Сумпорна киселина
Сумпорна киселина је хемијско једињење молекулске формуле H2SO4. Спада у класу неорганских киселина. То је безбојна течност, без мириса, и вискозна течност која се меша са водом.[9]
| |||
Називи | |||
---|---|---|---|
IUPAC назив
Сумпорна киселина
| |||
Други називи
Витриолско уље
| |||
Идентификација | |||
3Д модел (Jmol)
|
|||
ChEBI | |||
ChemSpider | |||
ECHA InfoCard | 100.028.763 | ||
EC број | 231-639-5 | ||
Е-бројеви | E513 (регулатор киселости, ...) | ||
Гмелин Референца | 2122 | ||
KEGG[1] | |||
RTECS | WS5600000 | ||
UNII | |||
UN број | 1830 | ||
| |||
| |||
Својства | |||
H 2SO 4 | |||
Моларна маса | 98,079 g/mol | ||
Агрегатно стање | Јасна, безбојна течност | ||
Мирис | безмирисна | ||
Густина | 1,8302 g/cm3, течност[4] | ||
Тачка топљења | 10,31[4] °C (50,56 °F; 283,46 K) | ||
Тачка кључања | 337[4] °C (639 °F; 610 K) Кад је сумпорна киселина изнад 300 °C (572 °F), она се полако разлаже | ||
егзотермно се меша | |||
Напон паре | 0,001 mmHg (20 °C)[5] | ||
Киселост (pKa) | −3, 1,99 | ||
Конјугована база | Водоник сулфат | ||
Вискозност | 26,7 cP (20 °C) | ||
Структура[6] | |||
Кристална решетка/структура | monoclinic | ||
Кристалографска група | C2/c | ||
a = 818.1(2) pm, b = 469.60(10) pm, c = 856.3(2) pm α = 90°, β = 111.39(3)
°, γ = 90° | |||
Formula units (Z)
|
4 | ||
Термохемија | |||
Стандардна моларна
ентропија (S |
157 J·mol−1·K−1[7] | ||
Стандардна енталпија
стварања (ΔfH |
−814 kJ·mol−1[7] | ||
Опасности | |||
Безбедност приликом руковања | Екстерни МСДС | ||
ГХС пиктограми | |||
ГХС сигналне речи | Опасност | ||
H314 | |||
P260, P264, P280, P301+330+331, P303+361+353, P363, P304+340, P305+351+338, P310, P321, P405, P501 | |||
NFPA 704 | |||
Тачка паљења | Није запаљива | ||
15 mg/m3 (IDLH), 1 mg/m3 (TWA), 2 mg/m3 (STEL) | |||
Смртоносна доза или концентрација (LD, LC): | |||
LD50 (средња доза)
|
2140 mg/kg (пацов, орално)[8] | ||
LC50 (средња концетрација)
|
50 mg/m3 (морско прасе, 8 h) 510 mg/m3 (пацов, 2 h) 320 mg/m3 (миш, 2 h) 18 mg/m3 (морско прасе)[8] | ||
LCLo (најнижа објављена)
|
87 mg/m3 (морско прасе, 2,75 h)[8] | ||
Границе изложености здравља у САД (NIOSH): | |||
PEL (дозвољено)
|
TWA 1 mg/m3[5] | ||
REL (препоручено)
|
TWA 1 mg/m3[5] | ||
IDLH (тренутна опасност)
|
15 mg/m3[5] | ||
Сродна једињења | |||
Сродна јаке киселине
|
Селенова киселина Хлороводонична киселина Азотна киселина Хромна киселина | ||
Сродна једињења
|
Сумпораста киселина Пероксимоносумпорна киселина Сумпор триоксид Олеум | ||
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25°C [77°F], 100 kPa). | |||
верификуј (шта је ?) | |||
Референце инфокутије | |||
Чиста сумпорна киселина се не јавља природно због њеног јаког афинитета према воденој пари; она је хигроскопна и лако упија водену пару из ваздуха.[9] Концентрована сумпорна киселина је веома корозивна према другим материјалима, од стена до метала, јер је оксидант са снажним својствима дехидратације. Фосфор пентоксид је значајан изузетак по томе што се не дехидрира сумпорном киселином, већ, напротив, дехидрира сумпорну киселину у сумпор триоксид. Након додавања сумпорне киселине у воду, ослобађа се знатна количина топлоте; стога, обрнути поступак додавања воде у киселину не би требало вршити јер ослобођена топлота може да прокључа раствор, прскајући капљице вруће киселине током процеса. У контакту са телесним ткивом, сумпорна киселина може изазвати тешке хемијске опекотине киселином, па чак и секундарне термалне опекотине услед дехидрације.[10][11] Разблажена сумпорна киселина је знатно мање опасна без оксидативних и дехидрирајућих својстава; међутим, са њом треба поступати пажљиво због његове киселости.
Сумпорна киселина је веома важна робна хемикалија; производња сумпорне киселине дате земље је добар показатељ њене индустријске снаге.[12] Познате су многе методе за њену производњу, укључујући контактни процес, процес влажне сумпорне киселине и процес оловне коморе.[13] Сумпорна киселина је такође кључна супстанца у хемијској индустрији. Најчешће се користи у производњи ђубрива,[14] али је такође важна у преради минерала, преради нафте, преради отпадних вода и хемијској синтези. Она има широк спектар крајњих примена, укључујући кућна средства за чишћење канализационих одвода,[15] као електролит у оловним батеријама, у дехидратацији једињења и у разним средствима за чишћење. Сумпорна киселина се може добити растварањем сумпор триоксида у води.
Добијање
уредиАлхемичари су је припремали у великим количинама загревањем природних сулфата на високе температуре, при чему је настајао сумпор(VI) оксид, који су растварали у води. У 15. веку добијали су је загревањем хидрираног гвожђе(II) сулфата, са песком. Године 1740. киселина се успешно производила у индустријским размерама спаљивањем сумпора са калијум нитратом у кутљачама које су се налазиле у великој стакленој кугли деломично напуњеној водом.
Данас се сумпорна киселина производи контактним поступком, који се може поделити у три фазе, а два процеса производње се користе данас. Оба поступка захтевају кориштење сумпор(IV) оксида, који се добија сагоревањем /пржењем сулфидних јона/ гвожђе(II) сулфида или сумпора у струји ваздуха.
Једна од ових метода је процес у оловним ћелијама, које имају облик торња изграђеног од цигли олова. У тим торњевима реагују сумпор(IV) оксид, водена пара, кисеоник и азотни оксиди те настају капљице сумпорне киселине које се сливају у дно те коморе. Готово сви азотни оксиди се враћа у комору те поновно ступа у реакцију. Сумпорна киселина произведена на овај начин, садржи само 62-70% сумпорне киселине, док остатак чини вода. Отприлике 20% од укупне производње сумпорне киселине се производи овом методом, али се тај поступак све мање користи.
Друга метода је добивање сумпорне киселине, која се користи од 1900-их, а темељи се на каталитичкој оксидацији сумпор(IV) оксида у сумпор(VI) оксид (SO3), уз катализатор ванадијум(V) оксид (V2O5) који делује као преносилац кисеоника. Фино распрострањена платина, је најделотворнији катализатор, али има два недостатка. Прилично је скупа и одређене нечистоће у сумпор(IV) оксиду, смањују њено деловање. Многи произвођачи сумпорне киселине користе два катализатора. Први има већу површину, али је слабијег учинка, као што су гвожђе(III) оксид или ванадијум(V) оксид, који могу покренути реакцију, онда се користи мања количина платине која довршава реакцију. При 400 °C, оксидација сумпор(IV) оксида у сумпор(VI) оксид је готово завршена. Сумпор(VI) оксид се раствара у концентрованој сумпорној киселини. Тај се раствор сумпор(VI) оксида у сумпорној киселини назива олеум или димећа сумпорна киселина. Касније се киселина разреди до концентрације од 96%. Производња сумпорне киселине у САД у раним 70-тим је досегла 29 милиона тона годишње, што одговара дневној производњи од 1/3 kg по особи током године.
Највећи произвођачи су: Кина, САД, Јапан, Русија и државе Европске уније. Ретко се употребљава чиста сумпорна киселина. Најчешће се користи њен 96-98% водени раствор. Као додатак намирницама носи број Е513. Код индустријске сумпорне киселине дозвољен је већи степен нечистоћа; код ње се боја креће од безбојне до жућкасте. У свету је произведено 165 милијуна тона сумпорне киселине, 2001. године.
Сумпор(VI) оксид се апсорбује се у концентрираној сумпорној киселини (w = 98%) јер је реакција чврстог сумпор(VI) оксида с водом експлозивна, а реакција гасовитог спора. Да би се добила концентрована сумпорна киселина (w = 98%) настала пиросумпорна киселина или олеум (H2S2O7) се разређује водом. Олеум се назива још и димећа сумпорна киселина.
Контактни поступак
уредиОвај поступак се користи за индустријско добијање сумпорне киселине. Прво у присуству катализатора (ванадијум-пентоксида) реагују сумпор-диоксид и кисеоник, потом се на добијени сумпор-триоксид додаје концентрована сумпорна киселина да би се добила пушљива сумпорна киселина, на коју се додаје вода да би се растворила и тако добила концентрована сумпорна киселина.
Хемијске особине
уредиСумпорна киселина је нагризајућа, уљаста, безбојна течност, која се меша у свим односима са водом. Она је снажна, неорганска киселина с оксидирајућим и дехидратацијским деловањем. Сумпорна киселина је једна од најјачих неорганских киселина. Веома је корозивна и са њом се мора пажљиво руковати.[16] Сумпорна киселина је по Аренијусу двобазна киселина јер дисоцијацијом даје два јона водоника по молекули.
Када се сумпорна киселина помеша са водом, киселина се увек додаје у воду (никад супротно!), долази до егзотермне реакције (реакција при којој се ослобађа енергија-топлота). Ако се раствор пажљиво не меша, додавањем воде температура може да порасте све до температуре кључања течности и да проузрокује прскање течности. Концентрована киселина уништава кожу и месо и може да узрокује трајну слепоћу ако дође у додир са очима. Ако концентрована сумпорна киселина капне на кожу, најпре је треба упити сувом крпом, а тек онда добро испрати водом. У том тренутку је најбоље испрати киселину из очију са великом количином хладне воде. Упркос опасностима узрокованим непажљивим руковањем, сумпорна киселина је постала комерцијално важна. Сумпорна киселина је јака киселина, која се у воденом раствору потпуно дисоцира на водоникове јоне (H+) и сулфатне јоне (SO42-). Сваки молекул отпушта два јона водоника, H+, из ког разлога је сумпорна киселина дипротонска киселина. Разређени раствори сумпорне киселине показују све карактеристике киселина. Оне имају кисели укус, проводе електричну струју, неутрализирају базе, и нагризају хемијски активне метале при чему настаје водоник (H2). Од сумпорне киселине могу настати две нормалне соли које садрже сулфатне јоне (SO42- -сулфати) и киселе соли које садрже хидрогенсулфатне јоне (HSO4- -хидрогенсулфати).
Реакције
уредиЕнергија солватације сулфатне киселине је веома висока, и разблаживање сулфатне киселине је јако егзотерман процес, те се врши само додатком киселину у воду, никако обратно.
У води сумпорна киселина веома лако дисосује (као и све јаке киселине), производећи велики број водоникових H+јона у раствору.
Сумпорна киселина може да учествује у реакцији неутрализације. У реакцији са базама, базним оксидима или металима добија се метални сулфат (односно со сумпорне киселине и тог метала). Сумпорна киселина може да реагује са металима који су у напонском низу метала изнад водоника, јер ти метали истисну водоник из ње градећи са њом одговарајућу со.
Сумпорна киселина може да истисне слабије киселине из њихових соли, нпр. истиснуће азотасту киселину из натријум-нитрита итд.
Ако се на сумпорну киселину дода још сумпор(III)-оксида, добија се нова киселина– пушљива (димећа) сумпорна киселина, чији су други називи пиросумпорна киселина и олеум.
Сумпорна киселина се често користи као катализатор у неким реакцијама, нпр. у естерификацији, реакцији оксидације алкохола до карбоксилне киселине, сулфоновању арена итд.
Концентрована сумпорна киселина је јако оксидационо средство, а истовремено и јака киселина и јако дехидратационо средство што је чини реагенсом са разноврсном применом.
Физичке особине
уредиСумпорна киселина је безбојна уљаста течност. Код индустријске сумпорне киселине дозвољен је већи степен нечистоћа, и код ње боја иде од безбојне до жућкасте боје. Она је веома поларно једињење, меша се са водом у свим односима и хигроскопна је супстанца.
Облици сумпорне киселине
уредиИако се могу направити скоро 100% раствори сумпорне киселине, накнадни губитак SO
3 на тачки кључања доводи концентрацију до 98,3% киселине. Облик са 98,3%, који је стабилнији при складиштењу, је уобичајени облик онога што се описује као „концентрована сумпорна киселина”. Друге концентрације се користе у различите сврхе. Неке уобичајене концентрације су:[17][18]
Масени удео H 2SO 4 |
Густина (kg/L) |
Концентрација (mol/L) |
Уобичајено име |
---|---|---|---|
<29% | 1,00-1,25 | <4,2 | разблажена сумпорна киселина |
29–32% | 1,25–1,28 | 4,2–5,0 | акумулаторска киселина (користи се у оловно-киселинским батеријама) |
62–70% | 1,52–1,60 | 9,6–11,5 | коморна киселина киселина за ђубриво |
78–80% | 1,70–1,73 | 13,5–14,0 | торањска киселина Гловерова киселина |
93,2% | 1,83 | 17,4 | 66 °Bé („66-степени Бомеа”) киселина |
98,3% | 1,84 | 18,4 | концентрована сумпорна киселина |
„Коморна киселина“ и „торањска киселина“ биле су две концентрације сумпорне киселине произведене поступком у оловној комори, при чему је коморна киселина произведена у самој оловној комори (<70% да би се избегла контаминација нитрозилсумпорном киселином) а торањска киселина је извучена са дна Гловерове куле.[17][18] Ови облици су сада застарели као комерцијалне концентрације сумпорне киселине, иако се по потреби могу припремити у лабораторији од концентроване сумпорне киселине. Конкретно, "10 М" сумпорна киселина (савремени еквивалент коморне киселине, која се користи у многим титрацијама), припрема се полаганим додавањем 98% сумпорне киселине у једнаку запремину воде, уз добро мешање: температура смеше може да порасте до 80 °C (176 °F) или више.[18]
Сумпорна киселина
уредиСумпорна киселина садржи не само H
2SO
4 молекуле, већ је заправо равнотежа многих других хемијских врста, као што је приказано у табели испод.
Врсте | mMol/kg |
---|---|
HSO− 4 |
15,0 |
H 3SO+ 4 |
11,3 |
H 3O+ |
8,0 |
HS 2O− 7 |
4,4 |
H 2S 2O 7 |
3,6 |
H 2O |
0,1 |
Сумпорна киселина је безбојна уљаста течност и има притисак паре од <0,001 mmHg на 25 °C и 1 mmHg на 145,8 °C,[20] и 98% сумпорна киселина има притисак паре од <1 mmHg на 40 °C.[21]
У чврстом стању, сумпорна киселина је молекуларна чврста супстанца која формира моноклинске кристале са скоро тригоналним параметрима решетке. Структура се састоји од слојева паралелних (010) равни, у којима је сваки молекул водоничним везама повезан са два друга.[6] Хидрити H
2SO
4·nH
2O су познати за n = 1, 2, 3, 4, 6,5 и 8, иако је већина интермидијарних хидрата стабилна на диспропорционисање.[22]
Поларитет и проводљивост
уредиАнхидрована H
2SO
4 је веома поларна течност, са диелектричном константом од око 100. Има високу електричну проводљивост, што је последица аутопротолизе, односно самопротонације:[19]
Константа равнотеже за аутопротолизу (25 °C) is:[19]
- [H
3SO
4]+
[HSO
4]−
= 2.7 × 10−4
Одговарајућа константа равнотеже за воду, Kw је 10−14, фактор 1010 (10 милијарди) мањи.
Упркос вискозности киселине, ефективна проводљивост H
3SO+
4 и HSO−
4 јона је висока због интрамолекуларног механизма протонског прекидача (аналогно Гротусовом механизму у води), што чини сумпорну киселину добрим проводником електричне енергије. Такође је одличан растварач за многе реакције.
Примена
уредиСумпорна киселина је најважнији производ базичне хемијске индустрије. Производи се у великим количинама јер има веома широку употребу (године 2001. у свету произведено је 165 милиона тона сумпорне киселине).
Најчешћа примена сумпорне киселине је производња вештачког ђубрива, али има много других примена, као што је добијање хемикалија, рафинисање уља, производња боје, производња детерџената, у текстилној индустрији (користи се за производњу синтетичких влакана), у производњи лекова, за производњу експлозива, у металургији, у акумулаторима итд.
Ретко се употребљава чиста сумпорна киселина. Најчешће се користи њен 96-98% водени раствор.
Налажење
уредиСумпорна киселина се може наћи на планети Венери. Угљен-диоксид који се тамо налази се разлаже се под утицајем ултравиолетних таласа од Сунчеве светлости на угљен-моноксид и насцентни кисеоник, а потом добијени кисеоник реагује са сумпор-диоксидом који се налази у атмосфери Венере и гради се сумпор-триоксид. Затим овај сумпор-триоксид реагује са воденом паром, па се награди сумпорна киселина.
Сумпорна киселина се налази у киселим кишама. Настаје тако што се сумпор-триоксид, који се налази у издувним гасовима аутомобила, аутобуса, авиона итд., једини са водом и тако настаје сумпорна киселина. Зато постоји велика количина сумпорне киселине у близини аеродрома.
Киселе кише су корозивне (јер су оне, између осталог, у ствари разблажена сумпорна киселина), нагризају споменике, уништавају биљни свет итд.
Референце
уреди- ^ Joanne Wixon; Douglas Kell (2000). „Website Review: The Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes — KEGG”. Yeast. 17 (1): 48—55. doi:10.1002/(SICI)1097-0061(200004)17:1<48::AID-YEA2>3.0.CO;2-H.
- ^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003.
- ^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1.
- ^ а б в Haynes, William M. (2014). CRC Handbook of Chemistry and Physics (на језику: енглески) (95 изд.). CRC Press. стр. 4—92. ISBN 9781482208689. Приступљено 18. 11. 2018.
- ^ а б в г NIOSH Џепни водич хемијских хазарда. „#0577”. Nacionalni institut za bezbednost i zdravlje na radu (NIOSH).
- ^ а б Kemnitz, E.; Werner, C.; Trojanov, S. (15. 11. 1996). „Reinvestigation of Crystalline Sulfuric Acid and Oxonium Hydrogensulfate”. Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications. 52 (11): 2665—2668. Bibcode:1996AcCrC..52.2665K. doi:10.1107/S0108270196006749.
- ^ а б Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. стр. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
- ^ а б в „Sulfuric acid”. Immediately Dangerous to Life and Health. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ а б „Sulfuric acid safety data sheet” (PDF). arkema-inc.com. Архивирано из оригинала (PDF) 17. 6. 2012. г. „Clear to turbid oily odorless liquid, colorless to slightly yellow.”
- ^ „Sulfuric acid – uses”. dynamicscience.com.au. Архивирано из оригинала 9. 5. 2013. г.
- ^ „BASF Chemical Emergency Medical Guidelines – Sulfuric acid (H2SO4)” (PDF). BASF Chemical Company. 2012. Архивирано из оригинала (PDF) 2019-06-14. г. Приступљено 18. 12. 2014.
- ^ Chenier, Philip J. (1987). Survey of Industrial Chemistry. New York: John Wiley & Sons. стр. 45–57. ISBN 978-0-471-01077-7.
- ^ Hermann Müller "Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. 2000 . doi:10.1002/14356007.a25_635. Недостаје или је празан параметар
|title=
(помоћ) - ^ „Sulfuric acid”. essentialchemicalindustry.org.
- ^ „Sulphuric acid drain cleaner” (PDF). herchem.com. Архивирано из оригинала (PDF) 29. 10. 2013. г.
- ^ Lide David R., ур. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (87th изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0487-3.
- ^ а б „Sulfuric Acid”. The Columbia Encyclopedia (6th изд.). 2009. Приступљено 16. 3. 2010.
- ^ а б в „Sulphuric acid”. Encyclopædia Britannica. 26 (11th изд.). 1910—1911. стр. 65—69. Please note, no EB1911 wikilink is available to this article
- ^ а б в Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
- ^ „Sulfuric acid” (PDF). Determination of Noncancer Chronic Reference Exposure Levels Batch 2B December 2001. 2001. Архивирано из оригинала (PDF) 22. 5. 2003. г. Приступљено 1. 10. 2012.
- ^ „Sulfuric Acid 98%” (PDF). rhodia.com. 2009. Архивирано из оригинала (PDF) 7. 1. 2011. г. Приступљено 2. 7. 2014.
- ^ Giauque, W. F.; Hornung, E. W.; Kunzler, J. E.; Rubin, T. R. (јануар 1960). „The Thermodynamic Properties of Aqueous Sulfuric Acid Solutions and Hydrates from 15 to 300K. 1”. Journal of the American Chemical Society. 82 (1): 62—70. doi:10.1021/ja01486a014.
Спољашње везе
уреди- Интернационална карта хемијске безбедности 0362
- Sulfuric acid
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- CDC – Sulfuric Acid – NIOSH Workplace Safety and Health Topic
- External Material Safety Data Sheet
- Calculators: surface tensions, and densities, molarities and molalities of aqueous sulfuric acid
- Sulfuric acid analysis – titration freeware
- Process flowsheet of sulfuric acid manufacturing by lead chamber process