يعد حمض الكبريتيك (H2SO4) من أخطر الأحماض الكاوية والكواشف الخطرة، معروف للإنسانوخاصة في شكل مركز. حمض الكبريتيك النقي كيميائيا هو سائل ثقيل سام ذو قوام زيتي، عديم الرائحة وعديم اللون. يتم الحصول عليه عن طريق أكسدة ثاني أكسيد الكبريت (SO2).

عند درجة حرارة +10.5 درجة مئوية، يتحول حمض الكبريتيك إلى كتلة بلورية زجاجية متجمدة، بشراهة، مثل الإسفنج، تمتص الرطوبة من بيئة. في الصناعة والكيمياء، يعد حمض الكبريتيك أحد العناصر الرئيسية مركبات كيميائيةوتحتل مكانة رائدة من حيث حجم الإنتاج بالطن. ولهذا السبب يُطلق على حمض الكبريتيك اسم "دم الكيمياء". بمساعدة حمض الكبريتيك، يتم الحصول على الأسمدة والأدوية والأحماض الأخرى وكميات كبيرة من الأسمدة وأكثر من ذلك بكثير.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية لحمض الكبريتيك

1. حمض الكبريتيك في صورته النقية (الصيغة H2SO4)، بتركيز 100%، هو سائل سميك عديم اللون. أكثر خاصية مهمةيعتبر H2SO4 شديد الرطوبة - وهذه هي القدرة على إزالة الماء من الهواء. ويرافق هذه العملية إطلاق واسع النطاق للحرارة.
2. H2SO4 حمض قوي.
3. يُطلق على حمض الكبريتيك اسم مونوهيدرات - فهو يحتوي على 1 مول من H2O (ماء) لكل 1 مول من SO3. بسبب خصائصه الاسترطابية المثيرة للإعجاب، يتم استخدامه لاستخراج الرطوبة من الغازات.
4. نقطة الغليان – 330 درجة مئوية. في هذه الحالة، يتحلل الحمض إلى SO3 وماء. الكثافة – 1.84. نقطة الانصهار – 10.3 درجة مئوية/.
5. حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي. لبدء تفاعل الأكسدة والاختزال، يجب تسخين الحمض. نتيجة التفاعل هي SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. اعتمادًا على التركيز، يتفاعل حمض الكبريتيك مع المعادن بشكل مختلف. في الحالة المخففة، يكون حمض الكبريتيك قادرًا على أكسدة جميع المعادن الموجودة في سلسلة الجهد قبل الهيدروجين. الاستثناء هو الأكثر مقاومة للأكسدة. يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع الأملاح والقواعد والأكاسيد الأمفوتيرية والقاعدية. حمض الكبريتيك المركز قادر على أكسدة جميع المعادن في سلسلة الجهد، بما في ذلك الفضة.
7. يشكل حمض الكبريتيك نوعين من الأملاح: حمضية (وهي هيدروكبريتات) ومتوسطة (كبريتات)
8. يتفاعل H2SO4 بشكل نشط مع المواد العضوية وغير المعدنية، ويمكنه تحويل بعضها إلى فحم.
9. يذوب أنهيدريت الكبريتيك جيدًا في H2SO4، وفي هذه الحالة يتكون الزيت - محلول SO3 في حامض الكبريتيك. ظاهريًا، يبدو الأمر كما يلي: تدخين حمض الكبريتيك، وإطلاق أنهيدريت الكبريتيك.
10. حمض الكبريتيك في المحاليل المائية هو حمض ديباسيك قوي، وعندما يضاف إلى الماء، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. عند تحضير المحاليل المخففة لـ H2SO4 من المحاليل المركزة، من الضروري إضافة حمض أثقل إلى الماء في تيار صغير، وليس العكس. يتم ذلك لمنع الماء من الغليان وتناثر الحمض.

أحماض الكبريتيك المركزة والمخففة

تشمل المحاليل المركزة لحمض الكبريتيك محاليل بنسبة 40٪ يمكنها إذابة الفضة أو البلاديوم.

يتضمن حمض الكبريتيك المخفف محاليل تركيزها أقل من 40%. هذه ليست مثل هذه المحاليل النشطة، لكنها قادرة على التفاعل مع النحاس والنحاس.

تحضير حمض الكبريتيك

بدأ إنتاج حامض الكبريتيك على نطاق صناعي في القرن الخامس عشر، ولكن في ذلك الوقت كان يطلق عليه اسم "زيت الزاج". إذا استهلكت البشرية السابقة بضع عشرات فقط من اللترات من حمض الكبريتيك، فإن الحساب في العالم الحديث يصل إلى ملايين الأطنان سنويًا.

يتم إنتاج حامض الكبريتيك صناعيا، وهي ثلاثة:

1. طريقة الاتصال.
2. طريقة النتروز
3. أساليب أخرى

دعونا نتحدث بالتفصيل عن كل واحد منهم.

طريقة الإنتاج الاتصال

تعتبر طريقة إنتاج الاتصال هي الأكثر شيوعًا، وتقوم بالمهام التالية:

• والنتيجة هي منتج يلبي احتياجات أكبر عدد ممكن من المستهلكين.
• أثناء الإنتاج، يتم تقليل الضرر البيئي.

في طريقة الاتصال، يتم استخدام المواد التالية كمواد خام:

• البيريت (بيريت الكبريت) ؛
• الكبريت.
• أكسيد الفاناديوم (هذه المادة تعمل كمحفز)؛
• كبريتيد الهيدروجين؛
• كبريتيدات المعادن المختلفة.

قبل البدء في عملية الإنتاج، يتم تحضير المواد الخام مسبقًا. بادئ ذي بدء، في محطات التكسير الخاصة، يتم سحق البيريت، مما يسمح، عن طريق زيادة منطقة التلامس للمواد الفعالة، بتسريع التفاعل. يخضع البيريت للتنقية: حيث يتم إنزاله في أوعية كبيرة من الماء، حيث تطفو النفايات الصخرية وجميع أنواع الشوائب على السطح. في نهاية العملية يتم إزالتها.

ينقسم جزء الإنتاج إلى عدة مراحل:

1. بعد سحقه، يتم تنظيف البيريت وإرساله إلى الفرن، حيث يتم تسخينه عند درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية. وفقا لمبدأ التدفق المعاكس، يتم توفير الهواء إلى الغرفة من الأسفل، وهذا يضمن أن البيريت في حالة معلقة. اليوم، تستغرق هذه العملية بضع ثوانٍ، لكن في السابق كان إطلاقها يستغرق عدة ساعات. أثناء عملية التحميص تظهر النفايات على شكل أكسيد الحديد، الذي يتم إزالته ونقله بعد ذلك إلى الصناعة المعدنية. أثناء عملية الحرق، يتم إطلاق بخار الماء وغازات O2 وSO2. عند الانتهاء من التنقية من بخار الماء والشوائب الصغيرة، يتم الحصول على أكسيد الكبريت النقي والأكسجين.
2. في المرحلة الثانية، يحدث تفاعل طارد للحرارة تحت الضغط باستخدام محفز الفاناديوم. يبدأ التفاعل عندما تصل درجة الحرارة إلى 420 درجة مئوية، ولكن يمكن زيادتها إلى 550 درجة مئوية لزيادة الكفاءة. أثناء التفاعل، تحدث الأكسدة الحفزية ويتحول ثاني أكسيد الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت.
3. جوهر المرحلة الثالثة من الإنتاج هو كما يلي: امتصاص SO3 في برج الامتصاص، حيث يتكون أوليوم H2SO4. في هذا النموذج، يتم سكب H2SO4 في حاويات خاصة (لا يتفاعل مع الفولاذ) ويكون جاهزًا لتلبية احتياجات المستهلك النهائي.

أثناء الإنتاج، كما قلنا أعلاه، يتم توليد الكثير من الطاقة الحرارية، والتي تستخدم لأغراض التدفئة. تقوم العديد من مصانع حمض الكبريتيك بتركيب توربينات بخارية، والتي تستخدم البخار المنطلق لتوليد كهرباء إضافية.

طريقة إنتاج حمض الكبريتيك

على الرغم من مزايا طريقة الإنتاج بالتلامس، والتي تنتج حمض الكبريتيك والزيت أكثر تركيزًا ونقاءً، إلا أنه يتم إنتاج الكثير من H2SO4 بطريقة النيتروز. وعلى وجه الخصوص، في مصانع السوبر فوسفات.

لإنتاج H2SO4، فإن المادة الأولية، سواء بطريقتي التلامس أو النتروز، هي ثاني أكسيد الكبريت. ويتم الحصول عليه خصيصًا لهذه الأغراض عن طريق حرق الكبريت أو تحميص معادن الكبريت.

تتضمن معالجة ثاني أكسيد الكبريت إلى حامض الكبريتيك أكسدة ثاني أكسيد الكبريت وإضافة الماء. تبدو الصيغة كما يلي:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

لكن ثاني أكسيد الكبريت لا يتفاعل مباشرة مع الأكسجين، لذلك، باستخدام طريقة النيتروز، يتم أكسدة ثاني أكسيد الكبريت باستخدام أكاسيد النيتروجين. يتم تقليل أكاسيد النيتروجين الأعلى (نحن نتحدث عن ثاني أكسيد النيتروجين NO2 وثالث أكسيد النيتروجين NO3) خلال هذه العملية إلى أكسيد النيتروجين NO، والذي يتأكسد لاحقًا مرة أخرى بواسطة الأكسجين إلى أكاسيد أعلى.

يتم إضفاء الطابع الرسمي على إنتاج حامض الكبريتيك بطريقة النيتروز من الناحية الفنية بطريقتين:

• غرفة.
• برج.

طريقة النيتروز لها عدد من المزايا والعيوب.

عيوب الطريقة النيتروزية:

• والنتيجة هي 75٪ حمض الكبريتيك.
• جودة المنتج منخفضة.
• عودة غير كاملة لأكاسيد النيتروجين (إضافة HNO3). انبعاثاتها ضارة.
• يحتوي الحمض على الحديد وأكاسيد النيتروجين والشوائب الأخرى.

مزايا الطريقة النيتروزية:

• تكلفة العملية أقل.
• إمكانية إعادة تدوير ثاني أكسيد الكبريت بنسبة 100%.
• بساطة تصميم الأجهزة.

مصانع حمض الكبريتيك الروسية الرئيسية

يقع الإنتاج السنوي لـ H2SO4 في بلدنا في نطاق مكون من ستة أرقام - حوالي 10 ملايين طن. الشركات الرائدة في إنتاج حامض الكبريتيك في روسيا هي الشركات التي تعد أيضًا المستهلكين الرئيسيين لها. نحن نتحدث عن الشركات التي مجال نشاطها هو إنتاج الأسمدة المعدنية. على سبيل المثال، "أسمدة بالاكوفو المعدنية"، "أموفوس".

في شبه جزيرة القرم، في أرميانسك، تعمل أكبر منتج لثاني أكسيد التيتانيوم في أوروبا الشرقية، القرم تيتان. وبالإضافة إلى ذلك، ينتج المصنع حامض الكبريتيك والأسمدة المعدنية وكبريتات الحديد وغيرها.

حمض الكبريتيك أنواع مختلفةتنتجها العديد من المصانع. على سبيل المثال، يتم إنتاج حمض الكبريتيك من البطاريات بواسطة: Karabashmed، FKP Biysk Oleum Plant، Svyatogor، Slavia، Severkhimprom، إلخ.

يتم إنتاج الزيت بواسطة شركة UCC Shchekinoazot، ومصنع FKP Biysk Oleum، وشركة Ural Mining and Metallurgical، وشركة Kirishinefteorgsintez PA، وغيرها.

يتم إنتاج حمض الكبريتيك ذو النقاء الخاص بواسطة OHC Shchekinoazot، Component-Reaktiv.

يمكن شراء حمض الكبريتيك المستهلك من مصانع ZSS وHaloPolymer Kirovo-Chepetsk.

الشركات المصنعة لحمض الكبريتيك التقني هي Promsintez و Khiprom و Svyatogor و Apatit و Karabashmed و Slavia و Lukoil-Permnefteorgsintez و Chelyabinsk Zinc Plant و Electrozinc وغيرها.

نظرًا لحقيقة أن البيريت هو المادة الخام الرئيسية في إنتاج H2SO4، وهذا هدر لمؤسسات التخصيب، فإن مورديها هم مصانع التخصيب نوريلسك وتالناخ.

تحتل الولايات المتحدة الأمريكية والصين المركزين الرائدين عالميًا في إنتاج H2SO4، حيث يبلغ إنتاجهما 30 مليون طن و60 مليون طن على التوالي.

نطاق تطبيق حمض الكبريتيك

يستهلك العالم حوالي 200 مليون طن من H2SO4 سنويًا، والتي يتم إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات منها. يحمل حمض الكبريتيك بحق راحة اليد بين الأحماض الأخرى من حيث حجم الاستخدام للأغراض الصناعية.

كما تعلمون، يعد حمض الكبريتيك أحد أهم المنتجات الصناعة الكيميائيةوبالتالي فإن نطاق حمض الكبريتيك واسع جدًا. المجالات الرئيسية لاستخدام H2SO4 هي كما يلي:

• ويستخدم حامض الكبريتيك بكميات هائلة في إنتاج الأسمدة المعدنية، ويستهلك هذا حوالي 40% من الحمولة الإجمالية. ولهذا السبب يتم بناء المصانع التي تنتج H2SO4 بجوار المصانع التي تنتج الأسمدة. هذه هي كبريتات الأمونيوم والسوبر فوسفات وما إلى ذلك. أثناء إنتاجها، يتم أخذ حمض الكبريتيك في شكله النقي (تركيز 100٪). لإنتاج طن من الأموفوس أو السوبر فوسفات سوف تحتاج إلى 600 لتر من H2SO4. وتستخدم هذه الأسمدة في معظم الحالات في الزراعة.
• يستخدم H2SO4 لإنتاج المتفجرات.
• تنقية المنتجات البترولية. للحصول على الكيروسين والبنزين والزيوت المعدنية، يلزم تنقية الهيدروكربونات، وذلك باستخدام حامض الكبريتيك. وفي عملية تكرير النفط لتنقية الهيدروكربونات، فإن هذه الصناعة "تستهلك" ما يصل إلى 30% من الحمولة العالمية من H2SO4. بالإضافة إلى ذلك، يتم زيادة رقم الأوكتان للوقود باستخدام حامض الكبريتيك ويتم معالجة الآبار أثناء إنتاج النفط.
• في الصناعة المعدنية. يستخدم حمض الكبريتيك في علم المعادن لإزالة الحجم والصدأ من الأسلاك والصفائح المعدنية، وكذلك لاستعادة الألومنيوم في إنتاج المعادن غير الحديدية. قبل طلاء الأسطح المعدنية بالنحاس أو الكروم أو النيكل، يتم حفر السطح بحمض الكبريتيك.
• في إنتاج الأدوية.
• في إنتاج الدهانات.
• في الصناعة الكيميائية. يستخدم H2SO4 في إنتاج المنظفات والإيثيلين والمبيدات الحشرية وغيرها، وبدونه تكون هذه العمليات مستحيلة.
• للحصول على الأحماض الأخرى المعروفة، العضوية و المركبات غير العضوية، تستخدم للأغراض الصناعية.

أملاح حامض الكبريتيك واستخداماتها

أهم أملاح حامض الكبريتيك:

• ملح جلوبر Na2SO4 · 10H2O (كبريتات الصوديوم البلورية). نطاق تطبيقه واسع جدًا: إنتاج الزجاج والصودا في الطب البيطري والطب.
• تستخدم كبريتات الباريوم BaSO4 في إنتاج المطاط والورق والطلاء المعدني الأبيض. بالإضافة إلى ذلك، لا غنى عنه في الطب للتنظير الفلوري للمعدة. يتم استخدامه لصنع "عصيدة الباريوم" لهذا الإجراء.
• كبريتات الكالسيوم CaSO4. في الطبيعة، يمكن العثور عليها في شكل الجبس CaSO4 · 2H2O والأنهيدريت CaSO4. ويستخدم الجبس CaSO4 · 2H2O وكبريتات الكالسيوم في الطب والبناء. عندما يتم تسخين الجبس إلى درجة حرارة 150 - 170 درجة مئوية، يحدث الجفاف الجزئي، مما يؤدي إلى احتراق الجبس، المعروف لدينا بالمرمر. عن طريق خلط المرمر مع الماء للحصول على قوام العجين، تتصلب الكتلة بسرعة وتتحول إلى نوع من الحجر. يتم استخدام خاصية المرمر هذه بنشاط في أعمال البناء: فهي مصنوعة من القوالب وقوالب الصب. في أعمال التجصيص، لا غنى عن المرمر كمادة ملزمة. يتم إعطاء المرضى في أقسام الصدمات ضمادات تثبيت خاصة - وهي مصنوعة على أساس المرمر.
• يتم استخدام كبريتات الحديد FeSO4 · 7H2O لتحضير الحبر وتشريب الأخشاب، وكذلك في الأنشطة الزراعية لقتل الآفات.
• الشبة KCr(SO4)2 · 12H2O، KAl(SO4)2 · 12H2O وغيرها تستخدم في إنتاج الدهانات وصناعة الجلود (دباغة الجلود).
• يعرف الكثير منكم كبريتات النحاس CuSO4 · 5H2O بشكل مباشر. يعد هذا مساعدًا نشطًا في الزراعة في مكافحة الأمراض والآفات النباتية - حيث تتم معالجة الحبوب بمحلول مائي من CuSO4 · 5H2O ويتم رشها على النباتات. كما يستخدم في تحضير بعض الدهانات المعدنية. وفي الحياة اليومية يتم استخدامه لإزالة العفن من الجدران.
• كبريتات الألومنيوم – تستخدم في صناعة اللب والورق.

يستخدم حمض الكبريتيك في شكل مخفف كإلكتروليت في بطاريات الرصاص. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه لإنتاج المنظفات والأسمدة. ولكن في معظم الحالات يأتي على شكل زيت - وهو محلول SO3 في H2SO4 (يمكنك أيضًا العثور على صيغ أخرى للزيت).

حقيقة مذهلة! الزيت أكثر نشاطًا كيميائيًا من حمض الكبريتيك المركز، لكنه رغم ذلك لا يتفاعل مع الفولاذ! ولهذا السبب يكون نقله أسهل من نقل حامض الكبريتيك نفسه.

نطاق استخدام "ملكة الأحماض" واسع النطاق حقًا، ومن الصعب التحدث عن جميع طرق استخدامه في الصناعة. كما أنه يستخدم كمستحلب في صناعة المواد الغذائية، وتنقية المياه، وفي تصنيع المتفجرات والعديد من الأغراض الأخرى.

تاريخ حمض الكبريتيك

من منا لم يسمع ولو مرة واحدة عن كبريتات النحاس؟ لذلك تمت دراستها في العصور القديمة، وفي بعض أعمال بداية العصر الجديد، ناقش العلماء أصل الزاج وخصائصه. تمت دراسة الزاج من قبل الطبيب اليوناني ديوسقوريدس ومستكشف الطبيعة الروماني بليني الأكبر، وكتبوا في أعمالهم عن التجارب التي قاموا بها. ولأغراض طبية، استخدم الطبيب القديم ابن سينا ​​مواد لاذعة مختلفة. تمت مناقشة كيفية استخدام الزاج في علم المعادن في أعمال الكيميائيين اليونان القديمةزوسيما من بانوبوليس.

الطريقة الأولى للحصول على حامض الكبريتيك هي عملية تسخين شب البوتاسيوم، وتوجد معلومات حول ذلك في الأدبيات الكيميائية في القرن الثالث عشر. في ذلك الوقت، لم يكن تكوين الشبة وجوهر العملية معروفًا للكيميائيين، ولكن بالفعل في القرن الخامس عشر، بدأت دراسة التركيب الكيميائي لحمض الكبريتيك عمدًا. كانت العملية على النحو التالي: قام الكيميائيون بمعالجة خليط من كبريتيد الكبريت والأنتيمون (III) Sb2S3 عن طريق التسخين بحمض النيتريك.

في العصور الوسطى في أوروبا، كان حمض الكبريتيك يسمى "زيت الزاج"، ولكن بعد ذلك تغير الاسم إلى حمض الزاج.

وفي القرن السابع عشر، حصل يوهان جلوبر على حامض الكبريتيك نتيجة حرق نترات البوتاسيوم والكبريت الأصلي في وجود بخار الماء. ونتيجة لأكسدة الكبريت بالملح الصخري يتم الحصول على أكسيد الكبريت الذي يتفاعل مع بخار الماء وينتج عنه سائل ذو قوام زيتي. كان هذا زيت الزاج، ولا يزال هذا الاسم لحمض الكبريتيك موجودًا حتى اليوم.

في الثلاثينيات من القرن الثامن عشر، استخدم الصيدلي من لندن، وارد جوشوا، هذا التفاعل للإنتاج الصناعي لحمض الكبريتيك، لكن في العصور الوسطى كان استهلاكه يقتصر على عدة عشرات من الكيلوغرامات. كان نطاق الاستخدام ضيقًا: للتجارب الكيميائية وتنقية المعادن الثمينة وفي الصيدلة. تم استخدام حامض الكبريتيك المركز بكميات صغيرة في إنتاج أعواد الثقاب الخاصة التي تحتوي على ملح البرثوليت.

ظهر حمض الزاج في روس فقط في القرن السابع عشر.

في برمنغهام، إنجلترا، قام جون روبوك بتعديل الطريقة المذكورة أعلاه لإنتاج حامض الكبريتيك في عام 1746 وبدأ الإنتاج. في الوقت نفسه، استخدم غرف الرصاص الكبيرة المتينة، والتي كانت أرخص من الحاويات الزجاجية.

احتفظت هذه الطريقة بمكانتها في الصناعة لما يقرب من 200 عام، وتم الحصول على 65% من حمض الكبريتيك في الغرف.

بعد فترة من الوقت، قام جلوفر الإنجليزي والكيميائي الفرنسي جاي لوساك بتحسين العملية نفسها، وبدأ الحصول على حمض الكبريتيك بتركيز 78٪. لكن مثل هذا الحمض لم يكن مناسبًا لإنتاج الأصباغ على سبيل المثال.

في بداية القرن التاسع عشر، تم اكتشاف طرق جديدة لأكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى أنهيدريد الكبريتيك.

في البداية تم ذلك باستخدام أكاسيد النيتروجين، ثم تم استخدام البلاتين كمحفز. تم تحسين هاتين الطريقتين لأكسدة ثاني أكسيد الكبريت. أصبحت أكسدة ثاني أكسيد الكبريت على البلاتين والمحفزات الأخرى معروفة باسم طريقة الاتصال. وتسمى أكسدة هذا الغاز بأكاسيد النيتروجين بطريقة النيتروز لإنتاج حمض الكبريتيك.

حصل تاجر حمض الأسيتيك البريطاني Peregrine Philips على براءة اختراع لعملية اقتصادية لإنتاج أكسيد الكبريت (VI) وحمض الكبريتيك المركز فقط في عام 1831، وهذه الطريقة هي المألوفة للعالم اليوم كطريقة اتصال لإنتاجه.

بدأ إنتاج السوبر فوسفات في عام 1864.

وفي ثمانينات القرن التاسع عشر في أوروبا بلغ إنتاج حامض الكبريتيك مليون طن. وكان المنتجون الرئيسيون هم ألمانيا وإنجلترا، حيث أنتجوا 72% من إجمالي حجم حمض الكبريتيك في العالم.

يعد نقل حامض الكبريتيك مهمة كثيفة العمالة ومسؤولة.

ينتمي حمض الكبريتيك إلى فئة المواد الخطرة المواد الكيميائيةوعند ملامسته للجلد يسبب حروقا شديدة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يمكن أن يسبب التسمم الكيميائي لدى البشر. إذا لم يتم اتباع قواعد معينة أثناء النقل، فإن حمض الكبريتيك، بسبب انفجاره، يمكن أن يسبب الكثير من الضرر لكل من الناس والبيئة.

تم تصنيف حمض الكبريتيك ضمن فئة الخطر 8 ويجب أن يتم نقله بواسطة متخصصين مدربين ومدربين تدريبًا خاصًا. أحد الشروط المهمة لتوصيل حامض الكبريتيك هو الامتثال للقواعد المعدة خصيصًا لنقل البضائع الخطرة.

يتم النقل البري وفقًا للقواعد التالية:

1. للنقل، يتم تصنيع حاويات خاصة من سبائك الصلب الخاصة التي لا تتفاعل مع حمض الكبريتيك أو التيتانيوم. هذه الحاويات لا تتأكسد. يتم نقل حمض الكبريتيك الخطير في خزانات كيميائية خاصة بحمض الكبريتيك. وهي تختلف في التصميم ويتم اختيارها للنقل اعتمادًا على نوع حمض الكبريتيك.
2. عند نقل حمض التبخير، يتم أخذ خزانات الترمس متساوي الحرارة المتخصصة، حيث يتم الحفاظ على نظام درجة الحرارة المطلوبة للحفاظ على الخواص الكيميائية للحمض.
3. إذا تم نقل الحمض العادي، فسيتم اختيار خزان حمض الكبريتيك.
4. يتم نقل حامض الكبريتيك عن طريق البر، مثل أنواع التبخير، اللامائي، المركز، للبطاريات، القفازات، في حاويات خاصة: الخزانات، البراميل، الحاويات.
5. لا يمكن نقل البضائع الخطرة إلا من قبل السائقين الذين لديهم شهادة ADR.
6. وقت السفر ليس له أي قيود، لأنه أثناء النقل يجب عليك الالتزام الصارم بالسرعة المسموح بها.
7. أثناء النقل، يتم بناء طريق خاص، والذي يجب أن يمر بأماكن حشود كبيرة من الناس ومرافق الإنتاج.
8. يجب أن يكون للنقل علامات خاصة وعلامات الخطر.

خصائص خطرة لحمض الكبريتيك على البشر

يشكل حمض الكبريتيك خطرا متزايدا على جسم الإنسان. ولا يحدث تأثيره السام عند ملامسته المباشرة للجلد فحسب، بل عند استنشاق أبخرةه، عندما ينطلق ثاني أكسيد الكبريت. تشمل التأثيرات الخطرة ما يلي:

• الجهاز التنفسي؛
• جلد؛
• الأغشية المخاطية.

يمكن تعزيز تسمم الجسم بالزرنيخ، والذي غالبًا ما يتم تضمينه في حمض الكبريتيك.

مهم! كما تعلم، تحدث الحروق الشديدة عندما يتلامس الحمض مع الجلد. لا يقل خطورة التسمم بأبخرة حامض الكبريتيك. الجرعة الآمنة من حمض الكبريتيك في الهواء هي 0.3 ملغ فقط لكل متر مربع.

إذا وصل حمض الكبريتيك إلى الأغشية المخاطية أو الجلد، يظهر حرق شديد لا يلتئم بشكل جيد. إذا كان الحرق كبيرا في الحجم، فإن الضحية يصاب بمرض الحروق، والذي يمكن أن يؤدي حتى إلى الوفاة إذا لم يتم توفير الرعاية الطبية المؤهلة في الوقت المناسب.

مهم! بالنسبة للشخص البالغ، تبلغ الجرعة المميتة من حمض الكبريتيك 0.18 سم فقط لكل 1 لتر.

بالطبع، "تجربة" التأثيرات السامة للحمض في الحياة اليومية هي مشكلة. في أغلب الأحيان، يحدث التسمم الحمضي بسبب إهمال احتياطات السلامة الصناعية عند العمل مع المحلول.

قد يحدث التسمم الجماعي ببخار حامض الكبريتيك نتيجة لمشاكل فنية في العمل أو الإهمال، ويحدث إطلاق هائل في الغلاف الجوي. ولمنع مثل هذه المواقف، تعمل خدمات خاصة تتمثل مهمتها في مراقبة سير الإنتاج حيث يتم استخدام الأحماض الخطرة.

ما هي الأعراض التي لوحظت أثناء التسمم بحمض الكبريتيك؟

إذا تم تناول الحمض:

• ألم في منطقة الجهاز الهضمي.
• استفراغ و غثيان.
• حركات الأمعاء غير الطبيعية نتيجة لاضطرابات معوية حادة.
• إفراز اللعاب بكثرة.
• بسبب التأثيرات السامة على الكلى، يصبح البول محمرًا.
• تورم الحنجرة والحنجرة. يحدث الصفير وبحة في الصوت. هذا يمكن أن يكون قاتلا من الاختناق.
• ظهور بقع بنية اللون على اللثة.
• يتحول الجلد إلى اللون الأزرق.

عندما يتم حرق الجلد، يمكن أن يكون هناك جميع المضاعفات الكامنة في مرض الحروق.

وفي حالة التسمم بالبخار تتم ملاحظة الصورة التالية:

• حرق الغشاء المخاطي للعين.
• نزيف الأنف.
• حرق الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي. في هذه الحالة، يعاني الضحية من ألم شديد.
• تورم الحنجرة مع أعراض الاختناق (نقص الأكسجين وتحول الجلد إلى اللون الأزرق).
• إذا كان التسمم شديدا، قد يكون هناك غثيان وقيء.

من المهم أن تعرف! يعد التسمم الحمضي بعد تناوله أكثر خطورة من التسمم الناتج عن استنشاق الأبخرة.

الإسعافات الأولية والإجراءات العلاجية لإصابة حمض الكبريتيك

اتبع ما يلي عند ملامسة حمض الكبريتيك:

• بادئ ذي بدء، اتصل بسيارة إسعاف. إذا دخل السائل إلى الداخل، اشطف المعدة بالماء الدافئ. بعد ذلك، سوف تحتاج إلى شرب 100 جرام من عباد الشمس أو زيت الزيتون في رشفات صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، يجب عليك ابتلاع قطعة من الثلج أو شرب الحليب أو المغنيسيا المحروقة. ويجب أن يتم ذلك لتقليل تركيز حامض الكبريتيك والتخفيف من حالة الإنسان.
• إذا دخل الحمض إلى عينيك، فأنت بحاجة إلى شطفهما بالماء الجاري ثم تقطيرهما بمحلول الديكايين والنوفوكائين.
• إذا وصل الحمض إلى الجلد، اشطف المنطقة المحروقة جيدًا تحت الماء الجاري وضع ضمادة مع الصودا. تحتاج إلى الشطف لمدة 10-15 دقيقة.
• في حالة التسمم بالبخار، من الضروري الخروج إلى الهواء النقي، وكذلك شطف الأغشية المخاطية المصابة بالماء في أقرب وقت ممكن.

في المستشفى، يعتمد العلاج على منطقة الحرق ودرجة التسمم. يتم تنفيذ تخفيف الآلام فقط مع نوفوكائين. لتجنب تطور العدوى في المنطقة المصابة، يتم إعطاء المريض دورة من العلاج بالمضادات الحيوية.

في حالة نزيف المعدة يتم نقل البلازما أو الدم. يمكن القضاء على مصدر النزيف جراحيا.

1. يوجد حمض الكبريتيك في الطبيعة في صورته النقية بنسبة 100%. على سبيل المثال، في إيطاليا في صقلية في البحر الميت يمكنك أن ترى ظاهرة فريدة من نوعها– حمض الكبريتيك يتسرب مباشرة من القاع! وهذا ما يحدث: البيريت من قشرة الأرضفي هذه الحالة، فإنه بمثابة المادة الخام لتشكيلها. يُسمى هذا المكان أيضًا ببحيرة الموت، وحتى الحشرات تخشى الطيران بالقرب منها!
2. بعد الانفجارات البركانية الكبيرة، يمكن غالبًا العثور على قطرات من حمض الكبريتيك في الغلاف الجوي للأرض، وفي مثل هذه الحالات يمكن أن يسبب الجاني عواقب بيئية سلبية ويسبب تغيرًا مناخيًا خطيرًا.
3. حمض الكبريتيك هو ماص نشط للماء، لذلك يتم استخدامه كمجفف للغاز. في الماضي، لمنع تكون الضباب على النوافذ الداخلية، كان يتم سكب هذا الحمض في مرطبانات ووضعه بين زجاج فتحات النوافذ.
4. حمض الكبريتيك هو السبب الرئيسي للأمطار الحمضية. السبب الرئيسي للأمطار الحمضية هو تلوث الهواء الناتج عن ثاني أكسيد الكبريت، والذي عند ذوبانه في الماء يشكل حمض الكبريتيك. وينطلق ثاني أكسيد الكبريت بدوره عند حرق الوقود الأحفوري. في المطر الحمضي تمت دراستها السنوات الاخيرة- زيادة محتوى حمض النيتريك. والسبب في هذه الظاهرة هو انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت. وعلى الرغم من هذه الحقيقة، فإن السبب الرئيسي للأمطار الحمضية يظل حمض الكبريتيك.

نحن نقدم لك مجموعة مختارة من مقاطع الفيديو للتجارب المثيرة للاهتمام مع حامض الكبريتيك.

دعونا نفكر في تفاعل حمض الكبريتيك عند سكبه في السكر. في الثواني الأولى من دخول حامض الكبريتيك إلى دورق السكر، يصبح الخليط داكنًا. وبعد بضع ثوان تتحول المادة إلى اللون الأسود. ثم يحدث الشيء الأكثر إثارة للاهتمام. تبدأ الكتلة في النمو بسرعة وتسلق خارج القارورة. الناتج عبارة عن مادة فخورة، تشبه الفحم المسامي، أكبر بمقدار 3-4 مرات من الحجم الأصلي.

يقترح مؤلف الفيديو مقارنة تفاعل الكوكا كولا مع حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك. عندما يتم خلط كوكا كولا مع حمض الهيدروكلوريك، لا يلاحظ أي تغيرات بصرية، ولكن عندما يتم خلطها مع حامض الكبريتيك، تبدأ كوكا كولا في الغليان.

يمكن ملاحظة تفاعل مثير للاهتمام عندما يتلامس حمض الكبريتيك مع ورق التواليت. ورق التواليت مصنوع من السليلوز. عندما يضرب الحمض جزيء السليلوز، فإنه يتحلل على الفور ويطلق الكربون الحر. يمكن ملاحظة تفحم مماثل عندما يتلامس الحمض مع الخشب.

أقوم بإضافة قطعة صغيرة من البوتاسيوم إلى دورق يحتوي على حمض مركز. في الثانية الأولى، يتم إطلاق الدخان، وبعد ذلك يشتعل المعدن على الفور، ويشعل وينفجر، وينقسم إلى قطع.

في التجربة التالية، عندما يضرب حمض الكبريتيك عود ثقاب، يشتعل. في الجزء الثاني من التجربة، يتم غمر رقائق الألومنيوم مع الأسيتون وعود الثقاب بداخلها. يتم تسخين الرقاقة على الفور، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الدخان وإذابتها تمامًا.

ويلاحظ تأثير مثير للاهتمام عند إضافة صودا الخبز إلى حامض الكبريتيك. تتحول الصودا إلى اللون على الفور أصفر. يستمر التفاعل بالغليان السريع وزيادة الحجم.

ننصح بشدة بعدم إجراء جميع التجارب المذكورة أعلاه في المنزل. حمض الكبريتيك مادة شديدة العدوانية والسامة. ويجب إجراء مثل هذه التجارب في غرف خاصة مجهزة بالتهوية القسرية. الغازات المنبعثة من التفاعلات مع حمض الكبريتيك شديدة السمية ويمكن أن تسبب تلفًا في الجهاز التنفسي وتسمم الجسم. بالإضافة إلى ذلك، يتم إجراء تجارب مماثلة باستخدام معدات الحماية الشخصية للبشرة والجهاز التنفسي. اعتنِ بنفسك!

الخصائص الفيزيائية

حمض الكبريتيك النقي 100% (مونوهيدرات) هو سائل زيتي عديم اللون يتصلب إلى كتلة بلورية عند +10 درجة مئوية. تبلغ كثافة حمض الكبريتيك التفاعلي عادةً 1.84 جم/سم 3 ويحتوي على حوالي 95% من H2SO4. يصلب فقط أقل من -20 درجة مئوية.

درجة انصهار مونوهيدرات هي 10.37 درجة مئوية مع حرارة انصهار تبلغ 10.5 كيلو جول / مول. في الظروف العادية، يكون سائلًا لزجًا للغاية وثابت العزل الكهربائي مرتفعًا جدًا (e = 100 عند 25 درجة مئوية). يتم التفكك الكهربي الجوهري البسيط للمونوهيدرات بالتوازي في اتجاهين: [H 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2·10 -4 و [H 3 O + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 ·10 - 5 . يمكن وصف تركيبها الأيوني الجزيئي تقريبًا بالبيانات التالية (٪):

ح 2 SO 4 H SO 4 - ح 3 SO 4 + ح 3 O + H 2 O 7 - ح 2 ق 2 O 7

99,50,180,140,090,050,04

عند إضافة كميات صغيرة من الماء، يصبح التفكك هو السائد وفقًا للمخطط: H 2 O + H 2 SO 4<==>ح 3 يا + + حسو 4 -

الخواص الكيميائية

H 2 SO 4 هو حمض ديباسيك قوي.

H2SO4<-->ح + + ح SO 4 -<-->2ح + + سو 4 2-

الخطوة الأولى (للتركيزات المتوسطة) تؤدي إلى التفكك بنسبة 100%:

ك2 = ( ) / = 1.2 10-2

1) التفاعل مع المعادن:

أ) يذيب حمض الكبريتيك المخفف المعادن فقط في سلسلة الجهد على يسار الهيدروجين:

Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (مخفف) --> Zn +2 SO 4 + H 2 O

ب) تركيز H 2 +6 SO 4 - عامل مؤكسد قوي؛ عند التفاعل مع المعادن (باستثناء Au، Pt) يمكن اختزالها إلى S +4 O 2، S 0 أو H 2 S -2 (Fe، Al، Cr لا تتفاعل أيضًا بدون تسخين - يتم تخميلها):

• 2Ag 0 + 2H 2 +6 SO 4 --> Ag 2 +1 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O
• 8Na 0 + 5H 2 +6 SO 4 --> 4Na 2 +1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O
• 2) يتفاعل H 2 S +6 O 4 المركز عند تسخينه مع بعض اللافلزات بسبب خصائصه المؤكسدة القوية، ويتحول إلى مركبات كبريتية ذات حالة أكسدة أقل (على سبيل المثال، S +4 O 2):

C 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) --> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) --> 3S +4 O 2 + 2H 2 O

• 2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (conc) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O
• 3) مع الأكاسيد الأساسية:

CuO + H 2 SO 4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H 2 O

4) مع هيدروكسيدات:

H2SO4 + 2NaOH --> Na2SO4 + 2H2O

ح + + أوه - --> ح 2 أو

ح 2 SO 4 + Cu(OH) 2 --> CuSO 4 + 2H 2 O

• 2H + + Cu(OH) 2 --> Cu 2+ + 2H 2 O
• 5) التفاعلات التبادلية مع الأملاح :

BaCl 2 + H 2 SO 4 --> BaSO 4 + 2HCl

با 2+ + سو 4 2- --> باسو 4

يتم استخدام تكوين راسب أبيض من BaSO 4 (غير قابل للذوبان في الأحماض) للتعرف على حمض الكبريتيك والكبريتات القابلة للذوبان.

MgCO 3 + H 2 SO 4 --> MgSO 4 + H 2 O + CO 2 H 2 CO 3

مونوهيدرات (حمض الكبريتيك النقي 100٪) هو مذيب مؤين حمضي بطبيعته. تذوب فيه كبريتات العديد من المعادن جيدًا (تتحول إلى ثنائي كبريتات)، بينما تذوب أملاح الأحماض الأخرى، كقاعدة عامة، فقط إذا كان من الممكن حلها (تتحول إلى ثنائي كبريتات). حمض النيتريكيتصرف في مونوهيدرات كقاعدة ضعيفة HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - البيركلوريك - كحمض ضعيف جدًا H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 - تبين أن أحماض الفلوروسلفونيك والكلوروسلفونيك هي أحماض أقوى قليلاً (HSO 3 F > HSO 3 Cl > حمض الهيدروكلوريك 4). يذيب مونوهيدرات بشكل جيد العديد من المواد العضوية التي تحتوي على ذرات بأزواج إلكترون وحيدة (قادرة على ربط بروتون). يمكن بعد ذلك عزل بعضها دون تغيير عن طريق تخفيف المحلول بالماء. يمتلك مونوهيدرات ثابتًا عاليًا بالتبريد (6.12 درجة) ويستخدم أحيانًا كوسيلة لتحديد الأوزان الجزيئية.

يعتبر H 2 SO 4 المركز عامل مؤكسد قوي إلى حد ما، خاصة عند تسخينه (عادة ما يتم تقليله إلى SO 2). على سبيل المثال، فإنه يؤكسد HI وجزئيًا HBr (ولكن ليس حمض الهيدروكلوريك) لتحرير الهالوجينات. تتأكسد أيضًا العديد من المعادن - النحاس والزئبق وما إلى ذلك (بينما الذهب والبلاتين مستقران بالنسبة لـ H 2 SO 4). وبالتالي فإن التفاعل مع النحاس يتبع المعادلة:

Cu + 2 H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

بصفته عاملًا مؤكسدًا، يتم اختزال حمض الكبريتيك عادةً إلى SO 2 . ومع ذلك، باستخدام أقوى عوامل الاختزال يمكن اختزاله إلى S وحتى H 2 S. ويتفاعل حمض الكبريتيك المركز مع كبريتيد الهيدروجين وفقًا للمعادلة:

ح 2 SO 4 + H 2 S = 2 H 2 O + SO 2 + S

وتجدر الإشارة إلى أنه يتم اختزاله جزئيًا أيضًا بغاز الهيدروجين وبالتالي لا يمكن استخدامه في تجفيفه.

أرز. 13.

يصاحب ذوبان حامض الكبريتيك المركز في الماء إطلاق كبير للحرارة (وانخفاض طفيف في الحجم الإجمالي للنظام). مونوهيدرات ليس لديه أي موصلية تقريبًا التيار الكهربائي. على العكس من ذلك، المحاليل المائية لحمض الكبريتيك هي موصلات جيدة. كما يمكن أن يرى في التين. 13، ما يقرب من 30٪ حمض لديه أقصى الموصلية الكهربائية. يتوافق الحد الأدنى للمنحنى مع الهيدرات ذات التركيبة H 2 SO 4 · H 2 O.

يصل إطلاق الحرارة عند إذابة مونوهيدرات الماء (اعتمادًا على التركيز النهائي للمحلول) إلى 84 كيلوجول/مول H2SO4. على العكس من ذلك، عن طريق خلط 66% من حمض الكبريتيك، المبرد مسبقًا إلى 0 درجة مئوية، مع الثلج (1:1 بالوزن)، يمكن تحقيق انخفاض في درجة الحرارة إلى -37 درجة مئوية.

التغير في كثافة المحاليل المائية لـ H 2 SO 4 مع تركيزه (بالوزن٪) موضح أدناه:

كما يتبين من هذه البيانات، تحديد كثافة تركيز حمض الكبريتيك فوق 90 ​​بالوزن. % يصبح غير دقيق للغاية. يظهر في الشكل ضغط بخار الماء فوق محاليل H2SO4 بتركيزات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. 15. يمكن أن يعمل حمض الكبريتيك كمجفف فقط عندما يكون ضغط بخار الماء فوق محلوله أقل من ضغطه الجزئي في الغاز الجاري تجفيفه.

أرز. 15.

أرز. 16. نقاط الغليان على محاليل H2SO4. حلول H2SO4.

عندما يغلي محلول مخفف من حمض الكبريتيك، يتم تقطير الماء منه، وترتفع درجة الغليان إلى 337 درجة مئوية، عندما يبدأ 98.3٪ من H2SO4 في التقطير (الشكل 16). على العكس من ذلك، يتبخر أنهيدريد الكبريتيك الزائد من المحاليل الأكثر تركيزا. يتفكك بخار حمض الكبريتيك الذي يغلي عند 337 درجة مئوية جزئيًا إلى H2O وSO3، اللذين يتحدان مرة أخرى عند التبريد. تسمح نقطة الغليان العالية لحمض الكبريتيك باستخدامه لفصل الأحماض شديدة التقلب عن أملاحها عند تسخينها (على سبيل المثال، حمض الهيدروكلوريك من كلوريد الصوديوم).

إيصال

يمكن الحصول على مونوهيدرات عن طريق بلورة حمض الكبريتيك المركز عند -10 درجة مئوية.

إنتاج حامض الكبريتيك.

• المرحلة الأولى. فرن لاطلاق البايريت.
• 4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

العملية غير متجانسة:

• 1) طحن بيريت الحديد (البيريت)
• 2) طريقة "السرير المميع".
• 3) 800 درجة مئوية؛ إزالة الحرارة الزائدة
• 4) زيادة تركيز الأكسجين في الهواء
• المرحلة الثانية. بعد التنظيف والتجفيف والتبادل الحراري، يدخل ثاني أكسيد الكبريت إلى جهاز التلامس، حيث يتم أكسدته إلى أنهيدريد الكبريتيك (450 درجة مئوية - 500 درجة مئوية؛ المحفز V 2 O 5):
• 2SO2 + O2
• المرحلة الثالثة. برج الامتصاص:

nSO 3 + H 2 SO 4 (conc) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (أوليوم)

لا يمكن استخدام الماء بسبب تكوين الضباب. يتم استخدام الفوهات الخزفية ومبدأ التيار المعاكس.

طلب.

يتذكر! يجب صب حامض الكبريتيك في الماء بأجزاء صغيرة وليس العكس. وإلا فقد يحدث تفاعل كيميائي عنيف يؤدي إلى حروق شديدة.

حمض الكبريتيك هو أحد المنتجات الرئيسية للصناعة الكيميائية. يتم استخدامه لإنتاج الأسمدة المعدنية (السوبر فوسفات وكبريتات الأمونيوم) والأحماض والأملاح المختلفة والأدوية والمنظفات والأصباغ والألياف الصناعية والمتفجرات. يتم استخدامه في علم المعادن (تحلل الخامات، على سبيل المثال اليورانيوم)، لتنقية المنتجات البترولية، كمجفف، إلخ.

من المهم عمليًا أن حمض الكبريتيك القوي جدًا (أكثر من 75٪) ليس له أي تأثير على الحديد. وهذا يسمح بتخزينها ونقلها في صهاريج فولاذية. على العكس من ذلك، فإن تمييع H 2 SO 4 يذيب الحديد بسهولة مع إطلاق الهيدروجين. الخصائص المؤكسدة ليست مميزة على الإطلاق.

يمتص حمض الكبريتيك القوي الرطوبة بقوة، ولذلك يستخدم غالبًا لتجفيف الغازات. من العديد المواد العضويةلاحتوائه على الهيدروجين والأكسجين، فإنه يسحب الماء، وهو ما يستخدم غالبًا في التكنولوجيا. يرتبط هذا (بالإضافة إلى الخصائص المؤكسدة لـ H 2 SO 4 القوي) بتأثيره المدمر على الأنسجة النباتية والحيوانية. إذا لامس حمض الكبريتيك جلدك أو فستانك عن طريق الخطأ أثناء العمل، فيجب عليك غسله على الفور بكمية كبيرة من الماء، ثم ترطيب المنطقة المصابة بمحلول الأمونيا المخفف وشطفها مرة أخرى بالماء.

الكبريت هو عنصر كيميائيوالتي تقع في المجموعة السادسة والدورة الثالثة من الجدول الدوري. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة تفصيلية على خصائصه الكيميائية وإنتاجه واستخدامه وما إلى ذلك. وتشمل الخاصية الفيزيائية خصائص مثل اللون، ومستوى التوصيل الكهربائي، ونقطة غليان الكبريت، وما إلى ذلك. وتصف الخصائص الكيميائية تفاعله مع المواد الأخرى.

الكبريت من وجهة نظر فيزيائية

هذه مادة هشة. في ظل الظروف العادية، فإنه يبقى في حالة صلبة من التجميع. الكبريت له لون أصفر ليموني.

وفي أغلب الأحيان تكون جميع مركباته ذات صبغات صفراء. لا يذوب في الماء. لديها الموصلية الحرارية والكهربائية منخفضة. هذه الميزات تميزه بأنه غير معدني نموذجي. على الرغم من أن التركيب الكيميائي للكبريت ليس معقدًا على الإطلاق، إلا أن هذه المادة يمكن أن تحتوي على العديد من الاختلافات. كل هذا يتوقف على بنية الشبكة البلورية، التي ترتبط بها الذرات، لكنها لا تشكل جزيئات.

لذا، فإن الخيار الأول هو الكبريت المعيني. هو الأكثر استقرارا. درجة غليان هذا النوع من الكبريت هي أربعمائة وخمسة وأربعون درجة مئوية. ولكن لكي تتحول هذه المادة إلى غازية حالة التجميع، فهو يحتاج أولاً إلى المرور عبر السائل. لذلك، يحدث ذوبان الكبريت عند درجة حرارة مائة وثلاثة عشر درجة مئوية.

الخيار الثاني هو الكبريت أحادي الميل. وهي عبارة عن بلورة على شكل إبرة ذات لون أصفر داكن. يؤدي ذوبان النوع الأول من الكبريت ثم تبريده ببطء إلى تكوين هذا النوع. هذا التنوع له نفس الخصائص الفيزيائية تقريبًا. على سبيل المثال، درجة غليان هذا النوع من الكبريت هي نفسها أربعمائة وخمسة وأربعون درجة. بالإضافة إلى ذلك، هناك مجموعة متنوعة من هذه المادة مثل البلاستيك. يتم الحصول عليه عن طريق سكب الماء المعيني الذي يسخن حتى الغليان تقريبًا في الماء البارد. درجة غليان هذا النوع من الكبريت هي نفسها. لكن المادة لها خاصية التمدد مثل المطاط.

عنصر آخر من الخصائص الفيزيائية التي أود أن أتحدث عنها هو درجة حرارة اشتعال الكبريت.

قد يختلف هذا المؤشر حسب نوع المادة وأصلها. على سبيل المثال، درجة حرارة اشتعال الكبريت التقني هي مائة وتسعين درجة. وهذا رقم منخفض إلى حد ما. وفي حالات أخرى، يمكن أن تكون نقطة وميض الكبريت مائتين وثمانية وأربعين درجة وحتى مائتين وستة وخمسين. كل هذا يتوقف على المادة التي تم استخراجها منها وما هي كثافتها. ولكن يمكن أن نستنتج أن درجة حرارة احتراق الكبريت منخفضة جداً، مقارنة بالعناصر الكيميائية الأخرى، فهو مادة قابلة للاشتعال. بالإضافة إلى ذلك، في بعض الأحيان يمكن للكبريت أن يتحد في جزيئات تتكون من ثماني أو ست أو أربع أو اثنتين من الذرات. الآن، بعد أن تناولنا الكبريت من وجهة نظر فيزيائية، دعنا ننتقل إلى القسم التالي.

الخصائص الكيميائية للكبريت

يتمتع هذا العنصر بكتلة ذرية منخفضة نسبيًا، تعادل اثنين وثلاثين جرامًا لكل مول. تتضمن خصائص عنصر الكبريت خاصية هذه المادة مثل القدرة على الحصول على درجات مختلفة من الأكسدة. وهذا يختلف، على سبيل المثال، عن الهيدروجين أو الأكسجين. بالنظر إلى مسألة ماذا الخواص الكيميائيةعنصر الكبريت، من المستحيل ناهيك عن أنه، اعتمادًا على الظروف، يُظهر خصائص اختزال وأكسدة. لذا، دعونا ننظر إلى تفاعل هذه المادة مع المركبات الكيميائية المختلفة بالترتيب.

الكبريت والمواد البسيطة

المواد البسيطة هي المواد التي تحتوي على عنصر كيميائي واحد فقط. وقد تتحد ذراتها لتشكل جزيئات كما في حالة الأكسجين مثلا، أو قد لا تتحد كما في المعادن. وبالتالي، يمكن أن يتفاعل الكبريت مع المعادن وغيرها من المعادن غير المعدنية والهالوجينات.

التفاعل مع المعادن

لتنفيذ هذا النوع من العمليات، هناك حاجة إلى درجة حرارة عالية. في ظل هذه الظروف، يحدث رد فعل بالإضافة. أي أن ذرات المعدن تتحد مع ذرات الكبريت وبذلك تتشكل المواد المعقدةكبريتيدات. على سبيل المثال، إذا قمت بتسخين مولين من البوتاسيوم وخلطتهما مع مول واحد من الكبريت، فستحصل على مول واحد من كبريتيد هذا المعدن. يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي: 2K + S = K 2 S.

التفاعل مع الأكسجين

هذا هو حرق الكبريت. ونتيجة لهذه العملية، يتم تشكيل أكسيده. هذا الأخير يمكن أن يكون من نوعين. ولذلك، يمكن أن يحدث احتراق الكبريت على مرحلتين. الأول هو عندما يتكون مول واحد من ثاني أكسيد الكبريت من مول واحد من الكبريت ومول واحد من الأكسجين. اكتب المعادلة لذلك تفاعل كيميائييمكن القيام بذلك على النحو التالي: S + O 2 = SO 2. المرحلة الثانية هي إضافة ذرة أكسجين أخرى إلى ثاني أكسيد. يحدث هذا إذا أضفت مولًا واحدًا من الأكسجين إلى مولين عند درجات حرارة عالية. والنتيجة هي مولان من ثالث أكسيد الكبريت. معادلة هذا التفاعل الكيميائييبدو كالتالي: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. ونتيجة لهذا التفاعل يتكون حمض الكبريتيك. لذلك، بعد تنفيذ العمليتين الموصوفتين، يمكنك تمرير ثالث أكسيد الناتج من خلال تيار من بخار الماء. ونحصل على معادلة مثل هذا التفاعل مكتوبة على النحو التالي: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

التفاعل مع الهالوجينات

المواد الكيميائية، مثل غيرها من اللافلزات، تسمح لها بالتفاعل مع مجموعة معينة من المواد. ويشمل مركبات مثل الفلور والبروم والكلور واليود. ويتفاعل الكبريت مع أي منها ما عدا الأخير. وكمثال على ذلك يمكننا أن نذكر عملية فلورة عنصر الجدول الدوري الذي نحن بصدده. عن طريق تسخين اللا فلز المذكور مع الهالوجين، يمكن الحصول على نوعين مختلفين من الفلورايد. الحالة الأولى: إذا أخذنا مولاً واحداً من الكبريت وثلاثة مولات من الفلور، نحصل على مول واحد من الفلوريد، وصيغته SF6. تبدو المعادلة كما يلي: S + 3F 2 = SF 6. بالإضافة إلى ذلك، هناك خيار ثانٍ: إذا أخذنا مولًا واحدًا من الكبريت ومولين من الفلور، فسنحصل على مول واحد من الفلورايد بالصيغة الكيميائية SF 4. المعادلة مكتوبة على النحو التالي: S + 2F 2 = SF 4. كما ترون، كل هذا يتوقف على النسب التي يتم بها خلط المكونات. وبنفس الطريقة تمامًا، يمكن تنفيذ عملية كلورة الكبريت (يمكن أيضًا تكوين مادتين مختلفتين) أو المعالجة بالبروم.

التفاعل مع المواد البسيطة الأخرى

خصائص عنصر الكبريت لا تنتهي عند هذا الحد. يمكن أن تتفاعل المادة أيضًا كيميائيًا مع الهيدروجين والفوسفور والكربون. بسبب التفاعل مع الهيدروجين، يتم تشكيل حمض الكبريتيد. ونتيجة لتفاعله مع المعادن يمكن الحصول على كبريتيداتها، والتي بدورها يتم الحصول عليها مباشرة أيضًا عن طريق تفاعل الكبريت مع نفس المعدن. تتم إضافة ذرات الهيدروجين إلى ذرات الكبريت فقط في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة جدًا. عندما يتفاعل الكبريت مع الفوسفور، يتكون الفوسفيد الخاص به. لها الصيغة التالية: P 2 S 3. للحصول على مول واحد من هذه المادة، عليك أن تأخذ مولين من الفوسفور وثلاثة مولات من الكبريت. عندما يتفاعل الكبريت مع الكربون، يتم تشكيل كربيد من اللافلزية المعنية. وصيغته الكيميائية تبدو كالتالي: CS2. للحصول على مول واحد من مادة معينة، عليك أن تأخذ مول واحد من الكربون ومولين من الكبريت. جميع تفاعلات الإضافة الموصوفة أعلاه تحدث فقط عندما يتم تسخين الكواشف إلى درجات حرارة عالية. لقد نظرنا إلى تفاعل الكبريت مع المواد البسيطة، والآن لننتقل إلى النقطة التالية.

الكبريت والمركبات المعقدة

المواد المعقدة هي تلك المواد التي تتكون جزيئاتها من عنصرين (أو أكثر) مختلفين. الخصائص الكيميائية للكبريت تسمح له بالتفاعل مع مركبات مثل القلويات، وكذلك حمض الكبريتات المركز. ردود أفعاله مع هذه المواد غريبة تمامًا. أولاً، دعونا ننظر إلى ما يحدث عندما يتم خلط المادة اللافلزية المعنية مع القلويات. على سبيل المثال، إذا أخذت ستة مولات وأضفت ثلاثة مولات من الكبريت، فستحصل على مولين من كبريتيد البوتاسيوم، ومول واحد من كبريتيت البوتاسيوم، وثلاثة مولات من الماء. يمكن التعبير عن هذا النوع من التفاعل بالمعادلة التالية: 6KOH + 3S = 2K2S + K2SO3 + 3H2O. ويحدث نفس مبدأ التفاعل إذا أضفت التالي، فكر في سلوك الكبريت عند محلول مركز من حمض الكبريتات يضاف إليه. إذا أخذنا مولًا واحدًا من المادة الأولى ومولين من المادة الثانية، فسنحصل على المنتجات التالية: ثالث أكسيد الكبريت بكمية ثلاثة مولات، وكذلك الماء - مولان. لا يمكن أن يحدث هذا التفاعل الكيميائي إلا عندما يتم تسخين المواد المتفاعلة إلى درجة حرارة عالية.

الحصول على اللافلزات المعنية

هناك عدة طرق رئيسية يمكن من خلالها استخلاص الكبريت من مجموعة متنوعة من المواد. الطريقة الأولى هي عزله عن البيريت. الصيغة الكيميائية لهذا الأخير هي FeS 2. عندما يتم تسخين هذه المادة إلى درجة حرارة عالية دون الوصول إلى الأكسجين، يمكن الحصول على كبريتيد حديد آخر - FeS - والكبريت. وتكتب معادلة التفاعل على النحو التالي: FeS 2 = FeS + S. والطريقة الثانية لإنتاج الكبريت والتي تستخدم غالباً في الصناعة هي احتراق كبريتيد الكبريت بشرط أن كمية كبيرةالأكسجين. في هذه الحالة، يمكنك الحصول على اللافلزية المعنية والماء. لتنفيذ التفاعل، عليك أن تأخذ المكونات في نسبة المولي من اثنين إلى واحد. ونتيجة لذلك، نحصل على المنتجات النهائية بنسب اثنين إلى اثنين. يمكن كتابة معادلة هذا التفاعل الكيميائي على النحو التالي: 2H2S + O2 = 2S + 2H2O. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على الكبريت من خلال مجموعة متنوعة من العمليات المعدنية، على سبيل المثال، في إنتاج المعادن مثل النيكل والنحاس وغيرها.

الاستخدام الصناعى

لقد وجدت المواد اللافلزية التي ندرسها أوسع تطبيق لها في الصناعة الكيميائية. وكما ذكر أعلاه، يتم استخدامه هنا لإنتاج حامض الكبريتات منه. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم الكبريت كمكون في صناعة أعواد الثقاب، لأنه مادة قابلة للاشتعال. كما أنه لا غنى عنه في إنتاج المتفجرات والبارود والماسات وما إلى ذلك. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم الكبريت كأحد المكونات في منتجات مكافحة الآفات. وفي الطب، يتم استخدامه كأحد مكونات صناعة الأدوية للأمراض الجلدية. تستخدم المادة المعنية أيضًا في إنتاج الأصباغ المختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه في صناعة الفوسفور.

التركيب الالكتروني للكبريت

وكما تعلم فإن كل الذرات تتكون من نواة يوجد فيها بروتونات - وهي جسيمات موجبة الشحنة - ونيوترونات أي جسيمات ذات شحنة صفرية. تدور الإلكترونات ذات الشحنة السالبة حول النواة. لكي تكون الذرة محايدة، يجب أن تحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات في بنيتها. إذا كان هناك المزيد من الأخير، فهو بالفعل أيون سالب - أنيون. على العكس من ذلك، إذا كان عدد البروتونات أكبر من الإلكترونات، فهو أيون موجب، أو كاتيون. يمكن أن يكون أنيون الكبريت بمثابة بقايا حمض. وهو جزء من جزيئات مواد مثل حمض الكبريتيد (كبريتيد الهيدروجين) وكبريتيدات المعادن. يتكون الأنيون أثناء التفكك الكهربائي، والذي يحدث عندما تذوب المادة في الماء. في هذه الحالة، ينقسم الجزيء إلى كاتيون، والذي يمكن تقديمه على شكل معدن أو أيون هيدروجين، بالإضافة إلى كاتيون - أيون بقايا حمضية أو مجموعة هيدروكسيل (OH-).

لأن رقم سريالكبريت في الجدول الدوري هو ستة عشر، ومن ثم يمكننا أن نستنتج أن نواته تحتوي بالضبط على هذا العدد من البروتونات. وبناءً على ذلك، يمكننا القول إن هناك أيضًا ستة عشر إلكترونًا تدور حولها. ويمكن معرفة عدد النيوترونات عن طريق طرح الرقم التسلسلي للعنصر الكيميائي من الكتلة المولية: 32 - 16 = 16. ولا يدور كل إلكترون بطريقة فوضوية، بل في مدار محدد. بما أن الكبريت عنصر كيميائي ينتمي إلى الدورة الثالثة من الجدول الدوري، فإن هناك ثلاثة مدارات حول النواة. الأول به إلكترونين، والثاني به ثمانية، والثالث به ستة. الصيغة الإلكترونية لذرة الكبريت مكتوبة على النحو التالي: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

انتشار في الطبيعة

في الأساس، يوجد العنصر الكيميائي المعني في المعادن، وهي عبارة عن كبريتيدات من معادن مختلفة. بادئ ذي بدء، هو البايرايت - ملح الحديد؛ وهو أيضًا الرصاص والفضة وبريق النحاس وخليط الزنك والزنجفر - كبريتيد الزئبق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون الكبريت أيضًا جزءًا من المعادن التي يتم تمثيل تركيبها بثلاثة عناصر كيميائية أو أكثر.

على سبيل المثال، كالكوبايرايت، ميرابيليت، كيسيريت، الجبس. يمكنك النظر في كل واحد منهم بمزيد من التفصيل. البيريت هو كبريتيد الحديدوم، أو FeS 2 . لها لون أصفر فاتح مع لمعان ذهبي. يمكن العثور على هذا المعدن في كثير من الأحيان كشوائب في اللازورد، والذي يستخدم على نطاق واسع لصنع المجوهرات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذين المعدنين غالبًا ما يكون لهما رواسب مشتركة. بريق النحاس - الكالكوسيت، أو الكالكوسيت - هو مادة رمادية مزرقة تشبه المعدن. والبريق الفضي (الأرجنتيت) لهما خصائص متشابهة: كلاهما يشبه المعادن في المظهر ولهما لون رمادي. الزنجفر معدن أحمر بني باهت مع بقع رمادية. كالكوبايرايت، الصيغة الكيميائية له CuFeS 2، هو أصفر ذهبي، ويسمى أيضًا مزيج الذهب. يمكن أن يتراوح لون مزيج الزنك (السفاليريت) من العنبر إلى البرتقالي الناري. ميرابيليت - Na 2 SO 4 x10H 2 O - بلورات شفافة أو بيضاء. ويسمى أيضاً مستخدماً في الطب. الصيغة الكيميائية للكيزيريت هي MgSO 4 xH 2 O. ويبدو وكأنه مسحوق أبيض أو عديم اللون. الصيغة الكيميائية للجبس هي CaSO 4 x2H 2 O. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذا العنصر الكيميائي هو جزء من خلايا الكائنات الحية وهو عنصر تتبع مهم.

خصائص حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك اللامائي (مونوهيدرات) هو سائل زيتي ثقيل يمتزج مع الماء بجميع النسب، ويطلق كمية كبيرة من الحرارة. الكثافة عند 0 درجة مئوية هي 1.85 جم / سم 3. يغلي عند 296 درجة مئوية ويتجمد عند -10 درجة مئوية. لا يُطلق على حمض الكبريتيك اسم مونوهيدرات فحسب ، بل يُطلق عليه أيضًا اسم المحاليل المائية منه () ، وكذلك محاليل ثالث أكسيد الكبريت في مونوهيدرات () ، والتي تسمى أوليوم. الزيت "يدخن" في الهواء بسبب الامتزاز منه. حمض الكبريتيك النقي عديم اللون، في حين أن حمض الكبريتيك التقني يتلون باللون الداكن بسبب الشوائب.

تعتمد الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك، مثل الكثافة ودرجة حرارة التبلور ونقطة الغليان، على تركيبته. في التين. ويبين الشكل 1 مخطط بلورة النظام. الحد الأقصى الذي يتوافق مع تكوين المركبات أو وجود الحد الأدنى يفسر بحقيقة أن درجة حرارة تبلور مخاليط مادتين أقل من درجة حرارة تبلور كل منهما.

أرز. 1

يتمتع حمض الكبريتيك 100% اللامائي بدرجة حرارة تبلور عالية نسبيًا تبلغ 10.7 درجة مئوية. لتقليل احتمالية تجميد منتج تجاري أثناء النقل والتخزين، يتم اختيار تركيز حمض الكبريتيك التقني بحيث يكون لديه درجة حرارة تبلور منخفضة بما فيه الكفاية. تنتج الصناعة ثلاثة أنواع من حامض الكبريتيك التجاري.

حمض الكبريتيك نشط للغاية. فهو يذيب أكاسيد المعادن ومعظم المعادن النقية، وفي درجات حرارة مرتفعة يزيح جميع الأحماض الأخرى من الأملاح. يتحد حمض الكبريتيك بشكل خاص مع الماء بسبب قدرته على تكوين الهيدرات. إنه يأخذ الماء من الأحماض الأخرى، ومن هيدرات الأملاح البلورية وحتى مشتقات الأكسجين من الهيدروكربونات، التي لا تحتوي على الماء في حد ذاته، ولكن الهيدروجين والأكسجين في تركيبة H:O = 2. الخشب والأنسجة النباتية والحيوانية الأخرى التي تحتوي على السليلوز، يتم تدمير النشا والسكر في حامض الكبريتيك المركز؛ يرتبط الماء بالحمض ولا يبقى سوى الكربون المشتت جيدًا من الأنسجة. في الحمض المخفف، يتحلل السليلوز والنشا لتكوين السكريات. إذا لامس حمض الكبريتيك المركز جلد الإنسان فإنه يسبب الحروق.

إن النشاط العالي لحمض الكبريتيك، بالإضافة إلى تكلفة الإنتاج المنخفضة نسبيًا، قد حدد مسبقًا النطاق الهائل والتنوع الشديد لتطبيقه (الشكل 2). من الصعب العثور على صناعة لا يتم فيها استهلاك حامض الكبريتيك أو المنتجات المصنوعة منه بكميات متفاوتة.

أرز. 2

أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية: السوبر فوسفات وكبريتات الأمونيوم وغيرها. ويتم إنتاج العديد من الأحماض (مثل الفوسفوريك والخليك والهيدروكلوريك) والأملاح إلى حد كبير باستخدام حامض الكبريتيك. يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع في إنتاج المعادن غير الحديدية والنادرة. في صناعة تشغيل المعادن، يتم استخدام حمض الكبريتيك أو أملاحه لتخليل منتجات الصلب قبل الطلاء، والتعليب، والطلاء بالنيكل، والطلاء بالكروم، وما إلى ذلك. يتم إنفاق كميات كبيرة من حامض الكبريتيك على تكرير المنتجات البترولية. كما يتضمن إنتاج عدد من الأصباغ (للأقمشة)، والورنيشات والدهانات (للمباني والآلات)، والمواد الطبية وبعض المواد البلاستيكية استخدام حامض الكبريتيك. باستخدام حامض الكبريتيك والإيثيل والكحوليات الأخرى، يتم إنتاج بعض الإسترات والمنظفات الاصطناعية وعدد من المبيدات الحشرية لمكافحة الآفات زراعةوالأعشاب. تُستخدم المحاليل المخففة لحمض الكبريتيك وأملاحه في إنتاج الحرير الصناعي، وفي صناعة النسيج لمعالجة الألياف أو الأقمشة قبل الصباغة، وكذلك في الصناعات الخفيفة الأخرى. وفي صناعة المواد الغذائية، يستخدم حمض الكبريتيك لإنتاج النشا ودبس السكر وعدد من المنتجات الأخرى. يستخدم النقل بطاريات حمض الكبريتيك الرصاص. يستخدم حمض الكبريتيك لتجفيف الغازات وتركيز الأحماض. وأخيرا، يستخدم حمض الكبريتيك في عمليات النترات وفي إنتاج معظم المتفجرات.

حمض الكبريتيك H2SO4، الكتلة المولية 98.082؛ عديم اللون، الزيتية، عديم الرائحة. حمض ديباسيك قوي جدًا عند 18 درجة مئوية ك أ 1 - 2.8، ك 2 1.2 10 -2، ك أ 2 1.92؛ أطوال السندات في S = O 0.143 نانومتر، S-OH 0.154 نانومتر، زاوية HOSOH 104 درجة، OSO 119 درجة؛ يغلي مع التحلل ويتشكل (98.3% H2SO4 و 1.7% H2O مع نقطة غليان 338.8 درجة مئوية؛ انظر أيضًا الجدول 1). حمض الكبريتيك، الموافق لمحتوى 100٪ من H 2 SO 4، لديه التركيبة (٪): H 2 SO 4 99.5٪، H SO 4 - 0.18٪، H 3 SO 4 + 0.14٪، H 3 O + 0 .09٪، H 2س2أو70.04%، ح2أو70.05%. يمزج مع وSO 3 بجميع النسب. في المحاليل المائية حمض الكبريتيكينفصل بالكامل تقريبًا إلى H + وHSO 4 - وSO 4 2-. أشكال H2SO4 نح2أوه، أين ن=1، 2، 3، 4 و 6.5.

تسمى محاليل SO 3 في حامض الكبريتيك بالزيت، وهي تشكل مركبين H 2 SO 4 · SO 3 و H 2 SO 4 · 2SO 3. يحتوي الزيت أيضًا على حمض البيروكبرتيك الناتج عن التفاعل: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7.

تحضير حمض الكبريتيك

المواد الخام للحصول عليها حمض الكبريتيكتخدم: S، كبريتيدات المعادن، H 2 S، النفايات من محطات الطاقة الحرارية، كبريتات الحديد، الكالسيوم، الخ. المراحل الرئيسية للإنتاج حمض الكبريتيك: 1) المواد الخام لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت؛ 2) SO 2 إلى SO 3 (التحويل)؛ 3) هكذا 3. في الصناعة، يتم استخدام طريقتين للحصول على حمض الكبريتيكتختلف في طريقة أكسدة ثاني أكسيد الكبريت - الاتصال باستخدام المحفزات الصلبة (الملامسات) والنيتروز - مع أكاسيد النيتروجين. للحصول على حمض الكبريتيكومن خلال طريقة التلامس، تستخدم المصانع الحديثة محفزات الفاناديوم، التي حلت محل أكاسيد Pt وFe. يمتلك Pure V 2 O 5 نشاطًا حفازًا ضعيفًا، والذي يزداد بشكل حاد في وجوده الفلزات القلوية، والتأثير الأكبر تمارسه أملاح K. يرجع الدور المعزز للمعادن القلوية إلى تكوين البيروسولفونات منخفضة الذوبان (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5، 2 K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 وK 2 S 2 O 7 V 2 O 5، وتتحلل عند 315-330، 365-380 و400-405 درجة مئوية، على التوالي). يكون العنصر النشط في ظل ظروف التحفيز في حالة منصهرة.

يمكن تمثيل مخطط الأكسدة من SO 2 إلى SO 3 على النحو التالي:

في المرحلة الأولى يتم تحقيق التوازن، والمرحلة الثانية تكون بطيئة وتحدد سرعة العملية.

إنتاج حمض الكبريتيكمن الكبريت باستخدام طريقة التلامس المزدوج والامتصاص المزدوج (الشكل 1) ويتكون من المراحل التالية. يتم إمداد الهواء، بعد التنظيف من الغبار، بواسطة منفاخ غاز إلى برج التجفيف، حيث يتم تجفيفه إلى 93-98%. حمض الكبريتيكمحتوى الرطوبة 0.01% من حيث الحجم. يدخل الهواء المجفف إلى فرن الكبريت بعد التسخين المسبق في أحد المبادلات الحرارية لوحدة التلامس. يحرق الفرن الكبريت الذي توفره الفوهات: S + O 2 = SO 2 + 297.028 كيلوجول. يتم تبريد الغاز الذي يحتوي على 10-14% من حجم SO 2 في الغلاية، وبعد تخفيفه بالهواء إلى محتوى SO 2 بنسبة 9-10% من حيث الحجم عند 420 درجة مئوية، يدخل إلى جهاز الاتصال للمرحلة الأولى من التحويل، والذي يتم ذلك على ثلاث طبقات من المحفز (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96.296 كيلوجول)، وبعد ذلك يتم تبريد الغاز في المبادلات الحرارية. ثم يدخل الغاز الذي يحتوي على 8.5-9.5% SO 3 عند 200 درجة مئوية إلى المرحلة الأولى من الامتصاص في الماص المروي و98%. حمض الكبريتيك: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 130.56 كيلوجول. بعد ذلك، يخضع الغاز لتنظيف الرش حمض الكبريتيك، يتم تسخينه إلى 420 درجة مئوية ويدخل في المرحلة الثانية من التحويل، والتي تحدث على طبقتين من المحفز. قبل مرحلة الامتصاص الثانية يتم تبريد الغاز في المقتصد وتزويده إلى مرحلة الامتصاص الثانية ويتم ريه بنسبة 98٪ حمض الكبريتيك، وبعد ذلك، بعد تنظيف البقع، يتم إطلاقها في الغلاف الجوي.

1 - فرن الكبريت. 2 - غلاية الحرارة الضائعة. 3 - المقتصد. 4 - بدء تشغيل صندوق الاحتراق. 5، 6 - المبادلات الحرارية لفرن البداية؛ 7 - جهاز الاتصال. 8 - المبادلات الحرارية. 9 - ممتص الزيت. 10 - برج التجفيف. 11 و 12 - ممتصات مونوهيدرات الأولى والثانية، على التوالي؛ 13- التجمعات الحمضية.

1 - وحدة تغذية القرص؛ 2 - فرن؛ 3 - غلاية الحرارة الضائعة. 4 - الأعاصير. 5 - المرسبات الكهربائية. 6- أبراج الغسيل. 7 - المرسبات الكهروستاتيكية الرطبة. 8 - برج التفجير. 9 - برج التجفيف. 10 - مصيدة الرش. 11 - أول ممتص أحادي الهيدرات. 12 - المبادلات الحرارية. 13 - جهاز الاتصال. 14 - ممتص الزيت. 15 - ممتص أحادي الهيدرات الثاني. 16 - الثلاجات. 17- المجموعات.

1 - برج النتروجين. 2، 3 - أبراج الإنتاج الأول والثاني؛ 4 - برج الأكسدة. 5، 6، 7 - أبراج الامتصاص؛ 8- المرسبات الكهربائية .

إنتاج حمض الكبريتيكمن كبريتيدات المعادن (الشكل 2) أكثر تعقيدًا وتتكون من العمليات التالية. يتم إطلاق FeS 2 في فرن الطبقة المميعة باستخدام نفخ الهواء: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 كيلوجول. يدخل غاز التحميص الذي يحتوي على نسبة 13-14% من ثاني أكسيد الكبريت، ودرجة حرارة 900 درجة مئوية، إلى المرجل، حيث يتم تبريده إلى 450 درجة مئوية. تتم إزالة الغبار في الإعصار والمرسب الكهربائي. بعد ذلك، يمر الغاز عبر برجي غسيل يتم ريهما بنسبة 40% و10%. حمض الكبريتيك. وفي هذه الحالة، يتم أخيراً تنظيف الغاز من الغبار والفلور والزرنيخ. لتنقية الغاز من الهباء الجوي حمض الكبريتيكيتم توفير مرحلتين من المرسبات الكهروستاتيكية الرطبة المتولدة في أبراج الغسيل. بعد التجفيف في برج التجفيف، وقبل ذلك يتم تخفيف الغاز إلى محتوى 9% SO 2، ويتم إمداده بواسطة منفاخ غاز إلى المرحلة الأولى من التحويل (3 طبقات من المحفز). في المبادلات الحرارية، يتم تسخين الغاز إلى 420 درجة مئوية بفضل حرارة الغاز القادمة من مرحلة التحويل الأولى. ينتقل ثاني أكسيد الكبريت، المؤكسد بنسبة 92-95% في ثاني أكسيد الكبريت، إلى المرحلة الأولى من الامتصاص في ماصات الزيت ومونوهيدرات، حيث يتم تحريره من ثاني أكسيد الكبريت. بعد ذلك، يدخل الغاز الذي يحتوي على SO 2 ~ 0.5% إلى المرحلة الثانية من التحويل، والتي تتم على طبقة أو طبقتين من المحفز. ويتم تسخين الغاز في مجموعة أخرى من المبادلات الحرارية إلى 420 درجة مئوية بفضل حرارة الغازات القادمة من المرحلة الثانية من الحفز. وبعد فصل ثاني أكسيد الكبريت في مرحلة الامتصاص الثانية، يتم إطلاق الغاز في الغلاف الجوي.

درجة تحويل SO 2 إلى SO 3 باستخدام طريقة الاتصال هي 99.7٪، ودرجة امتصاص SO 3 هي 99.97٪. إنتاج حمض الكبريتيكتتم في مرحلة واحدة من التحفيز، في حين أن درجة تحويل SO 2 إلى SO 3 لا تتجاوز 98.5٪. قبل إطلاقه في الغلاف الجوي، يتم تنظيف الغاز من ثاني أكسيد الكبريت المتبقي (انظر). إنتاجية المنشآت الحديثة هي 1500-3100 طن/يوم.

وجوهر طريقة النتروز (الشكل 3) هو أن غاز التحميص، بعد تبريده وتنظيفه من الغبار، تتم معالجته بما يسمى النتروز - حمض الكبريتيكحيث تذوب أكاسيد النيتروجين. يمتص النتروز SO 2 ثم يتأكسد: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO. يكون أكسيد النيتروجين الناتج ضعيف الذوبان في النتروز ويتم إطلاقه منه، ثم يتأكسد جزئيًا بواسطة الأكسجين في الطور الغازي إلى NO 2. يتم إعادة امتصاص خليط NO و NO 2 حمض الكبريتيكإلخ. لا يتم استهلاك أكاسيد النيتروجين في عملية النيتروز ويتم إعادتها إلى دورة الإنتاج بسبب عدم امتصاصها بشكل كامل حمض الكبريتيكيتم نقلها جزئيًا بواسطة غازات العادم. مزايا طريقة النتروز: بساطة الأجهزة، وانخفاض التكلفة (أقل بنسبة 10-15% من الاتصال)، وإمكانية إعادة تدوير ثاني أكسيد الكبريت بنسبة 100%.

تصميم أجهزة عملية برج النتروز بسيط: تتم معالجة ثاني أكسيد الكبريت في 7-8 أبراج مبطنة مع تعبئة سيراميكية، أحد الأبراج (مجوف) عبارة عن حجم أكسدة قابل للتعديل. تحتوي الأبراج على مجمعات للأحماض وثلاجات ومضخات تعمل على إمداد خزانات الضغط الموجودة فوق الأبراج بالأحماض. تم تركيب مروحة خلفية أمام البرجين الأخيرين. لتنقية الغاز من الهباء الجوي حمض الكبريتيكبمثابة المرسب الكهربائي. يتم الحصول على أكاسيد النيتروجين اللازمة لهذه العملية من HNO 3 . لتقليل انبعاث أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي وإعادة تدوير ثاني أكسيد الكبريت بنسبة 100٪، تم تركيب دورة معالجة خالية من النيتروز لثاني أكسيد الكبريت بين مناطق الإنتاج والامتصاص بالاشتراك مع طريقة حمض الماء للالتقاط العميق لأكاسيد النيتروجين. عيب طريقة النتروز هو انخفاض جودة المنتج: التركيز حمض الكبريتيك 75% وجود أكاسيد النيتروجين والحديد والشوائب الأخرى.

لتقليل احتمالية التبلور حمض الكبريتيكيتم وضع معايير للدرجات التجارية أثناء النقل والتخزين حمض الكبريتيكالذي يتوافق تركيزه مع أدنى درجات حرارة التبلور. محتوى حمض الكبريتيكفي الدرجات الفنية (%): البرج (النيتروز) 75، الاتصال 92.5-98.0، الزيت 104.5، الزيت عالي النسبة 114.6، البطارية 92-94. حمض الكبريتيكيتم تخزينها في صهاريج فولاذية يصل حجمها إلى 5000 متر مكعب، وقد تم تصميم سعتها الإجمالية في المستودع لإنتاج لمدة عشرة أيام. أوليوم و حمض الكبريتيكيتم نقلها في صهاريج السكك الحديدية الفولاذية. المركزة والبطارية حمض الكبريتيكيتم نقلها في صهاريج مصنوعة من الفولاذ المقاوم للأحماض. يتم تغطية خزانات نقل الزيت بالعزل الحراري ويتم تسخين الزيت قبل تعبئته.

يُعرِّف حمض الكبريتيكقياسًا لونيًا وضوئيًا، على شكل تعليق BaSO 4 - قياسًا ضوئيًا، وكذلك بطريقة قياس الكولومتر.

تطبيق حامض الكبريتيك

يستخدم حمض الكبريتيك في إنتاج الأسمدة المعدنية، كإلكتروليت في بطاريات الرصاص، لإنتاج مختلف الأحماض والأملاح المعدنية، والألياف الكيماوية، والأصباغ، والمواد المكونة للدخان والمتفجرات، في النفط وأشغال المعادن والمنسوجات والجلود وغيرها. الصناعات الأخرى. يتم استخدامه في التخليق العضوي الصناعي في تفاعلات الجفاف (إنتاج ثنائي إيثيل الأثير والاسترات)، والترطيب (الإيثانول من الإيثيلين)، والسلفونات (والمنتجات الوسيطة في إنتاج الأصباغ)، والألكلة (إنتاج الأيزو أوكتان، والبولي إيثيلين جلايكول، والكابرولاكتام). إلخ. أكبر مستهلك حمض الكبريتيك- إنتاج الأسمدة المعدنية. يتم استهلاك 1 طن من الأسمدة الفوسفورية P 2 O 5 من 2.2 إلى 3.4 طن حمض الكبريتيكو 1 طن (NH 4) 2 SO 4 - 0.75 طن حمض الكبريتيك. ولذلك يتجهون إلى بناء مصانع حامض الكبريتيك بالتزامن مع مصانع إنتاج الأسمدة المعدنية. الإنتاج العالمي حمض الكبريتيكوفي عام 1987 وصل إلى 152 مليون طن.

حمض الكبريتيكوالزيت عبارة عن مواد عدوانية للغاية تؤثر على الجهاز التنفسي والجلد والأغشية المخاطية وتسبب صعوبة في التنفس والسعال وغالباً التهاب الحنجرة والتهاب القصبات الهوائية والتهاب الشعب الهوائية وما إلى ذلك. الحد الأقصى المسموح به لتركيز هباء حمض الكبريتيك في هواء منطقة العمل هو 1.0 مجم/م3، وفي الغلاف الجوي 0.3 مجم/م3 (الحد الأقصى لمرة واحدة) و0.1 مجم/م3 (المتوسط ​​يوميًا). تركيز بخار مذهل حمض الكبريتيك 0.008 ملغم/لتر (التعرض لمدة 60 دقيقة)، مميت 0.18 ملغم/لتر (60 دقيقة). فئة الخطر 2. الهباء الجوي حمض الكبريتيكيمكن أن تتشكل في الغلاف الجوي نتيجة للانبعاثات الصادرة عن الصناعات الكيميائية والمعدنية التي تحتوي على أكاسيد S وتسقط على شكل أمطار حمضية.