปฏิกิริยากับเหล็กโดยไม่ให้ความร้อน แต่ทำให้โลหะแข็งตัวได้) หิน เนื้อเยื่อของสัตว์ หรือวัสดุอื่น ๆ โดดเด่นด้วยความสามารถในการดูดความชื้นสูงและคุณสมบัติเด่นชัดของสารออกซิไดซ์ที่แรง ที่อุณหภูมิ 10.4 °C กรดจะแข็งตัว เมื่อถูกความร้อนถึง 300 °C กรดเกือบ 99% จะสูญเสียซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ (SO3)

คุณสมบัติจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายที่เป็นน้ำ มีชื่อสามัญสำหรับสารละลายกรด กรดมากถึง 10% ถือว่าเจือจาง แบตเตอรี่ - จาก 29 ถึง 32% เมื่อความเข้มข้นน้อยกว่า 75% (ตามที่กำหนดใน GOST 2184) เรียกว่าหอคอย ถ้าความเข้มข้นเป็น 98% ก็จะมีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นอยู่แล้ว สูตร (เคมีหรือโครงสร้าง) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทุกกรณี

เมื่อซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์เข้มข้นละลายในกรดซัลฟิวริกจะเกิดกรดโอเลี่ยมหรือกรดซัลฟิวริกที่เป็นควัน สามารถเขียนสูตรได้ดังนี้: H2S2O7 กรดบริสุทธิ์ (H2S2O7) เป็นของแข็งที่มีจุดหลอมเหลว 36 °C ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของกรดซัลฟิวริกมีลักษณะเฉพาะคือการปล่อยความร้อนในปริมาณมาก

กรดเจือจางทำปฏิกิริยากับโลหะ โดยทำปฏิกิริยาโดยแสดงคุณสมบัติของสารออกซิไดซ์ที่แรง ในกรณีนี้กรดซัลฟิวริกจะลดลง สูตรของสารที่เกิดขึ้นซึ่งมีอะตอมของซัลเฟอร์ลดลง (ถึง +4, 0 หรือ -2) อาจเป็นได้: SO2, S หรือ H2S

ทำปฏิกิริยากับอโลหะ เช่น คาร์บอนหรือซัลเฟอร์:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

ทำปฏิกิริยากับโซเดียมคลอไรด์:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

มีลักษณะพิเศษคือปฏิกิริยาของการแทนที่อิเล็กโทรฟิลิกของอะตอมไฮโดรเจนที่ติดอยู่กับวงแหวนเบนซีนของสารประกอบอะโรมาติกโดยหมู่ -SO3H

ใบเสร็จ

ในปีพ.ศ. 2374 ได้รับการจดสิทธิบัตรวิธีการสัมผัสเพื่อผลิต H2SO4 ซึ่งปัจจุบันเป็นวิธีหลัก ปัจจุบันกรดซัลฟิวริกส่วนใหญ่ผลิตได้ด้วยวิธีนี้ วัตถุดิบที่ใช้คือแร่ซัลไฟด์ (โดยปกติคือเหล็กไพไรต์ FeS2) ซึ่งถูกเผาในเตาเผาแบบพิเศษซึ่งผลิตก๊าซย่าง เนื่องจากอุณหภูมิของแก๊สอยู่ที่ 900 °C จึงถูกทำให้เย็นลงด้วยกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้น 70% จากนั้นก๊าซจะถูกทำความสะอาดจากฝุ่นในไซโคลนและเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิต ในอาคารล้างด้วยกรดที่มีความเข้มข้น 40 และ 10% ของสารเร่งปฏิกิริยา (As2O5 และฟลูออรีน) และในเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิตแบบเปียกจากละอองลอยของกรด จากนั้น ก๊าซย่างที่มีซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 9% (SO2) จะถูกทำให้แห้งและป้อนเข้าไปในอุปกรณ์สัมผัส หลังจากผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาวานาเดียม 3 ชั้น SO2 จะถูกออกซิไดซ์เป็น SO3 กรดซัลฟิวริกเข้มข้นใช้ในการละลายซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ที่เกิดขึ้น สูตรสำหรับสารละลายซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ (SO3) ในกรดซัลฟิวริกปราศจากน้ำคือ H2S2O7 ในรูปแบบนี้ oleum จะถูกขนส่งในถังเหล็กไปยังผู้บริโภคโดยจะเจือจางตามความเข้มข้นที่ต้องการ

แอปพลิเคชัน

เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน H2SO4 จึงมีการใช้งานที่หลากหลาย ในการผลิตกรดเองในฐานะอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดต่างๆ มันยังเป็นตัวทำปฏิกิริยาที่สำคัญในอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิต: แอลกอฮอล์ พลาสติก สีย้อม ยาง อีเทอร์ กาว สบู่และผงซักฟอก ผลิตภัณฑ์ยา เยื่อกระดาษและกระดาษ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม